KR101907319B1

KR101907319B1 - 이동 로봇

Info

Publication number: KR101907319B1
Application number: KR1020170096259A
Authority: KR
Inventors: 서태원; 조준영; 정재영; 이수원; 이홍민; 이강목; 최원석
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-12-07

Abstract

본 발명은 이동 로봇을 개시한다. 본 발명은, 바디부와, 상기 바디부에 배치되는 구동부와, 상기 구동부와 연결되며 상기 구동부의 일 방향 회전을 전달하는 제1 원웨이베어링과, 상기 구동부와 연결되며, 상기 구동부의 다른 방향 회전을 전달하는 제2 원웨이베어링과, 상기 제1 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제1 원에이베어링의 회전에 따라 회동하는 복수개의 제1 레그와, 상기 제2 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제2 원웨이베어링이 회전에 따라 회동하는 복수개의 제2 레그를 포함한다.

Description

이동 로봇{Moving robot}

본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 로봇에 관한 것이다.

에너지 소비는 제한된 연료 저장 및 환경 문제로 인해 점점 더 중요한 문제가 되고 있다. 상용 로봇 매니퓰레이터는 일반적으로 고성능 모터 및 감속 기어를 포함하여 큰 이동 질량을 가지고 있으며 이로 인해 로봇 매니퓰레이터는 산업 작동 중에 엄청난 에너지를 소비한다. 이를 위해 여러 개의 액추에이터를 장착하는 것이 아닌 단일 액추에이터를 이용하여 로봇을 구동시키는 연구가 필요하다. 이는 소형 로봇에도 응용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 이동 로봇을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은, 바디부와, 상기 바디부에 배치되는 구동부와, 상기 구동부와 연결되며 상기 구동부의 일 방향 회전을 전달하는 제1 원웨이베어링과, 상기 구동부와 연결되며, 상기 구동부의 다른 방향 회전을 전달하는 제2 원웨이베어링과, 상기 제1 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제1 원에이베어링의 회전에 따라 회동하는 복수개의 제1 레그와, 상기 제2 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제2 원웨이베어링이 회전에 따라 회동하는 복수개의 제2 레그를 포함하는 이동 로봇을 제공할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 원웨이베어링과 상기 제2 원웨이베어링은 적층되도록 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 복수개의 제1 레그는, 상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제1 전면레그와, 상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제1 후면레그와, 상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제1 중앙레그를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 전면레그가 연결되는 제1 전면작동기어와, 상기 제1 후면레그가 연결되는 제1 후면작동기어와, 상기 제1 중앙레그가 연결되는 제1 중앙작동기어를 포함하고, 상기 제1 전면작동기어, 상기 제1 후면작동기어 및 제1 중앙작동기어는 상기 제1 원웨이베어링과 연결되어 상기 제1 원웨이베어링의 회전 시 회전할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 전면작동기어와 상기 제1 후면작동기어는 서로 동일한 방향으로 회전하고, 상기 제1 중앙작동기어는 상기 제1 전면작동기어 및 상기 제1 후면작동기어와 서로 상이한 방향으로 회전할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 복수개의 제2 레그는, 상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제2 전면레그와, 상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제2 후면레그와, 상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제2 중앙레그를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제2 전면레그가 연결되는 제2 전면작동기어와, 상기 제2 후면레그가 연결되는 제2 후면작동기어와, 상기 제2 중앙레그가 연결되는 제2 중앙작동기어를 포함하고, 상기 제2 전면작동기어, 상기 제2 후면작동기어 및 제2 중앙작동기어는 상기 제2 원웨이베어링과 연결되어 상기 제2 원웨이베어링의 회전 시 회전할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제2 전면작동기어와 상기 제2 후면작동기어는 서로 동일한 방향으로 회전하고, 상기 제2 중앙작동기어는 상기 제2 전면작동기어 및 상기 제2 후면작동기어와 서로 상이한 방향으로 회전할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 원에이베어링과 상기 제2 원웨이베어링은 서로 상이한 방향의 상기 구동부의 회전을 전달할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 복수개의 제1 레그는 상기 제1 원웨이베어링의 상면에서 상기 제1 원웨이베어링과 연결되며, 상기 복수개의 제2 레그는 상기 제2 원웨이베어링의 하면에서 상기 제2 원웨이베어링과 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 하나의 구동모터를 사용하여 주행 및 방향 전환이 가능하다. 본 발명의 실시예들은 간단한 구조를 통하여 경량화가 가능하고, 다양한 장소에서 사용하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이동 로봇의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이동 로봇을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 전면레그를 보여주는 사시도이다.

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. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 이동 로봇(100)은 바디부(110), 구동부(120), 제1 원웨이베어링(130), 제2 원웨이베어링(140), 제1 레그(150), 제2 레그(160), 제1 아이들기어(170), 제2 아이들기어(미도시), 제1 작동기어(180) 및 제2 작동기어(미도시)를 포함할 수 있다.

바디부(110)는 내부에 공간이 형성될 수 있으며, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 바디부(110)는 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140)이 배치되는 하우징(111)과 하우징(111)과 결합하는 커버(112)를 포함할 수 있다.

구동부(120)는 바디부(110)에 배치되며, 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140)과 연결될 수 있다. 이때, 구동부(120)는 커버(112)에 배치되는 구동모터(121), 구동모터(121)와 연결되는 기어유닛(122), 기어유닛(122)과 연결되는 샤프트(123)를 포함할 수 있다.

구동모터(121)는 서로 다른 두가지 방향으로 회전하도록 작동할 수 있다. 이러한 경우 구동모터(121)는 이동 로봇(100)의 최초 무게에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 제1 레그(150), 제2 레그(160)의 회전에 따라 발생하는 부하, 다리의 회전 반경 등에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.

기어유닛(122)은 구동모터(121)의 샤프트에 연결되는 기어와, 이러한 기어에 연결되며, 샤프트(123)에 연결되는 기어 등 복수개의 기어를 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 기어를 통과하면서 구동모터(121)의 회전속도는 저감되어 샤프트(123)로 전달될 수 있다.

샤프트(123)는 기어유닛(122)과 연결된 상태에서 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140)과 연결될 수 있다. 특히 샤프트(123)는 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140) 내부에 삽입되어 연결될 수 있다.

제1 원웨이베어링(130)과 제2 원웨이베어링(140)은 적층되도록 배치될 수 있다. 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140)은 샤프트(123)와 연결되어 샤프트(123)의 회전 방향 중 하나의 방향만 외부로 전달할 수 있다. 예를 들면, 제1 원웨이베어링(130)이 샤프트(123)의 시계 방향 회전을 외부로 전달하는 경우 제2 원웨이베어링(140)은 샤프트(123)의 반시계 방향 회전을 외부로 전달할 수 있다. 또한, 제1 원웨이베어링(130)이 샤프트(123)의 반시계 방향 회전을 외부로 전달하는 경우 제2 원웨이베어링(140)은 샤프트(123)의 시계 방향 회전을 외부로 전달할 수 있다. 이러한 경우 제1 원웨이베어링(130) 및 제2 원웨이베어링(140)의 외면에는 별도의 기어가 배치될 수 있다.

제1 레그(150)는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 제1 레그(150)는 제1 전면레그(151), 제1 후면레그(152) 및 제1 중앙레그(153)를 구비할 수 있다. 이러한 경우 제1 전면레그(151) 및 제1 후면레그(152)는 바디부(110)를 중심으로 바디부(110)의 동일한 측면에 배치될 수 있으며, 제1 중앙레그(153)는 바디부(110)를 중심으로 제1 전면레그(151) 및 제1 후면레그(152)와 상이한 바디부(110)의 측면에 배치될 수 있다.

제2 레그(160)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 제2 레그(160)는 제2 전면레그(161), 제2 후면레그(미도시) 및 제2 중앙레그(163)를 구비할 수 있다. 이러한 경우 제2 전면레그(161) 및 상기 제2 후면레그는 바디부(110)를 중심으로 바디부(110)의 동일한 측면에 배치될 수 있으며, 제2 중앙레그(163)는 바디부(110)를 중심으로 제2 전면레그(161) 및 상기 제2 후면레그와 상이한 바디부(110)의 측면에 배치될 수 있다.

상기와 같은 레그들의 배치를 살펴보면, 제1 전면레그(151), 제2 중앙레그(163) 및 제1 후면레그(152)는 바디부(110)의 동일한 측면에 배치될 수 있으며, 제2 전면레그(161), 제1 중앙레그(153) 및 상기 제2 후면레그는 바디부(110)의 동일한 측면에 배치될 수 있다.

상기와 같은 레그들은 제1 작동기어(180) 및 상기 제2 작동기어에 각각 연결될 수 있다. 이때, 각 레그는 제1 작동기어(180) 또는 상기 제2 작동기어에 연결되는 부분은 제1 작동기어(180) 또는 상기 제2 작동기어 측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 레그(150)와 제2 레그(160)는 서로 유사하므로 제1 전면레그(151)를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

제1 전면레그(151)는 제1 작동기어(180) 측으로 돌출된 제1 전면돌기부(151a)와, 제1 전면돌기부(151a)로부터 절곡되도록 형성되며, 바디부(110) 또는 커버(112) 등의 일부가 삽입되는 제1 전면연결부(151b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전면연결부(151b)에는 제1 전면가이드홀(151d)이 형성될 수 있다. 이러한 경우 제1 전면가이드홀(151d) 내부에는 바디부(110)에서 돌출되는 돌기가 삽입될 수 있다. 특히 제1 전면가이드홀(151d)은 제1 전면레그(151)의 운동을 제1 전면레그(151)가 회전하면서 일정 정도 선형 운동하도록 가이드할 수 있다. 이러한 경우 제1 전면가이드홀(151d)은 제1 전면연결부(151b)의 길이 방향으로 길게 장공 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제1 전면레그(151)는 제1 전면연결부(151b)로부터 절곡되어 형성되며, 적어도 한번 이상 절곡되는 제1 전면절곡부(151c)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전면절곡부(151c)의 끝단은 지면에 접촉할 수 있다. 이러한 경우 제1 전면절곡부(151c)의 끝단은 돌기 등이 구비되어 거칠게 제조될 수 있다.

상기와 같은 제1 레그(150)와 제2 레그(160)의 형상은 제1 전면레그(151)와 유사하게 형성되나 위치 및 하중 등을 고려하여 절곡부의 절곡정도, 레그 전체의 높이 등을 서로 상이하게 형성할 수 있다. 또한, 제1 레그(150)는 전부 제1 작동기어(180)의 상면에서 제1 작동기어(180)와 결합하며, 제2 레그(160)는 전부 상기 제2 작동기어의 하면에서 상기 제2 작동기어와 결합할 수 있다. 제1 레그(150) 및 제2 레그(160) 중 적어도 하나는 이동 로봇(100)의 무게를 경량화하도록 PLA(Poly Lactic Acid)를 사용할 수 있다. 이때, 제1 레그(150) 및 제2 레그(160) 중 적어도 하나는 3D 프리팅 기법을 통하여 제조될 수 있다.

제1 아이들기어(170)는 제1 원웨이베어링(130)과 제1 작동기어(180) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 아이들기어(170)는 제1 전면아이들기어(171), 제1 후면아이들기어(172), 제1 중앙아이들기어(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 제2 아이들기어는 제2 원웨이베어링(140)과 상기 제2 작동기어 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 아이들기어는 제2 전면아이들기어(미도시), 제2 후면아이들기어(미도시), 제2 중앙아이들기어(미도시)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 제1 아이들기어(170)와 상기 제2 아이들기어는 서로 상이한 평면에 배치될 수 있다. 특히, 제1 아이들기어(170)와 상기 제2 아이들기어는 각각 제1 원웨이베어링(130)과 제2 원웨이베어링(140)과 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.

제1 작동기어(180)는 제1 전면작동기어(181), 제1 후면작동기어(182) 및 제1 중앙작동기어(183)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전면작동기어(181)는 제1 전면아이들기어(171)를 통하여 제1 원웨이베어링(130)과 연결되며, 제1 후면작동기어(182)는 제1 후면아이들기어(172)를 통하여 제1 원웨이베어링(130)과 연결될 수 있다. 또한, 제1 중앙작동기어(183)는 상기 제1 중앙아이들기어를 통하여 제1 원웨이베어링(130)과 연결될 수 있다. 이때, 제1 원웨이베어링(130)가 회전하는 경우 제1 전면작동기어(181)와 제1 후면작동기어(182)는 서로 동일한 방향으로 회전할 수 있으며, 제1 중앙작동기어(183)는 제1 전면작동기어(181) 및 제1 후면작동기어(182)와 상이한 방향으로 회전할 수 있다.

상기 제2 작동기어는 제2 전면작동기어(미도시), 제2 후면작동기어(미도시) 및 제2 중앙작동기어(193)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 전면작동기어, 상기 제2 후면작동기어 및 제2 중앙작동기어(193)는 제1 전면작동기어(181), 제1 후면작동기어(182) 및 제1 중앙작동기어(183)와 동일 또는 유사하게 형성되어 작동할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기와 같은 이동 로봇(100)을 작동을 살펴보면, 구동부(120)가 일 방향으로 회전력을 생성하는 경우 구동부(120)는 제1 원웨이베어링(130) 또는 제2 원웨이베어링(140) 중 하나를 회전시킬 수 있다. 또한, 구동부(120)가 일 방향과 상이한 방향으로 회전력을 생성하는 경우 구동부(120)는 제1 원웨이베어링(130) 또는 제2 원웨이베어링(140) 중 다른 하나를 회전시킬 수 있다.

구체적으로 이동 로봇(100)이 직진을 수행하는 경우 구동부(120)는 일 방향과 다른 방향으로 각각 동일한 회전력을 교번하여 생성할 수 있다. 이러한 경우 제1 원웨이베어링(130)과 제2 원웨이베어링(140)이 서로 교번하여 동일한 회전수만큼 회전할 수 있다.

상기와 같이 제1 원웨이베어링(130)과 제2 원웨이베어링(140)이 교번하여 회전하는 경우 제1 아이들기어(170)와 상기 제2 아이들기어를 통하여 회전력이 제1 작동기어(180)와 상기 제2 작동기어에 각각 전달될 수 있다. 이때, 제1 작동기어(180)의 회전 중심에 대해서 편심되도록 연결된 제1 레그(150)가 동시에 움직일 수 있다. 또한, 상기 제2 작동기어의 회전 중심에 대해서 편심되도록 연결된 제2 레그(160)가 동시에 움직일 수 있다. 이러한 경우 제1 레그(150)와 제2 레그(160)는 8자 모양을 그리며 움직일 수 있다. 이때, 이동 로봇(100)은 소라게의 움직임처럼 각 레그의 끝 부분과 바닥의 상대적인 운동이 타원 모양을 나타낼 수 있다. 이러한 운동을 통하여 이동 로봇(100)은 전진할 수 있다.

이동 로봇(100)이 방향을 전환하는 경우 구동부(120)는 일 방향으로의 회전력을 다른 방향의 회전력보다 크게 생성할 수 있다. 예를 들면, 구동모터(121)의 샤프트가 일 방향으로 회전하는 각도를 다른 방향으로 회전하는 각도보다 크거나 작도록 구동모터(121)가 작동할 수 있다. 다른 실시예로서 구동모터(121)의 샤프트가 일 방향으로 회전하는 속도를 다른 방향으로 회전하는 속도보다 크거나 작도록 구동모터(121)가 작동할 수 있다.

따라서 이동 로봇(100)은 하나의 구동모터(121)를 가지고 직진 주행 및 회전 운동을 구현하는 것이 가능하다. 또한, 이동 로봇(100)은 간단한 구조를 차용함으로써 부피를 최소화할 수 있으며, 경량화가 가능하다.

이동 로봇(100)은 다양한 지형에 대해 사용하는 것이 가능하므로 재난 지역에서의 인명구조, 군사적 정찰 등과 같이 다양한 분야에 활용이 가능하다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100: 이동 로봇
110: 바디부
120: 구동부
130: 제1 원웨이베어링
140: 제2 원웨이베어링
150: 제1 레그
160: 제2 레그
170: 제1 아이들기어
180: 제1 작동기어
193: 제2 중앙작동기어

Claims

바디부;
상기 바디부에 배치되는 구동부;
상기 구동부와 연결되며 상기 구동부의 일 방향 회전을 전달하는 제1 원웨이베어링;
상기 구동부와 연결되며, 상기 구동부의 다른 방향 회전을 전달하는 제2 원웨이베어링;
상기 제1 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제1 원웨이베어링의 회전에 따라 회동하는 복수개의 제1 레그; 및
상기 제2 원웨이베어링과 연결되며, 상기 제2 원웨이베어링의 회전에 따라 회동하는 복수개의 제2 레그;를 포함하는 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 원웨이베어링과 상기 제2 원웨이베어링은 적층되도록 배치된 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 제1 레그는,
상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제1 전면레그;
상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제1 후면레그; 및
상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제1 중앙레그;를 포함하는 이동 로봇.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 전면레그가 연결되는 제1 전면작동기어;
상기 제1 후면레그가 연결되는 제1 후면작동기어; 및
상기 제1 중앙레그가 연결되는 제1 중앙작동기어;를 포함하고,
상기 제1 전면작동기어, 상기 제1 후면작동기어 및 제1 중앙작동기어는 상기 제1 원웨이베어링과 연결되어 상기 제1 원웨이베어링의 회전 시 회전하는 이동 로봇.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 전면작동기어와 상기 제1 후면작동기어는 서로 동일한 방향으로 회전하고, 상기 제1 중앙작동기어는 상기 제1 전면작동기어 및 상기 제1 후면작동기어와 서로 상이한 방향으로 회전하는 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 제2 레그는,
상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제2 전면레그;
상기 바디부의 다른 측면에 배치되는 제2 후면레그; 및
상기 바디부의 일 측면에 배치되는 제2 중앙레그;를 포함하는 이동 로봇.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 전면레그가 연결되는 제2 전면작동기어;
상기 제2 후면레그가 연결되는 제2 후면작동기어; 및
상기 제2 중앙레그가 연결되는 제2 중앙작동기어;를 포함하고,
상기 제2 전면작동기어, 상기 제2 후면작동기어 및 제2 중앙작동기어는 상기 제2 원웨이베어링과 연결되어 상기 제2 원웨이베어링의 회전 시 회전하는 이동 로봇.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 전면작동기어와 상기 제2 후면작동기어는 서로 동일한 방향으로 회전하고, 상기 제2 중앙작동기어는 상기 제2 전면작동기어 및 상기 제2 후면작동기어와 서로 상이한 방향으로 회전하는 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 원웨이베어링과 상기 제2 원웨이베어링은 서로 상이한 방향의 상기 구동부의 회전을 전달하는 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 제1 레그는 상기 제1 원웨이베어링의 상면에서 상기 제1 원웨이베어링과 연결되며, 상기 복수개의 제2 레그는 상기 제2 원웨이베어링의 하면에서 상기 제2 원웨이베어링과 연결되는 이동 로봇.