KR101013936B1 - 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평행형 2륜 구동장치의 장점을 취하면서 장치의 정면, 후면에 한 쌍의 보조바퀴와 그 위치를 변경시킬 수 있도록 함으로써 평행형 2륜 구동장치의 자세는 보조바퀴를 통하여, 장치의 위치는 구동바퀴를 통하여 각각 독립적으로 제어가 가능하도록 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
2륜 구동, 구동장치, 주행 로봇, 주행 바퀴, 가변형. 평행형, 보조 바퀴

Description

가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치 및 그 제어방법{Parallel 2 wheel running gear and the control method that can control posture and location separatively through variableness style assistance wheel}
본 발명은 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 평행형 2륜 구동장치의 장점을 취하면서 장치의 정면, 후면에 한 쌍의 보조바퀴와 그 위치를 변경시킬 수 있도록 함으로써 평행형 2륜 구동장치의 자세는 보조바퀴를 통하여, 장치의 위치는 구동바퀴를 통하여 각각 독립적으로 제어가 가능하도록 하는 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 장착되는 보조바퀴 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래의 바퀴 구동형 이동장치 중 평행형 2륜 구동장치는 신속하고 안정적인 이동성, 방향전환의 용이성 및 요철 통과 능력으로 최근 이동로봇 및 운송장치의 구동부로 각광을 받고 있다.
국내 실용신안 등록번호 20-0381929에서의 2륜 구동로봇(10)은 도 1에 도시한 바와 같이 하부에 횡으로 마주보는 2개의 바퀴로 구동하며 앞, 뒤 기울임을 측정할 수 있는 센서(자이로 센서, 틸트 센서 등)와 2개의 구동바퀴의 위치 및 속도정보를 측정할 수 있는 센서(엔코더 등) 데이터를 이용하여 장치의 기울임 제어와 위치제어를 할 수 있는 제어부를 가지고 있는 것이 특징이다.
평행형 2륜 구동장치는 기본적으로 제어를 하지 않으면 스스로 자세제어가 불가능하여 앞 또는 뒤로 쓰러지는 특징이 있으므로 항상 자세제어를 하여 장치의 기울임을 유지해야 한다.
이러한, 특징은 장치에 외력이 가해지더라도 스스로 자세를 제어할 수 있는 장점이 있지만 장치가 직립 상태로 정지해 있기 위해서도 항상 제어기를 가동하여 자세제어를 해야 하기 때문에 에너지의 소모가 큰 단점이 있다.
또한, 자세제어를 통하여 제자리에 서있는 경우에도 어느 정도 위치의 이동이 불가피하기 때문에 본 장치가 특정한 스스로 작업을 수행하거나 사람을 태우고 위치이동을 할 경우에 불필요한 위치이동으로 사용자에게 불편함을 줄 수 있다.
그리고, 국내 실용신안 등록번호 20-0420023에서의 두 바퀴주행 로봇용 보조바퀴(2) 및 주행바퀴(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 평행형 2륜 구동장치의 전방 또는 후방 접지면에 고정된 보조바퀴(2) 또는 받침대를 부착하여 자세제어를 하지 않더라도 이 장치에 의지하여 앞 또는 뒤로 넘어지지 않도록 하는 고정형 보조바퀴(2)가 있다.
하지만, 이러한 보조바퀴(2)는 장치가 동작하지 않고 정지해 있거나 장치를 보관해야 할 경우에만 유용하며 보조바퀴(2)가 앞 또는 뒤쪽에 고정되어 있을 경우 장치를 직립상태를 유지하지 못하고 기울인 상태로 정지해 있어야 한다.
따라서, 고정된 보조바퀴(2)는 위에서 언급한 평행형 2륜 구동장치의 문제를 해결했다고 보기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 평행형 2륜 구동장치의 장점을 취하면서 종래 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장치의 정면, 후면에 한 쌍의 보조바퀴와 그 위치를 변경시킬 수 있도록 함으로써 평행형 2륜 구동장치의 자세는 보조바퀴를 통하여, 장치의 위치는 구동바퀴를 통하여 각각 독립적으로 제어가 가능하도록 함을 목적으로 한다
아울러, 본 발명의 다른 목적은 본 장치를 구동부로 사용하는 2륜장치에 있어서 2륜장치의 자세와 독립적으로 위치제어를 가능하게 함으로써 2륜장치의 특정 작업을 하거나 사람과 상호작용을 할 때 정확한 동작을 할 수 있도록 함을 목적으로 한다
본 발명의 또 다른 목적은 본 장치를 구동부로 사용하는 2륜장치가 2륜 로봇에 활용되었을 경우 2륜장치의 위치와 독립적으로 자세제어를 가능하게 함으로써 2륜장치 로봇이 정지 또는 이동 중에 인사를 하거나 몸의 기울임을 통한 감정표현을 할 수 있도록 함을 목적으로 한다
마지막으로 본 발명의 또 다른 목적은 본 장치를 구동부로 사용하는 운송장치에 있어서 운송장치가 정지해 있을 때 직립으로 자세를 유지할 수 있도록 제공함을 목적으로 한다
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 2륜장치에 구성된 보조바퀴를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치에 있어서, 상기 2륜장치의 좌,우 양측에 위치하여 주행바퀴를 주행하는 2륜 구동부의 중앙 전, 후 측에 각각 독립적으로 정지, 이동, 몸체의 기울임 제어가 가능한 보조바퀴가 구성되는 보조바퀴 구조이다.
이때, 상기 보조바퀴는, 2륜장치의 2륜 구동장치 전,후 측에 위치하는 수동형 바퀴로 완충장치를 구비한 캐스터로 이루어진 진행바퀴와,
상기 진행바퀴의 상단에 결합되어 지지하면서 길이 변화와 기울어짐 조절이 가능한 보조바퀴 지지부와,
상기 보조바퀴 지지부의 일측에 위치하여 상기 보조바퀴 지지부를 회전방향으로 구동하여 전, 후 측에 위치하는 진행바퀴의 높이를 조절하고, 보조바퀴의 쓰러짐을 막거나 기울임을 변경하는 보조바퀴 구동부와,
상기 보조바퀴 지지부의 각도나 보조바퀴와 지면 간의 힘을 제어하는 보조바퀴 제어부와,
상기 보조바퀴 지지부와 지면의 각도, 보조바퀴와 지면 간의 힘, 보조바퀴 지지부와 보조바퀴 구동부 간의 토크를 측정할 수 있는 장치로 상기 보조바퀴 제어부에서 보조바퀴의 위치와 지면 간의 힘 제어가 가능한 센서부로 구성된 것이다.
아울러, 2륜장치를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치의 보조바퀴 제어방법으로는 2륜장치가 지정된 장소에 이동하여 동작하기 위한 실시간 위치 및 자세의 목적 값을 상위 제어부에서 계산하여 위치 제어부와 자세 제어부로 전달하는 위치자세 수행 전달단계;
상기 상위 제어부의 위치 제어부에서는 2륜장치의 위치 센서부로부터 얻은 현재 2륜장치의 위치를 토대로 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치를 구동시키기 위한 신호값을 계산하여 2륜 구동부로 전달하며, 2륜 구동부에서 2륜장치를 구동시켜 실시간으로 목적한 위치로 이동하는 주행 이동단계;
상기 2륜장치가 주행 정지 후 상위 제어부의 자세 제어부에서는 2륜장치의 자세 센서부로부터 얻은 현재 2륜장치의 자세를 토대로 변화해야 할 2륜장치의 자세를 계산하여 전, 후측 보조바퀴 위치의 목적 값을 계산하여 전, 후측 보조바퀴 제어부로 전달하는 행동 준비단계;
상기 전, 후측 보조바퀴 제어부는 현재 전, 후측 보조바퀴의 높이 및 지면과의 힘의 값을 전, 후측 보조바퀴 센서부로부터 얻은 후 각 보조바퀴 위치와 지면과의 힘을 목적 값에 도달하기 위한 신호 값을 계산하여 각 보조바퀴 구동부로 전달하여 각 보조바퀴를 구동시키는 행동 구동단계;
2륜장치가 지정된 장소로 이동 후 정지한 상태에서 보조바퀴의 보조바퀴의 구동으로 몸을 기울어짐의 동작을 하기 위하여 상위 제어부는 현재의 위치의 목적 값은 변하지 않고, 몸을 앞으로 기울였다가 바로 세우는 2륜장치의 실시간 자세 값을 자세 제어부로 전달하는 작업 완료단계;를 특징으로 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치의 제어방법이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 평행한 2륜 구동장치의 자세와 위치를 독립적으로 정확하게 제어가 가능한 것으로 평행한 2륜 구동장치가 정지 시 보조바퀴를 통하여 기구적으로 자세제어가 가능하므로 자세제어를 위한 추가적인 에너지 소비를 줄일 수 있으며 보관이 용이하다.
그리고, 상기 평행한 2륜 구동장치를 구동부로 사용하는 로봇시스템에 적용할 2륜 구동장치가 가지는 신속한 이동성 및 회전성의 장점을 가지는 동시에 위치를 정확히 제어할 수 있고, 위치와 독립적인 자세제어를 통하여 인사하기 등의 몸체 기울임을 통하여 여러 가지 감정 및 제스쳐를 표현할 수 있다.
아울러, 상기 평행한 2륜 구동장치를 사용자 운송장치로 사용할 경우 정지 및 보관을 위하여 전원을 차단하더라도 기계적인 보조바퀴의 자세제어를 통하여 운송장치가 쓰러지지 않고 직립상태로 정지 및 보관이 용이한 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2륜장치에 구성된 보조바퀴를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치에 있어서,
상기 2륜장치의 좌,우 양측에 위치하여 주행바퀴를 주행하는 2륜 구동부의 중앙 전, 후 측에 각각 독립적으로 정지, 이동, 몸체의 기울임 제어가 가능한 보조바퀴가 구성되는 보조바퀴 구조이다.
이때, 상기 보조바퀴는,
2륜장치의 2륜 구동장치 전,후 측에 위치하는 수동형 바퀴로 완충장치를 구비한 캐스터로 이루어진 진행바퀴와,
상기 진행바퀴의 상단에 결합되어 지지하면서 길이 변화와 기울어짐 조절이 가능한 보조바퀴 지지부와,
상기 보조바퀴 지지부의 일측에 위치하여 상기 보조바퀴 지지부를 회전방향으로 구동하여 전, 후 측에 위치하는 진행바퀴의 높이를 조절하고, 보조바퀴의 쓰러짐을 막거나 기울임을 변경하는 보조바퀴 구동부와,
상기 보조바퀴 지지부의 각도나 보조바퀴와 지면 간의 힘을 제어하는 보조바퀴 제어부와,
상기 보조바퀴 지지부와 지면의 각도, 보조바퀴와 지면 간의 힘, 보조바퀴 지지부와 보조바퀴 구동부 간의 토크를 측정할 수 있는 장치로 상기 보조바퀴 제어부에서 보조바퀴의 위치와 지면 간의 힘 제어가 가능한 센서부로 구성된 것이다.
아울러, 2륜장치를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치의 보조바퀴 제어방법으로는 2륜장치가 지정된 장소에 이동하여 동작하기 위한 실시간 위치 및 자세의 목적 값을 상위 제어부에서 계산하여 위치 제어부와 자세 제어부로 전달하는 위치자세 수행 전달단계;
상기 상위 제어부의 위치 제어부에서는 2륜장치의 위치 센서부로부터 얻은 현재 2륜장치의 위치를 토대로 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치를 구동시키기 위한 신호값을 계산하여 2륜 구동부로 전달하며, 2륜 구동부에서 2륜장치를 구동시켜 실시간으로 목적한 위치로 이동하는 주행 이동단계;
상기 2륜장치가 주행 정지 후 상위 제어부의 자세 제어부에서는 2륜장치의 자세 센서부로부터 얻은 현재 2륜장치의 자세를 토대로 변화해야 할 2륜장치의 자세를 계산하여 전, 후측 보조바퀴 위치의 목적 값을 계산하여 전, 후측 보조바퀴 제어부로 전달하는 행동 준비단계;
상기 전, 후측 보조바퀴 제어부는 현재 전, 후측 보조바퀴의 높이 및 지면과의 힘의 값을 전, 후측 보조바퀴 센서부로부터 얻은 후 각 보조바퀴 위치와 지면과의 힘을 목적 값에 도달하기 위한 신호 값을 계산하여 각 보조바퀴 구동부로 전달하여 각 보조바퀴를 구동시키는 행동 구동단계;
2륜장치가 지정된 장소로 이동 후 정지한 상태에서 보조바퀴의 구동으로 몸을 기울어짐의 동작을 하기 위하여 상위 제어부는 현재의 위치의 목적 값은 변하지 않고, 몸을 앞으로 기울였다가 바로 세우는 2륜장치의 실시간 자세 값을 자세 제어부로 전달하는 작업 완료단계;를 특징으로 하는 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 장착되어 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 보조바퀴의 제어방법을 제공함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 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.
도 3은 본 발명의 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 보조바퀴가 부착된 전, 후 측면을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 보조바퀴를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 2륜 구동장치의 보조바퀴 구동 동작을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2륜장치(도면 미도시)를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴(10) 등이 기본적으로 포함된다.
여기서, 본 발명에 따른 보조바퀴는 2륜장치로 구성될 수 있는 2륜 로봇, 2륜 운송장치 등 2륜 주행바퀴에 보조바퀴를 구성할 수 있는 장치에 활용이 가능한 것이다.
아울러, 상기 2륜장치의 좌,우 양측에 위치하여 주행바퀴(10)를 주행하는 2륜 구동장치(30)의 중앙 전, 후 측에 각각 독립적으로 정지, 이동, 몸체의 기울임 제어가 가능한 보조바퀴(100)가 구성되는 것이다.
이때, 상기 2륜 구동장치(30)는 2륜장치의 양측에 각각 위치하고, 상기 보조바퀴(100)는 2륜장치의 양측에 위치한 2륜 구동장치(30)의 전 후측에 각각 위치하는 것이다.
아울러, 상기 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치(30)에 본 발명의 보조바퀴(100)가 장착되는 것으로 평행형 2륜 구동장치(30)의 2개의 주행바퀴(10)에 전방, 후방에 보조바퀴(100)가 위치하고, 보조바퀴(100)의 위치를 조절할 수 있는 보조바퀴 구동부(130)와 센서부(150), 보조바퀴 제어부(140)가 위치하여 구성되는 것이다.
이러한, 상기 보조바퀴(100)에는 2륜장치의 2륜 구동장치(30) 전,후 측에 위치하는 수동형 바퀴로 완충장치를 구비한 캐스터로 이루어진 진행바퀴(110)가 위치한다.
그리고, 상기 진행바퀴(110)의 상단에는 보조바퀴 지지부(120)가 결합되어 지지하면서 길이 변화와 기울어짐 조절이 가능한 것이다.
아울러, 상기 보조바퀴 지지부(120)의 일측에 보조바퀴 구동부(130)가 위치하여 상기 보조바퀴 지지부(120)를 회전방향으로 구동하여 전, 후 측에 위치하는 진행바퀴(110)의 높이를 조절하고, 보조바퀴(100)의 쓰러짐을 막거나 기울임을 변경하는 것이다.
또한, 상기 보조바퀴 지지부(120)의 각도나 보조바퀴(100)와 지면 간의 힘을 제어하는 보조바퀴 제어부(140)가 구성된다.
이러한, 상기 보조바퀴 지지부(120)와 지면의 각도, 보조바퀴(100)와 지면 간의 힘, 보조바퀴 지지부(120)와 보조바퀴 구동부(130) 간의 토크를 측정할 수 있는 장치로 상기 보조바퀴 제어부(140)에서 보조바퀴(100)의 위치와 지면 간의 힘 제어가 가능한 센서부(150)로 구성된다.
이때, 상기 센서부(150)는 보조바퀴 지지부(120)와 지면의 각도, 보조바퀴(100)와 지면간의 힘 또는 보조바퀴 지지부(120)와 보조바퀴 구동부(130)간의 토크를 측정할 수 있는 장치로 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder), 앱솔루트 엔코더(absolute encoder), 전위차계(potentiometer), 압력센서(force sensor), 토크센서(torque sensor) 등이 사용 가능하며 이를 통하여 보조바퀴 제어부(140)에서 보조바퀴(100)의 위치와 지면간의 힘 제어가 가능하다.
여기서, 상기 보조바퀴(100)는 하단에 진행바퀴(110)를 구성하면서 보조바퀴(100)의 상당에 위치하는 보조바퀴 지지부(120) 상에는 보조바퀴 구동부(130), 보조바퀴 제어부(140), 센서부(150)가 위치하는 것이다.
아울러, 도 6은 본 발명의 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 장착되어 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 보조바퀴의 구성도이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 2륜장치의 2륜 구동장치(30)에 장착되는 가변형 보조바퀴(100)를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 구조로, 보조바퀴(100)의 제어에는 상위 제어부(160), 위치 제어부(170), 자세 제어부(180), 보조바퀴 제어부(140), 센서부(150), 2륜 구동부(20), 보조바퀴 구동부(130)로 이루어져 있는 것이다.
즉, 상기 2륜장치의 2륜 구동장치(20)에 구비된 보조바퀴(100)는 각각의 2륜 구동바퀴의 전, 후측에 구비되어 각각 보조바퀴(100)가 작동될 수 있는 것이다.
이러한, 상기 보조바퀴(100)의 상위 제어부(160)는 보조바퀴(100)에 의한 2륜장치에 구비된 2륜 구동장치(20)의 자세와 위치 제어는 상기 2륜 구동장치(20)의 위치 및 자세를 결정하는 부분으로 2륜장치의 자동화된 특정 작업 수행 및 감정표 현을 위한 2륜장치의 위치 및 자세를 결정하는 위치 결정부(162)와 자세 결정부(140)를 포함한다.
그리고, 상기 2륜 구동장치(30)의 실시간 위치, 자세, 보조바퀴(100)의 힘, 토크 및 위치를 측정하는 센서부(150)는 위치 센서부(152), 자세 센서부(154), 보조바퀴 센서부(156)를 포함한다.
또한, 위치 제어부(170)는 센서부(150)의 위치 센서부(152)로부터 얻은 장치의 위치값과 상위 제어부(162)의 위치 결정부(162)가 원하는 장치의 위치를 비교하여 2륜 구동장치(30)의 주행바퀴(10)를 구동시켜 장치의 위치를 제어하는 연산장치이다.
그리고, 상기 위치 제어부(170)의 위치 결정에 의해 구동하는 2륜 구동장치(30)의 좌,우 한 쌍의 엑츄에이터와 주행바퀴(10)의 구동을 위한 전자장치를 포함하는 2륜 구동부(20)가 위치한다.
아울러, 자세 제어부(180)는 상위 제어부(160)의 자세 결정부(164)가 원하는 장치의 자세 기울기를 보조바퀴를 움직여서 제어하기 위하여 자세 센서부(154)로부터 현재 장치의 기울기 값을 얻고, 이를 통하여 전, 후측 보조바퀴(100) 위치의 목적값을 계산하는 연산장치이다.
그리고, 전, 후측 각각의 보조바퀴 제어부(140)는 자세 제어부(180)로부터 보조바퀴(100) 위치의 목적값과, 전, 후측 보조바퀴 센서부(156)로부터 얻은 현재 각 보조바퀴(100)의 위치값을 비교하여 전, 후측 보조바퀴 구동부(130)를 구동시켜 보조바퀴(100)의 위치가 목적값에 도달하도록 제어하는 연산장치이다.
또한, 상기 전, 후측 각각의 보조바퀴 구동부(130)는 전, 후측 보조바퀴 지지부(120)를 회전시키기 위한 동력장치와 이의 구동을 위한 전자장치를 포함한다.
이같은, 구조로 이루어진 2륜장치의 보조바퀴(100)는 2륜장치를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴(10) 등이 포함된 2륜 구동장치(30)의 보조바퀴 제어방법을 도 7에 도시한 바와 같이 설명하면,
먼저, 상기 2륜장치가 지정된 장소에 이동하여 동작하기 위한 실시간 위치 및 자세의 목적 값을 상위 제어부(160)에서 계산하여 위치 제어부(170)와 자세 제어부(180)로 전달하는 위치자세 수행 전달단계(S10)가 실행된다.
이때, 상기 2륜장치의 자세는 직립상태를 유지할 수도 있고, 특정한 행동표현을 위하여 전,후 측의 보조바퀴(100)가 각각 변화할 수도 있는 것이다.
그리고, 상기 위치 제어부(170)에서는 2륜장치의 위치 센서부(152)로부터 얻은 현재 2륜장치의 위치를 토대로 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치(30)를 구동시키기 위한 신호값을 계산하여 2륜 구동부(20)로 전달하며, 2륜 구동부(20)에서 2륜장치를 구동시켜 실시간으로 목적한 위치로 이동하는 주행 이동단계(S20)에 의해 이동한다.
상기 2륜장치가 주행 정지 후 상위 제어부(160)의 자세 제어부(180)에서는 2륜장치의 자세 센서부(154)로부터 얻은 현재 2륜장치의 자세를 토대로 변화해야 할 2륜장치의 자세를 계산하여 전, 후측 보조바퀴(100) 위치의 목적 값을 계산하여 전, 후측 보조바퀴 제어부(140)로 전달하는 행동 준비단계(S30) 작업이 수행된다.
그리고, 상기 전, 후측 보조바퀴 제어부(140)는 현재 전, 후측 보조바퀴(100)의 높이 및 지면과의 힘의 값을 전, 후측 보조바퀴 센서부(156)로부터 얻은 후 각 보조바퀴(100) 위치와 지면과의 힘을 목적 값에 도달하기 위한 신호 값을 계산하여 각 보조바퀴 구동부(130)로 전달하여 각 보조바퀴(100)를 구동시키는 행동 구동단계(S40)가 작동한다.
아울러, 2륜장치가 지정된 장소로 이동 후 정지한 상태에서 보조바퀴(100)의 구동으로 몸을 기울어짐의 동작을 하기 위하여 상위 제어부(160)는 현재의 위치의 목적 값은 변하지 않고, 몸을 앞으로 기울였다가 바로 세우는 2륜장치의 실시간 자세 값을 자세 제어부(180)로 전달하는 작업 완료단계(S50)에 의해 작동이 마무리 되고, 다시 직립상태로 복귀하는 것이다.
이러한, 2륜장치의 2륜 구동장치부(30)에 구비된 보조바퀴(100)는 양측에 위치하는 2륜 구동장치(30)에 각각 전, 후 측으로 보조바퀴(100)가 위치하여 총 4개의 보조바퀴(100)가 각각 동작되는 것으로, 2륜장치의 기울어짐을 각각 보조바퀴(100)가 변화를 줄 수 있으며, 기울어짐의 각도도 각각의 보조바퀴(100)가 얼마만큼 벌어짐과 좁혀짐에 따라 조절이 가능한 것이다.
즉, 상기 2륜장치의 자세는 보조바퀴(100)에 의해 직립상태로 이동, 정지가 가능하면서, 특정한 행동표현을 위하여 보조바퀴(100)의 기울어짐을 전, 후측으로 변화할 수 있는 것이다.
본원 발명의 평행형 2륜 구동장치(30)의 정면, 후면에 한 쌍의 보조바퀴(100)와 그 위치를 변경시킬 수 있도록 함으로써 평행형 2륜 구동장치(30)의 자세는 보조바퀴(100)를 통하여, 장치의 위치는 구동 주행바퀴(10)를 통하여 각각 독 립적으로 제어가 가능한 것이다.
아울러, 상기 2륜 구동장치(30)를 구동부로 사용하는 이동 2륜장치에 있어서 2륜장치의 자세와 독립적으로 위치제어를 가능하게 함으로써 2륜장치가 특정 작업을 하거나 사람과 상호작용을 할 때 정확한 동작을 할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 2륜 구동장치(30)를 구동부로 사용하는 이동 2륜장치에 있어서 2륜장치의 위치와 독립적으로 자세제어를 가능하게 함으로써 2륜장치가 정지 또는 이동 중에 인사를 하거나 몸의 기울임을 통한 감정표현이 가능한 것이다.
또, 상기 2륜 구동장치(30)를 구동부로 사용하는 운송장치에 있어서 운송장치가 정지해 있을 때 직립으로 자세를 유지할 수 있는 것이다.
이같은, 상기 보조바퀴(100)의 다른 실시예로 보조바퀴(100)를 구비한 2륜 구동장치(30)가 사용자 탑승이 가능한 운송장치에 구성되어 사용자가 정지 후 운송장치의 사용을 완료하고, 전원 차단 버튼을 누르게 되면 상위 제어부(160)에서 직립 신호를 자세 제어부(180)로 전달하게 되고, 운송장치의 자세를 직립으로 유지하기 위한 전, 후측 보조바퀴(100)를 통하여 기계적으로 자세의 직립 유지가 가능하므로 전원이 차단된 상태에서도 쓰러지지 않게 된다.
상기 2륜 구동장치(30)의 보조바퀴(100)에 구성된 상위 제어부(160)가 운송장치로 사용되면 사용자의 명령에 따라 운송장치의 위치 및 자세를 결정하게 되는 것이다.
즉, 상기 2륜 구동장치(30)를 구동부로 사용하는 사용자가 탑승이 가능한 운송장치에 있어서, 정지와 보관 시 운송장치의 전원을 차단하더라도 운송장치가 쓰 러지는 것을 방지하기 위하여 보조바퀴(100)를 사용할 수 있다.
또한, 사용자가 정지 후 운송장치의 사용을 완료하고 싶을 때 특정한 버튼이나 전원 차단 버튼을 누르게 되면 상위 제어부(160)에서 직립 신호를 자세 제어부(180)로 전달하게 되고, 운송장치의 자세를 직립으로 유지하기 위한 전, 후측 보조바퀴 구동부(130)의 동작까지의 일련 과정은 상기 상술한 바와 같다.
상기 전, 후측 보조바퀴(100)를 통하여 기계적으로 자세의 직립 유지가 가능하므로 전원이 차단된 상태에서도 쓰러지지 않고 보관이 용이하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래의 2륜 구동로봇을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 보조바퀴를 구비한 두 바퀴 주행 로봇용을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 보조바퀴가 부착된 전, 후 측면을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치의 보조바퀴를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 2륜 구동장치의 보조바퀴 구동 동작을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치에 장착되어 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 보조바퀴의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 2륜 구동장치의 보조바퀴 구동 제어방법을 나타낸 블록도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10:주행바퀴 20:2륜 구동부
30:2륜 구동장치 100:보조바퀴
110:진행바퀴 120:보조바퀴 지지부
130:보조바퀴 구동부 140:보조바퀴 제어부
150:센서부 152:위치센서부
154:자세 센서부 156:보조바퀴 센서부
160:상위 제어부 162:위치 결정부
164:자세 결정부 170:위치 제어부
180:자세 제어부

Claims (8)

  1. 2륜장치에 구성된 보조바퀴를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치에 있어서,
    상기 2륜장치에 구성된 주행바퀴(10)의 좌,우 양측에 위치하여 2륜장치의 정지, 이동, 몸체의 기울임을 제어하도록 구비된 보조바퀴(100)를 포함하되,
    상기 보조바퀴(100)는,
    2륜장치의 2륜 구동장치(30) 전,후 측에 위치하는 수동형 바퀴로 완충장치를 구비한 캐스터로 이루어진 진행바퀴(110)와,
    상기 진행바퀴(110)의 상단에 결합되어 지지하면서 길이 변화와 기울어짐 조절이 가능한 보조바퀴 지지부(120)와,
    상기 보조바퀴 지지부(120)의 일측에 위치하여 상기 보조바퀴 지지부(120)를 회전방향으로 구동하여 전, 후 측에 위치하는 진행바퀴(110)의 높이를 조절하고, 보조바퀴(100)의 쓰러짐을 막거나 기울임을 변경하는 보조바퀴 구동부(130)와,
    상기 보조바퀴 지지부(120)의 각도나 보조바퀴와 지면 간의 힘을 제어하는 보조바퀴 제어부(140)와,
    상기 보조바퀴 지지부(120)와 지면의 각도, 보조바퀴(100)와 지면 간의 힘, 보조바퀴 지지부(120)와 보조바퀴 구동부(130) 간의 토크를 측정할 수 있는 장치로 상기 보조바퀴 제어부(140)에서 보조바퀴(100)의 위치와 지면 간의 힘 제어가 가능한 센서부(150)로 구성되는 것을 포함함을 특징으로 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조바퀴(100)에 의한 2륜장치에 구비된 2륜 구동장치(30)의 자세와 위치 제어는,
    상기 2륜 구동장치(30)의 위치 및 자세를 결정하는 부분으로, 2륜장치의 자동화된 특정 작업 수행 및 감정표현을 위한 2륜장치의 위치 및 자세를 결정하는 위치 결정부(162)와 자세 결정부(164)를 포함하는 상위 제어부(160)와,
    상기 2륜 구동장치(30)의 실시간 위치, 자세, 보조바퀴(100)의 힘, 토크 및 위치를 측정하는 부분으로 위치 센서부(152), 자세 센서부(154), 보조바퀴 센서부(156)를 포함하는 센서부(150)와,
    상기 센서부(150)의 위치 센서부(152)로부터 얻은 장치의 위치 값과 상위 제어부(160)의 위치 결정부(162)가 원하는 장치의 위치를 비교하여 2륜 구동장치(30)의 주행바퀴(10)를 구동시켜 장치의 위치를 제어하는 연산장치인 위치 제어부(170)와,
    상기 위치 제어부(170)의 위치 결정에 의해 구동하는 2륜 구동장치(30)의 좌,우 한 쌍의 엑츄에이터와 주행바퀴(10)의 구동을 위한 전자장치를 포함하는 2륜 구동부(20)와,
    상위 제어부(160)의 자세 결정부((162)가 원하는 장치의 자세 기울기를 보조바퀴(100)를 움직여서 제어하기 위하여 센서부(150)의 자세 센서부(154)로부터 얻은 장치의 기울기 값을 얻고, 전, 후측 보조바퀴(100) 위치의 목적값을 계산하는 연산장치인 자세 제어부(180)와,
    상기 자세 제어부(180)로부터 보조바퀴(100) 위치의 목적 값과 전, 후측 보조바퀴(100)의 보조바퀴 센서부(156)로부터 얻은 현재 각 보조바퀴(100)의 위치 값을 비교하여 전, 후측 보조바퀴(100)를 구동시켜 보조바퀴(100)의 위치가 목적 값에 도달하도록 제어하는 연산장치인 전, 후측 각각의 보조바퀴 제어부(140)와,
    상기 전, 후측의 보조바퀴 지지부(120)를 회전시키기 위한 동력장치와 상기 동력장치의 구동을 위한 전자장치를 포함하는 전, 후측 각각의 보조바퀴 구동부(130)로 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치.
  5. 2륜장치를 구동시키기 위한 배터리, 구동모터 및 주행바퀴 등이 포함된 2륜 구동장치의 보조바퀴 제어방법에 있어서,
    2륜장치가 지정된 장소에 이동하여 동작하기 위한 실시간 위치 및 자세의 목적 값을 상위 제어부(160)에서 계산하여 위치 제어부(170)와 자세 제어부(180)로 전달하는 위치자세 수행 전달단계(S10);
    상기 상위 제어부(160)의 위치 제어부(170)에서는 2륜장치의 위치 센서부(152)로부터 얻은 현재 2륜장치의 위치를 토대로 2륜장치의 평행형 2륜 구동장치(30)를 구동시키기 위한 신호값을 계산하여 2륜 구동부(20)로 전달하며, 2륜 구동부(20)에서 2륜장치를 구동시켜 실시간으로 목적한 위치로 이동하는 주행 이동단계(S20);
    상기 2륜장치가 주행 정지 후 상위 제어부(160)의 자세 제어부(180)에서는 2륜장치의 자세 센서부(154)로부터 얻은 현재 2륜장치의 자세를 토대로 변화해야 할 2륜장치의 자세를 계산하여 전, 후측 보조바퀴(100) 위치의 목적 값을 계산하여 전, 후측의 보조바퀴 제어부(140)로 전달하는 행동 준비단계(S30);
    상기 전, 후측의 보조바퀴 제어부(140)는 현재 전, 후측 보조바퀴(100)의 높이 및 지면과의 힘의 값을 전, 후측 보조바퀴(100)의 센서부(150)로부터 얻은 후 각 보조바퀴(100) 위치와 지면과의 힘을 목적 값에 도달하기 위한 신호 값을 계산하여 각 보조바퀴 구동부(130)로 전달하여 각 보조바퀴(100)를 구동시키는 행동 구동단계(S40);
    2륜장치가 지정된 장소로 이동 후 정지한 상태에서 보조바퀴(100)의 구동으로 몸을 기울어짐의 동작을 하기 위하여 상위 제어부(160)는 현재의 위치의 목적 값은 변하지 않고, 몸을 앞으로 기울였다가 바로 세우는 2륜장치의 실시간 자세 값을 자세 제어부(180)로 전달하는 작업 완료단계(S50);를 특징으로 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2륜장치의 자세는 보조바퀴(100)에 의해 직립상태로 이동, 정지가 가능하면서, 특정한 행동표현을 위하여 보조바퀴(100)의 기울어짐을 전, 후측으로 변화할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 하는 가변형 보조바퀴를 통하여 자세와 위치를 독립적으로 제어할 수 있는 평행형 2륜 구동장치의 제어방법.
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