KR101070141B1 - 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 반사시키는 반사미러가 회전 및 틸팅되도록 구동시킴으로써 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캐닝할 수 있도록 하여 3차원의 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 제공한다.

Description

회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치{Driving Apparatus with Rotary and Reciprocating Motion Method}

본 발명은 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 반사시키는 반사미러가 회전 및 틸팅되도록 구동시킴으로써 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캐닝할 수 있도록 하여 3차원의 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에 관한 것이다.

이동형 로봇과 같이 자율주행(보행)하는 이동장치는 레이저 또는 초음파 등을 사용하여 주변 물체를 감지하고 주변 물체와의 거리를 측정함으로써 장치의 위치를 인식하여 이동방향을 결정하게 된다.

레이저의 경우 물체와의 거리를 가장 정밀하게 측정하는 방법으로 알려져 있으며, 물체로부터 반사되는 레이저를 감지하여 빛의 주행시간을 계산함으로써 거리를 측정하게 된다.

이러한 레이저 거리측정 방식을 채용하는 기존의 이동장치는 2차원의 수평면을 따라서 직선방향으로 조사되는 레이저를 스캔하는 것으로서, 레이저 조사장치로 부터 출사되는 레이저를 반사시키는 반사미러가 위치하는 특정 높이에 대해서만 그 주변에 위치하는 물체를 감지하고, 거리를 측정할 수밖에 없다.

즉, 레이저가 반사되는 위치에 한정되어 그와 동일한 수평면상에 위치하는 물체만을 감지할 수 있을 뿐이며, 그 이외의 범위에 대해서는 스캔이 불가능하여 특정 수평선상에 대한 거리정보만을 얻게 되는 단점이 있다.

그러나, 보다 정밀한 주행동작과 다양한 동작을 수행할 수 있는 이동장치에 대한 소비자의 요구가 증가함에 따라 기존의 특정 수평선상에 대한 거리정보만으로는 충분한 안정성과 기능성을 확보하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 이동물체의 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 스캔하여 주변의 장애물과의 거리를 검출함으로써 공간적인 데이터의 확보가 가능하도록 구동하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치는, 수직회전축을 통해 회전모터의 회전력을 전달하는 회전구동부; 상기 회전구동부의 회전력에 의해 회전하며, 복수개의 내부 가이드가 하단면으로부터 하향 연장되어 형성되는 스테이지; 상기 내부 가이드와 결합하여 상기 스테이지의 하부측에서 회전 및 상하왕복운동을 하는 플레이트부; 및 상기 플레이트부를 상하왕복이동시키는 직선구동부;를 포함하며, 상기 플레이트부는, 내부에 수용홀을 관통형성하며 상기 직선구동부와 연결되어 상하왕복운동을 하는 제1플레이트; 및 상기 수직회전축이 통과할 수 있도록 중심부에 중앙홀을 관통형성하며 상기 수용홀 내에 삽입되어 회전가능하게 결합되는 제2플레이트;를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 상기 플레이트부는 상기 회전모터와 상기 스테이지 사이에서 수직왕복이동하며, 상기 플레이트부의 수직이동거리는 상기 내부 가이드의 길이와 실질적으로 대응될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트와 함께 상하왕복이동할 수 있다.

삭제

또한, 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 상기 제2플레이트는 상기 내부 가이드와 대응하는 위치에 복수개의 가이드홀을 관통형성하여 상기 내부 가이드가 삽입되어 결합을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 상기 플레이트부는 일정한 경로를 따라서 상하왕복이동하도록 안내하는 외부 가이드를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 상기 제1플레이트는 상기 외부 가이드와 대응하는 위치에 가이드홀을 관통형성하여 상기 외부 가이드를 수용할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치는 스캔 장치의 반사미러를 회전 및 틸팅시킬 수 있어 수평방향뿐만 아니라 수직방향까지 레이저를 조사하여 입체적으로 스캐닝함으로써 주변의 장애물과의 거리를 검출하여 3차원의 공간적인 데이터의 확보가 가능하다.

본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치의 실시예에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 나타내는 분해사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지와 회전구동부가 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 공간 스캔 장치는 회전구동부(100), 스테이지(200), 플레이트부(300), 직선구동부(400)를 포함하여 구성된다.

상기 회전구동부(100)는 상기 스테이지(200)를 수평방향으로 360도 연속 회전시키기 위한 회전력을 발생시키는 것으로서, 전원 공급시 수직회전축(120)을 회전시키는 회전모터(110)가 하부측에 구비된다. 상기 회전모터(110)는 보호를 위해 케이스 내에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 수직회전축(120)은 일단부가 상기 회전모터(110)와 결합되고, 타단부는 상기 스테이지(200)와 결합되어 상기 회전모터(110)의 회전력을 상기 스테이지(200)로 전달한다.

한편, 상기 스테이지(200)는 상기 수직회전축(120)과 축연결되어 상기 회전 구동부(100)의 회전력에 의해 소정 방향으로 회전하는 회전부재이다.

도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 스테이지(200)는 실질적으로 중심부에 상기 수직회전축(120)이 축연결되는 수평부(210)와, 하단면으로부터 하향 연장되어 형성되는 복수개의 내부 가이드(220)로 구성된다.

여기서, 상기 내부 가이드(220)의 길이(l)는 상기 수직회전축(120)의 길이(L)보다 짧도록 하여 상기 스테이지(200)가 회전하는 경우 상기 내부 가이드(220)와 회전모터(110) 사이에 간섭이 발생하여 회전을 방해하지 않도록 한다.

도면에서와 같이, 상기 내부 가이드(220)는 추후 설명하는 플레이트부(300)와 연결되어 상기 스테이지(200)가 회전하는 경우 상기 플레이트부(300)를 회전시키는 한편, 상기 플레이트부(300)의 상하왕복이동을 가이드하며, 수직이동거리의 범위를 조정하는 기준좌표가 된다.

따라서, 상기 내부 가이드(220)를 통해 상기 플레이트부(300)의 수직이동거리를 파악할 수 있음은 물론, 상기 내부 가이드(220)의 길이조정을 통해 상기 플레이트부(300)의 이동범위를 조절하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치가 적용되는 장비에 따라서 상기 스테이지(200)의 상부면에는 다양한 장치가 결합될 수 있다.

예를 들어, 레이더 장비에 적용되는 경우 상기 스테이지(200)의 상부면에는 안테나 장치가 결합될 수 있으며, 헬리콥터에 적용되는 경우에는 프로펠러 장치가 결합될 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 3차원 공간 스캔 장치에 적 용되는 경우에는 상기 스테이지(200)의 상부면에는 반사미러(M)가 0도 내지 90의 기울기 범위 내에서 틸팅가능하도록 구비된다.

도 4는 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지 상에 반사미러가 구비된 상태를 나타내는 사시도이다.

도 4에서와 같이, 상기 반사미러(M)는 레이저 조사장치(미도시)에서 조사되는 레이저광을 3차원 공간 스캔장치의 주변영역으로 반사시키는 한편, 장애물 등에 반사되어 되돌아오는 레이저광을 수광하여 광검출기(미도시)측으로 재반사시키는 기능을 수행한다.

따라서, 상기 반사미러(M)는 상기 스테이지(200)와 함께 일정한 속도로 연속회전하며, 스캔장치의 주변영역을 따라 360도 연속 스캐닝하는 것이 가능하다.

또한, 상기 반사미러(M)가 45도의 각도로 고정되지 않고 다양한 각도 범위내에서 틸팅되어 수직방향으로 스캐닝함으로써, 종래의 특정 높이에 따른 수평선상에 대한 2차원 거리데이터뿐만 아니라 수직거리까지 포함하는 3차원 공간데이터를 얻는 것이 가능하다.

한편, 상기 플레이트(300)부는 상기 내부 가이드(220)와 결합하여 상기 스테이지(200)의 하부측에서 회전 및 상하왕복운동을 한다.

도 5를 참조하여 상기 스테이지부의 구성과 동작을 상세히 설명한다.

도 5a, b는 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 플레이트부를 나타내는 사시도이다.

도 2 및 도 5a에서와 같이 상기 플레이트부(300)는 제1플레이트(310), 제2플레이트(320)를 포함하여 구성된다.

상기 제1플레이트(310)는 외주면에 구비되는 결합돌기(314)를 통해 상기 수직구동부(400)와 연결되어 지지되며, 상기 수직구동부(400)에서 발생하는 회전력에 의해 상하왕복이동을 한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 상기 수직구동부(400)가 회전모터(410)와 회전축(420)으로 구성되고, 상기 결합돌기(314)를 관통하여 형성되는 홀(315)에 기어가 가공된 상기 회전축(420)이 삽입되어 치합을 이루며, 상기 회전모터(410)의 회전력에 의해 상기 회전축(420)이 소정 방향으로 회전하여 상기 제1플레이트(310)가 상하왕복이동을 하는 것으로 설명하나 이에 한정하는 것은 아니다.

그리고, 상기 제1플레이트(310)는 내부에 수용홀(312)을 관통형성하며, 상기 수용홀(312)의 내주면을 따라 요홈(313)을 함몰형성한다.

따라서, 상기 제2플레이트(320)가 상기 수용홀(312) 내에 삽입되어 회전가능하게 결합되도록 한다.

여기서, 상기 요홈(313)과 상기 제2플레이트(320)의 외주면 사이에는 상기 제2플레이트(320)의 원활한 회전을 위해 베어링(330)을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제2플레이트(320)는 상기 제1플레이트(310)와 함께 상하왕복이동시 상기 회전구동부(100)의 수직회전축(120)이 통과할 수 있도록 중심부에 중앙홀(322)을 관통형성한다.

그리고, 상기 제2플레이트(320)는 상기 스테이지(200)의 내부 가이드(220)가 삽입되어 결합을 이루도록 상기 내부 가이드(220)와 대응하는 위치에 복수개의 가이드홀(321)을 관통형성한다.

따라서, 도 5b와 같이 상기 제2플레이트(320)는 상기 내부 가이드(220)를 통해 상기 스테이지(200)와 함께 상기 수용홀(312) 내에서 회전을 하며, 상기 제1플레이트(310)는 상기 수직구동부(400)를 통해 상기 제2플레이트(320)와 함께 상기 내부 가이드(220)를 따라 상하왕복이동을 한다.

이러한 플레이트부(300)는 일정한 경로를 따라서 상하왕복이동하도록 안내하는 외부 가이드(317)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 제1플레이트(310)는 상기 외부 가이드(317)와 대응하는 위치에 가이드홀(311)을 관통형성하여 상기 외부 가이드(317)를 수용하도록 한다.

도 6 및 도 7을 참조하여 상기 스테이지 및 플레이트부가 독립적으로 회전 및 상하왕복운동을 하여 상기 스테이지 상에 구비되는 반사미러를 회전 및 틸팅시키는 방법을 설명한다.

도 6a, b는 도 1에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지가 회전 및 상하왕복이동하는 과정을 나타내는 개략도이고, 도 7은 도 4에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지 상에 구비된 반사미러를 틸팅시키는 방법을 나타내는 개략도이다.

도면에서와 같이 회전구동부(100)에 의해 상기 스테이지(200)가 회전하는 경우 상기 제2플레이트(320)는 상기 내부 가이드(220)에 의해 상기 제1플레이트(310) 의 수용홀(312) 내에서 상기 스테이지(200)와 함께 회전을 한다.

그리고, 상기 제1플레이트(310)가 수직구동부(400)를 통해 상하왕복이동을 하는 경우 상기 제2플레이트(320)는 상기 가이드홀(321)을 통해 상기 내부 가이드(220)를 따라 상하이동을 하기때문에 상기 스테이지(200)는 상기 플레이트부(300)의 상하왕복이동에 의해 영향을 받지 않는다.

이러한 상기 플레이트부(300)는 상기 회전모터(110)와 상기 스테이지(200) 사이에서 수직왕복이동을 하며, 상기 플레이트부(300)의 수직이동거리(D)는 상기 내부 가이드(220)의 길이(l)와 실질적으로 대응된다.

한편, 도 7에서와 같이 상기 스테이지 상에 상기 반사미러(M)가 틸팅가능하게 구비되는 경우 상기 로드(340)는 일단부가 상기 제2플레이트(320)와 힌지연결되고, 타단부는 상기 반사미러(M)와 힌지연결되어 상기 플레이트부(300)의 수직이동거리에 따라 상기 반사미러(M)가 틸팅되도록 한다.

특히, 상기 로드(340)의 수직이동거리의 범위에 따라 상기 반사미러(M)의 틸팅범위가 결정되는 것으로, 수직이동거리를 조절하여 상기 반사미러(M)의 틸팅범위를 임의로 조정하는 것이 가능하다.

그리고, 이러한 수직이동거리는 도 6에서와 같이 상기 내부 가이드(220)의 길이와 실질적으로 대응되므로, 상기 내부 가이드(220)의 길이조정을 통해 상기 수직이동거리를 조정할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치는 스테이지 및 플레이트부가 독립적으로 회전 및 상하왕복운동을 하여 상기 스테이지 상에 구비되는 반사미러를 회전 및 틸팅시킴으로써 다양한 각도의 범위에 대한 정보를 스캐닝하여 공간적인 데이터 확보가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치를 나타내는 분해사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지와 회전구동부가 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지 상에 반사미러가 구비된 상태를 나타내는 사시도이다.

도 5a, b는 도 2에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 플레이트부를 나타내는 사시도이다.

도 6a, b는 도 1에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지가 회전 및 상하왕복이동하는 과정을 나타내는 개략도이다.

도 7은 도 4에 도시된 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치에서 스테이지 상에 구비된 반사미러를 틸팅시키는 방법을 나타내는 개략도이다.

Claims (7)

1. 수직회전축을 통해 회전모터의 회전력을 전달하는 회전구동부;

   상기 회전구동부의 회전력에 의해 회전하며, 복수개의 내부 가이드가 하단면으로부터 하향 연장되어 형성되는 스테이지;

   상기 내부 가이드와 결합하여 상기 스테이지의 하부측에서 회전 및 상하왕복운동을 하는 플레이트부; 및

   상기 플레이트부를 상하왕복이동시키는 직선구동부;

   를 포함하며,

   상기 플레이트부는,

   내부에 수용홀을 관통형성하며, 상기 직선구동부와 연결되어 상하왕복운동을 하는 제1플레이트; 및

   상기 수직회전축이 통과할 수 있도록 중심부에 중앙홀을 관통형성하며, 상기 수용홀 내에 삽입되어 회전가능하게 결합되는 제2플레이트;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트부는 상기 회전모터와 상기 스테이지 사이에서 수직왕복이동하며, 상기 플레이트부의 수직이동거리는 상기 내부 가이드의 길이와 실질적으로 대응되는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트와 함께 상하왕복이동하는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제2플레이트는 상기 내부 가이드와 대응하는 위치에 복수개의 가이드홀을 관통형성하여 상기 내부 가이드가 삽입되어 결합을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트부는 일정한 경로를 따라서 상하왕복이동하도록 안내하는 외부 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1플레이트는 상기 외부 가이드와 대응하는 위치에 가이드홀을 관통형성하여 상기 외부 가이드를 수용하는 것을 특징으로 하는 회전 및 상하왕복운동 방식의 구동장치.

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