KR101048837B1 - 모듈형 동력분산 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡선상에 위치된 물체의 각 부분에 동력분산 및 작동을 가능케 하는 모듈형 동력분산 시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 모듈형 동력분산 시스템은, 구동웜축이 구비된 구동모듈과 상기 구동모듈에 직렬연결되어 상기 구동웜축의 구동력을 분산시키는 다수의 연결모듈을 포함하는 모듈형 동력분산 시스템에 있어서, 일단이 상기 구동웜축과 동축상으로 결합되는 플렉시블축; 상기 플렉시블축의 타단에 동축결합되는 연결웜축; 상기 연결웜축이 관통하여 동축결합되는 연결웜; 상기 연결웜과 수직하게 치합되는 연결웜기어; 및 상기 연결웜기어를 관통하여 동축결합되는 연결구동축;을 포함하는 연결모듈과, 구동발생부; 상기 구동발생부의 구동력을 전달받아 연동구동하는 구동발생축; 상기 구동발생축의 일단에 동축결합되어 상기 플렉시블축과 동축결합되는 구동웜축; 상기 구동웜축이 관통하여 동축결합되는 구동웜; 상기 구동웜과 수직하게 치합되는 구동웜기어; 및 상기 구동웜기어를 관통하여 동축결합되는 구동축;을 포함하는 구동모듈을 포함하여 구성된다.

구동모듈, 연결모듈, 동력분산, 플렉시블

Description

모듈형 동력분산 시스템{Modular power distributed system}

본 발명은 모듈형 동력분산 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 직선상 뿐만 아니라 곡선상으로 위치된 물체의 부분마다 용이하게 동력을 분산할 수 있고, 곡선상의 형태가 변형되더라도 동력전달이 가능하게 하는 모듈형 동력분산 시스템에 관한 것이다.

주행로봇의 자율작동성능이 빠르게 발전함과 함께 로봇이 사용되는 환경이 실내 바닥과 같은 평평한 지형에서 장애물이 있는 험지 환경까지 광범위하게 넓어지고 있다. 그러므로 로봇이 임무를 수행하는 환경의 지형상황에 따라 요구되는 주행능력 또한 매우 다양하며, 대부분의 야외환경과 같이 장애물이 존재하는 험지에서는 로봇의 장애물 극복능력 및 지형 적응성이 중요하다.

장애물 극복능력은 험지주행로봇의 주행효율성에 큰 영향력을 미치는 주행 성능지표 중 하나로서, 장애물 극복 능력은 로봇의 주행시스템의 종류와 크기에 의해 결정된다. 주행시스템의 종류는 크게 네 가지로 바퀴형, 트랙형, 복합형, 그리고 다리형이 있다.

장애물 극복성의 측면에서 볼 때 바퀴형이 가장 낮은 성능을 보이고 트랙형 과 복합형에 이어 다리형이 가장 높은 성능을 보인다. 하지만, 에너지 효율성, 주행속도, 구조 및 제어의 간편성의 측면에서는 다리형이 가장 낮은 성능을 보이며 복합형과 트랙형에 이어 바퀴형이 가장 높은 성능을 나타낸다.

이와 같이 두 가지의 측면에서 균형 잡힌 성능을 발휘하는 트랙형이 기존의 험지주행로봇으로 가장 많이 사용되고 있다.

주행시스템의 종류는 명백하게 분별되는 반면 주행시스템 크기는 상대적인 치수로서 차이범위가 매우 크며 차이간격도 천차만별이다. 치수의 상위급의 예로는 6톤급 군사용 무인차량의 구동부에 장착된 직경 125cm이 되는 바퀴가 있고, 하위급에는 1kg 미만의 소형험지주행용 로봇의 구동부로 사용된 길이 10cm 미만의 다리가 있다.

주행로봇의 구동부의 크기가 축소될수록 상대적인 장애물험상은 증가하며 높은 장애물 극복능력을 요구하게 된다. 반대로 구동부의 크기가 확장될수록 장애물험상은 축소되며 높은 장애물 극복능력을 요구하지 않게 된다.

결과적으로 험지주행로봇의 크기가 줄어듦에 따라 사용되는 구동부의 장애물 극복능력은 증가하는 성향이 있다.

최근 들어 다리형 험지주행로봇에 바퀴벌레와 같은 곤충의 간단한 패시브 오픈루프(passive open-loop) 제어방식을 도입하여 기존 다리구동형 로봇의 에너지, 주행속도, 제어의 문제점들을 극복하며 탁월한 성능을 보여준 헥사포드(hexapod) 타입의 로봇이 있다. 이 제어방식은 다리 조인트의 액티브(active) 제어를 다리 재질의 컴플라이언스로 대체하여 장애물과의 충돌에 스프링과 같이 반응하는 방식이 다.

하지만, 종래의 휴대 가능한 다리구동형 생체모방 험지주행로봇의 몸체 디자인에는 주로 단일 강체 몸통구조 디자인이 주로 적용되었으며 구동시스템은 오직 다리 설계와 작동방식만으로 인해 결정되었다. 다시 말해 험지주행성 향상에 있어 몸체의 역학(dynamics)은 전혀 고려되지 않았다.

따라서 종래의 험지주행로봇은 주행 성능에 치명적 문제를 일으키는데, 예컨대, 장애물로 인해 다리로 전해지는 충격과 변위가 각각의 다리에서 완충되지 않아 그 충격이 몸체를 통해 다른 다리에도 전달되어 다양한 험지 환경의 적응력을 감소시키는 문제가 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 험지주행로봇은 장애물 극복시 지면과 안정된 접촉을 유지하지 못하며 연속적 추진력 또한 상실하게 되고, 이외에도, 장애물과의 충돌로 인한 불안정한 자세유도, 다리와 지면과의 접촉상실, 비연속적 주행초래, 장애물 극복능력 감소를 통해 장애물 극복에 문제를 일으키는 단점이 있다.

따라서, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 험지주행로봇의 동력분산 시스템이 요구된다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 직선상 뿐만 아니라 곡선상으로 위치된 물체의 부분마다 용이하게 동력을 분산할 수 있고, 곡선상의 형태가 변형되더라도 동력전달이 가능하게 하는 모듈형 동력분산 시스템을 제공함에 있다.

다시말하면, 다수의 구동부 (다리) 를 지닌 로봇은 기존에 각각의 다리마다 모터를 사용하는 방법을 사용해왔다. 하지만 지네로봇과 같이 다리의 수가 20개 이상 될 경우 이러한 방법을 비효율적이며 구현상 어려움이 있다. 그러므로 다수의 구동부를 소수의 동력방생부로 작동시킬 수 있는 방법에 관한 제안을 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 모듈형 동력분산 시스템은, 구동웜축이 구비된 구동모듈과 상기 구동모듈에 직렬연결되어 상기 구동웜축의 구동력을 분산시키는 다수의 연결모듈을 포함하는 모듈형 동력분산 시스템에 있어서, 일단이 상기 구동웜축과 동축상으로 결합되는 플렉시블축; 상기 플렉시블축의 타단에 동축결합되는 연결웜축; 상기 연결웜축이 관통하여 동축결합되는 연결웜; 상기 연결웜과 수직하게 치합되는 연결웜기어; 및 상기 연결웜기어를 관통하여 동축결합되는 연결구동축;을 포함하는 연결모듈을 포함하여 구성된다.

여기서, 구동발생부; 상기 구동발생부의 구동력을 전달받아 연동구동하는 구동발생축; 상기 구동발생축의 일단에 동축결합되어 상기 플렉시블축과 동축결합되 는 구동웜축; 상기 구동웜축이 관통하여 동축결합되는 구동웜; 상기 구동웜과 수직하게 치합되는 구동웜기어; 및 상기 구동웜기어를 관통하여 동축결합되는 구동축;을 포함하는 구동모듈을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 다수의 연결모듈 중 어느 하나인 제1연결모듈의 연결웜축은 상기 제1연결모듈과 이웃하는 제2연결모듈의 플렉시블축과 서로 결합된다.

여기서, 상기 구동웜축과 상기 플렉시블축의 일단은, 결합홀이 형성된 커플링을 개재해서 상호 동축상으로 고정결합된다.

여기서, 상기 구동발생부의 회전샤프트에는 제1기어가 고정결합되고, 상기 구동발생축에는 상기 제1기어와 치합되는 제2기어가 고정결합된다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 직선상 뿐만 아니라 곡선상으로 위치된 물체의 부분마다 용이하게 동력을 분산할 수 있고, 곡선상의 형태가 변형되더라도 동력전달이 가능하다는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 구동모듈(100)과 연결모듈(200)로 구성된다.

상기 구동모듈(100)은 구동력을 제공하는 부분이고, 상기 연결모듈(200)은 상기 구동모듈(100)과 직렬연결되어 동력을 분산시키기 위한 부분이다.

먼저, 상기 구동모듈(100)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 구동모듈(100)은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 구동발생부(110), 구동발생축(120), 구동웜(130), 구동웜기어(140), 구동축(150), 구동웜축(160)을 포함하여 구성된다.

상기 구동발생부(110)는 회전구동력을 제공하기 위한 부분이다.

상기 구동발생축(120)은 상기 구동발생부(110)의 회전구동력을 전달받아 연동구동하는 부분이다. 이때, 상기 구동발생부(110)의 회전샤프트(110S)에는 제1기어(G1)가 고정결합되고, 상기 구동발생축(120)에는 상기 제1기어(G1)와 치합되는 제2기어(G2)가 고정결합되며, 상기 제1기어(G1)와 제2기어(G2)를 통해 상기 구동발생부(110)의 회전구동력이 상기 구동발생축(120)에 전달된다.

상기 구동웜(130)은 상기 구동발생축(120)의 일단에 구비되어 상기 구동발생축(120)의 회전에 따라 함께 회전하는 부분이다.

상기 구동웜기어(140)는 상기 구동웜(130)과 수직하게 치압되어 상기 구동웜(130)의 회전에 따라 회전되어 회전구동력을 전달받는 부분이다.

상기 구동축(150)은 상기 구동웜기어(140)를 관통하여 고정됨에 따라 구동웜(130)의 회전구동력을 전달받은 구동웜기어(140)로부터 상기 구동웜(130)과 수직방향으로 회전구동력을 전달하는 부분이다.

상기 구동웜축(160)은 상기 구동웜(130)의 일측에 동축상으로 고정결합되어 후술하게 될 연결모듈(200)에 회전구동력을 전달하기 위한 부분이다.

상술한 바와 같이 구성된 구동모듈(100)은, 구동발생부(110)의 회전구동력이 구동축(150)에 전달되게 하여 회전시킴과 동시에 상기 구동발생부(110)의 회전구동력이 구동웜축(160)을 통해 후술하는 연결모듈(200)로 전달될 수 있게 한다.

다음으로, 상기 연결모듈(200)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 연결모듈(200)은, 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 크게 플렉시블축(220), 연결웜(230), 연결웜기어(240), 연결구동축(250), 연결웜축(260)을 포함하여 구성된다.

상기 플렉시블축(220)은 일단이 상기 구동웜축(160)과 동축상으로 고정결합된 부분으로서, 상기 구동웜축(160)과 상기 플렉시블축(220)의 일단은 결합홀이 형성된 커플링(270)을 개재해서 상호 고정결합될 수 있다. 따라서, 상기 구동웜축(160)의 회전구동력이 상기 플렉시블축(220)으로 전달될 수 있다.

상기 연결웜(230)은 일단이 상기 플렉시블축(220)의 타단에 상기 플렉시블축(220)과 동축상으로 고정결합된 부분으로서, 상기 플렉시블축(220)으로 전달된 회전구동력에 의해 회전구동된다.

상기 연결웜기어(240)는 상기 연결웜(230)과 수직하게 치합되는 부분으로서, 상기 회전구동되는 연결웜(230)에 의해 상기 연결웜(230)과 수직된 방향으로 회전하게 된다.

상기 연결구동축(250)은 상기 연결웜기어(240)를 관통하여 고정된 부분으로 서, 상기 연결웜기어(240)가 상기 연결웜(230)과 수직된 방향으로 회전함에 따라 상기 연결웜기어(240)와 함께 회전하게 된다.

상기 연결웜축(260)은 상기 연결웜(230)의 타단에 동축상으로 고정된 부분으로서, 이웃하여 직렬연결되는 다른 하나의 연결모듈(200)의 플렉시블축(220)과 상호고정되는 부분이다.

도 8을 참조하여 상술한 연결모듈(200)의 구성에 대하여 더 상세하게 설명하면, 유연하게 구부림이 가능한 플렉시블축(220)의 일단에 결합홀이 형성된 커플링(270)이 고정결합되고, 상기 플렉시블축(220)의 타단에도 상기 커플링(270)이 고정결합된다.

한편, 상기 플렉시블축(220)의 타단에 고정결합된 커플링(270)을 통해 연결웜축(260)이 동축상으로 고정결합되고, 상기 연결웜축(260)에는 연결웜(230)이 동축상으로 고정결합된다.

상기 연결웜(230)의 하측에 치합되도록 연결웜기어(240)가 배치되고, 상기 연결웜기어(240)를 관통하여 고정결합되는 연결구동축(250)이 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 연결모듈(200)은 상기 구동모듈(100)로부터 직렬연결되도록 구성되는데, 상세하게는, 상기 다수의 연결모듈(200) 중 어느 하나인 제1연결모듈(200)의 연결웜축(260)의 상기 제1연결모듈(200)과 이웃하는 제2연결모듈(200)의 플렉시블축(220)과 서로 고정결합되는 것이다.

따라서, 상기 구동모듈(100)로부터 전달되는 회전구동력은 플렉시블축(220)을 통해 다수의 연결모듈(200)의 각 플렉시블축(220)에 전달되고, 상기 각 플렉시 블축(220)으로 전달된 회전구동력은 각 연결모듈(200)에 구성된 연결웜(230)과 연결웜기어(240)를 통해 각 플렉시블축(220)과 수직된 방향으로 분산된다.

즉, 하나의 구성모듈에서 제공되는 회전구동력을 다수의 연결구동축(250)으로 분산하여 제공할 수 있으며, 이때, 상기 플렉시블축(220)이 유연하게 구부림 가능하므로 직선상 뿐만 아니라 곡선상으로 위치된 물체의 부분마다 용이하게 동력을 분산할 수 있고, 곡선상의 형태가 변형되더라도 동력전달이 가능하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

도 1은 종래의 험지주행로봇에 있어서 장애물 극복 시 접촉상실을 보여주는 사진.

도 2는 종래의 험지주행로봇에 있어서 장애물 극복 단계 중 발생하는 지면과의 접촉점상실을 보여주는 개략도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템을 보여주는 사시도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템의 일부분해상태를 보여주는 분해사시도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템의 측면을 보여주는 측면도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템의 평면을 보여주는 평면도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템의 연결모듈을 보여주는 사시도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 동력분산 시스템의 연결모듈의 분해상태를 보여주는 분해사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:구동모듈 110:구동발생부

110S:회전샤프트 120:구동발생축

130:구동웜 140:구동웜기어

150:구동축 160:구동웜축

200:연결모듈 220:플렉시블축

230:연결웜 240:연결웜기어

250:연결구동축 260:연결웜축

270:커플링

G1:제1기어 G2:제2기어

Claims (5)

1. 구동웜축이 구비된 구동모듈과 상기 구동모듈에 직렬연결되어 상기 구동웜축의 구동력을 분산시키는 다수의 연결모듈을 포함하는 모듈형 동력분산 시스템에 있어서,

   상기 구동웜축과 사이에 결합홀이 형성된 커플링이 개재되며, 상기 구동웜축과 상호 동축상으로 일단에 고정결합되는 플렉시블축;

   상기 플렉시블축의 타단에 동축결합되는 연결웜축;

   상기 연결웜축이 관통하여 동축결합되는 연결웜;

   상기 연결웜과 수직하게 치합되는 연결웜기어; 및

   상기 연결웜기어를 관통하여 동축결합되는 연결구동축; 으로 이루어진 연결모듈을 포함하되,

   상기 구동모듈은,

   회전구동력을 제공하기 위해 제1기어가 고정결합되는 구동발생부;

   상기 구동발생부의 제1기어와 치합되는 제2기어가 고정결합되어 제공되는 회전구동력이 전달되어 연동구동되는 구동발생축;

   상기 구동발생축의 일단에 동축결합되어 상기 플렉시블축과 동축결합되는 구동웜축;

   상기 구동웜축이 관통하여 동축결합되는 구동웜;

   상기 구동웜과 수직하게 치합되는 구동웜기어; 및

   상기 구동웜기어를 관통하여 동축결합되는 구동축; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 동력분산 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 연결모듈 중 어느 하나인 제1연결모듈의 연결웜축은 상기 제1연결모듈과 이웃하는 제2연결모듈의 플렉시블축과 서로 동축결합되는 것을 특징으로 하는 모듈형 동력분산 시스템.
4. 삭제
5. 삭제

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