KR101685339B1 - 볼 구동 로봇 - Google Patents

Abstract

볼 구동 로봇이 개시된다. 개시된 볼 구동 로봇은 로봇 몸체를 이루는 구(球); 상기 구의 중심 보다 낮은 높이에서 상기 구를 둘러싸며, 상기 구와 이격되어 설치되는 제1 테이블; 상기 제1 테이블 상에 설치되어 옴니휠에 회전력을 제공하는 제1 모터부; 상기 제1 모터부의 축에 결합되며, 상기 제1 테이블 보다 아래에 배치되는 옴니휠; 상기 구의 상부에 배치되는 제2 테이블; 일단은 상기 제1 테이블에 결합되며, 타단은 상기 제2 테이블에 결합되는 제1 지지대; 상기 제1 모터부를 제어하는 제어부; 상기 제1 모터부와 상기 제어부에 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 옴니휠의 접촉점과 상기 구의 중심점을 연결한 직선이 옴니휠 회전축의 수직평면과 0도 보다 큰 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 구동 로봇{BALL-DRIVEN ROBOT}

본 발명은 3 RRS 또는 3 RPS 병렬기구가 구비된 볼 구동 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구를 지지할 볼 어레스터를 사용하지 않고, 옴니휠을 구의 하부에 배치하여 로봇의 밸런싱 안정성을 향상시키고, 또한 3 RRS 또는 3 RPS 병렬기구를 구의 상부에 탑재하여 6 자유도를 구현한 3 자유도 병렬기구가 구비된 볼 구동 로봇에 관한 것이다.

생산 자동화 및 무인화의 바람을 타고 산업용 로봇의 사용이 증가되고 있다. 산업용 로봇은 사람을 대신하여 위험하고 반복적인 작업을 정확하고 일관성 있게 수행하여 생산성을 높인다.

특히 산업 현장에서는 물자운반뿐만 아니라 청소용 로봇, 서비스 로봇 등 다양한 분야에서 로봇의 이동성이 크게 요구되고 있어, 이동형 로봇의 활용도가 점점 증가되고 있는 추세이다.

도 1은 종래 기술에 따른 볼 구동 로봇의 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 이동형 로봇 중 하나인 볼 구동 로봇은 볼을 구동시키기 위해 전방향 회전이 가능한 옴니휠(omniwheel)이 장착된 이동형 로봇이다. 이러한 옴니휠을 구비한 볼 구동 방식은 보통 4개 휠로 구성된 종래의 바퀴 구동 방식에 비해 훨씬 소형구조이면서도 이동 없이 제자리 회전을 할 수 있는 등의 큰 방향성과 이동성을 가질 수 있다. 지면과 점접촉 또는 선접촉을 이루고 있어 마찰력이 작으며, 전체 외관이 부드러운 곡면으로 되어 있어 장애물에 잘 충돌하지 않는다. 또한 로봇이 이동하기 힘든 좁은 공간에서의 제자리 방향 전환이 용이하여, 볼 구동 로봇에 대한 산업체의 관심이 높아지고 있다.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 볼 구동 로봇은 세 개의 볼 어레스터(Ball Arrester, 10)로 구(球)를 감싸서 지지하고, 옴니휠이 구의 상부에 설치되어 무게중심이 높게 형성되어 있다. 볼 어레스터는 탄성력으로 볼을 압착하는 구조로, 볼 상부에 얹혀진 옴니휠과 액추에이터부를 항상 볼과 접촉시키기 위한 역할을 한다. 따라서 종래의 볼 구동 로봇은 제작해야 할 부품 수가 많고, 지면으로부터의 높이가 상대적으로 높아 로봇의 밸런싱 안정성이 낮은 문제가 있었다. 또한 볼 어레스터의 탄성력에 대한 내구성이 로봇 수명을 결정짓는 요소가 되어 신뢰성에 취약한 면을 가지고 있다.

한편, 산업현장에서는 정밀한 작업을 위해 6 자유도가 요구되는 경우가 많다. 그런데 종래의 볼 구동 로봇은 평면상에서 두 방향의 직선운동, 그리고 평면에 수직한 축을 기준으로 한 회전운동이 가능한 3 자유도의 로봇이므로, 6 자유도가 요구되는 다양한 작업에 적절히 대응할 수 없는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

따라서 부품 수를 줄이면서도 로봇의 높이를 보다 낮게 하고, 로봇의 밸런싱 안정성을 향상시킬 수 있고, 6 자유도를 구현하는 볼 구동 로봇의 설계가 절실히 요구되는 실정이다.

한국등록특허공보 10-0886113호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로서, 볼 어레스터를 제공하지 않으면서도 구를 안정적으로 지지하는 볼 구동 로봇의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 볼 구동 로봇의 밸런싱 안정성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 6 자유도를 가진 볼 구동 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 노면충격에 대한 강인성을 증가시키는 옴니휠의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 로봇 몸체를 이루는 구(球); 상기 구의 중심 보다 낮은 높이에서 상기 구를 둘러싸며, 상기 구와 이격되어 설치되는 제1 테이블; 상기 제1 테이블 상에 설치되어 옴니휠에 회전력을 제공하는 제1 모터부; 상기 제1 모터부의 축에 결합되며, 상기 제1 테이블 보다 아래에 배치되는 옴니휠; 상기 구의 상부에 배치되는 제2 테이블; 일단은 상기 제1 테이블에 결합되며, 타단은 상기 제2 테이블에 결합되는 제1 지지대; 상기 제1 모터부를 제어하는 제어부; 상기 제1 모터부와 상기 제어부에 전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 볼 구동 로봇을 제공한다.

또한 본 발명은 제2 테이블의 하부에 결합되어 상기 구의 상부를 지지하는 볼 캐스터;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 제어부와 상기 배터리는 제2 테이블의 상부에 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 상기 옴니휠은, 상기 옴니휠의 중앙에 배치되며, 상기 제1 모터부의 축이 결합되는 옴니휠 본체; 상기 옴니휠 본체의 원주 방향을 따라 결합되며, 상기 제1 모터부의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전하는 복수의 제1 롤러; 상기 옴니휠 본체의 원주 방향을 따라 결합되며, 상기 제1 모터부의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전하며, 상기 제1 롤러 보다 작은 직경의 제2 롤러;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 옴니휠의 접촉점과 상기 구의 중심점을 연결한 직선이 옴니휠 회전축의 수직평면과 0도 보다 큰 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제2 테이블의 상부에 배치되는 제3 테이블; 일단은 상기 제2 테이블에 결합되며, 타단은 상기 제3 테이블에 결합되는 제2 지지대;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 제2 테이블 또는 제3 테이블에 형성되는 병렬기구; 상기 병렬기구에 회전력을 제공하는 제2 모터부;를 더 포함하며, 상기 병렬기구는, 두 개의 회전 조인트(revolute joint) 및 하나의 구형 조인트(spherical joint)로 한 조를 이루며, 상기 제3 테이블 상에는 세 조의 병렬기구가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 병렬기구는, 상기 제2 모터부의 축에 결합되며, 상기 제2 모터부의 축을 중심으로 회전운동하는 제1 회전 조인트; 상기 제1 회전 조인트에 결합되며, 상기 제1 회전 조인트와 결합되는 지점을 중심으로 회전운동하는 제2 회전 조인트; 상기 제2 회전 조인트에 결합된 구형 조인트; 및 상기 구형 조인트에 결합되어 6 자유도로 운동하는 플랫폼;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 제2 테이블 또는 상기 제3 테이블에 형성되는 병렬기구; 상기 병렬기구에 회전력을 제공하는 제3 모터부;를 더 포함하며, 상기 병렬기구는, 한 개의 회전 조인트와 하나의 직선 조인트(Prismatic joint) 및 하나의 구형 조인트로 한 조를 이루며, 상기 제3 테이블 상에는 세 조의 병렬기구가 형성된 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한 본 발명의 병렬기구는, 상기 회전 조인트는 상기 제2 테이블 또는 제3 테이블에 일단이 고정되며, 중공부가 형성된 힌지축이며, 상기 직선 조인트는 상기 힌지축의 내부를 힌지축의 길이방향으로 슬라이딩하는 리니어 액츄에이터이고, 상기 제3 모터부는 상기 힌지축의 내부에 고정되어, 상기 리니어 액츄에이터가 직선운동하도록 동력을 제공하며, 상기 구형 조인트는 상기 리니어 액츄에이터의 일단에 결합되며, 상기 구형 조인트에 결합되어 6 자유도로 운동하는 플랫폼;을 더 포함한다.

본 발명에 따른 볼 구동 로봇은 볼 어레스터를 사용하지 않으면서도 구를 안정적으로 지지하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 볼 구동 로봇은 밸런싱 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 볼 구동 로봇은 6 자유도를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 볼 구동 로봇은 지면으로부터 전달되는 수직 충격력이 구동력 전달수단인 옴니휠에 직접적으로 가해지지 않도록 차단함으로써 노면충격에 대한 강인성을 증가시키는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 종래 기술에 따른 볼 구동 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼 구동 로봇의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼 구동 로봇의 하부 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 구의 자유도를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 옴니휠의 사시도이다.
도 6은 도 5의 AA를 기준으로 절단한 본 발명에 따른 옴니휠의 단면도이다.
도 7은 종래 기술에 따른 옴니휠이 구와 접촉된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 옴니휠이 구와 접촉된 상태의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼 구동 로봇의 상부 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬기구의 자유도를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 볼 구동 로봇의 상부 구조를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 병렬기구의 자유도를 설명하는 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 2는 본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)의 하부 구조를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

볼 구동 로봇(1000)은 하부에 휠 역할을 하는 구(100)(球)가 배치된다. 구(100)는 로봇의 몸체를 이루는 부분으로서, 볼 구동 로봇(1000)의 하중을 지탱하면서도 주행성능을 충족시키기 위해 경량이면서도 충분한 강성을 가진 재질로 형성된다. 구(100)의 경량화를 위해 구(100)는 내부에 중공부가 형성된다.

또한 구름 동작시 발생하는 마찰과 진동에 대한 댐핑 특성을 만족시키기 위해 구(100)의 표면은 폴리우레탄 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

구(100)의 중심 보다 낮은 높이에 제1 테이블(200)이 형성된다. 제1 테이블(200)은 구(100)의 이동 시 간섭이 발생되지 않도록, 구(100)를 수평방향으로 둘러싸면서 구(100)와 이격되어 설치된다.

제1 모터부(210)는 구(100)에 동력을 전달한다. 제1 모터부(210)는 제1 테이블(200)의 상부에 설치되며, 옴니휠(220)을 통해 구(100)에 회전력을 전달한다.

옴니휠(220)은 제1 모터부(210)로부터 전달받은 회전력을 구(100)에 전달하여, 볼 구동 로봇(1000)을 이동시킨다.

옴니휠(220)은 제1 모터부(210)의 축에 결합된다. 제1 모터부(210)는 구(100)의 중심 보다 낮은 높이에 형성된 제1 테이블(200)의 상부에 장착된다. 따라서 옴니휠(220)과 결합되는 제1 모터부의 축의 길이는 도 1에 도시된 바와 같이, 구의 상부에 옴니휠(220)이 배치된 종래의 볼 구동 로봇의 경우에 비하여 상대적으로 짧아진다. 결국 제1 모터부의 축의 길이가 짧아짐에 따라 제1 모터부(210)의 동력을 옴니휠(220)에 안정적으로 전달할 수 있으며, 모터부의 축의 길이가 길어짐에 따른 진동문제 등의 발생을 방지할 수 있다.

볼 구동 로봇(1000)은 지면에 대해 하나의 구(100)에 의해 지지되므로, 로봇의 운동성능 측면에서 밸런싱 안정성이 중요하다.

본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)은 제1 모터부(210), 제1 테이블(200) 그리고 옴니휠(220)이 구(100)의 아래 부분에 배치되어 로봇의 무게중심을 낮출 수 있다. 이를 통해 로봇의 밸런싱 안정성을 크게 향상시킬 수 있어, 로봇의 운동성능을 개선할 수 있다.

구(100)의 상부에는 제2 테이블(300)이 배치된다. 제2 테이블(300)은 구(100)와 이격되어 설치된다.

제2 테이블(300)을 지지하기 위해 제1 지지대(310)가 구비된다. 제1 지지대(310)의 일단은 제1 테이블(200)에 결합되며, 타단은 상기 제2 테이블(300)의 하부에 결합된다. 제1 지지대(310)는 복수개가 형성될 수 있다. 각각의 제1 지지대(310)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 형성된다. 바람직하게는 제1 지지대(310)는 120도 각도로 이격되어 세 개가 배치될 수 있다.

제2 테이블(300)의 하부에는 볼 캐스터(320)가 결합된다. 볼 캐스터(320)는 구(100)를 아래 방향으로 지지하는 역할을 한다. 볼 캐스터(320)가 구(100)를 지지하는 수직 하방향의 지지력은 구(100)의 하부에 배치된 옴니휠이 구(100)에 작용하는 수평방향 지지력과 함께 구(100)를 안정적으로 지지한다.

구(100)가 지면을 이동하면서 돌출물에 의해 수직 방향 충격을 받는 경우, 볼 캐스터(320)가 수직 방향 충격력을 지지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 볼 구동 로봇의 경우 옴니휠이 경사각을 가지고 구에 접촉되어 있어, 지면으로부터 전달되는 수직 충격력을 옴니휠이 직접적으로 받게 된다. 그러나 본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)은 지면으로부터 전달되는 수직 충격력이 구동력 전달수단인 옴니휠(220)에 직접적으로 전달되지 않도록 차단함으로써 노면충격에 대한 강인성을 증가시켰다.

도 4는 본 발명에 따른 구(100)의 자유도를 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 구(100)는 상부에서 볼 캐스터(320)에 의해 지지된 상태로 수평방향으로 구(100)의 둘레에 배치된 세 개의 옴니휠(220)에 의해 회전력을 전달받아 이동하게 된다.

옴니휠(220)에 의해 회전력을 전달받는 구(100)는 평면 상에서 두 방향의 평행이동과, 평면에 수직한 방향을 회전축으로 한 회전운동이 가능하다. 결과적으로 구(100)에는 3 자유도가 부여된다.

도 5는 본 발명에 따른 옴니휠(220)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 AA를 기준으로 절단한 본 발명에 따른 옴니휠(220)의 단면도이고, 도 7은 종래 기술에 따른 옴니휠이 구(100)와 접촉된 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 옴니휠(220)이 구(100)와 접촉된 상태의 단면도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 옴니휠(220)은 옴니휠 본체(221), 제1 롤러(223), 제2 롤러(225)를 포함한다.

옴니휠 본체(221)는 옴니휠(220)의 중앙에 배치되며, 제1 모터부(210)의 축이 결합되는 중공의 샤프트가 형성되어 있다.

제1 롤러(223)는 옴니휠 본체(221)의 원주 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 결합되며, 제1 모터부(210)의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전한다.

제2 롤러(225)는 옴니휠 본체(221)의 원주 방향을 따라 이웃하는 두 개의 제1 롤러(223) 사이에 결합되며, 제1 모터부(210)의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전한다. 제2 롤러(225)는 제1 롤러(223) 보다 작은 직경으로 형성된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 구조로 형성된 옴니휠(220)은 구(100)의 하부에 수평방향으로 배치된다. 복수의 옴니휠(220)은 소정 간격으로 이격되어 배치된다.

제1 롤러(223) 또는 제2 롤러(225)가 구(100)에 접촉되는 접촉점(B)은 제1 롤러(223) 또는 제2 롤러(225)의 길이방향에 수직인 원형 단면의 중심보다 상부에 위치한다.

옴니휠의 접촉점(B)과 구의 중심점(C)을 연결한 직선이 옴니휠 회전축에 대한 수직평면(Y)과 이루는 각도는 대략 30도 정도를 이룬다.

도 5에는 상기 접촉점을 이은 접촉경로(P)가 도시된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 옴니휠(220)이 구(100)의 상부에 경사진 방향으로 배치된 종전의 볼 구동 로봇의 경우, 옴니휠(220)이 회전하면 구(100)에 구름이동과 지면에 수직한 방향의 회전을 동시에 전달한다.

그러나 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 옴니휠(220)의 경우, 옴니휠(220)이 수평 방향으로 배치되어 옴니휠(220)의 회전은 지면에 수직한 방향의 회전만을 전달하므로, 구(100)가 이동할 때 종전의 볼 구동 로봇에 비해 제1 롤러(223)와 제2 롤러(225)의 회전이 더 많은 역할을 하게 된다.

결국 본 발명의 옴니휠(220)은 종전의 옴니휠(220)에 비해 제1 롤러(223) 및 제 2 롤러(225)의 회전이 보다 많은 빈도로 회전하게 되어, 휠이 균일하게 마모되도록 한다. 즉 제1 및 제2 롤러(225)의 길이 방향의 마모와, 그에 수직한 방향의 마모가 균일하게 이뤄져 향상된 마모 특성을 보여준다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 볼 구동 로봇의 상부 구조를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 볼 구동 로봇의 상부 구조를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)에는 제1 모터부(210) 및 후술하게 될 제2 모터부(620)를 제어하는 제어부(400)가 제공된다.

제어부(400)는 구(100)가 3 자유도의 운동을 구현할 수 있도록 세 개의 제1 모터부(210)에 대한 최적의 회전 속도를 산출하고, 이를 제1 모터부(210)에 제공한다.

이동로봇의 특성상 전원 공급을 위한 배터리(500)가 제공된다.

제어부(400)와 배터리(500)는 제2 테이블(300) 상에 설치된다. 이는 후술하게 될 병렬기구(630)가 탑재되는 제3 테이블(600)과, 제1 모터부(210)가 설치되는 제1 테이블(200)에 하중이 집중되지 않도록 분산 배치하기 위함이다. 이를 통해 각 테이블에 국부적으로 과도한 하중이 부가되는 것을 방지하고, 각 테이블의 강도설계 부담을 줄여준다.

제2 테이블(300)의 상부에는 제3 테이블(600)이 배치된다. 제3 테이블(600)의 면적은 제2 테이블(300)의 면적 보다 작도록 형성하여 밸런싱 안정성을 향상시키는 것이 바람직하다.

제3 테이블(600)을 지지하기 위해 제2 지지대(610)가 구비된다. 제2 지지대(610)의 일단은 제2 테이블(300)에 결합되며, 타단은 제3 테이블(600)의 하부에 결합된다. 제2 지지대(610)는 제1 지지대(310)와 동일하게 개수와 배치가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 볼 구동 로봇(1000)에서는 6 자유도를 구현하기 위해 제3 테이블(600)의 상부에 형성된 병렬기구(630) 및 병렬기구(630)에 회전력을 제공하는 제2 모터부(620) 또는 제3 모터부(도면 미도시)가 제공된다.

그러나 상황에 따라서는 병렬기구(630)와 제2 모터부(620) 및 제3 모터부가 제2 테이블(300)의 상부에 형성될 수도 있다.

병렬기구(630)는, 두 개의 회전 조인트(631)(revolute joint)와 하나의 구형 조인트(637)(spherical joint)로 한 조를 이루거나, 또는 한 개의 회전 조인트(634)와 하나의 직선 조인트(636)(Prismatic joint) 및 하나의 구형 조인트(637)로 한 조를 이루며, 제2 테이블(300) 또는 제3 테이블(600) 상에는 세 조의 병렬기구(630)를 형성하는 것이 바람직하다.

도 9를 참조하여, 병렬기구(630)가, 두 개의 회전 조인트(631)(revolute joint)와 하나의 구형 조인트(637)(spherical joint)로 한 조를 이루는 경우의 결합관계에 대해 설명한다.

제1 회전 조인트(633)는 제2 모터부(620)의 축에 결합되며, 제2 모터부(620)의 축을 중심으로 회전운동한다.

제2 회전 조인트(635)는 제1 회전 조인트(633)에 결합되며, 제1 회전 조인트(633)와 결합되는 지점을 중심으로 회전운동한다.

그리고 제2 회전 조인트(635)에 결합되어 전방향 회전이 가능한 구형 조인트(637)가 제공되며, 복수의 구형 조인트(637)에는 플랫폼(640)이 결합된다.

도 11을 참조하여, 병렬기구(630)가, 한 개의 회전 조인트(634)와 하나의 직선 조인트(636)(Prismatic joint) 및 하나의 구형 조인트(637)로 한 조를 이루 경우의 결합관계에 대해 설명한다.

회전 조인트(634)는 제2 테이블 또는 제3 테이블에 일단이 고정되어 회전운동하는 중공부가 형성된 힌지축이다.

직선 조인트(636)는 힌지축의 내부를 힌지축의 길이방향으로 슬라이딩하는 리니어 액츄에이터이다.

제3 모터부(도면 미도시)는 힌지축의 내부에 고정되어, 리니어 액츄에이터가 직선운동하도록 동력을 제공하며, 구형 조인트(637)는 리니어 액츄에이터의 일단에 결합된다.

복수의 구형 조인트(637)에는 플랫폼(640)이 결합된다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬기구(630)의 자유도를 설명하는 도면이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 병렬기구의 자유도를 설명하는 도면이다.

도 10및 도 12를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 병렬기구(630)를 통해 두 방향의 회전운동과 제3 테이블(600)에 수직한 방향으로의 직선운동을 플랫폼(640)에 제공한다. 결국 플랫폼(640)은 3 자유도로 운동하게 된다.

제3 테이블(600)은 3자유도로 운동하는 제1 테이블(200)과 결합되어 있으며, 플랫폼(640)은 병렬기구(630)에 의해 제3 테이블(600)에 대해 3 자유도로 운동하므로, 결과적으로 플랫폼(640)은 6 자유도로 운동이 가능하다.

제어부(400)는 플랫폼(640)을 원하는 운동모드로 작동시키기 위해 세 개의 제2 모터부(620) 또는 제3 모터부에 대한 최적의 회전속도를 산출하여, 이를 각각의 제2 모터부(620) 또는 제3 모터부에 제공한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

볼 어레스터 10
볼 구동 로봇 1000
구 100
제1 테이블 200
제1 모터부 210
옴니휠 220
옴니휠 본체 221
제1 롤러 223
제2 롤러 225
제2 테이블 300
제1 지지대 310
볼 캐스터 320
제어부 400
배터리 500
제3 테이블 600
제2 지지대 610
제2 모터부 620
병렬기구 630
회전 조인트 631, 634
제1 회전 조인트 633
제2 회전 조인트 635
직선 조인트 636
구형 조인트 637
플랫폼 640
접촉점 B
구의 중심점 C
접촉경로 P
옴니휠의 회전축 X
옴니휠의 회전축에 대한 수직평면 Y

Claims (10)

1. 로봇 몸체를 이루는 구(球);
   상기 구의 중심 보다 낮은 높이에서 상기 구를 둘러싸며, 상기 구와 이격되어 설치되는 제1 테이블;
   상기 제1 테이블 상에 설치되어 옴니휠에 회전력을 제공하는 제1 모터부;
   상기 제1 모터부의 축에 결합되며, 상기 제1 테이블 보다 아래에 배치되는 옴니휠;
   상기 구의 상부에 배치되는 제2 테이블;
   일단은 상기 제1 테이블에 결합되며, 타단은 상기 제2 테이블에 결합되는 제1 지지대;
   상기 제1 모터부를 제어하는 제어부;
   상기 제1 모터부와 상기 제어부에 전원을 공급하는 배터리;를 포함하며,
   상기 옴니휠의 접촉점과 상기 구의 중심점을 연결한 직선이 옴니휠 회전축의 수직평면과 0도 보다 큰 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 볼 구동 로봇
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 테이블의 하부에 결합되어 상기 구의 상부를 지지하는 볼 캐스터;를 더 포함하는 볼 구동 로봇
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부와 상기 배터리는 상기 제2 테이블의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 구동 로봇
4. 제1항에 있어서,
   상기 옴니휠은,
   상기 옴니휠의 중앙에 배치되며, 상기 제1 모터부의 축이 결합되는 옴니휠 본체;
   상기 옴니휠 본체의 원주 방향을 따라 결합되며, 상기 제1 모터부의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전하는 복수의 제1 롤러;
   상기 옴니휠 본체의 원주 방향을 따라 결합되며, 상기 제1 모터부의 축의 회전방향에 수직한 방향으로 회전하며, 상기 제1 롤러 보다 작은 직경의 제2 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 구동 로봇
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