KR101023060B1 - 점프 기능을 가지는 이동 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점프 기능을 가지는 이동 로봇에 관한 것이다. 이동 로봇은 로봇 바디, 상기 로봇 바디에 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 바퀴, 상기 로봇 바디가 이동하도록 상기 한 쌍의 바퀴를 구동하는 구동 모터, 상기 로봇 바디의 후방으로 연장되도록 상기 로봇 바디에 연결되며 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전 가능하도록 상기 로봇 바디에 피봇 가능하게 연결되는 링크 구조물, 상기 로봇 바디와 링크 구조물을 탄성적으로 연결하는 스프링, 그리고 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력을 극복하고 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하는 힘을 상기 링크 구조물에 가한 후 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력에 의해 원래 상태로 복귀하도록 상기 링크 구조물에 가해진 힘을 제거할 수 있도록 작동하는 링크 구조물 조절 유닛을 포함한다.
로봇, 점프, 스프링, 링크, 센서

Description

점프 기능을 가지는 이동 로봇{MOBILE ROBOT WITH JUMP FUNCTION}
본 발명은 이동 로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 점프 기능을 가지는 이동 로봇에 관한 것이다.
로봇에 관한 기술이 발달하면서 스스로 이동할 수 있는 이동 로봇이 등장하였고, 이러한 이동 로봇은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 청소 로봇, 감시 로봇 등 다양한 임무를 수행하는 로봇이 등장하였다.
특히 감시, 정찰 등의 임무를 수행하는 로봇은 사람이 직접 감시, 정찰 임무를 수행하기 어려운 여건에 투입되어 효과적으로 임무를 수행할 수 있는 장점이 있다.
그런데 정찰 등의 임무를 수행하기 위해서는 장애물 등이 있는 다양한 지형을 이동하여야 하는데, 종래의 이동 로봇은 이러한 험한 환경에서 효과적으로 이동하지 못하는 문제가 있었다. 이와 같은 다양한 환경에서 다양한 임무를 수행하기 위하여 점프 기능을 가지는 이동 로봇에 필요하게 되었다.
종래에 점프 기능을 가지는 이동 로봇이 소개된 바 있으나, 종래의 점프 기능을 가지는 이동 로봇은 점프력이 약하거나, 점프 방향이나 점프 강도를 조절하기 어려운 점 등 여러 가지 문제점을 가졌다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 구조로 점프 기능을 구현함과 동시에 점프 방향이나 점프 강도를 효과적으로 조절할 수 있는 이동 로봇을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 로봇은 로봇 바디, 상기 로봇 바디에 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 바퀴, 상기 로봇 바디가 이동하도록 상기 한 쌍의 바퀴를 구동하는 구동 모터, 상기 로봇 바디의 후방으로 연장되도록 상기 로봇 바디에 연결되며 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전 가능하도록 상기 로봇 바디에 피봇 가능하게 연결되는 링크 구조물, 상기 로봇 바디와 링크 구조물을 탄성적으로 연결하는 스프링, 그리고 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력을 극복하고 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하는 힘을 상기 링크 구조물에 가한 후 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력에 의해 원래 상태로 복귀하도록 상기 링크 구조물에 가해진 힘을 제거할 수 있도록 작동하여 점프를 위한 힘이 생성되도록 하는 링크 구조물 조절 유닛을 포함한다.
상기 링크 구조물 조절 유닛은, 상기 로봇 바디에 장착되는 모터, 상기 모터에 의해 회전되도록 상기 모터에 연결되며 기어치가 형성된 부분과 기어치가 형성되지 않은 부분을 포함하는 제1 기어, 상기 제1 기어의 기어치가 형성된 부분에 치합되어 상기 제1 기어에 의해 회전되다가 상기 제1 기어의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출되는 경우 자유 회전 상태로 될 수 있도록 상기 제1 기어에 체결된 상태로 상기 로봇 바디에 장착되는 제2 기어, 상기 제2 기어와 함께 회전하도록 상기 제2 기어에 연결되는 와이어 릴, 그리고 상기 와이어 릴의 회전에 의해 상기 와이어 릴에 감겨 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력을 극복하고 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하거나 상기 와이어 릴의 자유 회전에 의해 상기 와이어 릴에서 풀려 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력에 의해 원래 위치로 복귀할 수 있도록 상기 와이어 릴과 상기 링크 구조물을 연결하는 와이어를 포함할 수 있다.
상기 제1 기어와 함께 회전하도록 상기 제1 기어에 결합되는 래칫(ratchet), 그리고 상기 래칫의 체결되는 래칫 훅(ratchet hook)을 더 포함할 수 있으며, 상기 래칫과 상기 래칫 훅은 상기 제1 기어가 상기 와이어가 상기 와이어 릴에서 풀리는 방향으로 회전하는 것을 허용하지 않도록 형성될 수 있다.
상기 링크 구조물은 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전되었을 때 상기 링크 구조물의 무게에 의해 상기 로봇 바디가 후방으로 회전하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 로봇은 외측 단이 상기 로봇 바디의 외측으로 돌출될 수 있도록 상기 로봇 바디에 회전 가능하게 장착되는 점프 방향 조절 핀, 그리고 상기 점프 방향 조절 핀을 회전 구동하기 위한 서보모터를 더 포함할 수 있다. 상기 점프 방향 조절 핀은 상기 링크 구조물의 피봇 회전에 의해 상기 로봇 바디가 후방으로 회전된 상태에서 지면을 향하도록 장착되며 그 회전에 의해 상기 로봇 바디의 회전 위치를 조절하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 상기 로봇 바디의 전방으로의 회전을 제한할 수 있도록 상기 로봇 바디의 전방으로 돌출되도록 설치되는 안티 폴다운 바(anti-fall-down bar)를 더 포함할 수 있다.
상기 링크 구조물은, 일단은 상기 스프링에 연결되고 제1 피봇점을 중심으로 피봇 회전 가능하게 상기 로봇 바디에 연결되는 제1 다리, 제2 피봇점을 중심으로 피봇 회전 가능하게 상기 로봇 바디에 연결되는 제2 다리, 그리고 상기 제1 다리와 상기 제2 다리의 외측 단부에 각각 피봇 가능하게 연결되는 풋(foot) 부재를 포함할 수 있다.
상기 스프링은 상기 제1 다리의 상기 로봇 바디 쪽으로의 피봇 회전에 대응하여 인장되도록 상기 제1 다리에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은, 상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 전방에 있는 장애물까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 초음파 센서, 상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 수평 방향에 대해 미리 설정된 각도만큼 위 방향으로 센싱을 수행하여 전방에 있는 장애물의 상단 모서리까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서, 그리고 상기 초음파 센서와 상기 PSD 센서의 신호를 기초로 전방에 있는 장애물의 높이를 산출하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은, 상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 전방으로 미리 설정된 거리만큼 떨어진 영역이 빈 공간인지 여부를 감지하여 해당하는 신호를 제1 포토 센서, 상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 상기 제1 포토 센서에 의해 감지되는 영역보다 더 멀리 영역이 빈 공간인지 여부를 감지하여 해당하는 제2 포토 센서, 그리고 상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서의 신호를 상기 구동 모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제2 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 상기 한 쌍의 바퀴의 회전 속도가 감소되도록 상기 구동 모터를 제어하고, 상기 제1 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 상기 한 쌍의 바퀴가 나란하게 정렬되도록 상기 구동 모터를 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이동 로봇이 간단한 구조에 의해 효과적인 점프 기능을 구현할 수 있으며, 점프 방향을 자유롭게 조절할 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 정면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 평면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 저면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 내부 구조를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 로봇 바디(robot body)(110)를 포함한다. 로봇 바디(110)는 이동 로봇의 각종 구조물이 장착되는 프레임(frame) 역할을 하며 복수의 플레이트와 지지 구조물 등으로 이루어질 수 있다.
한 쌍의 바퀴(120)가 로봇 바디(110)에 회전 가능하게 장착된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 바퀴(120)는 로봇 바디(110)의 양측에 서로 마주하도록 장착된다. 이동 로봇은 이 한 쌍의 바퀴(120)의 회전에 의해 이동할 수 있다.
구동 모터(130)는 한 쌍의 바퀴(120)를 구동한다. 한 쌍의 바퀴(120)가 구동 모터(130)에 의해 구동됨으로써 로봇 바디(110)가 이동할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 구동 모터(130)는 로봇 바디(110)에 장착될 수 있다. 이때, 구동 모터(130)는 한 쌍의 바퀴(120)를 각각 구동하는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 구동 모터(130)는 기어 등의 동력 전달 장치에 의해 한 쌍의 바퀴(120)에 연결될 수 있으며, 구동 모터(130)의 동력은 동력 전달 장치에 의해 한 쌍의 바퀴(120)로 전달될 수 있다.
링크 구조물(140)이 로봇 바디(110)에 연결된다. 도면에 도시된 바와 같이, 링크 구조물(140)은 로봇 바디(110)의 후방으로 연장되도록 로봇 바디(110)에 연결된다.
링크 구조물(140)은 로봇 바디(110) 쪽으로 피봇 회전 가능하도록 로봇 바디(110)에 피봇 가능하게 연결된다.
이때, 링크 구조물(140)은 로봇 바디(110) 쪽으로 피봇 회전되었을 때 그 무게에 의해 로봇 바디(110)가 후방으로 회전하도록 형성된다. 이에 대해서는 뒤에 서 이동 로봇을 점프 동작을 설명하면서 더 상세히 설명하기로 한다.
링크 구조물(140)은 제1 다리(141), 제2 다리(142), 그리고 풋(foot) 부재(143)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 다리(141)와 제2 다리(142)는 로봇 바디(110)의 양측에 각각 하나 씩 구비될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇에서 한 쪽 바퀴가 제거된 상태에서 로봇 바디와 링크 구조물의 연결 관계를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 제1 다리(141)는 제1 피봇점(144)을 중심으로 피봇 회전 가능하도록 로봇 바디(111)에 피봇 연결되고, 제2 다리(142)는 제2 피봇점(145)을 중심으로 피봇 회전 가능하도록 로봇 바디(111)에 피봇 연결된다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 이동 로봇이 평상 상태인 경우, 제2 다리(142)가 제1 다리(141)의 아래에 위치하도록 배치될 수 있다.
풋 부재(143)는 제1 다리(141)와 제2 다리(142)의 외측 단부에 각각 피봇 가능하게 연결된다. 즉, 풋 부재(143)는 제3 피봇점(146)을 통해 제1 다리(141)에 피봇 연결되고 제4 피봇점(147)을 통해 제2 다리(142)에 피봇 연결된다.
이때, 이동 로봇이 정상 상태인 경우를 기준으로 할 때 제1 피봇점(144)은 제2 피봇점(145)의 전방 상측에 위치하고 제3 피봇점(146)의 제4 피봇점(147)의 전방 상측에 위치하도록 배치될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 풋 부재(143)는 로봇 바디(110)의 양쪽에 각각 연결된 한 쌍의 제1 다리(141)와 제2 다리(142)에 각각 연결되도록 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 한 쌍의 풋 부재(143)는 한 쌍의 연결 로드(148)에 의해 서 연결될 수 있다.
이때, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 풋 부재(143)는 점프 시에 지면에 접촉하여 지면을 미는 기능을 수행하는 도약면(149)을 포함한다.
스프링(150)이 로봇 바디(110)와 링크 구조물(140)을 탄성적으로 연결한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 스프링(150)의 한 끝단은 로봇 바디(110)에 연결되고 다른 끝단은 링크 구조물(140)의 제1 다리(141)에 연결됨으로써, 링크 구조물(140)이 로봇 바디(110)에 탄성적으로 연결될 수 있다. 스프링(150)은 제1 피봇점(144)의 전방인 제1 다리(141)의 선단부에 연결될 수 있다. 이때, 스프링(150)은 제1 다리(141)의 로봇 바디(110) 쪽으로 피봇 회전에 대응하여 인장되도록 제1 다리(141)에 연결되도록 설치된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 링크 구조물(140)의 작동을 조절하는 링크 구조물 조절 유닛(160)을 포함한다. 링크 구조물 조절 유닛(160)은 링크 구조물(140)이 스프링(150)의 탄성력을 극복하고 로봇 바디(110) 쪽으로 피봇 회전하도록 하는 힘을 링크 구조물(140)에 가한 후 링크 구조물(140)이 스프링(150)의 탄성력에 의해 원래 상태로 복귀하도록 링크 구조물(140)에 가해진 힘을 제거할 수 있도록 작동한다. 이하에서 링크 구조물 조절 유닛(160)의 작용에 대해서 보다 상세히 설명한다.
링크 구조물 조절 유닛(160)은 로봇 바디(110)에 장착되는 모터(161)를 포함한다.
제1 기어(162)가 모터(161)에 의해 회전되도록 모터(161)에 연결된다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 기어(162)는 기어치(163)가 형성된 부분과 기어치가 형성되지 않은 부분을 포함한다. 즉, 제1 기어(162)의 외주면 중 일부에는 기어치(163)가 형성되어 있고 나머지 일부에는 기어치가 형성되어 있지 않다.
제2 기어(164)가 로봇 바디(110)에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 제2 기어(164)는 제1 기어(162)의 기어치(163)에 치합되어 제1 기어(162)에 의해 회전되다가 제1 기어(162)의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출되는 경우 자유 회전 상태로 될 수 있도록 제1 기어(162)에 체결된 상태로 로봇 바디(110)에 장착된다. 즉, 도 10을 참조하면, 제2 기어(164)는 제1 기어(162)의 기어치(163)가 형성된 부분에 치합된 상태에 있는 경우에 모터(161)에 의해 회전되는 제1 기어(162)에 의해 회전 구동되고, 제1 기어(162)에 의해 회전되다가 제1 기어(162)의 기어치가 없는 부분에 노출되는 경우에 제1 기어(162)와의 치합이 해제되어 자유 회전 상태가 된다.
그리고 제2 기어(164)와 함께 회전하도록 제2 기어(164)에 연결되는 와이어 릴(wire reel)(165)이 구비된다. 예를 들어, 제2 기어(164)와 와이어 릴(165)은 로봇 바디(110)에 회전 가능하게 설치되는 회전축(166)에 결합됨으로써 로봇 바디(110)에 대해 회전 가능한 상태로 함께 회전하도록 구성될 수 있다.
와이어 릴(165)과 링크 구조물(140)을 연결하는 와이어(wire)(167)가 구비된다. 예를 들어, 와이어(167)의 일단은 와이어 릴(165)에 고정되고 다른 일단은 링크 구조물(140)에 고정될 수 있으며, 이때, 와이어(167)는 링크 구조물(140)의 연결 로드(148)에 고정되는 연결 부재(168)에 고정됨으로써 링크 구조물(140)에 연결 될 수 있다.
도 7에서, 와이어 릴(165)이 반 시계 방향으로 회전하는 경우, 와이어(167)가 와이어 릴(165)에 감기게 되고 이에 따라 링크 구조물(140)이 스프링(150)의 탄성력을 극복하고 로봇 바디(110) 쪽으로 피봇 회전한다. 와이어(167)가 와이어 릴(165)에 감긴 상태에서 제1 기어(162)가 더 회전하여 제2 기어(164)가 제1 기어(162)의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출되면 제2 기어(164)와 와이어 릴(165)이 자유 회전 상태가 되며, 이때 인장되었던 스프링(150)의 탄성력에 의해 와이어(167)가 와이어 릴(165)에서 풀리면서 링크 구조물(140)이 로봇 바디(110)에서 멀어지는 방향으로 피봇 회전하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 제1 기어(162)의 역회전을 방지하여 모터(161)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위한 래칫(ratchet)(171)과 래칫 훅(ratchet hook)(173)을 포함한다. 여기서 제1 기어(162)의 역회전이라 함은 제1 기어(162)가 와이어(167)가 풀리는 방향으로의 회전을 의미한다.
래칫(171)은 제1 기어(162)와 함께 회전하도록 제1 기어(162)에 고정 결합되고, 래칫 훅(173)은 래칫(171)이 한 방향으로만 회전하도록 구속한다. 예를 들어, 래칫(171)은 한 방향으로 기울어진 기어치를 구비하고 래칫 훅(173)은 래칫(171)의 기어치에 체결되는 돌기를 구비하며 래칫 훅(173)이 래칫(171)의 기어치를 향해 탄성적으로 지지되도록 함으로써, 래칫 훅(173)이 래칫(171)이 한 방향으로만 회전 가능하고 다른 한 방향으로 회전하는 것은 방지한다. 이때, 래칫 축(173)은 래칫(171)이 제1 기어(162)가 와이어(167)가 감기는 방향(도 7에서 시계 방향)으로 회전하는 것은 허용하고 그 반대 방향으로 회전하는 것은 방지한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 링크 구조물(140)의 피봇 회전에 의해 로봇 바디(110)가 후방으로 회전한 상태에서 로봇 바디(110)의 회전 위치를 조절하기 위한 점프 방향 조절 핀(175)을 구비할 수 있다. 점프 방향 조절 핀(175)의 외측단은 로봇 바디(110)의 외측으로 돌출될 수 있도록 로봇 바디(110)에 회전 가능하게 장착된다.
예를 들어, 점프 방향 조절 핀(175)은 도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이 로봇 바디(110)가 바로 놓인 상태에서는 후방 상단을 향해 돌출되며, 점프를 위해 로봇 바디(110)가 후방으로 회전된 상태에서는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 지면을 향하게 된다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 점프 방향 조절 핀(175)을 회전 구동시키기 위한 서보모터(servomotor)(177)가 구비된다.
점프를 위해 로봇 바디(110)가 도 12의 상태와 같이 후방으로 회전한 상태에서, 점프 방향 조절 핀(175)의 회전을 조절함으로써 로봇 바디(110)의 회전 위치를 조절할 수 있으며, 이에 따라 이동 로봇의 점프 방향이 가변될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 로봇 바디(110)의 전방으로의 회전을 제한할 수 있도록 로봇 바디(110)의 전방으로 돌출되도록 설치되는 안티 폴다운 바(anti-fall-down bar)(179)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 안티 폴다운 바(179)는 대략 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있으며 도면에 도시된 바와 같이 로봇 바디(110)의 전방으로 돌출될 수 있다. 로봇 바디(110) 가 전방으로 구르게 되는 경우, 안티 폴다운 바(179)가 지면에 지지됨으로써 로봇 바디(110)가 전방으로 더 굴러가는 것을 방지할 수 있다. 이러한 안티 폴다운 바(179)는 이동 로봇이 높은 곳에서 낮은 곳으로 떨어진 경우에 앞으로 굴러가는 것을 방지하고 신속히 안정적인 자세를 취할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 전방에 있는 장애물의 높이를 검출하기 위한 센서를 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이동 로봇의 로봇 바디(110)의 전면에 초음파 센서(181)와 PSD(Positive Sensitive Detector) 센서(183)가 구비된다.
초음파 센서(181)는 로봇 바디(110)의 전면에 설치되며 전방에 있는 장애물까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력한다. 이때, 초음파 센서(181)는 센싱 방향이 수평 방향이 되도록 설치되어 전방에 있는 장애물까지의 거리를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 초음파 센서(181)가 로봇 바디(110)의 전면에 횡 방향으로 설치될 수 있다.
그리고 PSD 센서(183)는 로봇 바디(110)의 전면에 설치되며 수평 방향에 대해 미리 설정된 각도만큼 위 방향으로 센싱을 수행하도록 설치된다. PSD 센서(183)는 전방에 있는 장애물의 상단 모서리까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력한다.
한편, 초음파 센서(181)와 PSD 센서(183)의 신호를 기초로 전방에 있는 장애물의 높이를 산출하는 컨트롤러(controller)(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 초음파 센서(181)의 신호에 따른 전방의 장애물까지의 거리와 PSD 센 서(183)의 신호에 따른 장애물의 높이를 이용하여 삼각 함수의 관계를 이용하여 전방의 장애물의 높이를 쉽게 계산할 수 있다. 한편, 이 컨트롤러는 위에서 설명한 구동 모터(130), 모터(161), 그리고 서보모터(177)의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 마이크로프로세서, 메모리, 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 이해할 수 있는 것처럼 위에서 언급한 센서들과 통신하고 위에서 언급한 각종 모터를 제어하도록 형성된다. 예를 들어, 마이크로프로세서는 각종 센서의 신호를 기초로 주행, 장애물 회피, 점프 등의 기능을 수행하도록 프로그램된 설정된 프로그램에 의해 구동되도록 형성될 수 있으며, 메모리에는 이를 위해 필요한 각종 데이터가 저장될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 로봇 바디(110)의 전면에 설치되는 제1 포토 센서(185)와 제2 포토 센서(187)를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 제1 포토 센서(185) 및 제2 포토 센서(187)의 신호를 수신하고 이를 기초로 해당하는 제어 신호를 출력한다.
제1 포토 센서(185)는 전방으로 미리 설정된 거리만큼 떨어진 영역이 빈 공간인지 여부를 감지하여 해당하는 신호를 출력한다. 그리고 제2 포토 센서(187)는 제1 포토 센서(185)에 의해 감지되는 영역보다 더 멀리 있는 영역이 빈 공간인지 여부를 감지한다. 여기서 빈 공간이라 함은 계단의 아래 함몰된 곳 등 이동 로봇이 낙하 동작을 수행하여야 하는 공간을 의미한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 포토 센서(185)는 한 쌍으로 구비 될 수 있으며 로봇 바디(110)의 전면의 양측에 각각 설치될 수 있으며, 제2 포토 센서(187)는 제1 포토 센서(185)보다 더 멀리 있는 영역을 감지하도록 로봇 바디(187)의 전면에 설치될 수 있다.
이때, 컨트롤러는 제2 포토 센서(187)로부터 수신도니 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 한 쌍의 바퀴(120)의 회전 속도가 감소되도록 구동 모터(130)를 제어하고, 제1 포토 센서(185)로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 한 쌍의 바퀴(120)가 나란하게 정렬되도록 구동 모터(130)를 제어할 수 있다. 즉, 계단의 끝 부분 등 낙하가 필요한 경우, 보다 멀리 있는 영역을 검출하는 제2 포터 센서(187)에 의해 빈 공간이 검출되면 먼저 이동 속도를 낮추고, 그리고 나서 천천히 전전하다가 보다 가까운 영역을 검출하는 제1 포토 센서(185)에 의해 빈 공간이 검출되면 바퀴(120)를 정렬하여 낙하 동작을 수행하기 위한 준비를 하는 것이다. 이에 따라 보다 효과적인 낙하가 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇은 전방의 영역을 촬영하기 위한 카메라(191)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 카메라(191)는 로봇 바디(110)의 전면에 설치될 수 있다.
이하에서, 첨부된 도 9 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 점프 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 도 9에 도시된 상태는 이동 로봇이 정상 주행이나 정지 상태 등 정상 자세를 유지하는 상태를 보여주는 도면이다. 이 경우 링크 구조물(140)은 로봇 바 디(110)의 후방으로 돌출되며 풋 부재(143)가 지면에 닿아 이동 로봇이 안정적인 자세를 유지한다.
점프가 필요한 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 와이어(167)가 링크 구조물(140)을 로봇 바디(110) 쪽으로 잡아당기도록 와이어 릴(165)에 감기게 된다. 와이어(167)가 와이어 릴(165)에 감기도록 하기 위해서, 위에서 설명한 바와 같이, 모터(161)가 작동하고 이에 따라 제1 기어(162)와 제2 기어(164)가 차례로 작동함으로써 와이어 릴(165)에 와이어(167)가 감길 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 제1 기어(162)가 시계 방향으로 회전함으로써 이에 치합된 제2 기어(164)가 반시계 방향으로 회전하고 그에 따라 와이어 릴(165)이 반시계 방향으로 회전하여 와이어(167)가 감기게 된다. 와이어(167)가 링크 구조물(140)을 잡아당기면, 제1 다리(141)와 제2 다리(142)가 각각 제1 및 제2 피봇점(144, 145)을 중심으로 반시계 방향으로 피봇 회전하게 되며, 이에 따라 스프링(150)이 점차로 인장된다. 이때, 제1 다리(141) 및 제2 다리(142)에 피봇 연결된 풋 부재(143)는 점차로 시계 방향으로 회전하게 된다. 또한, 링크 구조물(140)이 로봇 바디(110)로 점차로 가까워질수록 링크 구조물(140)의 무게에 의해 로봇 바디(110)가 후방으로 회전(즉, 도면에서 반 시계 방향으로 회전)하게 된다.
도 10의 상태에서 와이어(167)가 더욱 감기게 되면, 도 11 및 도 12의 상태가 된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 와이어(167)가 완전히 감기면 스프링(150)이 더욱 인장된 상태가 되고 링크 구조물(140)의 풋 부재(143)의 도약면(149)이 지면에 밀착되어 도약 준비가 완료된다. 바로 이때, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 기어(162)의 기어치(163)가 형성된 부분의 마지막 부분에 제2 기어(164)가 치합된 상태가 되며, 이 상태에서 제1 기어(162)가 좀 더 회전하면 제2 기어(164)가 제1 기어(162)의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출됨으로써 제2 기어(164) 및 와이어 릴(165)이 자유 회전 상태가 된다. 이에 따라 인장된 스프링(150)의 탄성력에 의해 링크 구조물(140)의 제1 다리(141)가 제1 피봇점(144)을 중심으로 시계 방향(도 12 및 도 13에서)으로 회전하게 되며 이에 따라 풋 부재(143)와 제2 다리(142)도 함께 회전되며, 이 과정에서 풋 부재(143)가 지면을 밀게 되고 그 반발력에 의해 이동 로봇이 도약하게 된다.
한편, 도 12 및 도 13의 상태에서, 서보모터(177)를 구동하여 점프 방향 조절 핀(175)의 회전 위치를 조절함으로써 로봇 바디(110)의 회전 위치를 가변시킬 수 있으며, 로봇 바디(110)의 회전 위치가 가변되면 링크 구조물(140)의 회전 시에 힘이 작용하는 방향이 바뀌게 되어 이동 로봇의 도약 방향이 변경될 수 있다. 이와 같은 방식으로 이동 로봇의 도약 방향을 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 내부 구조를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 제1 기어와 제2 기어의 연결 관계를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 점프 과정을 차례로 설명하기 위한 도면이다.

Claims (11)

  1. 로봇 바디,
    상기 로봇 바디에 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 바퀴,
    상기 로봇 바디가 이동하도록 상기 한 쌍의 바퀴를 구동하는 구동 모터,
    상기 로봇 바디의 후방으로 연장되도록 상기 로봇 바디에 연결되며 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전 가능하도록 상기 로봇 바디에 피봇 가능하게 연결되는 링크 구조물,
    상기 로봇 바디와 링크 구조물을 탄성적으로 연결하는 스프링, 그리고
    상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력을 극복하고 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하는 힘을 상기 링크 구조물에 가한 후 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력에 의해 원래 상태로 복귀하도록 상기 링크 구조물에 가해진 힘을 제거할 수 있도록 작동하여 점프를 위한 힘이 생성되도록 하는 링크 구조물 조절 유닛을 포함하고,
    상기 링크 구조물 조절 유닛은
    상기 로봇 바디에 장착되는 모터,
    상기 모터에 의해 회전되도록 상기 모터에 연결되며 기어치가 형성된 부분과 기어치가 형성되지 않은 부분을 포함하는 제1 기어,
    상기 제1 기어의 기어치가 형성된 부분에 치합되어 상기 제1 기어에 의해 회전되다가 상기 제1 기어의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출되는 경우 자유 회전 상태로 될 수 있도록 상기 제1 기어에 체결된 상태로 상기 로봇 바디에 장착되는 제2 기어,
    상기 제2 기어와 함께 회전하도록 상기 제2 기어에 연결되는 와이어 릴, 그리고
    상기 와이어 릴의 회전에 의해 상기 와이어 릴에 감겨 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력을 극복하고 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하거나 상기 와이어 릴의 자유 회전에 의해 상기 와이어 릴에서 풀려 상기 링크 구조물이 상기 스프링의 탄성력에 의해 원래 위치로 복귀할 수 있도록 상기 와이어 릴과 상기 링크 구조물을 연결하는 와이어를 포함하는 이동 로봇.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1 기어와 함께 회전하도록 상기 제1 기어에 결합되는 래칫(ratchet), 그리고 상기 래칫의 체결되는 래칫 훅(ratchet hook)을 더 포함하며,
    상기 래칫과 상기 래칫 훅은 상기 제1 기어가 상기 와이어가 상기 와이어 릴에서 풀리는 방향으로 회전하는 것을 허용하지 않도록 형성되는 이동 로봇.
  4. 제1항에서,
    상기 링크 구조물은 상기 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전되었을 때 상기 링크 구조물의 무게에 의해 상기 로봇 바디가 후방으로 회전하도록 형성되는 이동 로봇.
  5. 제4항에서,
    외측 단이 상기 로봇 바디의 외측으로 돌출될 수 있도록 상기 로봇 바디에 회전 가능하게 장착되는 점프 방향 조절 핀, 그리고
    상기 점프 방향 조절 핀을 회전 구동하기 위한 서보모터를 더 포함하고,
    상기 점프 방향 조절 핀은 상기 링크 구조물의 피봇 회전에 의해 상기 로봇 바디가 후방으로 회전된 상태에서 지면을 향하도록 장착되며 그 회전에 의해 상기 로봇 바디의 회전 위치를 조절하도록 형성되는 이동 로봇.
  6. 제1항에서,
    상기 로봇 바디의 전방으로의 회전을 제한할 수 있도록 상기 로봇 바디의 전방으로 돌출되도록 설치되는 안티 폴다운 바(anti-fall-down bar)를 더 포함하는 이동 로봇.
  7. 제1항, 그리고 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 링크 구조물은
    일단은 상기 스프링에 연결되고 제1 피봇점을 중심으로 피봇 회전 가능하게 상기 로봇 바디에 연결되는 제1 다리,
    제2 피봇점을 중심으로 피봇 회전 가능하게 상기 로봇 바디에 연결되는 제2 다리, 그리고
    상기 제1 다리와 상기 제2 다리의 외측 단부에 각각 피봇 가능하게 연결되는 풋(foot) 부재를 포함하는 이동 로봇.
  8. 제7항에서,
    상기 스프링은 상기 제1 다리의 상기 로봇 바디 쪽으로의 피봇 회전에 대응하여 인장되도록 상기 제1 다리에 연결되는 이동 로봇.
  9. 제1항에서,
    상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 전방에 있는 장애물까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 초음파 센서,
    상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 수평 방향에 대해 미리 설정된 각도만큼 위 방향으로 센싱을 수행하여 전방에 있는 장애물의 상단 모서리까지의 거리를 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서, 그리고
    상기 초음파 센서와 상기 PSD 센서의 신호를 기초로 전방에 있는 장애물의 높이를 산출하는 컨트롤러를 더 포함하는 이동 로봇.
  10. 제1항에서,
    상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 전방으로 미리 설정된 거리만큼 떨어진 영역이 빈 공간인지 여부를 감지하여 해당하는 신호를 제1 포토 센서,
    상기 로봇 바디의 전면에 설치되며 상기 제1 포토 센서에 의해 감지되는 영역보다 더 멀리 영역이 빈 공간인지 여부를 감지하여 해당하는 제2 포토 센서, 그리고
    상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서의 신호를 상기 구동 모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 이동 로봇.
  11. 제10항에서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제2 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 상기 한 쌍의 바퀴의 회전 속도가 감소되도록 상기 구동 모터를 제어하고, 상기 제1 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시하는 경우 상기 한 쌍의 바퀴가 나란하게 정렬되도록 상기 구동 모터를 제어하는 이동 로봇.
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