KR101503397B1 - 이동형 로봇 - Google Patents

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KR101503397B1
KR101503397B1 KR1020120047587A KR20120047587A KR101503397B1 KR 101503397 B1 KR101503397 B1 KR 101503397B1 KR 1020120047587 A KR1020120047587 A KR 1020120047587A KR 20120047587 A KR20120047587 A KR 20120047587A KR 101503397 B1 KR101503397 B1 KR 101503397B1
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김배진
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 이동형 로봇에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇은, 몸체, 몸체의 배면 중심에 위치한 휠 구동부, 몸체에서 방사형으로 배치된 다수의 다리들 및 휠 구동부와 다리들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 휠 구동부와 다리들이 배타적으로 구동되도록 휠 구동부와 다리들을 제어한다. 이에 의해, 장애물이 있는 지형과 평지 모두에서 이동속도가 우수할 수 있다.

Description

이동형 로봇{Movable robot}
본 발명은 이동형 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 및 보행이 가능한 이동형 로봇에 관한 것이다.
최근 로봇 적용 분야가 다양화 되면서 로봇의 이동성 및 현장 접근성이 중요해지고 있다. 한편, 기존의 자동차와 같은 휠 구동 로봇의 경우에는 평지에서는 빠른 이동이 가능하나, 오프 로드 또는 험지 등에서는 신속한 이동이 곤란한 바 있다. 이와는 반대로, 험지 및 장애물 회피가 가능한 동물이나 곤충, 또는 인간의 다리와 같은 형태를 가진 보행이 가능한 로봇들이 개발되고 있지만, 평지에서의 보행 속도가 휠 구동에 비해 현저하게 느리기 때문에 이동 효율이 매우 낮다. 이러한 문제점을 해결하고자 공개특허공보 제2009-0085176호 등은 보행과 주행이 가능한 형태의 로봇을 개시하고 있다.
그러나, 공개특허공보 제2009-0085176호 등에 개시된 로봇은, 다리 끝 단에 휠이 장착되어 있는 형태로, 이에 의해 다리부의 중량이 증가하게 되고, 지면과의 접촉시 미끄럼을 방지하기 위해 휠이 회전하지 않도록 제동되어 있어야 하므로, 전체적인 에너지 소모가 많아지게 되며, 특히 휠의 특정 부위만 마모되어 휠 구동 시 편마모로 인한 구동 손실이 발생할 수 있다.
공개특허공보 제2008-0010928호
본 발명의 목적은, 장애물이 있는 지형 및 평지에서 이동 속도가 우수한 이동형 로봇을 제공함에 있다.
또한, 다리부의 부하가 감소하고 구조가 단순화 될 수 있는 이동형 로봇을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇은, 몸체, 몸체의 배면 중심에 위치한 휠 구동부, 몸체에서 방사형으로 배치된 다수의 다리들 및 휠 구동부와 다리들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 휠 구동부와 다리들이 배타적으로 구동되도록 휠 구동부와 다리들을 제어한다.
또한, 휠 구동부는, 두 개의 구동 휠을 포함하고, 두 개의 구동 휠은 독립적으로 구동된다.
또한, 배면상에는 휠 구동부를 중심으로 방사상으로 배치된 지지부들을 포함할 수 있다.
또한, 지지부는 휠을 포함하고, 휠과 휠 구동부는 동일한 방향으로 조향될 수 있다.
또한, 지지부는 구형의 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 다수의 다리들 각각은, 적어도 두 개의 관절들과 관절들에 동력을 전달하는 동력부를 포함할 수 있다.
또한, 휠 구동부가 구동되면 다리들은 몸체의 측면으로 접힌다.
또한, 몸체에는 주변의 물체를 감지하는 감지부를 포함하고, 감지부는 감지신호를 제어부로 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠 구동부가 몸체의 배면에 위치함으로써, 장애물이 있는 지형과 평지 모두에서 이동속도가 우수할 수 있다.
또한, 휠 구동부가 다리부와 분리되어 형성됨에 따라, 다리부의 부하가 감소하고 구조가 단순화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이동형 로봇을 하측에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 이동형 로봇의 다리부를 도시한 도이다.
도 4는 도 1의 이동형 로봇의 주행시의 형태를 도시한 도이다.
도 5는 도 1의 이동형 로봇의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 이동형 로봇의 또 다른 변형예를 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 이하의 도면에서, 각 구성요소의 "상(on)"에 또는 "하(under)"에는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, 각 구성요소의 상 또는 하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇을 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 이동형 로봇을 하측에서 바라본 사시도, 도 3은 도 1의 이동형 로봇의 다리를 도시한 도, 그리고 도 4는 도 1의 이동형 로봇의 주행시의 형태를 도시한 도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇(100)은 몸체(110), 몸체(110)의 배면 중심에 위치한 휠 구동부(120), 몸체(110)에서 방사상으로 배치된 다수의 다리(130)들 및 휠 구동부(120)와 다리(130)들의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 이동형 로봇(100)은 몸체(110)의 배면상에 위치하고, 휠 구동부(120)를 중심으로 방사상으로 배치된 지지부(150)를 포함할 수 있다.
몸체(110)는 로봇(100)의 외형을 이루며, 몸체(110)에는 다리(130)들이 결합되는 결합부(112)가 형성될 수 있다.
결합부(112)는 몸체(110)에 방사상으로 결합되는 다리(130)들의 위치에 대응하도록 형성된다. 예를 들어, 몸체(110)가 사각형의 형상을 가질 때, 결합부(112)는 몸체(110)의 수직방향의 모서리에서 측방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 결합부(112)에는 다리(130)들이 측방향으로 움직일 수 있는 가이드 홈(114)이 형성될 수 있다. 이에 의해, 도 4에서 도시하고 후술하는 바와 같이, 로봇(100)의 주행시, 다리(130)들은 가이드 홈(114)을 따라 측 방향으로 이동하여 몸체(110)의 측면에 접함으로써, 다리(130)들은 돌출된 형상을 가지는 두 개의 결합부(112) 사이에 위치할 수 있다.
몸체(120)상에는 감지부(140)가 위치하고, 몸체(100)의 내부에는 로봇(100)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)와, 외부 컨트롤 장치(미도시)와 통신하는 통신부(미도시) 등이 내장될 수 있다. 한편, 도면에는 몸체(110)가 사각형의 형상을 가진 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 몸체(110)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
감지부(140)는 주변의 물체를 감지하기 위해 촬상수단과 감지수단을 포함할 수 있다. 촬상수단은 로봇(100)의 진행방향을 촬영하는 카메라일 수 있으며, 감지수단은 촬상수단에서 촬영한 영상을 분석하여 전방의 장애물 등을 감지하여, 그에 따른 감지 신호를 제어부(미도시)로 전송할 수 있다.
제어부(미도시)는 감지부(140)에서 전송한 감지신호에 의해 로봇(100)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부(미도시)는 전방의 장애물의 유무 등에 따라 휠 구동부(120)와 복수의 다리(130)들이 배타적으로 동작하도록 제어한다.
구체적으로, 전방에 장애물이 있는 경우는, 제어부(미도시)는 복수의 다리(130)들을 이용하여 보행하도록 각 다리(130)들을 동작을 제어한다. 이때, 휠 구동부(120)는 정지 상태를 유지하도록 제어된다. 이와는 반대로, 전방이 평지인 경우는, 제어부(미도시)는 휠 구동부(120)의 동작을 제어하며, 복수의 다리(130)들은 몸체(110)의 측면으로 접히도록 할 수 있다.
통신부(미도시)는 제어부(미도시)에서 로봇(100)을 제어하는 상태나 외부의 제어명령에 대한 신호를 송수신할 수 있다. 또한, 감지부(140)를 통해 촬영된 영상은 제어부(미도시)를 통해 통신부(미도시)로 전달되고, 통신부(미도시)는 전달된 영상을 외부의 단말기 등으로 전송하여, 사용자는 외부의 단말기 등을 통해 촬영된 영상을 확인할 수 있다. 또한, 통신부(미도시)는 외부의 단말기를 통해 송신된 로봇(100)의 동작 제어 신호를 수신할 수 있다. 수신된 동작 제어 신호는 제어부(미도시)로 전송된다. 따라서, 사용자는 외부의 단말기를 통해 로봇(100)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 통신부(미도시)는 블루투스 통신, RF 통신, 적외선 통신, 유선 통신 등 다양한 통신 방법에 의해 통신할 수 있다.
휠 구동부(120)는 몸체(110)의 배면 중심에 위치하며, 평지에서 로봇(100)이 주행할 수 있도록 함으로써 로봇(100)의 이동속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면 휠 구동부(120)가 다리(130)와 분리되어 몸체(110)의 배면 중심에 위치함으로써, 다리(130)의 구성이 간소화되고 중량이 감소함에 따라, 로봇(100)의 전체적인 효율이 향상될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 휠 구동부(120)는 몸체(110)의 배면 중심에 형성된 개구(128)를 통해 외부로 노출되고, 휠 구동부(120)는 구동을 위한 구동 휠(122)과 구동 휠(122)의 조향을 위한 조향부(126)를 포함할 수 있다. 조향부(126)는 몸체(110)의 배면 중심에 형성된 개구(128) 내에서 회전하여 로봇(100)의 주행 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 휠 구동부(120)는 구동 환경에 따라 다양한 높이를 가지도록 높이가 조절될 수 있다.
한편, 휠 구동부(120)는 구동 휠(122)에 동력을 제공하는 인휠 모터를 포함함으로써, 짧은 동력 전달 경로를 가질 수 있고, 이에 따라 구동 효율을 높일 수 있으며, 부피를 컴팩트화 할 수 있다.
지지부(150)들은 몸체(110)의 배면상에서 휠 구동부(120)를 중심으로 방사상으로 배치되어 형성될 수 있다. 도면에는 각각의 지지부(150)들이 결합부(112)들과 동일한 위치에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 지지부(150)는 다양한 위치와 개수로 형성될 수 있다.
한편, 지지부(150)들 각각에는 휠(152)이 형성될 수 있다. 지지부(150)와 지지부(150)에 형성된 휠(152)은 주행시 몸체(110)를 안정적으로 지지해 주며, 특히, 지지부(150)에 형성된 휠(152)은 보조 바퀴의 역할을 함으로써, 로봇(100)은 더욱 효과적인 주행을 할 수 있다.
또한, 지지부(150)에 형성된 휠(152)에는 조향 기능이 부가될 수 있다. 휠(152)에 조향 기능이 부가되면, 휠(152)은 휠 구동부(120)와 동일한 방향으로 조향될 수 있고, 이에 따라, 로봇(100)의 방향 제어성은 더욱 향상될 수 있다. 그 밖에, 지지부(150)들은 높이가 조절되어, 구동 환경에 따라 지면과의 거리를 조절할 수 있다.
복수의 다리(130)들은 로봇(100)이 보행할 수 있도록 함으로써, 험로 등과 같이 휠 구동부(120)에 의한 주행이 곤란한 곳에서 로봇(100)의 이동성을 향상시킬 수 있다.
복수의 다리(130)들은 결합부(112)에 형성된 가이드 홈(114)과 각각 결합하여, 몸체(110)에서 방사상으로 배치된다. 한편, 도면에서는 네 개의 다리(130)가 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 다양한 수의 다리(130)들이 형성될 수 있다.
도 3은 다리(130)의 일 예를 도시한 도로, 도 3을 참조하면, 다리(130)는 적어도 두 개의 관절(136, 138)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 다리(130)는 연결부(131), 제1 관절(136), 제1 프레임(132), 제2 관절(138) 및 제2 프레임(134)을 포함할 수 있다.
연결부(131)는 결합부(112)의 가이드 홈(114)에 일단이 삽입되어 다리(130)가 가이드 홈(114)을 따라 측 방향으로 움직일 수 있도록 한다. 한편, 연결부(131)의 타단은 단부가 상측으로 꺾여 올라간 형상을 가질 수 있다.
제1 프레임(132)의 일단은 제1 관절(136)에 의해 연결부(131)의 타단과 결합된다. 제1 관절(136)은, 예를 들어, 스텝 모터 등의 동력부를 포함할 수 있고 제1 관절(136)에 의해, 제1 프레임(132)은 상하로 회동할 수 있다.
한편, 제1 프레임(136)의 타단은 하측으로 꺾인 형상을 가지며, 제1 프레임(136)의 타단은 제2 관절(138)에 의해 제2 프레임(134)과 결합될 수 있다.
제2 관절(138)은 제1 관절(136)과 마찬가지로 스텝 모터 등의 동력부를 포함하며, 제2 관절(138)에 의해, 제2 프레임(134)은 상하로 회동할 수 있다.
도 4는 주행시 로봇(100)의 형상을 예시한 도로, 도 4를 참조하면, 주행시 다리(130)들은 몸체(110)의 측면으로 접힐 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 관절(136)에 의해 제1 프레임(132)과 연결되는 연결부(131)의 타단은 단부가 상측으로 꺾여 올라간 형상을 가지고, 제2 관절(138)에 의해 제2 프레임(134)과 연결되는 제1 프레임(132)의 타단은 하측으로 꺾인 형상을 가지므로, 제2 프레임(134)은 연결부(131)와 제1 프레임(132) 사이에서 제1 프레임(132)과 접하도록 완전히 접힐 수 있다.
또한, 결합부(112)는 몸체(110)의 수직방향의 모서리에서 측방향으로 돌출된 형상을 가지고, 연결부(131)는 가이드 홈(114)을 따라 일측 방향으로 움직이므로, 다리(130)들은 제2 프레임(134)이 제1 프레임(132)과 접하도록 접힌 상태에서, 가이드 홈(114)을 따라 측 방향으로 이동하여 몸체(110)의 측면에 접하게 된다.
즉, 제어부(미도시)는 다리(130)들과 휠 구동부(120)가 서로 배타적으로 동작하도록 다리(130)들과 휠 구동부(120)를 제어하는 바, 휠 구동부(120)가 구동될 때는, 다리(130)들은 도 4와 같은 형상으로 접힘으로써, 주행시 이동 저항을 최소화 할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에서 도시하고 설명한 다리(130)는 일 예일 뿐으로, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 다만, 로봇(100)의 주행시 다리(130)가 몸체(110)의 측면에 접할 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 5는 도 1의 이동형 로봇의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇(200)은 몸체(110), 몸체(110)의 배면 중심에 위치한 휠 구동부(120), 몸체(110)에서 방사형으로 배치된 다수의 다리(130)들 및 휠 구동부(120)와 다리(130)들의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 로봇(200)은 몸체(110)의 배면상에 위치하고, 휠 구동부(120)를 중심으로 방사상으로 배치된 지지부(150)를 포함할 수 있다. 이하에서는 몸체(110), 다리(130), 제어부(미도시), 및 지지부(150)는 도 1 내지 도 4에서 도시하고 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 휠 구동부(120) 제1 구동 휠(124)과 제2 구동 휠(126)을 포함할 수 있다. 제1 구동 휠(124)과 제2 구동 휠(126)은 도 2에서 도시하고 설명한 구동 휠(122)과 동일한 구성을 가진다. 이와 같이, 휠 구동부(120)가 제1 구동 휠(122)과 제2 구동 휠(124)을 포함하면, 구동력이 증가하여 주행 성능이 향상될 수 있다.
한편, 제1 구동 휠(122)과 제2 구동 휠(124)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 직진 시에는 제1 구동 휠(122)과 제2 구동 휠(124)이 동일 방향으로 회전하여 구동력을 발생시키고, 조향 시에는 조향부(126)를 통한 회전 외에 제1 구동 휠(122)과 제2 구동 휠(124)의 회전 속도를 달리하여 원하는 방향으로 용이하게 조향 할 수 있다.
또한, 제1 구동 휠(122)과 제2 구동 휠(124)이 서로 반대방향으로 회전하면, 제자리 선회도 쉽게 구현할 수 있다. 따라서, 로봇(200)의 구동 제어가 용이하여 이동 효율 및 방향 제어성을 높일 수 있다.
도 6은 도 1의 이동형 로봇의 또 다른 변형예를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 로봇(300)은 몸체(110), 몸체(110)의 배면 중심에 위치한 휠 구동부(120), 몸체(110)에서 방사형으로 배치된 다수의 다리(130)들 및 휠 구동부(120)와 다리(130)들의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 로봇(300)은 몸체(110)의 배면상에 위치하고, 휠 구동부(120)를 중심으로 방사상으로 배치된 지지부(150)를 포함할 수 있다. 이하에서는 몸체(110), 휠 구동부(120), 복수의 다리(130)들 및 제어부(미도시)는 도 1 내지 도 4에서 도시하고 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 지지부(150)들은 몸체(110)의 배면상에서 휠 구동부(120)를 중심으로 방사상으로 배치되어 주행시 몸체(110)를 안정적으로 지지해 준다. 도면에는 각각의 지지부(150)들이 결합부(112)들과 동일한 위치에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 지지부(150)는 다양한 위치와 개수로 형성될 수 있다.
한편, 지지부(150)들 각각에는 구형의 롤러(154)가 형성될 수 있다. 구형의 롤러(154)는 주행시 몸체(110)를 더욱 안정적으로 지지해 주며, 구형의 롤러(154)는 방향에 무관하게 회전할 수 있으므로, 로봇(300)의 동작 제어성이 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 로봇은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어져서는 안될 것이다.
100, 200, 300: 이동형 로봇 110: 몸체
112: 결합부 114: 가이드 홈
120: 휠 구동부 122: 구동 휠
122a: 제1 구동 휠 122b: 제2 구동 휠
126: 조향부 128: 개구
130: 다리 131: 연결부
132: 제1 프레임 134: 제2 프레임
136: 제1 관절 138: 제2 관절
140: 감지부 150: 지지부
152: 휠 154: 구형의 롤러

Claims (8)

  1. 몸체;
    상기 몸체의 배면 중심에 위치하고, 구동 휠과 조향부를 구비한 휠 구동부;
    상기 배면 상에 위치하고, 상기 휠 구동부를 중심으로 방사상으로 배치된 지지부들;
    상기 몸체에 방사상으로 결합된 복수의 다리들;
    상기 복수의 다리들이 결합되고, 상기 몸체로부터 외부로 돌출되어 형성된 결합부들; 및
    상기 휠 구동부와 상기 다리들이 서로 배타적으로 구동되도록 상기 휠 구동부와 상기 다리들을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 다리들은 보행시 구동되고,
    상기 휠 구동부는 주행시 구동되며, 상기 주행시 상기 다리들은 상기 결합부들 사이에서 상기 몸체의 측면으로 접히고, 상기 지지부들은 상기 몸체를 지지하는 이동형 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 휠은, 제1 구동 휠과 제2 구동 휠을 포함하고, 상기 제1 구동 휠과 상기 제2 구동 휠은 서로 독립적으로 구동되는 이동형 로봇.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 휠을 포함하고, 상기 휠과 상기 휠 구동부는 동일한 방향으로 조향되는 이동형 로봇.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 지지부는 구형의 롤러를 포함하는 이동형 로봇.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 다수의 다리들 각각은, 적어도 두 개의 관절들과 상기 관절들에 동력을 전달하는 동력부를 포함하는 이동형 로봇.
  7. 삭제
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 몸체에는 주변의 물체를 감지하는 감지부를 포함하고,
    상기 감지부는 감지신호를 상기 제어부로 전송하는 이동형 로봇.
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