KR101103294B1 - 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로봇은 내부에 구동모터가 구비되는 몸체; 상기 구동모터에 의하여 회전되고, 상기 몸체 양측에 마련되는 한 쌍의 구동바퀴; 상기 몸체 내에 설치되는 보조모터; 및 상기 몸체와 연결되고, 상기 보조모터의 구동에 의하여 회동되는 보조바퀴;를 포함하고, 상기 보조바퀴는 절곡된 형상의 지지다리를 포함하고, 상기 지지다리의 일측은 상기 몸체와 연결되고, 상기 지지다리의 타측은 상기 보조모터의 구동에 의하여 상기 몸체에 가까워지는 방향 또는 상기 몸체로부터 멀어지는 방향으로 회동되는 것을 특징으로 하는 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇으로서, 단턱을 넘어가는 과정에서 보조바퀴가 단턱에 걸리지 않도록 하여 전체적으로 이륜형 로봇의 이동을 안정적으로 유지해주도록 하는 데 특징이 있다.

로봇, 바퀴, 장애물, 화재

Description

보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇{two-wheel robot with assistance wheel}

본 발명은 두개의 구동바퀴를 구비한 이륜형 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇의 이동시에 단턱등에 걸리지 않고 안정적으로 이동할 수 있도록 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇에 관한 것이다.

최근 제어기술의 발달로 인하여, 산업 전반과 의료, 방재작업 등에 걸쳐서 로봇이 사용되고 있으며, 이러한 로봇의 이동방법은 주로 관절과 다리(leg)를 사용하거나 바퀴를 사용하거나 이들을 병행하여 사용하고 있다.

이중, 바퀴를 사용하는 것의 예로는 몸체에 바퀴를 부착하고 자이로센서 및 각속도센서를 사용하여 몸체가 도립한 상태로 전/후진 가능하도록 하는 로봇이 일본특개 2007-223399, 일본특개 2007-280408, 일본특개 2006-136962호, 대한민국특허공개 10-2005-0079122호, 대한민국특허공개 10-2007-0099146호, 일본특개 2005-0288587호, 일본특개2004-0345030호 등에 공개되어 있다.

이중 일본특개 2007-223399, 일본특개 2007-280408, 일본특개 2006-136962호는 이륜구조를 갖는 도립형 로봇으로 이동중 단턱등의 장애물이 발생될 경우에는 장애물을 피해서 돌아서 이동을 하여야 하는 불편이 있었다.

이러한 문제를 해소하면서 균형유지를 돕기 위하여 대한민국특허공개 10-2005-0079122호와 10-2007-0099146호에는 몸체의 하부에 구비된 복수개의 구동바퀴외에 몸체에 일체로 보조바퀴를 고정식으로 설치한 것이 공개되어 있으며, 일본특개 2005-0288587호에는 주바퀴외에 복수개의 보조바퀴를 부착하여 유압을 사용하여 단턱의 높이에 따라 보조바퀴가 승/하강되도록 한 것이 공개되어 있으며, 일본특개2004-0345030호에는 복수개의 보조바퀴를 링크로 연결하여 승/하강되도록 한 것이 공개되어 있다.

그러나, 이와 같은 선행기술들 중 보조바퀴가 고정식으로 설치된 것의 경우 구동바퀴가 통과한 후 로봇의 몸체가 후방으로 기울어지면서 보조바퀴가 장애물에 걸려서 로봇이 더이상 전진하지 못하도록 하는 문제점을 가지고 있으며, 승/하강되도록 한 것의 경우에는 보조바퀴가 항상 몸체의 외부에 별도로 구비되어 로봇의 부피를 크게 하므로 지면의 단턱은 통과할 수 있으나 측면장애물이 발생될 경우 오히려 통과가 어렵게 하는 문제점이 있으며, 보조바퀴부분이 항상 외부로 돌출되어 있어서 투척시에 보조바퀴등의 돌출부분의 손상이 발생되므로 화재현장등에 투척용으로 사용되는 로봇으로는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

그리고, 상기한 선행기술들 중 몸체가 바퀴보다 크지 않게 형성된 로봇에 관한 기술인 대한민국등록특허 10-0783624호에 공고된 로봇은 몸체에 한쌍의 모터가 설치되고, 모터의 축에 한쌍의 바퀴가 구비되며, 상기 몸체에는 카메라 모듈과 각종 센서를 장착하여, 상기한 카메라 모듈 및 센서 모듈을 통하여 취득한 정보가 송신부를 통해 외부로 무선 송신되게한 것으로, 화재, 테러 등의 위험 상황 발생시 위험 지역으로 투척하여 투입하여도 어떤 부분이 닿더라도 공이 충격을 흡수하듯이 충격을 흡수할 수 있는 구조로 형성된 구조용 로봇이다.

그러나, 상기한 구조용 로봇은 바퀴가 두개 달린 이륜형 로봇으로 보조바퀴가 구비되지 않아서 이동 중 로봇의 중심을 잡기위하여 정밀한 제어가 요구될 뿐 아니라 단턱등의 발생시에 로봇이 진행을 하지 못하거나 진행후에도 정위치 즉 몸체가 도립자세를 취하는데 상당한 시간이 소요되는 등의 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 특징은 모터를 사용하여 보조 바퀴를 간단하게 몸체에 밀착 혹은 분리시키고, 몸체에 밀착시 외부로 돌출되는 부분을 최소화하며, 단턱을 통과하는 과정에서 보조바퀴가 단턱에 걸리는 것을 방지하여 원활하게 단턱을 통과하도록 하여, 이륜형 로봇이 안정적으로 이동할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 내부에 구동모터가 구비되는 몸체; 상기 구동모터에 의하여 회전되고, 상기 몸체 양측에 마련되는 한 쌍의 구동바퀴; 상기 몸체 내에 설치되는 보조모터; 및 상기 몸체와 연결되고, 상기 보조모터의 구동에 의하여 회동되는 보조바퀴;를 포함하고, 상기 보조바퀴는 절곡된 형상의 지지다리를 포함하고, 상기 지지다리의 일측은 상기 몸체와 연결되고, 상기 지지다리의 타측은 상기 보조모터의 구동에 의하여 상기 몸체에 가까워지는 방향 또는 상기 몸체로부터 멀어지는 방향으로 회동되는 것을 특징으로 하는 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇으로서, 단턱을 넘어가는 과정에서 보조바퀴가 단턱에 걸리지 않도록 하여 전체적으로 이륜형 로봇의 이동을 안정적으로 유지해주도록 하는 데 특징이 있다.

상기한 구성에서 완충판은 몸체의 외측을 향해서 돌출부를 구비하여 이륜형 로봇이 중심을 잡도록 도와준다.

그리고, 상기한 지지다리에는 이륜형 로봇의 구동을 위한 메인 배터리를 부착하여 무게중심을 잡아주는 역할을 하도록 한다.

또한, 상기한 보조모터와 지지다리는 보조모터의 축에 회전판과 지지다리의 회전중심부가 설치되고, 상기한 보조모터의 축과 이격된 위치에 회전판과 지지다리가 돌기와 체결공에 의하여 더 결합되어 회전시 안전성을 확보한다.

상기한 바와 같이 구성된 보조 바퀴에 의하면 이륜형 로봇의 투척시에는 보조바퀴를 몸에 밀착시키므로 구동바퀴의 외부로 돌출되는 구성이 거의 없어서 소자들의 보호기능을 하고, 이동을 위해서 상기한 보조바퀴를 펼칠 경우 실제로 3륜으로구동하게 되므로 이동의 안정성을 확보할 수 있으며, 단턱을 넘어가는 경우에는 구동바퀴가 먼저 단턱을 통과한 후 보조바퀴가 통과할 때 완충판이 단턱에 걸쳐져서 보조바퀴가 부드럽게 단턱을 넘어갈 수 있도록 하므로 로봇의 이동성을 보장해주는 효과가 있다.

아울러, 상기한 보조바퀴를 구성하는 지지다리에 메인배터리를 구비하여 무게중심을 잡아주므로 이륜형 로봇의 이동시에 도립자세를 유지할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 이륜형 로봇의 보조바퀴를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 요부절개 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이륜형 로봇의 장애물 통 과 과정을 나타내는 측면도이다.

본 발명에 따른 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇은, 몸체(10)와, 상기한 몸체(10)의 양측종단에 구비되는 한쌍의 구동바퀴(20)와, 상기한 한쌍의 구동바퀴(20)를 구동하는 구동모터(미도시)와, 상기한 몸체(10)에 구비되는 카메라 모듈(30)과 각종 센서(온도센서, 가스센서, 자이로센서 등)를 포함하는 전기소자들과, 이들 전기소자들의 동작을 제어하여 로봇의 구동을 제어하는 제어부(미도시) 및, 상기한 몸체(10)에 절첩가능하도록 구비되는 보조바퀴(100)를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에서 몸체(10)는 원통형으로 형성되어 중심축이 지면에 수평하도록 위치되며 일측에 보조바퀴(100)가 삽입되는 삽입홈(12)이 형성되고 내부에 카메라모듈(30)과 센서, 제어부, 구동모터 등이 구비된다.

그리고, 상기한 구동바퀴(20)는 볼록하게 형성된 접시모양부(22)의 가장자리 원주를 따라 수직으로 접지부(24)가 돌출형성된 보울(bowl) 형태로 형성되어 접시모양부(22)가 서로 대칭하면서 마주보도록 구동모터(하나 혹은 두개 사용)에 직접 혹은 동력전달수단(체인, 벨트 등)을 통해서 연결되어 몸체(10)의 양측 외주에 접지부(24)가 위치되도록 설치된다. 또한, 회전과정에서 바닥에 미끄러지지 않도록 하면서 낙하등의 충격시에 충격을 흡수할 수 있도록 함과 아울러 강도를 보강하기 위하여 지면과 접하는 접지부(24)는 요철형으로 형성된다.

그리고, 상기한 이륜형 로봇에 구비되는 보조바퀴(100)를 살펴보면, 호상으로 형성되어 몸체(10)에 밀착시 삽입홈(12)내로 삽입되어 구동바퀴(20)의 외부로 돌출되지 않게 형성되고 상기한 몸체(10)의 삽입홈(12)에 일측 종단이 회동가능하도록 설치되는 지지다리(110)와, 상기한 지지다리(110)와 직접 혹은 동력전달수단을 통해서 연결되어 지지다리(110)를 회전시키는 보조모터(120)와, 상기한 지지다리(110)의 종단에 설치된 볼 캐스터(130) 및 상기한 볼 캐스터(130)와 지지다리(110)의 연결부분에 몸체(10)를 향하여 돌출형성되며 탄성을 갖는 완충판(140)으로 구성된다.

상기한 구성에서 지지다리(110)는 힌지축, 베어링, 볼등을 통해서 몸체(10)에 회동가능하도록 설치되고, 상기한 지지다리(110)에는 이륜형 로봇의 전체 동작을 제어하는 메인 배터리(40)가 더 설치되며, 상기한 메인 배터리(40)는 이륜형 로봇에서 가장 무게가 많이 나가는 구성이므로 지지다리(110)가 이륜형 로봇의 전체 무게중심을 잡도록 한다.

그리고, 상기한 보조모터(120)는 몸체(10)에 일체로 설치되고 모터축이 지지다리(110)의 일측과 직접 혹은 기어등의 동력전달수단을 통해서 연결되어 지지다리(110)를 회전시키는데, 본 발명의 실시예에서는 보조모터(120)의 축에 회전판(122)과 지지다리(110)의 회전중심부(114)가 설치되고, 상기한 보조모터(120)의 축과 이격된 위치에 회전판(122)과 지지다리(110)가 더 결합되어 회전시 미끄러짐을 방지하게 되는데, 상기한 회전판(122)과 지지다리(110)의 결합은 돌기(122a)와 체결공(118)을 대응되게 형성하여 서로 결합한다.

상기한 완충판(140)은 몸체의 외부를 향한 단부(이하 돌출부 ; 142)는 지지다리(110)보다 돌출되도록 형성되고 몸체를 향한 부분(이하 탄성부 ; 144)은 볼 캐 스터(130)와 인접한 위치에서 지지다리(110)측으로 위치되도록 절곡되어 탄성을 가지게 되며, 이러한 완충판(140)은 이륜형 로봇이 단턱을 넘어갈때 보조바퀴(100)가 걸려서 진행을 방해하는 것을 방지하고, 상기한 메인 배터리(40)를 외부의 충격으로부터 보호하는 역할도 하게 된다.

한편 상기한 로봇에는 라이트가 더 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 이륜형 로봇은 상기한 카메라 모듈 및 센서 모듈을 통하여 취득한 정보가 송신부를 통해 외부로 무선 송신되게한 것으로, 화재, 테러 등의 위험 상황 발생시 위험 지역으로 투척하여 투입하여 사용하는데, 상기한 로봇의 이동에 있어서 보조바퀴(100)가 펼쳐질 경우 실제로는 3륜으로 이동하는 것과 같은 효과를 가지고 보조바퀴(100)에 구비된 보조모터(120)와 메인 배터리(40)가 큰 하중을 가지므로 로봇이 전체적으로 무게중심을 잡을 수 있게 되므로 이동중 안정성을 확보할 수 있게 된다.

그리고, 경우에 따라 상기한 보조바퀴(100)가 펼쳐지는 경우 로봇의 접힌 보조바퀴(100)의 위치(아래쪽, 위쪽)에 따라 보조바퀴(100)를 폈을 경우 로봇이 뒤집어지는 경우가 발생하며, 예로서 보조바퀴(100)가 위쪽에 위치한 경우에 보조바퀴(100)를 펼 경우 로봇이 정상위치를 잡기 위하여 보조바퀴(100)의 볼캐스터(130)가 지면에 닿도록 회전하게 되면 보조바퀴(100)의 호상의 외주면이 지면과 닿으면서 로봇이 뒤집어지게 되는 문제점이 있었다(상하가 바뀐다).

이와 같이 로봇이 뒤집어지게 되는 경우 로봇의 보조바퀴(100)를 펴면서 정상위치를 잡기 위하여 로봇이 회전 혹은 전진을 하게 된다면 완충판(140)의 돌출 부(142)가 바닥에 닿아서 로봇의 위치를 잡아주게 되므로 로봇이 정상적인 위치를 잡을 수 있게 된다.

그리고, 상기한 완충판(140)을 달지 않았을 경우 보조바퀴(100)를 펼친 상태에서 이동중 단차가 있는 장애물이 나타나면 로봇의 구동바퀴(20)는 장애물위로 이동하여 전진하나 호상으로 형성된 보조바퀴(100)가 상기한 장애물(200)에 걸려서 로봇이 이동을 하지 못하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 완충판(140)을 설치한 구조와 다르게 부수적인 바퀴를 장착하거나 큰 바퀴를 장착하게 되면 아무런 문제가 없으나 그럴 경우 보조바퀴를 접었을 경우 부수적인 액세서리들이 로봇의 외형 밖으로 돌출이 되게 되므로 단턱외의 부분의 이동시에 제약이 따른다.

따라서, 본 발명과 같이 상기한 단차 극복의 한 방법으로 완충판(140)을 설치할 경우 도 3에 나타내는 바와 같이 상기한 구동바퀴(20)가 장애물을 통과하는 과정에서 상기한 보조바퀴(100)가 지지역할을 하여 구동바퀴(20)는 장애물을 통과할 수 있게되고 이후 보조바퀴(100)가 장애물을 통과하기 전에 상기한 완충판(140)의 탄성부(144)가 상기한 장애물의 모서리에 닿아서 이동로봇의 보조바퀴(100)부분이 들려지면서 로봇전체가 다소 기울어지게 되므로 보조바퀴(100)는 장애물을 미끄러지듯 넘어갈 수 있게 된다.

그리고, 상기에서 언급한 바와 같이 완충판(140)과 지지다리(110) 사이공간에 로봇의 메인 배터리(40)가 장착이 되는데 이 메인 배터리(40)는 로봇의 무게중심 역할을 한다. 또한, 로봇에 충격이 가해지거나 또는 단차극복 및 장애물 극복시 에 완충판(140)이 없으면 직접적으로 메인 배터리 손상이 올 수 있다. 더욱이 상기한 바와 같은 이동로봇이 방재로봇으로 사용될 경우 방재로봇은 투척용 로봇이므로 로봇 투척시에 지면과 닿는 충격으로부터 지지다리(110)와 완충판(140)이 메인 배터리(40)를 보호해 주게 되는데, 이는 자체의 구조에 의해서 보호하는 역할도 할 뿐 아니라 로봇을 원하는 장소에 투척할 때 완충판(140)의 돌출부(142)가 약간의 판 스프링작용을 함으로서 충격을 완화해주는 것이다.

또한, 로봇의 좌/우 회전시에 보조바퀴(100)에 직접적인 마찰이 가해지는 것을 줄이는 것 역시 상기한 볼 캐스터(130)에 의하여 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 이륜형 로봇의 보조바퀴를 나타내는 사시도

도 2는 도 1의 요부절개 평면도

도 3은 본 발명에 따른 이륜형 로봇의 장애물 통과과정을 나타내는 측면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 몸체 20 : 구동바퀴

40 : 메인 배터리 100 : 보조바퀴

110 : 지지다리 120 : 보조모터

130 : 볼 캐스터 140 : 완충판

200 : 장애물

Claims (4)

1. 내부에 구동모터가 구비되는 몸체;

   상기 구동모터에 의하여 회전되고, 상기 몸체 양측에 마련되는 한 쌍의 구동바퀴;

   상기 몸체 내에 설치되는 보조모터; 및

   상기 몸체와 연결되고, 상기 보조모터의 구동에 의하여 회동되는 보조바퀴;를 포함하고,

   상기 보조바퀴는 절곡된 형상의 지지다리를 포함하고,

   상기 지지다리의 일측은 상기 몸체와 연결되고, 상기 지지다리의 타측은 상기 보조모터의 구동에 의하여 상기 몸체에 가까워지는 방향 또는 상기 몸체로부터 멀어지는 방향으로 회동되는 것을 특징으로 하는 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조바퀴는,

   상기 지지다리의 타측 단부에 설치되는 볼 캐스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조바퀴는,

   상기 지지다리와 연결되어 상기 몸체를 향하도록 돌출형성되는 완충판을 더 포함하는 것을 특징으로 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 완충판은,

   상기 몸체를 향하여 돌출형성되며 탄성을 갖는 탄성부와, 상기 탄성부의 돌출방향과는 반대방향으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조바퀴를 구비한 이륜형 로봇.

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