KR101475240B1 - 탄성형 풀리 및 이를 포함하는 이동로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축이 고정될 수 있도록 고정홀을 형성하는 회전축 결합부, 상기 회전축 결합부과 이격공간을 형성하도록 상기 회전축 결합부를 감싸며, 제1 폭을 갖도록 형성되는 회전프레임, 상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 지지하도록 형성되고, 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖도록 형성되는 지지프레임, 탄성재질로 이루어지며, 상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 탄성 지지하도록 상기 이격공간의 적어도 일부를 메우도록 형성되는 링 형상의 탄성부를 포함하는 탄성형 풀리를 제공한다.

Description

탄성형 풀리 및 이를 포함하는 이동로봇{ELASTIC PULLY AND MOVING ROBOT HAVING THE SAME}

본 발명의 야지 및 험지에서 원활한 주행이 가능하고 각종 환경에서 구난임무, 폭발물 처리 및 이송 등의 임무를 수행하는 이동로봇을 지지하는 풀리에 관한 발명이다.

재해 또는 재난 지역에서 인명을 구조하거나 폭발물의 처리 및 이송임무를 하기 위하여 개발된 구난 로봇은 평지가 아닌 험지나 오지, 계단과 경사지와 같은 험난한 지형에서 임무를 수행한다.

다양한 임무를 효과적으로 수행하기 위해서 매니퓰레이터와 가변형상의 플랫폼을 구비하는 휴머노이드 형태의 로봇이 개발되고 있다. 최근에는 바디와 결합되고, 서로 연결된 상부 및 하부 트랙에 의하여 이동가능하게 형성되는 가변 형상 플랫폼으로 구성된 로봇에 개발된다.

상기 이동로봇은 몸체를 지지하는 가변형 플랫폼을 포함하고, 상기 가변형 플랫폼은 한 쌍의 풀리 및 상기 풀리에 의하여 회전하는 트랙벨트을 포함한다. 상기 이동로봇이 사람 또는 물체를 들어올리면 상기 가변형 플랫폼에 하중이 인가된다.

특히, 상기 트랙벨트가 회전하도록 상기 트랙벨트에 회전력을 제공하고, 상기 몸체를 지지하도록 형성되는 풀리에 충격하중이 인가된다. 상기 충격하중에 의하여 상기 풀리 및 상기 트랙벨트가 손상되며, 이동로봇을 이루는 각종 부품들이 충격하중에 의하여 소음을 발생시킨다.

이에 따라 몸체를 지지하는 가변형 플랫폼에 작용하는 충격하중으로 인하여 이동 로봇의 부품이 파손되고, 소음으로 인하여 구조 및 구명활동의 효율성이 저해되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 충격하중으로 인한 부품의 파손 및 소음을 최소화하여 이동로봇의 운용성을 향상시키기 위하여 충격하중에 의한 회전축의 편심의 발생을 방지가능한 풀리를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 탄성형 풀리는 회전축이 고정될 수 있도록 고정홀을 형성하는 회전축 결합부, 상기 회전축 결합부과 이격공간을 형성하도록 상기 회전축 결합부를 감싸며, 제1 폭을 갖도록 형성되는 회전프레임, 상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 지지하도록 형성되고, 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖도록 형성되는 지지프레임 및 탄성재질로 이루어지며, 상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 탄성 지지하도록 상기 이격공간의 적어도 일부를 메우도록 형성되는 링 형상의 탄성부를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지지프레임은 서로 이격되도록 배치되는 복수의 곡선형 지지리브로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 복수의 곡선형 지지리브 각각은 상기 회전프레임에 인가되는 외력에 의하여 변형가능하도록, 동일한 방향으로 구부러진 나선형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 탄성부는 동일한 형상으로 형성되고 서로 중첩된 상태로 상기 이격공간에 배치되는 복수의 탄성링으로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 탄성부는 상기 지지리브를 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 탄성링을 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 이동로봇은 몸체 및 상기 몸체를 지지하는 레그트랙를 포함하는 이동로봇에 있어서, 상기 레그트랙은 탄성형 풀리 및 상기 회전프레임의 외주면에 지지되고, 상기 회전프레임의 회전에 연동되는 트랙벨트를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 레그트랙은 한 쌍의 탄성형 풀리를 구비하고, 상기 한 쌍의 탄성형 풀리 사이에 배치되어 상기 트랙벨트를 지지하도록 복수의 롤러를 포함하는 롤러유닛을 더 포함하며, 상기 롤러는 상기 롤러의 외주면을 감싸는 탄성부재를 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하면 탄성변형 가능한 회전프레임 및 지지프레임에 의하여 회전축을 고정시키는 회전축 결합부의 이동 및 변형이 방지되므로, 트랙벨트를 보다 안정적으로 이동시키는바, 소음을 최소화하고 구성부품의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 회전프레임의 이격공간을 채우도록 형성되는 탄성부에 의하여 상기 회전프레임의 탄성변형이 용이하며, 상기 회전프레임의 변형에 따른 소음을 방지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 이동로봇의 하중발생을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 하부 레그트랙의 구조를 설명하기 위한 부분 확대도.
도 3은 일 실시예에 따른 풀리의 구조를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 도의 풀리를 A-A를 따라 절단한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀리에 힘이 작용하는 경우 풀리의 변형을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 롤러유닛에 형성된 탄성부재를 설명하기 위한 부분확대도.

이하, 본 발명과 관련된 탄성형 풀리를 포함하는 이동로봇에 관하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 일 실시예에 따른 이동로봇의 하중발생을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 하부 레그트랙의 구조를 설명하기 위한 부분 확대도이다.

본 발명에 따른 이동로봇(1000)는 몸체(100), 매니퓰레이터(200), 가변형상 플랫폼(300) 및 원격통제장치(500)를 포함한다. 본 발명에 따른 매니퓰레이터(200)는 상기 원격통제장치(500)를 통하여 원격지에 위치하는 조작자에 의하여 구동될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지 아니하였으나, 상기 이동로봇(1000)의 각 장치에는 외부환경을 감지하는 감지센서가 장착될 수 있고, 상기 감지센서는 광학센서로 구현될 수 있다.

상기 매니퓰레이터(200)는 한 쌍의 구조로 형성된다. 즉, 한 쌍의 매니퓰레이터(200)는 사람의 양 팔과 같은 형상으로 상기 몸체(100)에 장착된다. 상기 한 쌍의 매니퓰레이터(200)에 의하여 사람 또는 물체가 지지될 수 있으며, 상기 사람 및 물체에 의한 하중이 상기 바디부를 통하여 상기 가변형상 플랫폼(300)으로 전달된다.

상기 이동로봇(1000)은 한 쌍의 가변형상 플랫폼(300)으로 상기 몸체(100)를 지지한다. 각 가변형상 플랫폼(300)은 상부 레그트랙(310)과 하부 레그트랙(320)을 구비한다. 상기 상부 레그트랙(310) 및 상기 하부 레그트랙(320)은 외주면을 따라 형성되는 트랙벨트(301)를 포함한다. 도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 이동로봇(1000)은 상기 트랙벨트(301)를 회전하도록 구동되는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 레그트랙(320)은 한 쌍의 풀리(400)을 포함한다. 상기 트랙벨트(301)는 상기 한 쌍의 풀리(400)의 외주면의 일부에지지 되며, 상기 풀리(400)의 회전에 의하여 회전한다. 상기 트랙벨트(301)의 회전에 의하여 상기 이동로봇(100)이 이동하게 된다.

상기 하부 레그트랙(320)은 상기 트랙벨트(301)를 이동 가능하게 지지하는 롤러유닛(700)을 포함한다. 상기 롤러유닛(700)은 실질적으로 동일한 방향의 축을 기준으로 회전하고, 서로 나란하게 배치되는 복수의 롤러들을 포함한다.

또한 상기 롤러유닛(700)은 상기 하부 레그트랙(320) 내부에 배치되는 배터리 등을 포함하는 전자부품(600)을 지지하도록 형성될 수 있다.

상기 몸체(100)로부터 전달되는 충격하중은 상기 트랙벨트(301)를 지지하는 상기 풀리(400)로 전달된다. 본 발명의 풀리(400)는 상기 충격하중을 흡수상쇄시키는 탄성력을 갖도록 형성된다. 이하, 본 발명의 풀리(400)의 구체적인 구조를 설명한다.

도 3은 일 실시예에 따른 풀리의 구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 도의 풀리를 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 3의 (a)는 일 실시예에 따른 풀리(400)의 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3의 (c)는 상기 풀리(400)에 포함되는 탄성부(440)를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3의 (b)는 상기 탄성부(440)가 제외된 상기 풀리(400)의 프레임 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 풀리(400)는 회전프레임(410), 회전축 결합부(420), 지지프레임(430), 탄성부(440)를 포함한다. 상기 회전 프레임(410)은 상기 풀리(400)의 외관을 구성한다. 상기 회전 프레임(410)은 기 설정된 반경을 가지고 형성되며, 내부에 공간이 형성되는 원형구조로 형성된다. 상기 회전 프레임(410)은 제1 너버(d1)을 갖도록 형성된다.

상기 회전프레임(410)은 상기 회전축 방향으로 형성되는 복수의 홀(402)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 홀은 상기 회전프레임(410)의 외주면을 따라 형성될 수 있으며, 개수에는 제한이 없다.

상기 복수의 홀에 의하여 외부에서 상기 회전 프레임(410)으로 충격이 가해지는 경우, 상기 홀의 형상이 변형되어 상기 회전축까지 진동이 감소되어 전달된다.

상기 풀리(400)가 회전하기 위한 회전축이 고정되도록 고정홀(401)을 형성하는 회전축 결합부(420)는 상기 회전프레임(410)의 내부에 형성된다. 즉, 상기 회전프레임(410)은 상기 회전축 결합부(420)을 감싸도록 형성된다. 상기 회전축 결합부(420)의 외주면 및 상기 회전프레임(410)의 내주면 사이에는 이격공간(403)이 형성된다. 상기 회전축에 의하여 상기 회전 프레임(410)이 규칙적으로 회전하기 위하여, 상기 회전 프레임(410) 및 상기 회전축 결합부(420) 사이의 거리는 일정하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 회전축 결합부(420) 및 상기 회전 프레임(410) 사이의 이격공간(403)에는 지지프레임(430)이 형성된다. 상기 지지 프레임(430)은 복수의 지지리브를 포함한다. 상기 지지 프레임(430)은 상기 회전축 결합부(420) 및 상기 회전 프레임(410)을 연결하면서, 상기 회전축 결합부(420) 및 상기 회전 프레임(410)을 탄성적으로 지지하도록 이루어진다.

상기 복수의 지지리브는 서로 이격되어 배치된다. 도면에서는 3개의 지지리브가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 지지리브의 개수에는 제한이 없다. 상기 지지리브의 개수는 상기 회전 프레임(410)과 상기 회전 결합부(420) 사이의 이격공간(403)을 지지할 수 있으면 족하다. 상기 지지리브의 개수는 상기 풀리(400)의 가공편의 및 지지력에 의하여 결정될 수 있다.

상기 지지리브는 외력에 의하여 변형이 가능한 형상으로 이루어진다. 상기 지지리브는 곡선형으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 지지리브는 나선형 구조로 이루어지며, 복수의 지지리브는 외력에 의하여 연속적인 방향으로 구부러지도록, 실질적으로 동일한 방향으로 구부러지는 나선형으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 각각의 지지리브는 상기 회전축을 기준으로 동일한 회전방향으로 구부러진 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 지지프레임(430)은 제2 너비(d2)로 형성되며, 상기 제2 너비(d2)는 상기 제1 너비(d1)보다 좁다. 또한, 상기 회전축 결합부(420)의 너비도 상기 지지프레임(410)의 너비보다 좁도록 형성될 수 있다.

상기 회전프레임(410), 상기 회전축 결합부(420) 및 상기 지지프레임(430)은 탄성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를들어, 상기 회전프레임(410), 상기 회전축 결합부(420) 및 상기 지지프레임(430)은 합성수지, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 회전프레임(410), 상기 회전축 결합부(420) 및 상기 지지프레임(430)은 외부에서 가해지는 가압에 의하여 변형될 수 있다.

도 3의 (a) 및 (c)를 참조하면, 상기 회전프레임(410)과 상기 회전축 결합부(420) 사이의 이격공간 중 상기 지지프레임(430)이 차지하지 아니하는 공간에 상기 탄성부(440)가 형성된다. 즉, 상기 지지프레임(430)을 제외한 상기 이격공간(430)의 나머지 영역은 상기 탄성부(440)로 메워진다.

상기 탄성부(440)는 탄성재질로 형성되며, 예를 들어 고무재질로 이루어질 수 있다. 상기 탄성부(440)는 중앙영역에 원형의 개구부(441)가 형성되는 링(ring)형상으로 이루어진다. 상기 탄성부(440)는 복수의 탄성링으로 형성될 수 있다. 상기 개구부(441)의 형상은 상기 회전축 결합부(420)의 외주와 실질적으로 동일하게 형성된다.

예를 들어, 상기 탄성부(440)는 상기 지지프레임(430)을 사이에 두고 상기 풀리의 전면 및 후면을 이루도록 상기 이격공간(403)에 배치되는 전면 탄성링(440a) 및 후면 탄성링(440b)을 포함할 수 있다.

즉, 상기 전면 및 후면 탄성링은 상기 지지프레임(430)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된다. 상기 탄성링은 외력에 의하여 변형이 가능하므로 상기 지지프레임(430)의 양면을 감싸도록 상기 전면 및 후면 탄성링이 서로 밀착되도록 형성될 수 있다. 상기 탄성부(440)의 전체너비는 상기 회전 프레임(410)의 너비와 실질적으로 동일하거나 좁게 형성된다.

상기 지지프레임(430)은 외부로부터 상기 외부프레임(410)으로 외력이 인가되면 변형된다. 즉, 상기 외력은 상기 지지프레임(430)을 변형시키는 힘으로 상쇄되어 상기 회전축 결합부(420)로 전달을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 회전축 결하부(420)에 고정된 상기 회전축으로 힘이 전달되지 아니하므로 편심으로 인하여 회전축의 중심이 변경되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 회전 프레임(410)은 이격공간을 포함하므로, 상기 회전 프레임(410) 자체가 변형되면서 상기 회전축 결합부(420)에 상기 힘이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 이격공간에는 탄성부가 형성되므로, 상기 탄성부에 의하여 상기 회전프레임(410) 및 상기 지지프레임(430)에 갑작스러운 힘이 작용하여 손상되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 회전프레임(410) 및 상기 지지프레임(430)에 인가되는 힘에 의한 변형 등에 의하여 발생되는 소음을 차단할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 탄성부(440)는 복수의 탄성링으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 탄성부(440)는 실질적으로 동일한 형상으로 형성되고 서로 중첩되도록 형성되는 복수의 탄성링을 포함할 수 있다. 상기 복수의 탄성링은 서로 다른 두께로 이루어질 수 있다.

삭제

상기 탄성부(440)가 서로 중첩되는 복수의 탄성링으로 이루어지는 경우, 상기 외부 충격하중에 의하여 상기 복수의 탄성링 각각이 탄성변형될 수 있다. 따라서, 실질적으로 동일한 두께로 형성되는 단일의 탄성링과 비교하여 상기 복수의 탄성링 집합체가 보다 큰 충격하중을 흡수할 수 있다.

상기 탄성링의 개수는 상기 몸체에 의하여 상기 풀리(400)로 전달가능한 충격하중의 크기에 따라 결정된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풀리에 힘이 작용하는 경우 풀리의 변형을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 상기 외력(F)이 상기 풀리(400)의 회전프레임(410)에 작용함에 따라 회전축 결합부(420)에 전달될 수 있다. 상기 외력(F)에 의하여 상기 회전프레임(410)의 형상이 변형되며, 이에 따라 상기 지지프레임(430)의 구부러짐 정도가 변경된다. 상기 회전프레임(410)의 형상이 변형됨에 따라 상기 이격공간(403)에 형성되는 탄성부(440)의 형상되 변형된다.

다만, 상기 풀리(400)의 상기 회전축 결합부(420)의 형상 및 위치는 유지된다. 이에 따라 상기 회전축의 위치는 상기 외력(F)에 의하여 변하지 아니한다.

또한, 상기 탄성부(440)의 탄성력과 상기 회전프레임(410) 및 상기 지지프레임(430)의 재질특성에 따른 복원력에 의하여, 상기 풀리(400)의 형상은 외력(F)이 해지되면 다시 복구될 수 있다.

도 6은 롤러유닛에 형성된 탄성부재를 설명하기 위한 부분확대도이다.

도 6을 참조하면,상기 롤러유닛(700)은 복수의 롤러(710)를 포함한다. 상기 복수의 롤러(710)은 회전축(701)을 감싸도록 형성되고 상기 트랙벨트(301)의 이동에 의하여 회전하도록 형성된다. 상기 롤러유닛(700)은 상기 트랙벨트(301)의 형상이 유지되고 지면에 적응한 주행이 가능하도록 상기 트랙벨트(301)를 지지한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 롤러유닛(700)은 각 롤러(710)의 외주면을 감싸도록 형성되는 탄성부재(720)를 포함한다. 상기 탄성부재(720)는 고무재질로 형성될 수 있다. 상기 탄성부재(720)는 상기 탄성부(440)와 실질적으로 동일한 재질로 형성될 수 있다.

상기 탄성부재(720)에 의하여 상기 트랙벨트(301) 및 상기 전자부품(600)과의 충돌에 의하여 발생하는 소음을 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 탄성형 풀리 및 이를 포함하는 이동로봇은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성 될 수 있다.

Claims (7)

1. 회전축이 고정될 수 있도록 고정홀을 형성하는 회전축 결합부;
   상기 회전축 결합부과 이격공간을 형성하도록 상기 회전축 결합부를 감싸며, 제1 폭을 갖도록 형성되는 회전프레임;
   상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 지지하도록 형성되고, 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖도록 형성되며, 서로 이격되도록 배치되는 복수의 곡선형 지지리브로 이루어지는 지지프레임;
   탄성재질로 이루어지며, 상기 회전축 결합부 및 상기 회전프레임 사이를 탄성 지지하도록 상기 이격공간을 메우도록 형성되는 링 형상의 탄성부를 포함하고,
   상기 탄성부는 상기 곡선형 지지리브의 양면을 감싸도록 서로 밀착되게 상기 이격공간에 형성되는 전면 탄성링 및 후면 탄성링을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성형 풀리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지프레임은 서로 이격되도록 배치되는 복수의 곡선형 지지리브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성형 풀리.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 곡선형 지지리브 각각은 상기 회전프레임에 인가되는 외력에 의하여 변형가능하도록, 동일한 방향으로 구부러진 나선형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성형 풀리.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전프레임은 상기 회전축 방향으로 형성되어 외부의 힘에 의하여 변형가능하도록 형성되는 복수의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성형 풀리.
5. 제4항에 있어서,
   상기 탄성부는 상기 곡선형 지지리브를 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 탄성링을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성형 풀리.
6. 몸체 및 상기 몸체를 지지하는 레그트랙를 포함하는 이동로봇에 있어서, 상기 레그트랙은,
   제1항 내지 제5항 중 하나의 항에 해당되는 탄성형 풀리; 및
   상기 회전프레임의 외주면에 지지되고, 상기 회전프레임의 회전에 연동되는 트랙벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 레그트랙은 한 쌍의 탄성형 풀리를 구비하고,
   상기 한 쌍의 탄성형 풀리 사이에 배치되어 상기 트랙벨트를 지지하도록 복수의 롤러를 포함하는 롤러유닛을 더 포함하며,
   상기 롤러는 상기 롤러의 외주면을 감싸는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동로봇.

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