KR101857688B1

KR101857688B1 - 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치

Info

Publication number: KR101857688B1
Application number: KR1020160133826A
Authority: KR
Inventors: 박창우
Original assignee: 네이버 주식회사
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-06-28
Also published as: KR20180041538A

Abstract

이동 유닛 그 자체의 크기를 최대한 컴팩트하게 유지하면서도, 외부 커버나 내장 하드웨어 일부 등을 분해하여야 하는 불편 없이, 간단한 과정을 거쳐 배터리의 용이한 탈부착이 가능하도록 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치가 제공된다. 본 발명의 한 측면에 의한, 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치는, 이동 유닛 하판 하부에 위치하는 배터리 지지대; 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대에 각각 결합되어 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대를 연결하고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 하나 이상의 축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능하며, 상기 이동 유닛에 대한 배터리 장착 시 제1방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 제1위치로 상승시키고, 상기 배터리의 교체 시 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 상기 제1위치보다 하부의 제2위치로 하강시키는 하나 이상의 링크; 및 상기 배터리를 상기 이동 유닛에 전기적으로 접속하는 커넥터를 포함할 수 있다.

Description

이동 유닛의 배터리 탈부착 장치{APPARATUS FOR ATTACH AND DETACH BATTERY OF MOBILE UNIT}

본 발명은 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리에 의해 동력이 공급되며 화물의 운송 또는 사람의 이동 등을 위해 사용되는 원격조종 또는 자율주행 방식의 로봇, 차량 등의 이동 유닛에서 일반적으로 큰 중량을 갖는 배터리를 작업자가 용이하게 탈부착할 수 있도록 하기 위한 장치에 관한 것이다.

컨베이어 벨트 시스템을 대체하는 무인대차(AGV; Automatic Guided Vehicle)와 같이 각종 부품 등을 특정 위치까지 이송시키는 형태의 기기가 산업현장에서 널리 사용되어 왔다. 나아가, 최근에는, 전기 차량, 로봇 기술 및 IT기술 등의 발전을 기반으로, 병원, 도서관, 창고 등에서 다량의 물품을 신속하게 운반하거나 사람의 이동을 위해, 원격조종 또는 자율주행 방식에 의해 작동되는 다양한 이동 유닛(각종 화물의 운송 또는 사람의 이동 등을 위해 사용되는 로봇, 차량 등을 포함)이 구현되고 있다.

도 1은 2012년 아마존에서 자사 물류창고에 도입한 '키바(Kiva)'라는 명칭의 창고용 이동 유닛을 예시한다. 예시된 이동 유닛은 화물들이 적재된 창고용 랙(rack)의 하단으로 이동하여 랙을 들어올리고, 회전 및 주행 기능의 적절한 조합을 통해 지정된 위치까지 운반하는 기능을 수행한다. 물류창고 내에서는 다수의 이동 유닛들이 작업 가능하며, 중앙에 구축된 시스템에서 무선 링크를 통해 각 이동 유닛과 통신하여, 각 이동 유닛의 위치를 파악하고, 이동 유닛 상호간의 충돌을 방지하고, 작업 순서를 결정하는 등 전반적인 제어를 수행하도록 함으로써 작업효율을 크게 증대시켰고, 이러한 이동 유닛들의 투입을 통한 창고자동화에 의해 막대한 규모의 운영비용 절감을 달성하고 있다. 관련하여, 미국특허등록 제7,873,469호는 도 2에 도시된 창고용 이동 유닛의 경로를 제어하기 위한 시스템 및 방법을 제안하고 있다.

또한, 도 3은 등록특허 제10-1280908호에서 제안된 이동 로봇을 도시하는데, 위 선행문헌에서는 도시된 바와 같은 메인 이동 로봇과, 하나 이상의 서브 이동 로봇들의 협업을 통하여, 화물의 중량에 따라 적절한 수의 로봇이 투입되어 협력 작업이 수행될 수 있도록 하는 화물 운송 시스템을 제안하고 있다.

이러한 종래기술의 이동 유닛은 일반적으로 모터를 통해 구동되고 배터리로부터 운행 및 통신 등 여러 가지 작동에 필요한 동력을 공급받게 된다. 그런데, 이동 유닛 그 자체의 크기가 지나치게 커지게 되면, 많은 화물을 적재할 수 있는 공간의 충분한 확보에 방해가 되며, 유지 보수가 곤란하여지고, 동력을 많이 소모하게 되는 등의 문제점이 있어, 이동 유닛은 되도록 컴팩트하게 설계될 필요가 있다.

이를 위해 종래기술의 이동 유닛은 컴팩트한 설계를 위해 일반적으로 배터리를 내장시키는 구조로 설계되는데, 그러한 구조에서 배터리의 충전을 하기 위해서는 일정 시간 동안 이동 유닛의 작동을 정지시켜야 한다는 문제점이 있다. 물론 작업자가 배터리를 교환할 수도 있으나, 이를 위해서는 이동 유닛의 커버 및 내장 하드웨어의 일부를 분해하여야 하므로, 이동 유닛의 구조를 잘 숙지하고 있는 숙련된 작업자의 작업을 요하고, 오랜 작업 시간이 소요된다는 문제가 있다.

이동 유닛이 배터리를 교환하는 방식으로 설계된 경우, 충전을 위해 작동 정지 상태로 있어야 하는 시간이 필요하지 않아 작업효율을 향상시킬 수 있게 되는데, 가령, 공개특허 제10-2010-13362호에서는, 배터리 방전 여부를 인식한 이동 로봇을 도킹 스테이션으로 이동시켜 방전된 이동 로봇의 배터리와 도킹 스테이션에서 이미 충전되어 있는 배터리를 교환하는 방식으로, 이동 로봇의 배터리 충전시간을 효과적으로 단축하고, 도킹 스테이션에 별도의 접촉단자를 구비하여 도킹 스테이션에서 배터리를 교환하는 동안에도 이동 로봇에게는 지속적인 전력을 공급함으로써 이동 로봇의 작동 상태를 유지하는 이동 로봇의 배터리 교환방법 및 시스템이 제안된 바 있다.

그러나, 위 선행기술에서는 단지 배터리를 '자동 교환한다'고만 막연히 설명하고 있을 뿐, 이동 유닛의 배터리 교환을 위한 구체적인 탈부착 기구를 제시하고 있지 않아 실제 적용되기 곤란하다는 한계가 있다. 또한, 물류창고 등에 위 선행기술에 제안된 이른바 도킹 스테이션 등을 구현하기 위해서는 추가의 시스템 구축 비용이 소요되어야 하므로, 창고자동화 시스템 자체의 구축 비용을 지나치게 높게 한다는 문제점도 있다.

특허문헌 1: 미국특허등록 제7,873,469호 특허문헌 2: 등록특허 제10-1280908호 특허문헌 3: 공개특허 제10-2010-13362호

본 발명은, 상술한 종래의 문제점들을 극복하기 위한 것으로서, 적재 공간의 충분한 확보를 위해 이동 유닛 그 자체의 크기를 최대한 컴팩트하게 유지하면서도, 외부 커버나 내장 하드웨어 일부 등을 분해하여야 하는 불편 없이, 간단한 과정을 거쳐 배터리의 용이한 탈부착이 가능하도록 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은, 배터리의 큰 하중에도 불구하고 작업자의 교체 작업을 용이하게 하고, 교체 작업 시 배터리의 하중에 따른 충격에 기인한 로봇의 손상이나 작업자의 부상 등을 방지할 수 있는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 한 측면에 의한, 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치는, 이동 유닛 하판 하부에 위치하는 배터리 지지대; 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대에 각각 결합되어 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대를 연결하고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 하나 이상의 축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능하며, 상기 이동 유닛에 대한 배터리 장착 시 제1방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 제1위치로 상승시키고, 상기 배터리의 교체 시 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 상기 제1위치보다 하부의 제2위치로 하강시키는 하나 이상의 링크; 및 상기 배터리를 상기 이동 유닛에 전기적으로 접속하는 커넥터를 포함한다.

여기서, 상기 배터리 지지대는, 상부에 배터리 수납부를 구비하며, 상기 배터리 수납부는 상기 배터리를 안착시키기 위한 오목부를 구비한 것일 수 있다.

또한, 상기 하나 이상의 링크는, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 일 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제1축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제1링크와, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제2축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제2링크를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 하나 이상의 링크는, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 일 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제3축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제3링크와, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제4축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제4링크를 더 포함하는 것일 수 있다.

한편, 상기 제1위치는 상기 배터리 지지대가 상기 이동 유닛 하판의 내측에 인접하게 되는 위치이며, 상기 제2위치는 상기 하나 이상의 링크의 회동에 의해 상기 제1위치보다 상기 배터리 지지대가 상기 이동 유닛 하판의 외측 하단에 놓이게 되는 위치일 수 있다.

한편, 상기 하나 이상의 링크는, 상기 배터리 지지대의 상기 제1위치로의 상승 시, 상기 하판에 장착된 고정부재에 체결되어 상기 배터리 지지대를 상승된 위치로 유지하는 체결부재를 더 구비하는 것일 수 있다.

또한, 상기 고정부재는, 탄성력에 의해 상기 체결부재의 걸림 상태를 유지하는 하나 이상의 스프링 부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정부재는, 상기 배터리의 교체 시 상기 스프링 부재를 탄성 작동시켜 상기 체결부재의 걸림 상태를 해제하는 해제 레버를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 한 측면에 의한, 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치는, 상기 하나 이상의 링크 중 어느 하나 이상에 구비되며, 상기 배터리 지지대의 상승 및 하강을 위한 상기 링크의 회동 시, 상기 배터리 지지대 및 상기 배터리의 하중에 따른 중력에 의한 토크의 방향과 반대 방향의 토크를 발생시켜 상기 중력에 의한 토크를 적어도 일부 상쇄시키는 중력보상부를 더 포함하는 것일 수 있다.

여기서, 상기 중력보상부는, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 와이어 롤러, 일단이 상기 와이어 롤러에 대해 고정되고 일부가 상기 와이어 롤러에 감긴 와이어, 일단이 상기 와이어 타단에 연결되고 타단이 상기 링크에 연결되는 인장 스프링을 포함하며, 상기 배터리 지지대의 하강 시 상기 와이어가 상기 와이어 롤러에 더 감기게 됨으로써 생성된 장력에 의해 상기 인장 스프링이 인장되어 상기 배터리 지지대 및 상기 배터리의 하중에 따른 중력에 의한 토크 방향과 반대 방향의 토크를 발생시키는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 측면에 의한, 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치는, 이동 유닛 하판 하부에 위치하는 배터리 지지대; 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대에 각각 결합되어 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대를 연결하고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 하나 이상의 축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능하며, 상기 배터리 지지대를 상승 또는 하강시키는 하나 이상의 링크; 및 상기 하나 이상의 링크 중 어느 하나 이상에 구비되며, 상기 배터리 지지대의 상승 및 하강을 위한 상기 링크의 회동 시, 상기 배터리 지지대 및 배터리의 하중에 따른 중력에 의한 토크의 방향과 반대 방향의 토크를 발생시켜 상기 중력에 의한 토크를 적어도 일부 상쇄시키는 중력보상부를 더 포함하는 것일 수 있다.

여기서, 상기 이동 유닛은 창고용 자율 주행 로봇일 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 측면에 의한, 이동 유닛은, 상술한 배터리 탈부착 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 적재 공간의 충분한 확보를 위해 이동 유닛 그 자체의 크기를 최대한 컴팩트하게 유지하면서도, 외부 커버나 내장 하드웨어 일부 등을 분해하여야 하는 불편 없이, 간단한 과정을 거쳐 작업자가 배터리를 용이하게 탈부착할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의해, 배터리의 큰 하중에도 불구하고 작업자의 교체 작업을 용이하게 하고, 교체 작업 시 배터리의 하중에 따른 충격에 기인한 로봇의 손상이나 작업자의 부상 등을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술의 '키바(Kiva)'라는 명칭의 창고용 이동 유닛을 예시한다.
도 2는 미국특허등록 제7,873,469호에 제시된 종래기술의 창고용 이동 유닛을 예시한다.
도 3은 등록특허 제10-1280908호에 제안된 이동 로봇을 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동 유닛(100)을 설명하기 위하여 상부에서 바라본 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 실시예의 이동 유닛(100)을 설명하기 위하여 하부에서 바라본 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 실시예의 이동 유닛(100)에서 전방 우측의 주행 휠(18)이 제거된 상태로 이동 유닛(100)의 전체를 측하부에서 바라본 상세도를 도시한다.
도 7은 실시예의 이동 유닛(100)에서 전방 우측의 주행 휠(18)이 제거된 상태로 이동 유닛(100)의 전방 측하부를 일부 확대하여 바라본 상세도를 도시한다.
도 8은 실시예의 이동 유닛(100)에서 전방 우측의 주행 휠(18)이 제거된 상태로 이동 유닛(100)의 전방 하부를 일부 확대하여 바라본 상세도를 도시한다.
도 9는 도 6의 상태로부터 제1 배터리 지지대(24)가 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)의 작동에 의해 하강된 상태를 예시한다.
도 10은 중력보상부의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 해당 분야의 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 아니된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 기술사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동 유닛(100)을 설명하기 위한 개략도이다. 실시예의 이동 유닛(100)의 전체적인 입체적 구조에 대한 용이한 이해를 위하여, 도 4에서는 상부에서 바라본 사시도를, 도 5에서는 하부에서 바라본 사시도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 실시예의 이동 유닛(100)은, 하판(10), 주행 휠(16, 18, 20, 22), 배터리 지지대(24, 26), 배터리(70, 72) 및 배터리(70, 72)를 이동 유닛(100)에 전기적으로 접속하기 위한 커넥터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서는, 하판(10)이 상면(12)과 하면(14)으로 이루어지는 원형의 평판 형상으로 된 경우가 예시되었으나, 이는 단지 예시에 불과하고, 그 외의 다양한 입체적 구조로 구현될 수 있다. 또한, 하판(10)의 상부에는 이동 유닛(100)의 주행 및 통신 등 다양한 작동을 제어하기 위해 각종 센서, 통신 및 제어모듈, 화물의 리프트 또는 탑재 등을 위한 구동 메커니즘 등을 추가 구비할 수 있다(도시 생략).

또한, 주행 휠(16, 18, 20, 22)은 모터를 통한 회전 및 조향 작동에 의해 이동 유닛(100)을 이동 및 방향 전환시킨다. 도시된 실시예에서는 4개의 휠을 구비하는 구조를 예시하였으나, 그 외에 공지된 다양한 구조(가령, 도 1, 2 및 3 등과 같이 적절한 수의 휠을 구비한 구조)가 적용될 수도 있다.

배터리(70, 72)는 이동 유닛(100) 전체 또는 일부에 전기적 동력을 공급하기 위한 것으로서, 니켈전지, 이온전지, 리튬이온전지, 폴리머전지, 리튬폴리머전지, 리튬설파전지, 연료전지 등 그 종류에 구애되지 아니한다. 배터리(70, 72)는 작업자의 교체 작업 및 이동 시의 편의를 위해 케이스에 손잡이(27)가 구비된 것일 수 있다.

배터리 지지대(24, 26)는 이동 유닛(100)의 하판(10) 하부에 배치되며, 그 상부에 배터리 수납부를 구비한다. 배터리 수납부는 배터리를 안착시키기 위한 오목부를 구비할 수 있다(도시 생략). 이와 같이 배터리 지지대(24, 26)를 이동 유닛(100)의 하판(10) 하부에 배치함으로써 공간의 효율적 사용이 가능하게 되어 이동 유닛(100)의 전체적 크기를 지나치게 증가시키지 않고 컴팩트하게 유지하면서도, 외부 커버나 내장 하드웨어 일부 등을 분해하여야 하는 불편 없이, 배터리의 용이한 탈부착이 가능한 배터리 탈부착식 이동 유닛(100) 구조의 구현이 가능하게 된다.

다만, 이러한 구조에서 작업자가 만일 이동 유닛(100)의 하부에서 배터리 교체 작업을 하여야 한다면 협소한 공간으로 인해 작업이 매우 불편할 수 있으므로, 후술될 바와 같이 이러한 작업자의 불편을 방지하기 위한 구조적 고려가 필요하다.

또한, 실시예의 이동 유닛(100)은 배터리 지지대(24, 26)를 지지 및 구동하기 위한 하나 이상의 링크를 더 포함할 수 있다. 도 4 내지 5에 도시된 실시예의 이동 유닛(100)에서는 전방 및 후방에 두 개의 배터리 지지대(24, 26)가 구비되어 있으며, 그 각각이 4개의 링크에 의해 지지 및 구동되도록 설계되어 있다.

이하에서는 전방의 제1 배터리 지지대(24)를 중심으로 하여 배터리 지지대(24) 및 링크의 작동에 관해 상세히 설명한다. 후방의 제2 배터리 지지대(26)도 동일한 방식으로 작동하므로 중복된 설명은 생략한다.

제1 배터리 지지대(24) 및 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)의 구조 및 작동에 대한 용이한 이해를 위하여 도 6 내지 도 9에서는 전방 우측의 주행 휠(18)이 제거된 상태를 가상적으로 도시하였다. 도 6에는 이동 유닛(100)의 전체를 측하부에서 바라본 상세도를, 도 7에는 이동 유닛(100)의 전방 측하부를 확대하여 바라본 상세도를, 도 8에는 이동 유닛(100)의 전방 하부를 확대하여 바라본 상세도를, 도 9에서는 도 6의 상태로부터 제1 배터리 지지대(24)가 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)의 작동에 의해 하강된 상태를 예시하였다.

실시예에 도시된 제1 배터리 지지대(24)는 4개의 링크, 즉, 제1링크(30), 제2링크(32), 제3링크(40) 및 제4링크(43)에 결합되어 지지 및 구동된다. 제2 배터리 지지대(26) 역시 동일 또는 유사한 구조로 구현될 수 있으므로 중복된 상세한 설명은 생략한다.

상술한 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)는, 이동 유닛(100)의 하판(10)과 제1 배터리 지지대(24)에 각각 회동 가능하게 결합되어 이동 유닛(100)의 하판(10)과 제1 배터리 지지대(24)를 연결한다. 또한, 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)는 이동 유닛(100) 하판(10)에 연결된 하나 이상의 축(56, 57, 76, 77)을 중심으로 각각 소정 각도 범위에서 회동 가능하도록 되어 있다.

이동 유닛(100)에 배터리(70)를 교환 및 장착하고자 할 경우, 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)는 제1방향(도면 상에서 상부방향)으로 회동하여 제1 배터리 지지대(24)를 제1위치로 상승시킨다. 여기서, 제1위치는 제1 배터리 지지대(24)가 상승하여 이동 유닛(100) 하판(10)의 내측에 인접하게 되는 위치가 되며, 이러한 상태에서 이동 유닛(100)의 주행 등 구동이 이루어진다.

한편, 이동 유닛(100)에 장착된 배터리(70)를 교체하고자 할 때, 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)는 제1방향과 반대 방향인 제2방향(도면 상에서 하부방향)으로 회동 작동되어 제1 배터리 지지대(24)를 제1위치보다 전방 하부의 제2위치로 하강시킨다. 여기서, 제2위치는 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)의 회동에 의해 제1위치에 비해 제1 배터리 지지대(24)가 이동 유닛(100) 하판(10)을 기준으로 외측 하단에 놓이게 되는 위치가 될 수 있다. 도 9는 제1 배터리 지지대(24)가 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)의 회동(화살표 A 참조)에 의해 제2위치로 하강된 상태를 나타낸다.

도시된 실시예에서는 제1 배터리 지지대(24)가 4개의 링크(30, 32, 40, 43)에 의해 지지되도록 한 구조를 예시하였으나, 이는 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 기술사상이 링크의 개수에 구애되는 것은 아니며, 링크는 4개 이상 또는 그 이하일 수 있고, 배터리의 하중 및 링크의 변형 설계에 따라서 1개로 구현될 수도 있다. 가령, 도시된 실시예에서는 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43)가 제1링크(30), 제2링크(32), 제3링크(40) 및 제4링크(42)로 구현되었으나, 제1링크(30) 및 제3링크(40)의 기능을 결합하고, 제2링크(32) 및 제4링크(42)의 기능을 결합하여 두 개의 링크로 변형 설계할 수도 있으며, 배터리의 크기 및 하중에 따라 4개의 링크를 합한 하나의 링크로도 구현될 수 있다.

실시예의 이동 유닛(100)은, 이동 유닛(100) 하판(10)의 소정 위치와 제1 배터리 지지대(24)의 일 측부에 각각 결합되고, 이동 유닛(100) 하판(10)에 연결된 제1축(56)을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제1링크(30)와, 이동 유닛(100) 하판(10)의 소정 위치와 제1 배터리 지지대(24)의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 이동 유닛(100) 하판(10)에 연결된 제2축(76)을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제2링크(32)를 포함할 수 있다.

또한, 실시예의 이동 유닛(100)은, 이동 유닛(100) 하판(10)의 소정 위치와 제1 배터리 지지대(24)의 일 측부에 각각 결합되고, 이동 유닛(100) 하판(10)에 연결된 제3축(57)을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제3링크(40)와, 이동 유닛(100) 하판(10)의 소정 위치와 제1 배터리 지지대(24)의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 이동 유닛(100) 하판(10)에 연결된 제4축(77)을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제4링크(43)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 제1링크(30) 및 제2링크(32)는, 제1 배터리 지지대(24)가 제1위치로 상승되었을 때, 하판(10)에 장착된 고정부(60)의 고정부재(68)에 걸림 방식으로 체결되어(도 8 참조) 배터리 지지대(24)를 상승된 위치로 유지하는 체결부재(58)를 구비할 수 있다. 고정부재(68)에는, 탄성력에 의해 체결부재(58)의 걸림 상태를 유지하는 하나 이상의 스프링 부재(62)가 연결될 수 있다. 또한, 고정부재(68)에는, 배터리(70)의 교체 시 스프링 부재(62)를 탄성 작동시켜 체결부재(58)의 걸림 상태를 해제하는 해제 레버(64)가 결합될 수 있다.

상술한 고정부재(68), 체결부재(58) 및 해제 레버(64)는 그 위치에 구애 받지 않으며, 도시된 실시예에서는 제1링크(30) 및 제2링크(32)의 작동과 관련된 위치에 설치되었으나, 제3링크(40) 및 제4링크(43)의 작동과 관련된 위치에 변경 설치될 수도 있다.

이러한 실시예의 구성을 통해, 작업자는 해제 레버(64)만을 터치하면 별도의 공구 없이도 원-터치 방식에 의해 배터리(70)를 상승 위치로부터 해제시킬 수 있게 되므로 이동 유닛(100) 하부의 협소한 배터리 설치 공간에도 불구하고 작업자의 편의와 작업효율의 큰 향상을 기대할 수 있다.

또한, 이와 같이 이동 유닛(100) 하부에 배터리를 장착하여 탈부착할 경우, 배터리의 교환 시 하중에 기한 중력에 의해 제1배터리 지지대(24), 하나 이상의 링크(30, 32, 40, 43) 및 배터리(70)가 급격히 하강할 수 있게 되므로, 작업자가 이를 단지 손의 힘으로만 지탱한다면 작업이 매우 불편할 수 있고, 작업자가 부상하거나 이동 유닛(100)의 손상으로 이어질 우려도 있을 수 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 하나 이상의 링크 중 어느 하나 이상에 중력보상부를 구비한 배터리 탈부착 구조를 제안한다.

가령 도 4 내지 도 9에 예시된 실시예의 이동 유닛(100)은, 제3링크(40) 및 제4링크(43)와 관련되어, 제1 배터리 지지대(42)의 상승 및 하강을 위한 제3링크(40) 및 제4링크(43)의 회동 시, 제1 배터리 지지대(24) 및 배터리(70)의 하중에 기인한 중력에 의해 발생되는 토크(Torque)의 방향과 반대 방향의 토크를 발생시켜 중력에 의한 토크를 적어도 일부 상쇄시키는 중력보상부를 더 구비할 수 있다. 다른 실시예로, 중력보상부는 제3링크(40)나 제4링크(43) 중 어느 하나에 구비될 수도 있고, 제1링크(30) 및 제2링크(32) 중 하나에 구비될 수도 있다.

도시된 실시예에서 중력보상부는, 이동 유닛(100) 하판(10)의 소정 위치에 결합된 와이어 롤러(42)와, 와이어 롤러(42) 상의 소정 위치에 일단이 고정되고 그 길이의 일부가 와이어 롤러(42)에 감긴 와이어(44)와, 그 일단이 와이어(44)의 타단에 연결되고 그 타단이 제3링크(40)의 소정 위치에 마련된 스프링 고정부(48)에 연결되는 인장 스프링(46)을 포함할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 하강 위치로 배터리 지지대(24)를 하강시키고자 작동시킬 경우, 와이어 롤러(42)는 하판(10)에 고정되어 회전하지 않으므로 제3링크(40)의 회동 시에 와이어(44)가 와이어 롤러(42) 상에 더 감기게 되어 와이어(44) 상에 장력이 발생한다. 이와 같이 생성된 장력에 의해 인장 스프링(46)이 인장되어 배터리 지지대(24) 및 배터리(70)의 하중에 따른 중력에 의한 토크의 방향과 반대 방향의 토크를 발생시키게 된다.

도 10은 중력보상부의 작용을 설명하기 위한 개념도이다. 예시된 개략도에서는, 축(57)을 중심으로 회동하는 제3링크(40)의 길이가 L이고, 스프링 계수가 k인 인장 스프링(46)의 상승 위치(A위치)에서의 길이가 l0이다. 또한, 와이어(44)의 일단이 와이어 롤러(42) 상의 소정 위치에 고정되고 일부가 와이어 롤러(42)에 감겨 있고(반경 r) 걸림 부재(54)를 경유하여 인장 스프링(46)의 일단에 연결되어 있다. 또한, 인장 스프링(46)의 타 단은 제3링크(40) 상의 소정 위치에 구비된 고정부(48)에 고정되어 있다. 제3링크(40)의 타 단은 축(50)을 통해 제1 배터리 지지대(24)에 회동 가능하게 결합되어 있고, 와이어 롤러(42)는 이동 유닛(100) 하판(10)에 고정되어 제3링크(40)의 회동 시에도 회전하지 않는 구조이다.

이때, 제3링크(40)의 회동 시 배터리 지지대(24) 및 배터리(70) 등의 하중(M)에 기한 중력(Mg)에 의래 발생되는 토크가 스프링(46)에 의한 토크에 의해 적어도 일부 상쇄되도록 하여 작업자가 배터리의 큰 하중에도 불구하고 용이하게 작업할 수 있도록 설계할 수 있다. 가령, 도시된 바와 같이 제3링크(40)의 회동 중에 수직한 위치(C 위치)를 기준으로 소정 각도(θ) 경사진 위치(B위치)에서 발생하는 중력(Mg)에 의한 토크는 L·Mg·sinθ가 되는데, 초기 위치(A 위치)와 비교할 때 해당 위치(B위치)에서 스프링(46)이 늘어나게 되는 길이가 l1이라면, 스프링(46)의 복원력에 의해 발생되는 토크는 r·k· l1이 된다. 양 토크는 서로 반대방향이므로 상쇄되며, L·Mg·sinθ= r·k· l1의 관계식으로부터 L, r 및 k 등을 적절히 정할 수 있다.

상술한 중력보상부는 그 설치 위치에 특별히 구애 받는 것은 아니며, 도시된 실시예에서는 제3링크(40) 및 제4링크(43)의 작동과 관련된 위치에 설치되었으나, 제1링크(30) 및 제2링크(32)의 작동과 관련된 위치에 변경 설치될 수도 있고, 제3링크(40)나 제4링크(43) 중 어느 하나에 구비될 수도 있다.

본 명세서에서 설명된 위 실시예 및 도면들은 단지 예시적인 것일 뿐, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성요소가 아닐 수 있다. 본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등 범주 내에서 설계 조건 및 요소에 따라 구성될 수 있음을 이해할 수 있다.

10: 하판
12: 하판 하면
14: 하판 상면
16, 18, 20, 22: 휠
24, 26: 배터리 지지대
27: 손잡이
30, 32, 40, 43: 링크
42: 와이어 롤러
44: 와이어
46: 스프링
48: 스프링 고정부
50, 52, 56, 57, 76, 77: 축
54: 걸림 부재
58: 체결 부재
60: 고정부
62: 스프링 부재
64: 해제 레버
68: 고정 부재
70, 72: 배터리

Claims

이동 유닛 하판 하부에 위치하는 배터리 지지대;
상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대에 각각 결합되어 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대를 연결하고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 하나 이상의 축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능하며, 상기 이동 유닛에 대한 배터리 장착 시 제1방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 제1위치로 상승시키고, 상기 배터리의 교체 시 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로의 회동에 의해 상기 배터리 지지대를 상기 제1위치보다 하부의 제2위치로 하강시키는 하나 이상의 링크; 및
상기 하나 이상의 링크 중 적어도 하나에 구비되고, 상기 링크의 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 배터리 지지대의 상승 및 하강을 위한 상기 링크의 회동 시, 상기 배터리 지지대 및 상기 배터리의 하중에 따른 중력에 의한 토크의 방향과 반대 방향의 토크를 발생시켜 상기 중력에 의한 토크를 적어도 일부 상쇄시키는 중력보상부를 포함하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리 지지대는, 상부에 배터리 수납부를 구비하며, 상기 배터리 수납부는 상기 배터리를 안착시키기 위한 오목부를 구비한 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 링크는, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 일 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제1축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제1링크와, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제2축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제2링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제3항에 있어서,
상기 하나 이상의 링크는, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 일 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제3축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제3링크와, 상기 이동 유닛 하판과 상기 배터리 지지대의 다른 한 측부에 각각 결합되고, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 제4축을 중심으로 소정 각도 범위에서 회동 가능한 제4링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1위치는 상기 배터리 지지대가 상기 이동 유닛 하판의 내측에 인접하게 되는 위치이며, 상기 제2위치는 상기 하나 이상의 링크의 회동에 의해 상기 제1위치보다 상기 배터리 지지대가 상기 이동 유닛 하판의 외측 하단에 놓이게 되는 위치인 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 링크는, 상기 배터리 지지대의 상기 제1위치로의 상승 시, 상기 이동 유닛 하판에 장착된 고정부재에 체결되어 상기 배터리 지지대를 상승된 위치로 유지하는 체결부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제6항에 있어서,
상기 고정부재는, 탄성력에 의해 상기 체결부재의 걸림 상태를 유지하는 하나 이상의 스프링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제7항에 있어서,
상기 고정부재는, 상기 배터리의 교체 시 상기 스프링 부재를 탄성 작동시켜 상기 체결부재의 걸림 상태를 해제하는 해제 레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리를 상기 이동 유닛에 전기적으로 접속하는 커넥터를 더 포함하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항에 있어서,
상기 중력보상부는, 상기 이동 유닛 하판에 연결된 와이어 롤러, 일단이 상기 와이어 롤러에 대해 고정되고 일부가 상기 와이어 롤러에 감긴 와이어, 일단이 상기 와이어 타단에 연결되고 타단이 상기 링크에 연결되는 인장 스프링을 포함하며, 상기 배터리 지지대의 하강 시 상기 와이어가 상기 와이어 롤러에 더 감기게 됨으로써 생성된 장력에 의해 상기 인장 스프링이 인장되어 상기 배터리 지지대 및 상기 배터리의 하중에 따른 중력에 의한 토크 방향과 반대 방향의 토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
삭제
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동 유닛은 창고용 자율 주행 로봇인 것을 특징으로 하는 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 이동 유닛의 배터리 탈부착 장치를 구비하는 이동 유닛.