KR100664061B1

KR100664061B1 - 턱등반장치를 구비한 로봇

Info

Publication number: KR100664061B1
Application number: KR1020040114387A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2007-01-03
Also published as: KR20060075581A

Abstract

본 발명은 턱등반장치를 구비한 로봇에 관한 것으로서, 로봇본체와; 상기 로봇본체가 바닥면으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 상기 로봇본체가 주행가능하도록 상기 로봇본체에 회전가능하게 결합되는 주행휠과; 상기 주행휠을 구동시키는 주행휠구동부와; 상기 로봇본체의 전면에 상기 바닥면으로부터 소정 거리 이격되고 상기 로봇본체에 비해 전방으로 더 돌출됨과 아울러 상기 로봇본체에 대해 상대회전 가능하게 배치되는 등반휠과; 상기 등반휠을 회전구동시키는 등반휠구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 턱을 넘을 수 있어 다른 장소로 이동이 가능하여 연속적인 작업 수행이 가능하고 배터리 방전에 기인한 작업 중단을 억제할 수 있는 턱등반장치를 구비한 로봇이 제공된다.

Description

턱등반장치를 구비한 로봇{ROBOT WITH THRESHOLD CLIMBING APPARATUS}

도 1은 종래의 청소용 로봇의 정면도,

도 2는 도 1의 종단면도,

도 3은 도 1의 저면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 턱등반장치를 구비한 로봇의 측면도,

도 5는 도 4의 저면도,

도 6은 도 5의 등반휠영역의 부분절취단면도,

도 7은 도 6의 요부확대단면도,

도 8은 도 4의 측단면도,

도 9 내지 도 11은 각각 문턱 등반 시 등반휠의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 12는 도 4의 제어블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 로봇본체 13 : 흡입구

15 : 집진실 17 : 필터

19 : 흡입팬 21 : 회전브러시

23 : 브러시구동모터 25 : 제1감지부

31 : 프레임 33 : 가이드부

35 : 완충스프링 37 : 제2감지부

41 : 주행휠 43 : 주행휠구동모터

45 : 등반휠 51 : 등반휠구동모터

55 : 캐스터 57 : 전동벨트

61 : 제어부

본 발명은, 턱등반장치를 구비한 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 턱을 넘을 수 있어 다른 장소로 이동이 가능하여 연속적인 작업 수행이 가능하고 배터리 방전에 기인한 작업 중단을 억제할 수 있도록 한 턱등반장치를 구비한 로봇에 관한 것이다.

오늘날 로봇은 그 원래적 의미와는 다르게 인간의 동작과 유사하게 동작하는 기계를 일컫는다. 이러한 로봇은 자동제어기술 및 원격제어기술 등 기술발달에 힘입어 우주나, 해저와 같은 극한 환경하에서 인간을 대신하여 작업을 수행하는 우주용 및 해저용과, 산업현장에서 인간을 대신하여 주로 반복적인 작업을 수행하는 산업용과, 인간의 팔 기능을 대신하는 의수 등과 같은 의료용으로 구분되고 있다.

최근에는 가정에서 인간을 대신하여 청소 및 잔디깎기 등 작업을 대신할 수 있도록 한 청소용 로봇 및 잔디깎기 로봇 등이 고안되고 있다.

도 1은 종래의 청소용 로봇의 정면도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3은 도 1의 저면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 로봇은, 로봇본체(101)와, 로봇본체(101)의 저부에 로봇본체(101)를 주행가능하게 지지하는 복수의 주행휠(121)을 구비하고 있다.

로봇본체(101)는 원반 또는 타원형 원반 형태로 형성되며, 저부에는 로봇본체(101)를 바닥면으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 주행이 가능하도록 복수의 주행휠(121) 및 복수의 캐스터(125)가 구비되어 있다. 각 주행휠(121)의 일측에는 해당 주행휠(121)을 독립적으로 회전구동시킬 수 있도록 주행휠구동모터(123)가 일체로 회전가능하게 각각 설치되어 있다.

로봇본체(101)의 전면에는 초음파신호를 송신 및 수신할 수 있도록 초음파송신부(111) 및 초음파수신부(113)가 각각 형성되어 있으며, 후면에는 정해진 장소에 구비된 충전부(미도시)로 이동해서 충전부와 결합되어 충전을 수행할 수 있도록 충전단자부(115)가 마련되어 있다.

한편, 로봇본체(101)의 저부에는 내부 및 외부가 서로 연통될 수 있도록 흡입구(103)가 관통형성되어 있으며, 브러시구동모터(106)에 의해 바닥면과 접촉되어 회전되면서 흡입구(103)를 통해 이물질의 흡입을 촉진시키는 회전브러시(105)가 설치되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 청소용 로봇에 있어서는, 청소를 실시하고자 하는 방 등의 내부에서 로봇본체(101)가 벽 또는 문턱에 접근하게 되면 초음파송신부(111) 및 초음파수신부(113)는 이를 감지하고, 도시 않은 제어부에 의해 로봇본체(101)는 방향을 전환하도록 제어되면서 주어진 청소구역을 청소하도록 되어 있어, 다른 방 또는 다른 장소로 이동이 불가하다고 하는 문제점이 있다. 이에 따라, 다른 방 또는 다른 장소를 연속으로 청소하고자 할 때는 로봇본체(101)를 해당 장소로 이동시켜야 하므로 불편이 따르고, 청소구역과 다른 장소에 충전부가 구비되어 있는 경우 충전이 불가하여 로봇본체(101)의 작업이 중단되는 경우가 발생된다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 턱을 넘을 수 있어 다른 장소로 이동이 가능하여 연속적인 작업 수행이 가능하고 배터리 방전에 기인한 작업 중단을 억제할 수 있는 턱등반장치를 구비한 로봇을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 로봇본체와; 상기 로봇본체가 바닥면으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 상기 로봇본체가 주행가능하도록 상기 로봇본체에 회전가능하게 결합되는 주행휠과; 상기 주행휠을 구동시키는 주행휠구동부와; 상기 로봇본체의 전면에 상기 바닥면으로부터 소정 거리 이격되고 상기 로봇본체에 비해 전방으로 더 돌출됨과 아울러 상기 로봇본체에 대해 상대회전 가능하게 배치되는 등반휠과; 상기 등반휠을 회전구동시키는 등반휠구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇에 의해 달성된다.

여기서, 상기 로봇본체에 대해 전후방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 등반휠을 회전가능하게 지지하는 프레임과, 상기 프레임의 일측에 상기 프레임의 유동방향을 따라 탄성변형 가능하게 배치되어 상기 프레임이 상기 로봇본체의 전방으로 돌출되도록 탄성력을 가하는 완충스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 로봇본체에는 상기 프레임의 슬라이딩을 가이드하는 가이드부가 형성되어 있는 것이 효과적이다.

상기 로봇본체의 저부에 상기 로봇본체의 상하방향을 따라 배치된 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되어 상기 주행휠과 상호 협조적으로 상기 로봇본체를 지지하는 캐스터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 등반휠에는 반경방향을 따라 돌출되고 원주방향을 따라 이격배치된 치형부가 형성되어 있는 것이 효과적이다.

상기 로봇본체의 저부에는 외부와 연통되게 흡입구가 형성되어 있으며, 흡입력을 발생시켜 상기 흡입구를 통해 이물질을 흡입하도록 상기 로봇본체에 구비되는 흡입팬을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 흡입구영역에 상기 로봇본체에 대해 자유회전 가능하게 결합되는 회전브러시를 더 포함하는 것이 효과적이다.

상기 등반휠구동부는 상기 등반휠의 일측에 배치되는 등반휠구동모터를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 등반휠구동부는 상기 등반휠구동모터의 구동력을 상기 등반휠에 전달하는 전동부를 더 포함하도록 구성하는 것이 효과적이다.

상기 등반휠구동모터는 회전축이 상기 등반휠의 회전축과 나란하게 배치되어 있으며, 상기 전동부는 상기 등반휠구동모터의 회전축 및 상기 등반휠의 회전축에 동시에 결합되는 전동벨트를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 로봇본체에 소정 높이로 배치되어 상기 로봇본체의 주변의 물체를 감지하는 제1감지부와, 상기 등반휠의 접촉에 의한 유동시 동작되어 상기 등반휠과 접촉된 물체를 감지하는 제2감지부와, 상기 제1감지부 및 상기 제2감지부의 감지결과에 기초하여 상기 주행휠구동부 및 상기 등반휠구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 효과적이다.

상기 제어부는 상기 제1감지부에 의해 상기 로봇본체의 전방의 물체가 감지되지 아니하고, 상기 제2감지부에 의해 물체가 감지되는 경우 상기 등반휠이 회전되도록 상기 등반휠구동부를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 등반휠이 무부하로 회전되는 경우 상기 등반휠의 구동이 중지되도록 상기 등반휠구동부를 제어하는 것이 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 턱등반장치를 구비한 로봇의 측면도이고, 도 5는 도 4의 저면도이며, 도 6은 도 5의 등반휠영역의 부분절취단면도이고, 도 7은 도 6의 요부확대단면도이며, 도 8은 도 4의 측단면도이고, 도 9 내지 도 11은 각각 문턱 등반 시 등반휠의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 4의 제어블록도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 턱등반장치를 구비한 로봇은, 로봇본체(11)와, 로봇본체(11)가 바닥면(5)으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 로봇본체(11)가 주행가능하도록 로봇본체(11)에 회전가능하게 결합되는 주행휠(41)과, 주행휠(41)을 구동시킬 수 있도록 주행휠구동모터(43) 형태로 구현된 주행휠구동부와, 로봇본체(11)의 전면에 바닥면(5)으로부터 소정 거리 이격되고 로 봇본체(11)로부터 돌출됨과 아울러 로봇본체(11)에 대해 상대회전 가능하게 배치되는 등반휠(45)과, 등반휠(45)을 회전구동시킬 수 있도록 등반휠구동모터(51) 형태로 구현된 등반휠구동부를 포함하여 구성되어 있다.

로봇본체(11)는 얇은 원반형상을 가지도록 형성되어 있으며, 저부에는 로봇본체(11)가 바닥면(5)으로부터 소정 거리 이격되게 주행이 가능하도록 지지하는 한 쌍의 주행휠(41)이 설치되어 있다. 각 주행휠(41)의 일측에는 해당 주행휠(41)을 각각 독립적으로 회전구동시킬 수 있도록 주행휠구동모터(43)가 설치되어 있으며, 주행휠(41)의 주변에는 주행휠(41)과 상호 협조적으로 로봇본체(11)를 지지하는 복수의 캐스터(55)가 구비되어 있다. 각 캐스터(55)는 바닥면(5)에 구름접촉됨과 아울러 로봇본체(11)의 상하방향을 따른 회전축선을 중심으로 로봇본체(11)에 대해 자유회전 가능하게 결합되어 있다.

로봇본체(11)의 저부면에는 내부 및 외부가 서로 연통될 수 있도록 흡입구(13)가 관통형성되어 있으며, 로봇본체(11)의 내부에는 흡입구(13)를 통해 외부의 이물질을 흡입할 수 있도록 집진실(15)이 형성되어 있다. 집진실(15)의 일측에는 흡입력을 발생시키는 흡입팬(19)이 설치되어 있으며, 집진실(15)의 내부에는 흡입된 이물질을 포집할 수 있도록 봉투형태로 된 필터(17)가 교환가능하게 수용 설치되어 있다. 흡입팬(19)의 일측에는 필터(17)를 통과한 공기를 외부로 배출할 수 있도록 배출구(20)가 형성되어 있다. 흡입구(13)에는 일측이 흡입구(13)를 통해 바닥면(5)과 접촉되어 회전되면서 외부의 이물질의 흡입을 촉진시키는 회전브러시(21)가 구비되어 있으며, 회전브러시(21)의 일측에는 회전브러시(21)를 회전구동시 키는 브러시구동모터(23)가 설치되어 있다.

한편, 로봇본체(11)의 전면 상부영역에는 로봇본체(11) 주변의 물체를 감지할 수 있도록 복수의 제1감지부(25)가 형성되어 있다. 제1감지부(25)의 하측에는 바닥면(5)으로부터 소정 거리 이격되고 전후방향을 따라 슬라이딩 이동가능하게 배치되어 등반휠(45)을 회전가능하게 지지하는 프레임(31)이 설치되어 있으며, 로봇본체(11)에는 프레임(31)의 슬라이딩을 가이드할 수 있도록 가이드부(33)가 형성되어 있다.

프레임(31)의 전방영역에는 로봇본체(11)의 전면으로부터 소정 길이로 돌출되게 등반휠(45)이 결합되어 있으며, 등반휠(45)은 탄성이 있고 마찰력이 우수한 고무부재 등으로 비교적 긴 길이를 가지는 롤러 형태로 구현되어 있다. 등반휠(45)의 외주면에는 반경방향을 따라 돌출되고 둘레방향을 따라 이격된 복수의 치형부(47)가 형성되어 있다.

프레임(31)의 일측에는 등반휠(45)이 물체와 접촉되는 경우 충격을 완화함과 아울러 등반휠(45) 및 프레임(31)이 초기위치로 복귀될 수 있도록 탄성력을 가하는 복수의 완충스프링(35)이 구비되어 있으며, 완충스프링(35)은 프레임(31)의 유동방향을 따라 신축가능하게 압축코일형태로 구현되어 있다. 프레임(31)의 상면에는 등반휠(45)을 독립적으로 회전구동시키는 등반휠구동모터(51)가 구비되어 있으며, 등반휠구동모터(51)는 회전축(53)이 등반휠(45)의 회전축(46)과 나란하게 되도록 소정 거리 이격되게 배치되어 있다. 등반휠(45)의 회전축(46)과 등반휠구동모터(51)의 회전축(53)에는 구동력을 전달할 수 있도록 풀리(56)를 개재하여 전동벨트 (57)가 동시에 결합되어 있다. 완충스프링(35)의 일측에는 등반휠(45)이 물체와 접촉되어 프레임(31)이 슬라이딩 이동되는 경우 이를 감지할 수 있도록 제2감지부(37)가 설치되어 있다.

한편, 제어프로그램이 내장된 마이컴의 형태로 구현되는 제어부(61)에는, 로봇본체(11)가 다른 장소로 이동 시 문턱(7)을 감지하고 등반휠(45)을 동작시켜 문턱(7)을 넘어 다른 장소로 이동할 수 있도록 제1감지부(25)와, 제2감지부(37)와, 주행휠구동모터(43) 및 등반휠구동모터(51)가 각각 전기적으로 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 로봇본체(11)는 최초 청소구역의 내부를 이동하면서 청소 등 작업을 수행하게 된다. 작업을 완료하여 다음 청소구역으로 이동하거나 작업 수행 중 배터리 충전 등을 위해 다른 장소로 이동하게 되는 경우, 제1감지부(25)는 로봇본체(11)의 주변의 물체를 감지하고, 제어부(61)는 제1감지부(25)에 의해 물체가 감지되지 않으면 로봇본체(11)가 계속 진행하도록 각 주행휠구동모터(43)를 제어하게 된다.

한편, 로봇본체(11)의 이동 중 진행방향의 전방에 제1감지부(25)에 의해 감지되지 아니하는 일정 높이 이하의 물체, 예를 들면 문턱(7)이 있게 되면 도 9에 도시된 바와 같이, 관성에 의해 등반휠(45)이 문턱(7)과 접촉하게 된다. 등반휠(45)이 문턱(7)과 접촉되면 프레임(31)은 완충스프링(35)이 압축되면서 후퇴하여 충격력을 완화시키게 되고, 프레임(31)의 슬라이딩 이동시 제2감지부(37)는 문턱(7)과 접촉되었음을 감지하게 된다.

제어부(61)는 제2감지부(37)의 감지신호에 기초하여 등반휠구동모터(51) 및 주행휠구동모터(43)를 각각 제어하여 등반휠(45) 및 주행휠(41)이 동일한 방향으로 회전되도록 한다. 이에 따라, 로봇본체(11)는 도 10에 도시된 바와 같이, 등반휠(45)이 문턱(7)에 접촉되어 회전되면서 문턱(7)위로 등반하게 되고, 계속해서 등반휠(45) 및 주행휠(41)이 회전을 하게 되면 도 11에 도시된 바와같이, 주행휠(41)이 문턱(7)을 등반하여 문턱(7)을 넘게 된다.

로봇본체(11)가 문턱(7)을 넘어서면 로봇본체(11)는 캐스터(55) 및 주행휠(41)에 의해 지지되고, 등반휠(45)은 바닥면(5)으로부터 이격된 상태로 무부하회전을 하게 된다. 이 때, 제어부(61)는 등반휠구동모터(51)를 제어하여 등반휠(45)의 구동이 중지되도록 하고, 주행휠구동모터(43)를 제어하여 필요한 장소로 이동하거나 후속 작업을 진행하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 로봇본체와, 로봇본체가 바닥면으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 로봇본체가 주행가능하도록 로봇본체에 회전가능하게 결합되는 주행휠과, 주행휠을 구동시키는 주행휠구동부와, 로봇본체의 전면에 바닥면으로부터 소정 거리 이격되고 로봇본체로부터 돌출됨과 아울러 로봇본체에 대해 상대회전 가능하게 배치되는 등반휠과, 등반휠을 회전구동시키는 등반휠구동부를 포함하도록 함으로써, 턱을 넘을 수 있어 다른 장소로 이동이 가능하여 연속적인 작업 수행이 가능하고 배터리 방전에 기인한 작업 중단을 억제할 수 있는 턱등반장치를 구비한 로봇이 제공된다.

Claims

로봇본체와;

상기 로봇본체가 바닥면으로부터 소정 거리 이격되게 지지함과 아울러 상기 로봇본체가 주행가능하도록 상기 로봇본체에 회전가능하게 결합되는 주행휠과;

상기 주행휠을 구동시키는 주행휠구동부와;

상기 로봇본체의 전면에 상기 바닥면으로부터 소정 거리 이격되고 상기 로봇본체에 비해 전방으로 더 돌출됨과 아울러 상기 로봇본체에 대해 상대회전 가능하게 배치되는 등반휠과;

상기 등반휠을 회전구동시키는 등반휠구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇본체에 대해 전후방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 등반휠을 회전가능하게 지지하는 프레임과, 상기 프레임의 일측에 상기 프레임의 유동방향을 따라 탄성변형 가능하게 배치되어 상기 프레임이 상기 로봇본체의 전방으로 돌출되도록 탄성력을 가하는 완충스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제2항에 있어서,

상기 로봇본체에는 상기 프레임의 슬라이딩을 가이드하는 가이드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇본체의 저부에 상기 로봇본체의 상하방향을 따라 배치된 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되어 상기 주행휠과 상호 협조적으로 상기 로봇본체를 지지하는 캐스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제1항에 있어서,

상기 등반휠에는 반경방향을 따라 돌출되고 원주방향을 따라 이격배치된 치형부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제1항에 있어서,

상기 로봇본체의 저부에는 외부와 연통되게 흡입구가 형성되어 있으며, 흡입력을 발생시켜 상기 흡입구를 통해 이물질을 흡입하도록 상기 로봇본체에 구비되는 흡입팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제6항에 있어서,

상기 흡입구영역에 상기 로봇본체에 대해 자유회전 가능하게 결합되는 회전브러시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 등반휠구동부는 상기 등반휠의 일측에 배치되는 등반휠구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제8항에 있어서,

상기 등반휠구동부는 상기 등반휠구동모터의 구동력을 상기 등반휠에 전달하는 전동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제9항에 있어서,

상기 등반휠구동모터는 회전축이 상기 등반휠의 회전축과 나란하게 배치되어 있으며, 상기 전동부는 상기 등반휠구동모터의 회전축 및 상기 등반휠의 회전축에 동시에 결합되는 전동벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제8항에 있어서,

상기 로봇본체에 소정 높이로 배치되어 상기 로봇본체의 주변의 물체를 감지하는 제1감지부와, 상기 등반휠의 접촉에 의한 유동시 동작되어 상기 등반휠과 접촉된 물체를 감지하는 제2감지부와, 상기 제1감지부 및 상기 제2감지부의 감지결과에 기초하여 상기 주행휠구동부 및 상기 등반휠구동부를 제어하는 제어부를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제11항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제1감지부에 의해 상기 로봇본체의 전방의 물체가 감지되지 아니하고, 상기 제2감지부에 의해 물체가 감지되는 경우 상기 등반휠이 회전되도록 상기 등반휠구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.
제12항에 있어서,

상기 제어부는 상기 등반휠이 무부하로 회전되는 경우 상기 등반휠의 구동이 중지되도록 상기 등반휠구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 턱등반장치를 구비한 로봇.