KR101432046B1

KR101432046B1 - 추력을 이용하는 구형로봇

Info

Publication number: KR101432046B1
Application number: KR1020120140595A
Authority: KR
Inventors: 이연정; 안성수; 서현덕
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-08-21
Also published as: KR20140072740A

Abstract

바람의 추력을 이용하는 구형로봇이 개시된다. 개시된 구형로봇은 팬의 구동에 따라 추진력을 발생하는 추력발생부; 상기 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임; 및 상기 원형프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 상기 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임;을 포함한다.

Description

추력을 이용하는 구형로봇{SPHERICAL ROBOT USING THRUST}

본 발명은 구형로봇에 관한 것으로, 바람의 추력을 이용하여 주행하는 구형로봇에 관한 것이다.

일반적으로 휴머로이드 로봇은 직립 상태로 이동하기 때문에 이동속도가 느리고 장애물에 걸려 쉽게 넘어질 수 있으며, 아울러 좁은 공간에서의 이동이 매우 제한적이다.

이에 반해 요즘 관심이 날로 높아지고 있는 구형상(球形狀)의 로봇은 몸체가 구형으로 이루어져 있어 휴머로이드 로봇에 비해 이동에 따른 제한사항을 대부분 해소할 수 있다. 이에 따라 구형로봇은 극지, 해저 및 행성 탐사용, 국방용, 교육용 및 사회 안전분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있도록 시도되고 있다.

그런데 이러한 종래의 구형로봇은 주로 내부에 진자 구동 메카니즘 혹은 그에 상응하는 구동 메카니즘을 채용하여 구형로봇 내부 무게중심의 변화 또는 모멘트의 변화를 통해 추력을 발생시키게 되고 이러한 추력에 의해 구형로봇을 회전시켜 주행을 하게 된다. 이와 같이 로봇 내부 추력발생 구동방식인 경우 구형로봇의 주행 속도를 높이는 데 많은 제약이 따르기 때문에 고속 주행이 불가능하다.

이 경우 내부모멘트를 발생시키게 되는 모터를 고출력의 구동모터를 이용하거나 혹은 진자의 무게를 늘리는 방식 채용함으로써 구형로봇의 고속 주행을 고려해 볼 수 있으나, 이와 같이 고출력 구현이 가능한 구동모터는 종래 구형모터에 적용하는 모터의 비해 사이즈가 크고 진자의 무게를 늘리는 것도 한정적이기 때문에 구형로봇이 대형화되며 로봇의 무게도 증가하게 되는 문제를 안고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 내부에 설치된 덕트팬에 의한 바람의 추력을 이용함으로써 구형로봇의 크기를 늘리지 않고 고속 주행이 가능한 구형로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 평지는 물론 낮은 턱을 포함하는 비평탄지를 고속으로 주행할 수 있고, 고속 주행 중 신속한 방향전환이 가능한 구형로봇을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 팬의 구동에 따라 추진력을 발생하는 추력발생부; 상기 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임; 및 상기 원형프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 상기 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임;을 포함하는 구형로봇을 제공한다.

상기 추력발생부는, 제1 지지프레임; 상기 제1 지지프레임 내측에 양측이 회전 가능하게 결합되는 제2 지지프레임; 상기 제2 지지프레임에 고정되는 덕트팬; 및 상기 제2 지지프레임을 회전시켜 상기 덕트팬의 추진력이 작용하는 방향을 전환하기 위한 제1 구동부를 포함할 수 있다.

상기 제1 구동부는, 구동모터; 상기 구동모터의 구동축에 연결되는 제1 기어; 및 상기 제2 지지프레임의 회전 중심을 둘러싸도록 상기 제2 지지프레임의 일측에 설치되고, 상기 제1 기어에 치합되는 제2 기어;를 포함할 수 있다.

상기 추력발생부의 하단에 힌지 연결되며, 주행 중인 구형로봇의 무게 중심을 이동시켜 구형로봇의 주행방향을 전환시키는 방향전환부를 더 포함할 수 있다.

상기 방향전환부는, 상기 추력발생부 하부에 설치되는 제3 구동부; 상기 제2 구동부의 일단에 연결되는 연결로드; 및 상기 연결로드 타단에 설치되는 웨이트;를 포함하며, 상기 웨이트는 연결로드를 통해 전달되는 상기 제2 구동부의 동력에 의해 미리 설정된 각도로 좌측 및 우측 중 선택된 방향으로 선회할 수 있다.

주행 중인 구형로봇을 제동하기 위해 상기 제1 지지프레임에 지지되는 제동부를 더 포함할 수 있다.

상기 제동부는, 상기 제1 지지프레임의 좌측 및 우측에 각각 배치되는 제1 브레이크 암 및 제2 브레이크 암; 상기 제1 및 제2 브레이크 암의 구동력을 발생하는 제3 구동부; 및 상기 제3 구동부와 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 각각 연결하는 제1 동력전달부 및 제2 동력전달부;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 브레이크 암은 주행모드에서 구형로봇의 외곽을 유지하고, 제동모드에서 구형로봇의 외곽보다 더 돌출될 수 있다.

상기 제3 구동부는 구동모터 및 구동모터의 구동축에 결합되는 회전판을 구비하며, 상기 제1 및 제2 동력전달부는 각각 상기 회전판의 회전에 연동하여 상기 제1 및 제2 브레이크 암의 일단을 가압함으로써 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 미리 설정된 각도만큼 회전시킬 수 있다.

상기 제1 및 제2 브레이크 암은 상기 다수의 곡선프레임의 양단이 고정되는 제1 및 제2 허브에 각각 선회 가능하게 연결될 수 있다.

상기 제1 허브와 제1 브레이크 암 사이에 제1 리턴스프링이 설치되고, 상기 제2 허브와 제2 브레이크 암 사이에 각각 제2 리턴스프링이 설치되며, 상기 제1 및 제2 리턴스프링은 상기 제1 및 제2 동력전달부에 의한 가압력이 해제될 때 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 다수의 곡선프레임과 같이 구형로봇의 외곽을 이루는 위치로 복귀시킬 수 있다.

상기 제1 동력전달부는, 일단이 상기 회전판 일측에 힌지 연결되며 수평으로 배치되는 제1 연결부재; 하단이 상기 제1 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제2 연결부재; 상기 제2 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제3 연결부재; 및 상기 제3 연결부재의 타단에 연결되어 상기 제1 브레이크 암의 일부를 가압하는 제1 가압부재;를 포함하고, 상기 제2 동력전달부는, 일단이 상기 회전판에 타측에 힌지 연결되며 수평으로 배치되는 제4 연결부재; 하단이 상기 제4 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제5 연결부재; 상기 제5 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제6 연결부재; 및 상기 제6 연결부재의 타단에 연결되어 상기 제2 브레이크 암의 일부를 가압하는 제2 가압부재;를 포함할 수 있다.

상기 제1 동력전달부의 제3 연장부재는 상기 제1 지지프레임 일측에 연장되는 제1 연장프레임에 지지되고, 상기 제2 동력전달부의 제6 수평로드는 상기 제1 지지프레임 타측에 연장되는 제2 연장프레임에 지지될 수 있다.

상기 다수의 곡선프레임은 스프링 탄소강으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 팬의 구동에 따라 추진력을 발생하는 추력발생부; 상기 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임; 상기 원형 프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 상기 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임; 상기 추력발생부에 지지되며, 주행 중인 구형로봇을 제동하기 위한 한 상의 브레이크 암을 가지는 제동부; 및 상기 추력발생부의 하단에 힌지 연결되며, 주행 중인 구형로봇의 무게 중심을 이동시켜 구형로봇의 주행방향을 전환시키는 방향전환부;를 포함하는 구형로봇을 제공하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같은 본 발명에 있어서는, 덕트팬 내부의 프로펠러의 빠른 회전으로 인해 강한 바람의 추력을 이용함으로써 얻어지는 큰 추진력을 통해 구형로봇의 고속 주행이 가능하다. 또한, 본 발명은 평지는 물론 낮은 단턱이나 계단과 같은 비평지에서도 순조롭게 이동할 수 있고, 고속 주행중에 신속한 방향전환이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형로봇을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 원형프레임 및 곡선프레임을 생략한 상태의 구형로봇을 나타내는 것으로 덕트팬의 방향 전환 상태를 각각 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 구형로봇의 방향전환부의 동작을 나타내는 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도2에 도시된 구형로봇의 제동부가 주행모드 및 제동모드에서의 동작 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시된 구형로봇의 주행 중 상태와, 제동모드 시 상태를 함께 나타내는 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

첨부한 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형로봇(10)은 원형프레임(30), 다수의 곡선프레임(50), 추력발생부(100), 방향전환부(200) 및 제동부(300)를 포함한다.

원형프레임(30)과 다수의 곡선프레임(50)은 구형로봇(10)이 주행 가능하도록 구형로봇(10)의 외곽을 이룬다. 원형프레임(30)은 구형로봇(10)의 메인 골격으로 소정의 강성을 가지는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 구형로봇(10)은 주행 시 롤링하면서 이동한다.

다수의 곡선프레임(50)은 구형로봇(10)의 좌측 및 우측에 각각 배치되는 제1 및 제2 허브(71,73)에 각각 고정되며, 각각의 반경이 대략 원형프레임(30)의 반경에 대응하도록 형성된다. 또한, 다수의 곡선프레임(50)은 원형프레임(30)과 직교하도록 연결되며 전체적으로 구형상의 외곽을 이루도록 원형프레임(30)의 원주방향을 따라 간격을 두고 배열된다. 이 경우 다수의 곡선프레임(50)은 구형로봇(10) 내부에 설치된 덕트팬(150)에서 발생되는 바람을 구형로봇(10)의 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.

상기 다수의 곡선프레임(50)은 구형로봇(10)이 주행 시 지면과의 충돌에 의해 구형로봇(10)에 가해지는 충격을 흡수하여, 추력발생부(100), 방향전환부(200), 제동부(310,330) 및 제어부를 보호할 수 있도록 탄성재질(예를 들면, 스프링 탄소강)로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 추력발생부(100)는 제1 지지프레임(110), 제2 지지프레임(130) 및 덕트팬(150)을 포함한다.

제1 지지프레임(110)은 대략 사각형상으로 이루어지며, 좌측 및 우측에는 각각 제1 연장프레임(111) 및 제2 연장프레임(113)이 각각 제1 지지프레임(110)의 중심에 대칭으로 설치된다.

제1 및 제2 연장프레임(111,113)은 각각 제동부(300)의 좌측의 일부분 및 우측의 일부분이 서로 동축방향으로 배치되도록 지지한다. 또한, 제1 및 제2 연장프레임(111,113)은 제1 및 제2 허브(71,73)와 결합되는 제1 및 제2 축부재(72,74)를 회전 가능하게 지지한다. 이에 따라 제1 및 제2 허브(71,73)는 구형로봇(10)의 주행 시 다수의 곡선프레임(50)과 함께 회전한다. 상기 제1 연장프레임(111)에는 제3 구동부(350)가 설치되고, 제 2 연장프레임에는 엔코더(410)가 설치된다. 이 경우 엔코더(410)는 서로 치합되는 한 쌍의 기어(411,413)를 통해 구형로봇(10)의 회전량을 검출하고, 검출된 데이터를 후술하는 제어부(미도시)로 송부한다. 제어부에서는 미리 저장된 프로그램을 통하여 회전량에 따른 주행 속도를 검출한다.

또한, 제1 지지프레임(110)은 좌측 및 우측의 하부에 각각 제3 연장프레임(115) 및 제4 연장프레임(117)을 포함한다. 제3 및 제4 연장프레임(115,117)은 후술하는 제1 및 제2 동력전달부(370,390)의 제1 및 제2 수직로드(373,393)의 하단을 슬라이딩 가능하게 지지한다.

제2 지지프레임(130)은 제1 지지프레임(110) 내에 배치되고, 좌측 및 우측이 각각 회전축(131,133, 도 5 참조)에 의해 제2 지지프레임(130)에 회전 가능하게 설치된다. 이 경우, 제2 지지프레임(130)은 제1 구동부(135)에 의해 일방향 및 그 반대방향으로 회전한다.

제1 구동부(135)는 제1 연장프레임(111)에 설치되는 구동모터(135a)와, 구동모터(135a)의 구동축에 설치되는 구동기어(135b)와, 상기 구동기어(135b)와 치합하는 차동기어(135c, 도 4 참조)를 포함한다. 차동기어(135c)는 제2 지지프레임(130)의 회전축(131)이 관통하며 제2 지지프레임(130)에 좌측면에 고정 설치된다.

덕트팬(150)은 내부에 프로펠러가 설치되어 바람 추력을 발생시켜 구형로봇(10)이 주행할 수 있는 추진력을 제공하는 것으로, 제2 지지프레임(130) 내측에 고정 설치된다. 상기 덕트팬(150)은 구동로봇(10)의 전진 및 후진이 가능하도록 제2 지지프레임(130)과 함께 일방향 및 그 역방향으로 회전하여 추진 방향을 전환할 수 있다. 즉, 덕트팬(150)은 도 2와 같이 배치된 상태에서는 구형로봇(10)을 전진시킬 수 있으며, 도 3과 같이 180°회전하여 배치된 상태에서는 구형로봇(10)을 후진시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 방향전환부(200)는 주행 중에 구형로봇(10)의 무게중심을 이동방향에 대하여 좌측 또는 우측으로 이동시켜 구형로봇(10)의 주행방향을 전환한다. 이와 같은 방향전환부(200)는 제2 구동부(230), 연결로드(250) 및 웨이트(weight)(270)를 포함한다.

제2 구동부(230)는 제1 지지프레임(110)의 하단에 수직으로 연장 형성되는 지지플레이트(210)에 고정 설치되는 구동모터로 이루어진다. 연결로드(250)는 상단이 제2 구동부(230)의 구동축에 연결되고 하단이 웨이트(270)에 연결된다.

웨이트(270)는 연결로드(250)를 통해 제2 구동부(230)의 동력을 전달받아 구형로봇(10)의 주행방향에 대하여 좌측 또는 우측으로 회전함으로써, 주행 중인 구형로봇(10)의 무게중심을 좌측 또는 우측으로 이동시킨다. 이 경우, 웨이트(270)에 의해 무게중심이 좌측 또는 우측으로 편향됨에 따라 구형로봇(10)은 좌측 또는 우측으로 방향을 전환할 수 있다.

이와 같이 상기 웨이트(270)의 회전각도를 미리 여러 각도로 설정해 놓음으로써, 구형로봇(10)이 주행 중 다양한 각도로 방향을 전환할 수 있다. 즉, 웨이트(270)가 지면에 수직인 상태에서 좌측 또는 우측으로의 회전각도가 증가할수록 방향 전환각도의 변화량이 증가한다. 즉, 웨이트(270)의 회전각도의 변화량은 구형로봇(10)의 방향전환각도의 변화량에 비례한다.

도 5를 참조하면, 제동부(300)는 제1 브레이크 암(310), 제2 브레이크 암(330), 제3 구동부(350), 제1 동력전달부(370) 및 제2 동력전달부(390)를 포함한다.

제1 및 제2 브레이크 암(310,330)은 구형로봇(10)의 좌측 및 우측에 각각 배치되며, 다수의 곡선프레임(50)과 대략 동일한 반경으로 라운딩 형성된다. 이와 같은 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)은 구형로봇(10)의 주행모드에서는 다수의 곡선프레임(50)과 함께 구형로봇(10)의 외곽을 유지하고, 구형로봇(10)의 제동모드에서는 구형로봇(10)의 외곽보다 더 돌출됨에 따라 주행 중인 구형로봇(10)을 제동할 수 있다.

이와 같은 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)은 각각 일단부가 제1 및 제2 허브(71,73)에 각각 고정 결합되는 제1 및 제2 지지브라켓(75,76)에 힌지 결합된다. 이 경우, 제1 브레이크 암(310)의 일단부와 제1 지지브라켓(75) 사이(G1, 도 2 참조)에는 제1 리턴스프링(미도시)이 설치되고, 제2 브레이크 암(330)의 일단부와 제2 지지브라켓(76) 사이(G2, 도 2 참조)에는 제2 리턴스프링(미도시)이 설치된다.

상기 제1 리턴스프링은 코일스프링 형상으로 이루어지며 일단이 제1 브레이크 암(310)에 연결되고, 타단이 제1 지지브라켓(75)에 연결된다. 제2 리턴스프링은 제1 리턴스프링과 마찬가지로 코일스프링 형상으로 이루어지며 일단이 제2 브레이크 암(330)에 연결되고, 타단이 제2 지지브라켓(76)에 연결된다.

이와 같은 제1 및 제2 리턴스프링은 제1 및 제2 동력전달부(370,390)에 의한 가압력이 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)으로부터 해제될 때 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)을 다수의 곡선프레임(50)과 같이 구형로봇(10)의 외곽을 이루는 위치로 복귀시켜 구형로봇(10)의 주행이 재개될 수 있도록 한다.

제3 구동부(350)는 제1 지지프레임(110)의 하측에 배치되며, 구동모터와, 구동모터의 구동축에 결합되는 회전판(351)을 포함한다. 상기 제3 구동부(350)는 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)을 구동시키기 위해, 회전판(351)을 통해 제1 및 제2 동력전달부(370,390)로 동시에 전달되는 구동력을 발생시킨다.

제1 및 제2 동력전달부(370,390)는 구형로봇(10)의 중심을 기준으로 서로 대칭으로 배치되며, 제3 구동부(350)의 회전판(351)과 제1 및 제2 브레이크 암(310,30)을 각각 연결한다.

제1 동력전달부(370)는 제1 연결부재(371), 제2 연결부재(373), 제3 연결부재(375) 및 제1 가압부재(377)를 포함한다.

제1 연결부재(371)는 일단이 회전판(351) 일측에 힌지 연결되고 타단이 제2 연결부재(373)의 하단에 힌지 연결된다. 상기 제1 연결부재(371)는 제2 연결부재(373)의 하단이 연결되는 부분이 유동 가능하게 연결되도록 장공(미도시)이 형성된다. 이는 회전판(351)이 일방향으로 선회 시 제1 연결부재(371)의 선회 동작을 원활하게 하기 위함이다.

제2 연결부재(373)는 하단이 제1 연결부재(371)에 연결되며 동시에 제3 연장프레임(115)의 슬롯(115a)에 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 또한, 제2 연결부재(373)는 상단이 제1 연장프레임(111)에 설치된 결합구(374)를 통해 제3 연결부재(375)의 일단과 연결된다.

제3 연결부재(375)는 타단이 제1 연장프레임(111) 및 제1 허브(71)를 순차적으로 관통한 후 제1 가압부재(377)의 중앙에 관통 결합된다.

상술한 제1 내지 제3 연결부재(371,373,375)는 회전판(351)의 일방향 또는 그 역방향 회전에 따라 순차 연동하여, 제1 가압부재(377)를 구형로봇(10)의 중심 방향 또는 그 역방향으로 직선 이동시킨다.

제1 가압부재(377)는 구형로봇(10)의 주행모드에서는 도 5와 같이 제1 브레이크 암(310)이 구형로봇(10)의 외곽을 이루는 위치에 있도록 제1 브레이크 암(310)의 작동돌기(315)를 가압하지 않는 위치로 설정된다. 이 경우 회전판(351)에 힌지 연결된 제1 연결부재(371) 및 제4 연결부재(391)는 대략 동축방향으로 배치된다.

또한, 제1 가압부재(377)는 구형로봇(10)의 제동모드에서는 도 6과 같이 회전판(351)의 회전에 따라 연동하는 제1 내지 제3 연결부재(371,373,375)에 의해 구형로봇(10)의 중심방향으로 당겨진다. 이때, 제1 가압부재(377)는 제1 브레이크 암(310)의 작동돌기(315)를 가압하게 되고, 제1 브레이크 암(310)은 미리 설정된 각도만큼 회전하면서 구형로봇(10)의 외곽보다 더 돌출된다. 이에 따라 주행 중인 구형로봇(10)은 제1 브레이크 암(310)의 작동에 의해 제동될 수 있다.

제2 동력전달부(390)는 상술한 제1 동력전달부(370)과 마찬가지로 3개의 연결부재와 1개의 가압부재를 구비한다. 즉, 제2 동력전달부(390)는 제4 연결부재(391), 제5 연결부재(393), 제6 연결부재(395) 및 제2 가압부재(397)를 포함한다.

제4 연결부재(391)는 일단이 회전판(351) 일측에 힌지 연결되고 타단이 제5 연결부재(393)의 하단에 힌지 연결된다. 상기 제4 연결부재(391)는 제5 연결부재(393)의 하단이 연결되는 부분이 유동 가능하게 연결되도록 장공(미도시)이 형성된다.

제5 연결부재(393)는 하단이 제4 연결부재(391)에 연결되며 동시에 제4 연장프레임(117)의 슬롯(117a)에 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 또한, 제5 연결부재(393)는 상단이 제2 연장프레임(113)에 설치된 결합구(394)를 통해 제6 연결부재(395)의 일단과 연결된다.

제6 연결부재(395)는 타단이 제2 연장프레임(113) 및 제2 허브(73)를 순차적으로 관통한 후 제2 가압부재(397)의 중앙에 관통 결합된다.

상술한 제4 내지 제6 연결부재(391,393,395)는 회전판(351)의 일방향 또는 그 역방향 회전에 따라 순차 연동하여, 제2 가압부재(397)를 구형로봇(10)의 중심 방향 또는 그 역방향으로 직선 이동시킨다.

제2 가압부재(397)는 구형로봇(10)의 주행모드에서는 도 5와 같이 제2 브레이크 암(330)이 구형로봇(10)의 외곽을 이루는 위치에 있도록 제1 브레이크 암(310)의 작동돌기(335)를 가압하지 않는 위치로 설정된다. 또한, 제2 가압부재(397)는 구형로봇(10)의 제동모드에서는 도 6과 같이 회전판(351)의 회전에 따라 연동하는 제4 내지 제6 연결부재(391,393,395)에 의해 구형로봇(10)의 중심방향으로 당겨진다. 이때, 제2 가압부재(397)는 제2 브레이크 암(330)의 작동돌기(335)를 가압하게 되고, 제2 브레이크 암(330)은 미리 설정된 각도만큼 회전하면서 구형로봇(10)의 외곽보다 더 돌출됨으로써 주행 중인 구형로봇(10)을 제동할 수 있다.

도 7을 참조하면, 주행 중인 구형로봇(10)은 회전판(351)의 회전에 따라 상술한 제1 및 제2 동력전달부(370,390)가 동시에 연동하여, 제1 및 제2 브레이크 암(310,330)을 동시에 작동시킴으로써 주행 중인 구형로봇(10)을 제동시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형로봇(10)은 내측 예를 들면, 제1 지지프레임(110)의 일부분에 설치되는 제어부(미도시)를 포함한다. 상기 제어부는 덕트팬(150) 및 상술한 각 구동모터를 온/오프 제어함으로써 구형로봇(10)를 주행모드 및 제동모드로 설정할 수 있는 통상의 마이크로 콘트롤러와, 구형로봇(10)을 제어하기 위한 소프트웨어가 설치되는 저장매체, 통상의 무선장치를 포함할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형로봇(10)은 제어부 및 덕트팬(150) 및 상술한 각 구동모터에 전원을 공급하기 위한 배터리(미도시)를 포함하며, 이 경우 배터리는 충전배터리일 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10: 구형로봇 30: 원형프레임
50: 곡선프레임 71: 제1 허브
72: 제1 축부재 73: 제2 허브
74: 제2 축부재 100: 추력발생부
110: 제1 지지프레임 130: 제2 지지프레임
135: 제1 구동부 150: 덕트팬
200: 방향전환부 230: 제2 구동부
250: 연결로드 270: 웨이트
300: 제동부 310: 제1 브레이크 암
330: 제2 브레이크 암 350: 제3 구동부
370: 제1 동력전달부 390: 제2 동력전달부
410: 엔코더

Claims

팬의 구동에 따라 바람의 추력을 발생하는 추력발생부;
상기 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임; 및
상기 원형프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 상기 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임;을 포함하는 구형로봇.
제1항에 있어서,
상기 추력발생부는,
제1 지지프레임;
상기 제1 지지프레임 내측에 양측이 회전 가능하게 결합되는 제2 지지프레임;
상기 제2 지지프레임에 고정되는 덕트팬; 및
상기 제2 지지프레임을 회전시켜 상기 덕트팬의 추진력이 작용하는 방향을 전환하기 위한 제1 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제2항에 있어서,
상기 제1 구동부는,
구동모터;
상기 구동모터의 구동축에 연결되는 제1 기어; 및
상기 제2 지지프레임의 회전 중심을 둘러싸도록 상기 제2 지지프레임의 일측에 설치되고, 상기 제1 기어에 치합되는 제2 기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제1항에 있어서,
상기 추력발생부의 하단에 힌지 연결되며, 주행 중인 구형로봇의 무게 중심을 이동시켜 구형로봇의 주행방향을 전환시키는 방향전환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제4항에 있어서,
상기 방향전환부는,
상기 추력발생부 하부에 설치되는 제2 구동부;
상기 제2 구동부의 일단에 연결되는 연결로드; 및
상기 연결로드 타단에 설치되는 웨이트;를 포함하며,
상기 웨이트는 연결로드를 통해 전달되는 상기 제2 구동부의 동력에 의해 미리 설정된 각도로 좌측 및 우측 중 선택된 방향으로 선회하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제2항에 있어서,
주행 중인 구형로봇을 제동하기 위해 상기 제1 지지프레임에 지지되는 제동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제6항에 있어서,
상기 제동부는,
상기 제1 지지프레임의 좌측 및 우측에 각각 배치되는 제1 브레이크 암 및 제2 브레이크 암;
상기 제1 및 제2 브레이크 암의 구동력을 발생하는 제3 구동부; 및
상기 제3 구동부와 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 각각 연결하는 제1 동력전달부 및 제2 동력전달부;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 브레이크 암은 주행모드에서 구형로봇의 외곽을 유지하고, 제동모드에서 구형로봇의 외곽보다 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제7항에 있어서,
상기 제3 구동부는 구동모터 및 구동모터의 구동축에 결합되는 회전판을 구비하며,
상기 제1 및 제2 동력전달부는 각각 상기 회전판의 회전에 연동하여 상기 제1 및 제2 브레이크 암의 일단을 가압함으로써 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 미리 설정된 각도만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 브레이크 암은 상기 다수의 곡선프레임의 양단이 고정되는 제1 및 제2 허브에 각각 선회 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제9항에 있어서,
상기 제1 허브와 제1 브레이크 암 사이에 제1 리턴스프링이 설치되고, 상기 제2 허브와 제2 브레이크 암 사이에 각각 제2 리턴스프링이 설치되며,
상기 제1 및 제2 리턴스프링은 상기 제1 및 제2 동력전달부에 의한 가압력이 해제될 때 상기 제1 및 제2 브레이크 암을 다수의 곡선프레임과 같이 구형로봇의 외곽을 이루는 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제8항에 있어서,
상기 제1 동력전달부는, 일단이 상기 회전판 일측에 힌지 연결되며 수평으로 배치되는 제1 연결부재; 하단이 상기 제1 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제2 연결부재; 상기 제2 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제3 연결부재; 및 상기 제3 연결부재의 타단에 연결되어 상기 제1 브레이크 암의 일부를 가압하는 제1 가압부재;를 포함하고,
상기 제2 동력전달부는, 일단이 상기 회전판에 타측에 힌지 연결되며 수평으로 배치되는 제4 연결부재; 하단이 상기 제4 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제5 연결부재; 상기 제5 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제6 연결부재; 및 상기 제6 연결부재의 타단에 연결되어 상기 제2 브레이크 암의 일부를 가압하는 제2 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제11항에 있어서,
상기 제1 동력전달부의 제3 연장부재는 상기 제1 지지프레임 일측에 연장되는 제1 연장프레임에 지지되고,
상기 제2 동력전달부의 제6 수평로드는 상기 제1 지지프레임 타측에 연장되는 제2 연장프레임에 지지되는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제1항에 있어서,
상기 다수의 곡선프레임은 스프링 탄소강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
팬의 구동에 따라 바람의 추력을 발생하는 추력발생부;
상기 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임;
상기 원형 프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 상기 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임;
상기 추력발생부에 지지되며, 주행 중인 구형로봇을 제동하기 위한 한 쌍의 브레이크 암을 가지는 제동부; 및
상기 추력발생부의 하단에 힌지 연결되며, 주행 중인 구형로봇의 무게 중심을 이동시켜 구형로봇의 주행방향을 전환시키는 방향전환부;를 포함하는 구형로봇.
제14항에 있어서,
상기 추력발생부는 지지프레임 및 상기 지지프레임에 회전 가능하게 설치되어 일측 및 그 반대측으로 추진 방향을 전환하는 덕트팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제15항에 있어서,
상기 방향전환부는 추진 방향에 직각 방향으로 미리 설정된 각도로 좌측 및 우측 중 선택된 방향으로 선회하는 웨이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형로봇.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제동부는,
상기 추력발생부의 좌측 및 우측에 각각 탄력적으로 힌지 연결되는 제1 브레이크 암 및 제2 브레이크 암;
상기 제1 및 제2 브레이크 암을 각각 연결하며 구동부에 의해 발생한 구동력을 상기 제1 및 제2 브레이크 암에 각각 전달하는 제1 동력전달부 및 제2 동력전달부;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 브레이크 암은 주행모드에서 구형로봇의 외곽을 유지하고, 제동모드에서 제1 및 제2 동력전달부에 가압되어 구형로봇의 외곽보다 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 구형로봇.