KR101004957B1 - Robot system for 4 wheel driving and 4 wheel steering using motor - Google Patents
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Abstract
이 발명은, 표면 자석형 동기전동기(SPMSM)를 이용하여 속도제어가 용이하도록 하며, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)을 이용하여 선회 안정성이 향상되도록 하는, 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템에 관한 것으로서,This invention, using the surface magnet type synchronous motor (SPMSM) to facilitate the speed control, the steering angle of the inner tire to the steering angle of the inner tire greater than the steering angle of the outer tire when steering the front and rear wheels (Ackerman The present invention relates to a four-wheel drive and four-wheel steering omnidirectional traveling robot system using a motor to improve turning stability by using an angle,
기본 구조물인 프레임과, 상기한 프레임의 사방 4곳에 장착되어 있으며 로봇의 구동, 제동, 조향 역할 및 주행시 현가장치 역할을 담당하는 4개의 구동 모듈과, 상기한 프레임에 장착되어 있으며 시스템 전체에 전원을 공급하는 전원 모듈과, 구동 모터 및 조향 모터를 구동하기 위한 제어기 모듈과, 속도값과 조향각과 같은 주행정보를 생성하며 로봇의 전체시스템을 제어하는 컴퓨터 모듈을 포함하여 이루어지며, The frame, which is the basic structure, and four driving modules mounted on four sides of the frame and serving as the driving, braking, steering, and suspension of the robot, and mounted on the frame and supply power to the entire system. It includes a power supply module for supplying, a controller module for driving a drive motor and a steering motor, and a computer module for generating driving information such as speed values and steering angles and controlling the entire system of the robot.
상기한 구동모듈은, 속도 제어가 용이한 표면 자석형 동기전동기(SPMSM: Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)로 구성되어 주행을 위한 동력을 발생시키는 구동 모터와, 상기한 구동 모터의 토크를 증대시키기 위한 구동 감속기와, 상기한 구동 모터를 제동하기 위한 제동 장치와, 상기한 구동 모터로부터 회전동력을 전달받기 위한 타이어 및 휠 조립체와, 상기한 구동 모터에 설치되어 있는 구동 암과, 상기한 타이어 및 휠 조립체로부터 구동암을 통하여 전달되는 충격력을 완충시키기 위한 현가장치와, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타 이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)으로 설정되어, 상기한 구동암을 통하여 상기한 타이어 및 휠 조립체의 조향각을 제어함과 동시에, 현재의 조향각 신호와 조향각이 좌우 120도를 벗어나는 것을 감지하여 제어기 모듈 및 컴퓨터 모듈로 피드백 전송하는 조향장치를 포함하여 이루어진다. The drive module includes a drive motor for generating power for driving, which is composed of a Surface Permanent Magnet Synchronous Motor (SPMSM) for easy speed control, and a drive for increasing torque of the drive motor. A reducer, a braking device for braking the drive motor, a tire and wheel assembly for receiving rotational power from the drive motor, a drive arm provided in the drive motor, and the tire and wheel assembly Suspension system for damping the impact force transmitted through the drive arm from the Ackerman angle that gives the steering angle of the inner tire greater than the steering angle of the outer tire relative to the center of rotation during steering of the front and rear wheels By controlling the steering angle of the tire and wheel assembly through the drive arm, the current steering angle signal The steering angle is detected that the outside of the left and right 120 to comprise a steering apparatus for transmitting feedback to the controller module and a computer module.
타이어, 휠, 구동암, 애커만 조향각, 제동장치, 조향장치, 구동모터, Tires, wheels, drive arms, Ackerman steering angles, brakes, steering systems, drive motors,
Description
이 발명은 로봇 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 표면 자석형 동기전동기(SPMSM: Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)를 이용하여 속도제어가 용이하도록 하며, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)을 이용하여 선회 안정성이 향상되도록 하는, 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to the field of robots, and more specifically, to facilitate speed control by using a Surface Permanent Magnet Synchronous Motor (SPMSM). The present invention relates to a four-wheel drive and a four-wheel steering omnidirectional traveling robot system using a motor that improves turning stability by using an Ackerman angle, which makes the steering angle larger than that of an outer tire.
전방향으로 주행이 가능한 전방향성 주행 로봇은, 4개의 바퀴가 각각의 독립된 모터에 의해 제어됨으로써 자동차와는 달리 전후주행, 측면주행, 사선주행, 제자리 회전 등이 가능하게 된다. In the omnidirectional traveling robot capable of traveling in all directions, unlike four wheels, the four wheels are controlled by each independent motor, and thus, the front and rear driving, side driving, diagonal driving, and in-situ rotation can be performed.
이와 같은 전방향성 주행 로봇 시스템에 관한 기술로서, 자율이동 주행장치에 장착되는 2축 액츄에이터를 주행용 모터인 직류 모터와 방향 전환용 모터인 서보 모터로 결합하여 상기 2축 액츄에이터에 의해 각각의 4개 바퀴가 자율적으로 구동되는 것으로, 방향 자율 주행으로 측면 주행 및 제자리 회전이 가능하게 되어 전 후좌우 기본주행 및 측면으로도 전후좌우 방향 전환이 가능하며, 360도 제자리 회전, 사선주행이 가능하고, 공간의 형태에 관계없이 이동장치의 대상이 움직일 수 있는 최소의 공간에서 자율이동 주행이 가능하도록 하는 기술이 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0849413호(공고일자 2008년 7월 31일)의 "자율이동 4륜차의 자유로운 주행이 가능한 주행 방향 이동장치"에서 개시된 바 있다.As a technique related to such an omnidirectional traveling robot system, a two-axis actuator mounted on an autonomous traveling traveling device is combined with a direct current motor as a driving motor and a servo motor as a direction switching motor, and the two axis actuators are respectively used by the two-axis actuator. The wheels are autonomously driven, which enables side driving and in-situ rotation by directional autonomous driving. Regardless of the type, the technology for enabling autonomous movement driving in the minimum space in which the target of the moving device can move is described in the "Autonomous Movement of Korean Patent Publication No. 10-0849413 (July 31, 2008). It is disclosed in the "travel direction moving device that can freely run the four-wheeled vehicle".
그러나, 이와 같은 종래의 전방향성 주행 로봇은, 주행용 모터(122)로서 일반적인 DC 모터를 적용함으로써 상대적으로 속도제어가 용이하지 못한 문제점이 있다.However, such a conventional omnidirectional traveling robot has a problem in that speed control is relatively difficult by applying a general DC motor as the driving motor 122.
또한, 상기한 종래의 전방향성 주행 로봇은, 2축 엑츄에이터(120) 내부의 주행용 모터(DC 모터)(122)에 연결된 스퍼기어(152a)와 구동모터축(104)에 연결된 스퍼기어(152b) 사이에서 주행용 모터의 감속이 발생하여 최종적으로 바퀴(102)가 구동하는 방식으로 이루어짐으로써 주행용 모터 및 이하 기구부가 타이어 외부로 드러나는 문제점이 있다.In addition, the conventional omni-directional traveling robot, the spur gear 152a connected to the driving motor (DC motor) 122 inside the two-axis actuator 120 and the spur gear 152b connected to the driving motor shaft 104. There is a problem in that the deceleration of the driving motor occurs between the) and finally the wheel 102 is driven so that the driving motor and the following mechanism are exposed to the outside of the tire.
또한, 상기한 종래의 전방향성 주행 로봇은, 방향전환용 모터(124)로서 서보모터를 적용하고, 방향 전환시 서보블럭(130)의 내부에 존재하는 마그네틱(136)에 신호를 보내어 중앙에 위치한 스프링(134)이 누르고 있는 브레이크 디스크(132)를 마그네틱(136) 측으로 당김으로써 브레이크가 해제된 상태에서, 2축 엑츄에이터(120) 내부의 방향전환용 모터(124)에 연결된 웜 기어(154)와 감속 기어인 스퍼기어(152c, 152d)를 통해 위치제어 회전축(162)을 회전시켜 개별 타이어의 방향 전환이 가능하게 하는 방식으로 이루어짐으로써 조향시 조향각을 좌우측 타이어를 기 준으로 동일각(도 7 및 도 8 참조)으로 설정하면, 바깥쪽 타이어와 안쪽 타이어의 회전 중심이 틀리게 되며, 이 상태에서 조향을 계속하게 되면, 두 개의 타이어가 그리는 궤적이 점점 좁아져 교차하게 되어 결국 바깥쪽 바퀴는 바깥으로, 안쪽 바퀴는 안쪽으로 각각 미끄러지면서 굴러가게 되어 선회 안정성이 낮아지게 되는 문제점이 있다.In addition, the conventional omni-directional traveling robot applies a servo motor as the direction switching motor 124, and sends a signal to the magnetic 136 existing inside the servo block 130 when the direction is changed to be located at the center. With the worm gear 154 connected to the direction change motor 124 in the two-axis actuator 120 in the state that the brake is released by pulling the brake disk 132 pressed by the spring 134 to the magnetic 136 side; By rotating the position control rotary shaft 162 through the spur gears 152c and 152d which are reduction gears, the direction of the individual tires can be changed, so that the steering angle is the same angle based on the left and right tires when steering. 8, the center of rotation of the outer tire and the inner tire is different, and if steering is continued in this state, the trajectories of the two tires are gradually narrowed and cross each other. As a result, the outer wheels are rolled out while the inner wheels slide inwards, respectively, thereby lowering the turning stability.
또한, 상기한 종래의 전방향성 주행 로봇은, 2축 엑츄에이터(120) 상단에 장착된 서보블럭(130)이 상대적으로 흔들림과 외부 충격을 효과적으로 방지하지 못하는 문제점이 있다.In addition, the conventional omni-directional traveling robot has a problem that the servo block 130 mounted on the upper end of the two-axis actuator 120 does not effectively prevent shaking and external shock.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면 자석형 동기전동기(SPMSM)를 이용하여 속도제어가 용이하도록 하는, 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, to facilitate the speed control using a surface magnet synchronous motor (SPMSM), the omni-directional of the four-wheel drive and four-wheel steering method using a motor To provide a traveling robot system.
본 발명의 다른 목적은, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)을 이용하여 선회 안정성이 향상되도록 하는, 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to use the motor to improve the turning stability by using the Ackerman angle that gives the steering angle of the inner tire greater than the steering angle of the outer tire based on the center of rotation during steering of the front and rear wheels. To provide a four-wheel drive and four-wheel steering omni-directional traveling robot system.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 기본 구조물인 프레임과, 상기한 프레임의 사방 4곳에 장착되어 있으며 로봇의 구동, 제동, 조향 역할 및 주행시 현가장치 역할을 담당하는 4개의 구동 모듈과, 상기한 프레임에 장착되어 있으며 시스템 전체에 전원을 공급하는 전원 모듈과, 구동 모터 및 조향 모터를 구동하기 위한 제어기 모듈과, 속도값과 조향각과 같은 주행정보를 생성하며 로봇의 전체시스템을 제어하는 컴퓨터 모듈을 포함하여 이루어지며, As a means for achieving the above object, the configuration of the present invention, the frame is a basic structure, and the four drives are mounted on four sides of the frame and play the role of driving, braking, steering and suspension of the robot when driving. Module, a power module mounted on the frame and supplying power to the entire system, a controller module for driving the drive motor and the steering motor, and driving information such as speed values and steering angles, and generating the entire system of the robot. It includes a computer module to control,
상기한 구동모듈은, 속도 제어가 용이한 표면 자석형 동기전동기(SPMSM)로 구성되어 주행을 위한 동력을 발생시키는 구동 모터와, 상기한 구동 모터의 토크를 증대시키기 위한 구동 감속기와, 상기한 구동 모터를 제동하기 위한 제동 장치와, 상기한 구동 모터로부터 회전동력을 전달받기 위한 타이어 및 휠 조립체와, 상기한 구동 모터에 설치되어 있는 구동 암과, 상기한 타이어 및 휠 조립체로부터 구동암을 통하여 전달되는 충격력을 완충시키기 위한 현가장치와, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)으로 설정되어, 상기한 구동암을 통하여 상기한 타이어 및 휠 조립체의 조향각을 제어함과 동시에, 현재의 조향각 신호와 조향각이 좌우 120도를 벗어나는 것을 감지하여 제어기 모듈 및 컴퓨터 모듈로 피드백 전송하는 조향장치를 포함하여 이루어진다. The drive module includes a drive motor for generating power for driving, and a drive reducer for increasing torque of the drive motor, comprising a surface magnet type synchronous motor (SPMSM) for easy speed control; A braking device for braking the motor, a tire and wheel assembly for receiving rotational power from the drive motor, a drive arm installed in the drive motor, and a drive arm from the tire and wheel assembly. Suspension device for cushioning the impact force, and Ackerman angle that sets the steering angle of the inner tire greater than the steering angle of the outer tire based on the center of rotation during steering of the front and rear wheels, At the same time controlling the steering angle of the tire and wheel assembly, the current steering angle signal and steering angle are out of the left and right 120 degrees It comprises a steering device for detecting the feedback and transmitting feedback to the controller module and the computer module.
이 발명의 구성은, 상기한 구동 감속기는 유성감속기 타입으로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the above drive reducer is of a planetary reducer type.
이 발명의 구성은, 상기한 제동장치는 전자식 브레이크로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferable if the braking device is made of an electronic brake.
이 발명의 구성은, 상기한 현가장치는 쇽업쇼바와 압축 코일 스프링으로 구성되면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the suspension device comprises a shock absorber and a compression coil spring.
이 발명의 구성은, 상기한 조향 장치는, 조향을 위한 동력을 발생시키는 조향 모터와, 상기한 조향 모터의 토크를 1차적으로 증대시키기 위한 조향 감속기와, 상기한 조향 모터의 토크를 2차적으로 증대시키기 위한 피니언 기어 및 조향 기어와, 조향각에 대한 정보신호를 컴퓨터 모듈로 피드백하기 위한 조향 엔코더와, 조향각이 일정치 이상 벗어나는 것을 감지하여 전기적인 신호로서 제어기 모듈로 전송하기 위한 리미트 스위치를 포함하여 이루어지면 바람직하다. According to the configuration of the present invention, the steering apparatus includes a steering motor for generating power for steering, a steering reducer for increasing the torque of the steering motor primarily, and a torque of the steering motor secondary. A pinion gear and a steering gear for increasing, a steering encoder for feeding back an information signal about the steering angle to the computer module, and a limit switch for detecting an deviation of the steering angle from a predetermined value and transmitting it as an electrical signal to the controller module. Is preferred.
이 발명의 구성은, 상기한 조향 모터는 브레이크가 장착된 엔코더 내장형 서보모터로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the steering motor comprises an encoder-mounted servomotor equipped with a brake.
이 발명의 구성은, 상기한 조향 엔코더는 절대치 로터리 엔코더 타입으로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the steering encoder is of an absolute rotary encoder type.
이 발명은, 표면 자석형 동기전동기(SPMSM)를 이용하여 속도제어가 용이하도록 하며, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)을 이용하여 선회 안정성이 향상되도록 하는, 효과를 갖는다.This invention, using the surface magnet type synchronous motor (SPMSM) to facilitate the speed control, the steering angle of the inner tire to the steering angle of the inner tire greater than the steering angle of the outer tire when steering the front and rear wheels (Ackerman angle) to improve swing stability.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직 한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in order to describe in detail such that those skilled in the art can easily carry out the present invention, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do. Other objects, features, and operational advantages, including the purpose, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiments.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.For reference, the embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred embodiment in order to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment Rather, various changes, additions, and changes are possible within the scope without departing from the spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 사시 구성도이다.1 is a perspective configuration diagram of a four-wheel drive and four-wheel steering omnidirectional traveling robot system using a motor according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 구성은, 기본 구조물인 프레임(1)과, 상기한 프레임(1)의 사방 4곳에 장착되어 있으며 로봇의 구동, 제동, 조향 역할 및 주행시 현가장치 역할을 담당하는 4개의 구동 모듈(2)과, 상기한 프레임(1)에 장착되어 있으며 시스템 전체에 전원을 공급하는 전원 모듈(3)과, 구동 모터(21) 및 조향 모터(273)를 구동하기 위한 제어기 모듈(4)과, 속도값과 조향각과 같은 주행정보를 생성하며 로봇의 전체시스템을 제어하는 컴퓨터 모듈(5)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 1, the four-wheel drive and four-wheel steering omnidirectional traveling robot system using a motor according to an embodiment of the present invention includes a
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 구동모듈의 구성도이다.2 is a block diagram of a driving module of a four-wheel drive and four-wheel steering omni-directional traveling robot system using a motor according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 구동모듈(2)의 구성은, 주행을 위한 동력을 발생시키는 구동 모터(21)와, 상기한 구동 모터(21)의 토크를 증대시키기 위한 구동 감속기(22)와, 상기한 구동 모터(21)를 제동하기 위한 제동 장치(23)와, 상기한 구동 모터(21)로부터 회전동력을 전달받기 위한 타이어 및 휠 조립체(24)와, 상기한 구동 모터(21)에 설치되어 있는 구동 암(25)과, 상기한 타이어 및 휠 조립체(24)로부터 구동암(25)을 통하여 전달되는 충격력을 완충시키기 위한 현가장치(26)와, 상기한 구동암(25)을 통하여 상기한 타이어 및 휠 조립체(24)의 조향각을 제어하기 위한 조향장치(27)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the configuration of the
상기한 구동 모터(21)로서는 속도 제어가 용이한 표면 자석형 동기전동기(SPMSM: Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)를 적용하며, 정격 1500rpm(revolutions per minute)까지 작동 가능하며, 또한 구동 모터(21)의 샤프트에는 위치 신호를 피드백 받을 수 있는 센서인 레졸버가 설치되어 있는 구조로 이루어진다. 상기한 표면 자석형 동기전동기(SPMSM)는 회전자 표면에 영구자석을 부착한 구조를 갖는 것으로서, 교류모터의 일종이다. As the
상기한 구동 감속기(22)는 유성감속기 타입으로 이루어지며, 구동 모터(21)의 토크 출력을 증대시키고, 속도는 감소시켜서 타이어 및 휠 조립체(24)가 구동되도록 하는 구조로 이루어진다.The drive reducer 22 is formed of a planetary reducer type, and increases the torque output of the
상기한 제동장치(23)는 전자식 브레이크로 이루어지며, 상기한 구동 모터(21)의 샤프트에 직접 설치되어 주행 비상정지 상황 발생시에 구동 모터(21)를 곧바로 제동할 수 있도록 하는 구조로 이루어진다.The
상기한 현가장치(26)는 쇽업쇼바와 압축 코일 스프링으로 구성되어 있다.The
상기한 조향 장치(27)는, 조향을 위한 동력을 발생시키는 조향 모터(273)와, 상기한 조향 모터(273)의 토크를 1차적으로 증대시키기 위한 조향 감속기(274)와, 상기한 조향 모터(273)의 토크를 2차적으로 증대시키기 위한 피니언 기어(275) 및 조향 기어(276)와, 조향각에 대한 정보신호를 컴퓨터 모듈(5)로 피드백하기 위한 조향 엔코더(277)와, 조향각이 일정치 이상 벗어나는 것을 감지하여 전기적인 신호로서 제어기 모듈(4)로 전송하기 위한 리미트 스위치(288)를 포함하여 이루어진다. The
상기한 조향 모터(273)는 브레이크가 장착된 엔코더 내장형 서보모터로 이루어진다.The
상기한 조향 엔코더(277)는 절대치 로터리 엔코더 타입으로 이루어진다.The
상기한 구동 모터(21) 및 이하 기구부가 타이어 내부에 장착되는 인 휠 타입의 구조로 이루어진다.The
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 작용은 다음과 같다.The operation of the omnidirectional traveling robot system of the four-wheel drive and four-wheel steering method using the motor according to the embodiment of the present invention by the above configuration is as follows.
전원모듈(3)은 240V 및 24V 전원과 DC/DC 컨버터로 구성되어 있어 컴퓨터 모듈(5)과, 제어기 모듈(4) 그리고 기타 부가장치에는 24V 전원을 공급하고, 구동모듈(2)내의 구동 모터(21) 및 조향 모터(273)에는 240V 전원을 제공한다.The
전원모듈(3)로부터 전원이 인가되어 컴퓨터 모듈(5)의 동작이 시작되면, 컴퓨터 모듈(5)은 주행정보(로봇의 중심기준으로 속도값과 조향각)를 생성하여 제어기 모듈(4)로 보내고, 제어기 모듈(4)내의 구동 제어기와 조향 제어기가 구동 드라이버와 조향 드라이버를 제어하여 구동 모듈(2)내의 구동 모터(21) 및 조향 모터(273)를 독립적으로 회전시킴으로써 최종적으로 컴퓨터 모듈(5)이 지정한 경로로 로봇을 주행시키게 된다. 상기 제어기 모듈(2)은 구동 모터(21)를 이용하여 로봇의 가속, 감속, 등속유지 등과 같은 주행 속도를 제어하며, 조향 모터(273)를 이용하여 위치제어를 하게 된다.When power is supplied from the
로봇의 주행은 정상주행모드 이외에도, 측면주행모드, 사선주행모드, 2륜조향모드, 4륜조향모드, 제자리조향모드 등으로 구동됨으로써 다양한 주행경로로 동작이 가능하다.In addition to the normal driving mode, the robot can be operated in various driving paths by being driven in the side driving mode, the diagonal driving mode, the two-wheel steering mode, the four-wheel steering mode, the in-place steering mode, and the like.
정상주행모드는, 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이 4륜을 동일각도로 정방향으로 정렬시킨다음 타이어 및 휠 조립체(24)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키면 된다. In normal driving mode, as shown in FIG. 3A, the four wheels are aligned in the forward direction at the same angle, and then the tire and the
측면주행모드는, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 4륜을 동일각도로 측방향으로 정렬시킨다음 타이어 및 휠 조립체(24)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키면 된다. In the side driving mode, the four wheels are laterally aligned at the same angle as shown in FIG. 3B, and the tire and
사선주행모드는, 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이 4륜을 동일 각도로 사선방향으로 정렬시킨다음 타이어 및 휠 조립체(24)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키면 된다. In the oblique running mode, as shown in FIG. 3C, the four wheels are aligned diagonally at the same angle, and then the tire and
2륜 조향모드는, 도 3d에 도시되어 있는 바와 같이 구동중에 전륜을 애커만 각으로 조향시키면 일반 승용차와 동일한 조향이 가능하며, 후륜을 애커만 각으로 조향시키면 지게차와 동일한 조향이 가능하다.In the two-wheel steering mode, as shown in FIG. 3D, steering the front wheel at the Ackermann angle while driving can be performed in the same manner as in a general passenger car.
4륜 조향모드는, 도 3e에 도시되어 있는 바와 같이 구동중에 전륜과 반대방향으로 후륜을 조향시킴으로써 2륜 조향모드일때보다 회전반경이 감소하도록 한다.The four-wheel steering mode, as shown in Fig. 3E, steers the rear wheels in the opposite direction to the front wheels during driving so that the rotation radius is reduced than in the two-wheel steering mode.
제자리 조향모드는, 도 3f에 도시되어 있는 바와 같이 4륜을 일정각도(57.3도)로 조향시킨 다음 구동시키면 로봇의 중심을 기준으로 회전하게 된다.In situ steering mode, as shown in Figure 3f, by steering the four wheels at an angle (57.3 degrees) and then driven to rotate about the center of the robot.
이와 같은 로봇의 주행시 구동은 4개의 구동 모터(21)에 의해 독립적으로 이루어지며, 이 때 구동 모터(21)의 출력은 유성감속기 타입인 구동 감속기(22)로 입력이 되어 구동 모터(21)의 토크는 증대되고, 속도는 감소되어진다. 컴퓨터 모듈(5)은 로봇의 주행속도 제어를 위하여 구동 모터(21)의 샤프트에 설치되어 있는 레졸버로부터 입력되는 속도 신호를 피드백 받도록 되어 있으며, 구동 모터(21)는 정격 1500rpm(revolutions per minute)까지 작동 가능하다. The driving of the robot is independently performed by four driving
또한, 로봇의 주행시 제동은 제동장치(23)에 의해 이루어지며, 상기한 제동장치(23)는 구동 모터(21)의 샤프트에 직접 연결되어 있어 주행로봇의 속도가 0이거나 주행 중 비상정지 상황 발생시 구동 모터(21)를 바로 제동할 수 있는 전자식 브레이크로 되어 있다. 로봇의 주행중 제동이 아닌 감속은 구동모터(21)를 통해 이루어진다.In addition, the braking is performed by the
또한, 로봇의 주행시 완충은 현가장치(26)에 의해 이루어지며, 현가장치(26)의 구성품인 쇽업소버와 압축 코일 스프링에 의해 주행시 노면에서 발생하는 충격력을 흡수하고 과속방지턱 통과시 완충력을 제공함으로써 로봇의 주행 안정성을 높이며, 조향시 로봇의 선회 안정성을 향상시킨다.In addition, the cushioning of the robot while running is made by the
그리고, 로봇의 주행시 조향은 4개의 조향 장치(27)의 각각의 조향 모터(273)가 독립적으로 이루어지며, 이 때 조향 모터(273)의 출력은 하모닉 드라이브 타입인 조향 감속기(274)에서 1차 감속되고, 피니언 기어(275)와 조향 기어(276)의 조합에서 2차 감속되어 조향 모터(273)의 토크는 더욱 증대되고, 속도는 감소되어진다. 조향각 제어를 위하여 조향 모터(273)의 반대편에 절대치 로터리 엔코더 타입의 조향 엔코더(277)가 설치되어 조향각 신호를 피드백받게 되며 조향각은 좌우 90도까지 가능하다. 또한, 조향각이 좌우 120도를 벗어나는 것을 감지하기 위하여 좌우 120도 각도에 리미트 스위치(178)가 설치됨으로써 조향 모터(273)의 오동작을 방지한다. In addition, steering of the robot when steering is performed independently of each
또한, 로봇의 주행시 방향 전환은 조향 모터(273)의 내부에 존재하는 브레이크에 전원을 인가하여 브레이크가 해제된 상태에서, 조향 모터(273)의 출력축에 연결되어 있는 하모닉 드라이브 타입인 조향 감속기(274)에서 1차 감속되고, 피니언 기어(275)와 조향 기어(276)의 조합에서 2차 감속되어 조향 모터(13)의 토크가 증대되고 속도는 감소시킨 상태에서 증대된 토크를 이용하여 구동암(25)을 회전시켜 개별 타이어의 방향 전환이 이루어지도록 한다.In addition, the direction change when the robot is driven is a
그리고, 로봇의 조향각은, 조향 모터(273)의 반대편에 설치되어 있는 절대치 로터리 엔코더 타입의 조향 엔코더(17)로부터 피드백되는 조향각 신호를 이용하여 조향각이 안정성을 유지하도록 제어하며, 리미트 스위치(18)로부터 입력되는 신호를 이용하여 조향각이 한번에 120도를 벗어나지 않도록 제어한다. 또한, 전륜 및 후륜 조향시 회전 중심을 기준으로 안쪽 타이어의 조향각을 바깥쪽 타이어의 조향 각보다 크게 주는 애커만 조향각(Ackerman angle)으로 설정하여, 바깥쪽 타이어와 안쪽 타이어의 회전 중심이 동일한 상태에서 회전 중심을 기준으로 좌우측 타이어가 그리는 궤적이 평행하게 이루도록 하여 조향시킴으로써 선회 안정성이 향상되도록 한다. 그리고, 로봇의 조향시 모든 타이어가 그리는 궤적은 회전 중심으로 동심원이 이루어지며, 이 경우 각 타이어의 각속도가 같도록 구동 속도에도 차이를 주어 부드러운 선회가 이루어지도록 한다.The steering angle of the robot is controlled to maintain the steering angle by using a steering angle signal fed back from an absolute rotary encoder type steering encoder 17 provided on the opposite side of the
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 사시 구성도이다.1 is a perspective configuration diagram of a four-wheel drive and four-wheel steering omnidirectional traveling robot system using a motor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 구동모듈의 구성도이다.2 is a block diagram of a driving module of a four-wheel drive and four-wheel steering omni-directional traveling robot system using a motor according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 이 발명의 일실시예에 따른 모터를 이용한 4륜 구동 및 4륜 조향 방식의 전방향성 주행 로봇 시스템의 주행 및 조향모드를 나타낸 도면이다.3A to 3F are views illustrating driving and steering modes of an omnidirectional traveling robot system of four-wheel driving and four-wheel steering using a motor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 프레임 2 : 구동모듈1
3 : 전원모듈 4 : 제어기 모듈3: power module 4: controller module
5 : 컴퓨터 모듈5: computer module
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108563227A (en) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 武汉大学 | A kind of motion control method of the 2D wheeled robots based on movable castor |
KR20190052818A (en) | 2017-11-09 | 2019-05-17 | 대한민국(농촌진흥청장) | Autonomous traveling robot and its driving method of double steering of front and rear wheels for following fruit trees |
KR102041723B1 (en) | 2018-08-30 | 2019-11-27 | 주식회사진영비엔씨 | Heavy-goods conveying device capable of autonomous omni-directional travel without turning the wheels |
KR102279737B1 (en) | 2020-04-13 | 2021-07-20 | 한국로봇융합연구원 | Driving apparatus for amnidirectional mobile robot |
US11267283B2 (en) | 2019-04-05 | 2022-03-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Omni-direction wheel system and methods for controlling the omni-direction wheel system |
KR20220161659A (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-07 | 전북대학교산학협력단 | Blade unit and electric hoe using thereof |
KR102491800B1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | 주식회사 앨비 | Independent Suspension of Electric Four-wheeled Vehicles |
KR102491801B1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | 주식회사 앨비 | Suspension system for electric four-wheeled vehicles |
KR102595302B1 (en) | 2023-07-24 | 2023-10-30 | 임해진 | omnidirectional driving apparatus |
KR20230173345A (en) | 2022-06-17 | 2023-12-27 | 양수상 | Mobile robot capable of switching between walking mode and driving mode |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9950703B2 (en) | 2010-11-02 | 2018-04-24 | Hanwha Land Systems Co., Ltd. | Vehicle with independently driven multiple axes, and controller which independently drives multiple axles |
CN106514607A (en) * | 2016-12-30 | 2017-03-22 | 成都圭目机器人有限公司 | Four-wheel drive road face repairing robot system and road face repairing method |
CN107160963B (en) * | 2017-05-04 | 2020-08-21 | 大陆智源科技(北京)有限公司 | Wheeled motion chassis |
CN108748210A (en) * | 2018-07-18 | 2018-11-06 | 昆明理工大学 | A kind of light-duty package picks and places robot |
CN108890612A (en) * | 2018-08-20 | 2018-11-27 | 南昌大学 | A kind of non-contact magnetically absorption wheel leg composite structure for climbing robot |
KR102620426B1 (en) * | 2021-12-15 | 2024-01-03 | (주)언맨드솔루션 | Steering device |
KR102637653B1 (en) * | 2021-12-17 | 2024-02-19 | 엘앤에스(주) | Multi-axis autonomous driving platform with independent drive wheels |
CN114184238A (en) * | 2021-12-30 | 2022-03-15 | 杭州电子科技大学 | Old pipeline inspection robot based on telescopic wheel train |
CN116443093B (en) * | 2023-06-12 | 2023-09-05 | 华侨大学 | In-situ steering and rotating system of integrated frame full-electric wheel type engineering machinery |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100849413B1 (en) | 2007-07-06 | 2008-07-31 | 에스알시 주식회사 | Traveling by ship direction transfer device that free covering of self-regulation transfer four-wheeler is available |
-
2008
- 2008-09-17 KR KR1020080091311A patent/KR101004957B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100849413B1 (en) | 2007-07-06 | 2008-07-31 | 에스알시 주식회사 | Traveling by ship direction transfer device that free covering of self-regulation transfer four-wheeler is available |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190052818A (en) | 2017-11-09 | 2019-05-17 | 대한민국(농촌진흥청장) | Autonomous traveling robot and its driving method of double steering of front and rear wheels for following fruit trees |
CN108563227A (en) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 武汉大学 | A kind of motion control method of the 2D wheeled robots based on movable castor |
CN108563227B (en) * | 2018-04-20 | 2020-12-18 | 武汉大学 | Motion control method of 2D wheeled robot based on movable caster |
KR102041723B1 (en) | 2018-08-30 | 2019-11-27 | 주식회사진영비엔씨 | Heavy-goods conveying device capable of autonomous omni-directional travel without turning the wheels |
US11267283B2 (en) | 2019-04-05 | 2022-03-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Omni-direction wheel system and methods for controlling the omni-direction wheel system |
KR102279737B1 (en) | 2020-04-13 | 2021-07-20 | 한국로봇융합연구원 | Driving apparatus for amnidirectional mobile robot |
KR20220161659A (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-07 | 전북대학교산학협력단 | Blade unit and electric hoe using thereof |
KR102632621B1 (en) * | 2021-05-31 | 2024-01-31 | 전북대학교산학협력단 | Blade unit and electric hoe using thereof |
KR20230173345A (en) | 2022-06-17 | 2023-12-27 | 양수상 | Mobile robot capable of switching between walking mode and driving mode |
KR102491800B1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | 주식회사 앨비 | Independent Suspension of Electric Four-wheeled Vehicles |
KR102491801B1 (en) * | 2022-09-06 | 2023-01-27 | 주식회사 앨비 | Suspension system for electric four-wheeled vehicles |
KR102595302B1 (en) | 2023-07-24 | 2023-10-30 | 임해진 | omnidirectional driving apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20100032244A (en) | 2010-03-25 |
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