KR102031613B1

KR102031613B1 - 휠기반 모바일 로봇

Info

Publication number: KR102031613B1
Application number: KR1020180048577A
Authority: KR
Inventors: 이성철; 김병섭; 김현수; 김용진; 노승국
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-14

Abstract

휠기반 모바일 로봇은 공작물 상에서 이동하며 작업을 수행하고, 중앙유닛, 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들, 및 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛을 포함한다. 상기 중앙유닛은 상기 작업을 수행하는 작업유닛이 장착된다. 상기 제1 및 제2 구동유닛들은 상기 중앙유닛의 제1 측에 회전 가능하다 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠(wheel)을 포함한다. 상기 제3 및 제4 구동유닛들은 상기 제1 측과 반대인 상기 중앙유닛의 제2 측에 회전 가능하다 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠을 포함한다. 상기 제1 내지 제4 구동유닛들은, 상기 중앙유닛이 작업을 수행하는 경우 자기력에 의해 상기 공작물에 고정된다.

Description

휠기반 모바일 로봇{WHEEL BASED MOBILE ROBOT}

본 발명은 휠기반 모바일 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 형태의 곡면 상에서 자유로운 동작 및 이동을 수행하면서 필요한 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 휠기반 모바일 플랫폼을 포함하는 휠기반 모바일 로봇에 관한 것이다.

곡면 상에서 자유롭게 동작 및 이동하면서 필요한 작업을 수행하기 위한 모바일 로봇에 대한 기술은, 특히 대면적의 공작물 상에 이동하며 가공을 수행하는 모바일 가공기 등의 개발의 필요성과 함께 개발되고 있다.

모바일 가공기의 경우, 항공기나 선박 등의 대형 공작물에 대한 가공을 수행하기 위해, 공작물 상에서 자유롭게 이동하며 가공을 수행하는 것으로, 종래에는 일반적인 구동 플랫폼 상에 다축 다관절 가공기를 장착하여 가공을 수행하는 형태로 개발되어 왔다.

그러나, 종래의 구동 플랫폼의 경우, 상대적으로 복잡한 구동 메커니즘을 포함하며 상대적으로 무거운 중량으로 제작되므로 공작물 상에서 이동되는 구조로는 적당하지 않으며, 특히 공작물에 대한 가공을 수행하는 경우 구동 메커니즘과 가공부와의 간섭이 발생하는 등의 문제가 있었다.

그리하여, 대한민국 등록특허 제10-1729588호(이동형 가공기 이송기구) 등과 같이 대형 공작물의 복합 가공에 효과적으로 사용되며 가공시의 안정적인 구조를 유지하며 이동시 상대적으로 간단한 구조로 이동을 수행할 수 있는 모바일 가공기에 대한 기술이 개발되었다.

다만, 이동을 수행하기 위해, 복수의 고정모듈들이 진공패드 등을 이용한 고정 및 탈착을 반복적으로 수행하여야 하므로 이동 메커니즘의 설계가 복잡하고, 이에 따라 이동시간이 상대적으로 오래 소요되는 등의 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1729588호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 다양한 곡면 상에서 고정 및 탈착을 용이하게 수행할 수 있으며, 휠 기반 이동을 수행하므로 상대적으로 신속하고 자유롭게 이동할 수 있는 휠기반 모바일 로봇에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 휠기반 모바일 로봇은 공작물 상에서 이동하며 작업을 수행하고, 중앙유닛, 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들, 및 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛을 포함한다. 상기 중앙유닛은 상기 작업을 수행하는 작업유닛이 장착된다. 상기 제1 및 제2 구동유닛들은 상기 중앙유닛의 제1 측에 회전 가능하도록 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠(wheel)을 포함한다. 상기 제3 및 제4 구동유닛들은 상기 제1 측과 반대인 상기 중앙유닛의 제2 측에 회전 가능하도록 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠을 포함한다. 상기 제1 내지 제4 구동유닛들은, 상기 중앙유닛이 작업을 수행하는 경우 자기력에 의해 상기 공작물에 고정된다.

일 실시예에서, 상기 작업유닛은 상기 공작물을 가공하는 가공 유닛일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 중앙유닛은, 상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시켜, 상기 중앙유닛을 상기 공작물에 고정시키는 전자석부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 구동유닛들을 상기 중앙유닛에 대하여 회전시키는 제1 중앙 회전부, 및 상기 제3 및 제4 구동유닛들을 상기 중앙유닛에 대하여 회전시키는 제2 중앙 회전부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 구동유닛들 사이에서, 상기 제1 중앙회전부의 회전축과 수직한 축을 중심으로 상기 제1 및 제2 구동유닛들을 상대적으로 회전시키는 제1 추가 회전부, 및 상기 제3 및 제4 구동유닛들 사이에서, 상기 제2 중앙회전부의 회전축과 수직한 축을 중심으로 상기 제3 및 제4 구동유닛들을 상대적으로 회전시키는 제2 추가 회전부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 중앙 회전부들, 및 상기 제1 및 제2 추가 회전부들은 각각 서로 독립적으로 구동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들 각각은, 상기 휠에 인접하게 위치하여 상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시켜, 상기 휠을 상기 공작물에 고정시키는 자석부, 및 상기 휠을 구동시켜 상기 휠을 상기 공작물 상에서 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 휠은 상기 공작물에 접하며, 상기 자석부는 상기 공작물과 소정의 간극을 유지할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들 각각은, 상기 휠, 상기 자석부 및 상기 구동부가 장착되는 프레임, 상기 중앙유닛의 제1 측 또는 제2 측과 연결되는 수평 프레임, 및 상기 수평 프레임에 대하여 상기 프레임을 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들의 회전부들은 서로 독립적으로 구동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 휠은 상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시키는 자석휠이며, 상기 휠이 구동되지 않는 경우 상기 휠을 공작물에 고정시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 중앙유닛의 제1 및 제2 측들에 각각 독립적으로 회전 가능하도록 한 쌍의 구동유닛들이 연결됨에 따라, 3-바디 구조로써 특히 공작물이 곡면 형상을 가지는 경우 공작물에 최적으로 밀착되어 고정된 상태에서 작업을 수행할 수 있다.

이와 달리, 상기 한 쌍의 구동유닛들도 각각 상대적으로 회전 가능한 구조로, 5-바디 구조로써, 다양한 형태의 곡면 형상의 공작물에 대하여도 최적으로 밀착된 상태에서 작업을 수행할 수 있다.

이 경우, 각각의 구동유닛들은 물론, 3-바디 또는 5-바디를 구성하는 각각의 유닛들이 서로 독립적으로 구동되므로, 다양한 방향으로의 이동은 물론, 다양한 위치 및 자세로 고정될 수 있다.

특히, 작업을 수행하는 경우, 구동유닛들은 공작물에 자기력에 의해 고정되므로, 상대적으로 단순한 설계 및 동작 메커니즘을 통해서도 효과적으로 고정을 수행할 수 있고, 자기력만 차단하거나 단순히 구동유닛을 구동시키는 것으로 탈착을 효과적으로 수행할 수 있으므로, 고정 및 탈착의 메커니즘이 용이하여 신속한 이동 및 작업의 수행이 가능하다.

또한, 구동유닛들의 고정 외에, 중앙유닛의 하부에도 전자석부를 통해 선택적으로 자기력을 발생시켜 고정력을 향상시킬 수 있어, 구동유닛들만의 자기력에 의한 고정으로 고정력이 부족한 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 구동 유닛의 구동 상태를 도시한 모식도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 이동 방향에 따른 구동 유닛들의 위치를 도시한 모식도들이다.
도 4는 도 1의 휠기반 모바일 로봇을 도시한 측면도이다.
도 5는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 휠의 다른 예를 도시한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇의 일부를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 휠기반 모바일 로봇을 평면상에서 도시한 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 구동 유닛의 구동 상태를 도시한 모식도이다. 도 3a 내지 도 3d는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 이동 방향에 따른 구동 유닛들의 위치를 도시한 모식도들이다. 도 4는 도 1의 휠기반 모바일 로봇을 도시한 측면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇(10)은 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400), 중앙유닛(500) 및 중앙 회전부(600)를 포함한다.

우선, 상기 중앙유닛(500)은 상기 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400)의 중앙에 위치하며, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400)의 중앙에서 공작물(17)에 대한 작업을 수행한다.

이 경우, 상기 중앙유닛(500)이 수행하는 작업은 작업유닛(510)에 의해 수행될 수 있으며, 이를 위해 상기 작업유닛(510)은 상기 중앙유닛(500)에 장착된다.

상기 작업유닛(510)은 상기 공작물(17)에 대하여 수행되는 다양한 작업을 수행하기 위한 유닛으로, 예를 들어, 상기 공작물(17)에 대한 조립작업, 페인팅작업, 용접 작업, 폴리싱 작업, 가공 작업 등의 다양한 작업을 수행할 수 있다.

이 경우, 상기 작업유닛(510)이 상기 공작물(17)에 대한 가공 작업을 수행하는 가공 유닛이라면, 본 실시예에 의한 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 모바일 공작기계로서 사용될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 작업유닛(510)은 가공 유닛일 수 있으며, 이에 따라 상기 작업유닛(510)은 상기 공작물(17)을 향하여 고정되는 공구부(520)를 포함하고, 상기 공구부(520)는 상기 공작물(17)에 대한 가공을 수행하게 된다. 이 경우, 상기 공작물(17)은 대면적 가공의 수행을 통해 항공기나 선박 등의 구성품으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 작업유닛(510)의 경우, 후술되는 제3 방향(Z)을 따라 이동되어 상기 공작물(17)과의 상대적인 위치가 변화되며 상기 공작물(17)에 대한 작업을 수행할 수 있다.

상기 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400)은 각각 상기 중앙유닛(500)을 중심으로 네 모서리에 위치하며, 서로 독립적으로 구동된다.

상기 제1 구동유닛(100)은 제1 휠(110), 제1 구동부(111), 제1 자석부(120), 제1 프레임(130), 제1 수평 프레임(140) 및 제1 회전부(150)를 포함하며, 마찬가지로 상기 제2 구동유닛(200)도 제2 휠(210), 제2 구동부(211), 제2 자석부(220), 제2 프레임(230), 제2 수평 프레임(240) 및 제2 회전부(250)를 포함한다.

또한, 상기 제3 구동유닛(300)도 제3 휠(310), 제3 구동부(311), 제3 자석부(320), 제3 프레임(330), 제3 수평 프레임(340) 및 제3 회전부(350)를 포함하며, 마찬가지로, 상기 제4 구동유닛(400)도 제4 휠(410), 제4 구동부, 제4 자석부, 제4 프레임, 제4 수평 프레임 및 제4 회전부를 포함한다.

이 경우, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400) 각각의 구성은 서로 독립적으로 구동되는 것을 제외하고는 모두 동일하므로, 이하에서는 제1 구동유닛(100)에 대하여만 상세히 설명한다.

즉, 상기 제1 구동유닛(100)과 관련하여, 상기 제1 휠(110)은 초기상태에서 제1 방향(X)을 중심으로 회전하는 휠(wheel)로 구성된다.

이 때, 초기상태라 함은 도 1에 도시된 바와 같이 3-바디를 구성하는 상기 중앙유닛(500), 상기 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200), 및 상기 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)이 상대적으로 움직이지 않은 상태로 정의한다.

상기 제1 구동부(111)는 상기 제1 휠(110)과 연결되어 상기 제1 휠(110)에 구동력을 제공하며 이에 따라 상기 제1 휠(110)이 회전하게 된다.

상기 제1 자석부(120)는 상기 제1 구동부(111)와는 반대 측에 상기 제1 휠(110)과 근접하도록 배치되며, 자기력을 제공하여 상기 공작물(17)과의 사이에서 고정력을 상기 제1 구동유닛(100)을 고정한다.

이 경우, 상기 제1 자석부(120)는 영구자석일 수 있다. 또한, 상기 제1 자석부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공작물(17)과의 사이에서 소정의 간극(G)을 유지하도록 배치된다.

그리하여, 상기 제1 휠(110)이 상기 공작물(17)에 접촉하며 이동되는 경우에 상기 제1 자석부(120)에 의한 간섭, 즉 상기 제1 자석부(120)와 상기 공작물(17)과의 접촉을 최소화하면서도 일정 수준 이상의 자기력을 유지할 수 있다.

이상과 같이, 상기 제1 구동부(111)에 의해 상기 제1 휠(110)이 회전하면 상기 제1 휠(110)의 회전력은 상기 제1 자석부(120)와 상기 공작물(17) 사이의 자기력보다 크게 작용하여 상기 제1 구동유닛(100)은 이동하게 되며, 상기 제1 휠(110)의 회전이 중단되면 상기 제1 자석부(120)와 상기 공작물(17) 사이의 자기력에 의해 상기 제1 구동유닛(100)은 정지하여 위치가 고정된다.

상기 제1 프레임(130)은 중앙에 상기 제1 휠(110)이 장착되며, 양 측에 각각 상기 제1 구동부(111) 및 상기 제1 자석부(120)가 장착된다.

상기 제1 수평 프레임(140)은 상기 제1 프레임(130)의 상부에서 초기상태에서 수평방향(즉, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향(Y))으로 연장되는 프레임으로서, 본 실시예에서는 상기 제1 수평 프레임(140)은 상기 제2 구동유닛(200)의 제2 수평 프레임(240)과 일체로 형성된다.

마찬가지로, 본 실시예에서, 상기 제3 구동유닛(300)의 제3 수평 프레임(340)은 상기 제4 구동유닛(400)의 제4 수평 프레임과 일체로 형성된다.

한편, 상기 제1 수평 프레임(140)과 상기 제1 프레임(130)은 상기 제1 회전부(150)에 의해 연결되며, 상기 제1 회전부(150)를 기준으로, 상기 제1 수평 프레임(140)과 상기 제1 프레임(130)은 상기 제1 및 제2 방향들(X, Y)에 모두 수직인 제3 방향(Z)을 중심축으로 상대적으로 회전한다.

다만, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 제1 수평 프레임(140)과 상기 제2 수평 프레임(240)을 일체로 형성되어 일 방향으로 연장되므로, 상기 제1 프레임(130) 및 상기 제2 프레임(230)은 상기 일 방향으로 연장되는 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 된다.

이와 마찬가지로, 상기 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)에 있어서도, 상기 제3 프레임(330) 및 상기 제4 프레임은 상기 일 방향으로 연장되는 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 된다.

이상과 같이, 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410(미도시))은 도 1에 도시된 초기상태에서 상기 제1 방향(X)을 회전축으로 서로 독립적으로 회전하게 되며, 상기 제1 내지 제4 프레임들(130, 230, 330, 430(미도시))은 도 1에 도시된 초기상태에서 상기 제3 방향(Z)을 회전축으로 서로 독립적으로 회전하게 된다.

이에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 1의 초기 상태에서 상기 제1 내지 제4 휠들이 동일한 방향으로 동일 속도로 회전하게 되면, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 전진하게 된다.

이와 달리, 도 3b에 도시된 바와 같이, 도 1의 초기 상태에서 상기 제1 내지 제4 프레임들이 모두 시계방향을 따라 90°회전한 상태에서, 상기 제1 내지 제4 휠들이 동일한 방향으로 동일 속도로 회전하게 되면, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 상기 제1 방향(X)으로 이동하게 된다.

또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 도 1의 초기 상태에서 상기 제1 내지 제4 프레임들이 모두 시계방향을 따라 45°회전한 상태에서, 상기 제1 내지 제4 휠들이 동일한 방향으로 동일 속도로 회전하게 되면, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 상기 제1 방향(X)에 대하여 45°회전된 방향(A)으로 이동하게 된다.

나아가, 도 3d에 도시된 바와 같이, 도 1의 초기 상태에서 상기 제1 내지 제4 프레임들이 각각 시계방향을 따라 ±45°회전한 상태에서, 상기 제1 내지 제4 휠들이 동일한 방향으로 동일 속도로 회전하게 되면, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 상기 제3 방향(Z)을 중심으로 회전하게 된다.

이상과 같이, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 각각의 프레임들의 회전량, 각각의 휠들의 회전 속도 및 회전 방향 등을 제어하여, 도시된 것 외에도, 다양한 방향으로 이동될 수 있다.

상기 중앙 회전부(600)는 제1 및 제2 중앙 회전부들(610, 620)을 포함하며, 상기 제1 중앙 회전부(610)는 상기 중앙유닛(500)의 하면인 베이스 플레이트(501)의 제1 측(502)에 위치하며, 상기 제2 중앙 회전부(620)는 상기 베이스 플레이트(501)의 제1 측(502)에 반대인 제2 측(503)에 위치한다.

그리하여, 상기 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200)은 상기 제1 중앙 회전부(610)를 통하여 상기 제1 측(502)에 연결되며, 상기 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)은 상기 제2 중앙 회전부(620)를 통하여 상기 제2 측(503)에 연결된다.

상기 제1 중앙 회전부(610)는 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200)이 회전할 수 있는 회전수단을 포함하며, 상기 회전수단의 종류는 제한되지 않는다. 즉, 상기 제1 중앙 회전부(610)에 의해 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)이 상대적으로 회전한다.

마찬가지로, 상기 제2 중앙 회전부(620)는 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)이 회전할 수 있는 회전수단을 포함하며, 상기 회전수단의 종류는 제한되지 않는다. 즉, 상기 제2 중앙 회전부(620)에 의해 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)이 상대적으로 회전한다.

이 경우, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)이 초기상태에 위치한다고 가정하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 중앙 회전부(610)는 상기 제2 방향(Y)을 중심축으로 회전 가능하도록 위치하여, 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)은 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 제2 방향(Y)을 중심으로 회전이 가능하다.

마찬가지로, 상기 제2 중앙 회전부(620)는 상기 제2 방향(Y)을 중심축으로 회전 가능하다 위치하여, 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)은 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 제2 방향(Y)을 중심으로 회전이 가능하다.

그리하여, 본 실시예에서의 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은, 상기 중앙유닛(500), 상기 한 쌍의 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200), 및 상기 한 쌍의 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)이 각각 하나의 강체(rigid body)를 구성하는 것으로, 전체적으로 3-바디(body) 구조를 가지며, 상기 공작물(17) 상에서 위치하게 된다.

도 5는 도 1의 휠기반 모바일 로봇의 휠의 다른 예를 도시한 확대도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 내지 제4 자석부들이 생략되고, 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410)이 자석을 포함하는 자석휠(115, 215, 315, 415)로 대체될 수 있다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 자석부들은 영구자석 형태로 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410)에 인접하도록 상기 제1 내지 제4 프레임들(130, 230, 330, 430)에 고정되며, 상기 공작물(17)과 소정의 간극을 유지하지만, 실제 공작물(17) 상에서 상기 휠기반 모바일 로봇(10)이 이동하게 되면 상기 제1 내지 제4 자석부들은 상기 공작물(17)의 곡률에 따라 이동시 간섭을 야기할 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410)이 상기 제1 내지 제4 구동부들(111, 211, 311, 411)에 의해 구동되는 경우라면 상기 제1 내지 제4 자석부들에 의해 발생되는 자기력보다는 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410)의 회전 구동력이 더 크게 되므로, 상기 제1 내지 제4 휠들(110, 210, 310, 410)을 영구자석을 포함하는 자석휠(115, 215, 315, 415)로 대체할 수 있다.

그리하여, 상기 제1 내지 제4 구동부들(111, 211, 311, 411)에 의해 상기 제1 내지 제4 자석휠들(115, 215, 315, 415)이 구동되면, 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 상기 공작물(17) 상에서 구동되며, 상기 제1 내지 제4 자석휠들(115, 215, 315, 415)이 구동되지 않으면 상기 제1 내지 제4 자석휠들(115, 215, 315, 415)에서 발생되는 자기력에 의해 상기 휠기반 모바일 로봇(10)은 상기 공작물(17) 상에서 고정된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇의 일부를 도시한 측면도이다.

본 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇(20)은 적어도 하나의 전자석부(530, 540)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 휠기반 모바일 로봇(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 참조번호를 사용하며 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇(20)에서는, 적어도 하나의 전자석부가 상기 중앙유닛(500)의 하부에 위치하는 베이스 플레이트(501)의 하면으로부터 돌출되도록 고정된다.

이 경우, 도 6에서는 2개의 전자석부들이 고정되는 것을 도시하였으나, 상기 전자석부의 개수는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 설계에 따라 위치나 개수 등이 다양하게 선택될 수 있다.

상기 전자석부들(530, 540)은 상기 작업유닛(510)에 의한 작업을 간섭하지 않도록 상기 작업유닛(510)의 주변에 고정되는 것이 바람직하며, 앞서 설명한 상기 제1 내지 제4 자석부들과 동일하게 상기 공작물(17)과의 사이에서 소정의 간극(G)을 형성하도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 전자석부들(530, 540)은 별도의 구동부(미도시)에 의해, 상기 휠기반 모바일 로봇(20)의 위치 고정이 필요한 경우에만 자기력을 발생시키는 전자석일 수 있으며, 이에 따라 상기 휠기반 모바일 로봇(20)이 이동되는 경우에는 자기력이 발생되지 않도록 제어될 수 있다.

그리하여, 본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제4 자석부들 외에, 상기 전자석부에 의해 추가적으로 자기력이 제공되므로, 상기 휠기반 모바일 로봇(20)에 대한 보다 효과적인 고정이 가능하게 된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇을 도시한 사시도이다. 도 8은 도 7의 휠기반 모바일 로봇을 평면상에서 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 휠기반 모바일 로봇(30)은 추가 회전부(700)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 휠기반 모바일 로봇(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 참조번호를 사용하며 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 휠기반 모바일 로봇(30)은 추가 회전부(700)를 더 포함한다.

상기 추가 회전부(700)는 제1 및 제2 추가 회전부들(710, 720)을 포함한다. 상기 제1 추가 회전부(710)는 상기 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200)의 사이, 즉 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)의 사이에 구비된다. 그리하여, 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)은 일체로 연장되지 않으며, 상기 제1 추가 회전부(710)에 의해 상대적으로 회전 가능하다 연결된다.

즉, 상기 제1 추가 회전부(710)는 다양한 형태의 회전유닛을 포함하고, 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)이 상기 제1 추가 회전부(710)에 연결된다. 그리하여, 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)은, 도 7에 도시된 초기상태에서, 상기 제1 방향(X)을 회전축으로 상대적으로 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 제2 추가 회전부(720)는 상기 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)의 사이, 즉 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)의 사이에 구비된다. 그리하여, 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)은 일체로 연장되지 않으며, 상기 제2 추가 회전부(720)에 의해 상대적으로 회전 가능하다 연결된다.

즉, 상기 제2 추가 회전부(720)는 다양한 형태의 회전유닛을 포함하고, 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)이 상기 제2 추가 회전부(720)에 연결된다. 그리하여, 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)은, 도 7에 도시된 초기상태에서, 상기 제1 방향(X)을 회전축으로 상대적으로 회전이 가능하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 추가 회전부들(710, 720)이 더 구비됨에 따라, 일체로 연결되었던 상기 제1 및 제2 수평 프레임들(140, 240)을 서로 회전 가능하다 분리하여 연결시키고, 마찬가지로 일체로 연결되었던 상기 제3 및 제4 수평 프레임들(340, 440)을 서로 회전 가능하다 분리하여 연결시킨다.

그리하여, 본 실시예에서의 상기 휠기반 모바일 로봇(30)은, 상기 중앙유닛(500), 상기 제1 구동유닛(100), 상기 제2 구동유닛(200), 상기 제3 구동유닛(300), 및 상기 제4 구동유닛(400)으로 구분되는 5-바디(body) 구조를 가지게 된다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 초기 상태를 기준으로, 상기 중앙유닛(500)에 대하여 상기 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200), 및 상기 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)은 상기 제2 방향(Y)을 중심축으로 회전이 가능하고, 상기 제1 및 제2 구동유닛들(100, 200)은 상기 제1 방향(X)을 중심축으로 상대적으로 회전이 가능하고, 상기 제3 및 제4 구동유닛들(300, 400)도 상기 제1 방향(X)을 중심축으로 상대적으로 회전이 가능하다.

나아가, 상기 제1 내지 제4 구동유닛들(100, 200, 300, 400) 각각의 제1 내지 제4 휠들 각각은, 상기 제1 방향(X)을 중심으로 회전하는 것은 물론, 제1 내지 제4 수평 프레임들에 대하여 상기 제3 방향(Z)을 중심으로 회전이 가능하게 된다.

이상과 같은, 5-바디 구조의 휠기반 모바일 로봇(30)을 통해, 보다 다양한 곡률을 가지는 공작물 상에서 다양한 위치로 위치하거나 이동할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 중앙유닛의 제1 및 제2 측들에 각각 독립적으로 회전 가능하다 한 쌍의 구동유닛들이 연결됨에 따라 , 3-바디 구조로써 특히 공작물이 곡면 형상을 가지는 경우 공작물에 최적으로 밀착되어 고정된 상태에서 작업을 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 휠기반 모바일 로봇은 모바일 가공기, 모바일 조립기 등과 같이 대형 공작물 상에서 작업을 수행하는 로봇에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10, 20, 30 : 휠기반 모바일 로봇
100, 200, 300, 400 : 제1, 제2, 제3, 제4 구동 유닛
500 : 중앙유닛 510 : 작업유닛
530, 540 : 제1, 제2 전자석부
610, 620 : 제1, 제2 중앙 회전부
710, 720 : 제1, 제2 추가 회전부

Claims

공작물 상에서 이동하며 작업을 수행하고,
상기 작업을 수행하는 작업유닛이 장착되는 중앙유닛;
상기 중앙유닛의 제1 측에 회전 가능하게 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠(wheel)을 포함하는 서로 한 쌍을 이루는 제1 및 제2 구동유닛;
상기 제1 측과 반대인 상기 중앙유닛의 제2 측에 회전 가능하게 연결되고, 각각은 상기 공작물 상에서 이동되는 휠을 포함하고 서로 한 쌍을 이루는 제3 및 제4 구동유닛;
상기 제1 및 제2 구동유닛을 상기 중앙유닛에 대하여 회전시키는 제1 중앙 회전부;
상기 제3 및 제4 구동유닛을 상기 중앙유닛에 대하여 회전시키는 제2 중앙 회전부; 및
상기 제1 및 제2 구동유닛 사이에서, 상기 제1 중앙회전부의 회전축과 수직한 축을 중심으로 상기 제1 및 제2 구동유닛을 상대적으로 회전시키는 제1 추가 회전부를 포함하고,
상기 제1 내지 제4 구동유닛은, 상기 중앙유닛이 작업을 수행하는 경우 자기력에 의해 상기 공작물에 고정되는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제1항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 공작물을 가공하는 가공 유닛인 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제1항에 있어서, 상기 중앙유닛은,
상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시켜, 상기 중앙유닛을 상기 공작물에 고정시키는 전자석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3 및 제4 구동유닛 사이에서, 상기 제2 중앙회전부의 회전축과 수직한 축을 중심으로 상기 제3 및 제4 구동유닛을 상대적으로 회전시키는 제2 추가 회전부를 더 포함하는 휠기반 모바일 로봇.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 중앙 회전부들, 및 상기 제1 및 제2 추가 회전부들은 각각 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 구동유닛 각각은,
상기 휠에 인접하게 위치하여 상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시켜, 상기 휠을 상기 공작물에 고정시키는 자석부; 및
상기 휠을 구동시켜 상기 휠을 상기 공작물 상에서 이동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제7항에 있어서,
상기 휠은 상기 공작물에 접하며, 상기 자석부는 상기 공작물과 소정의 간극을 유지하는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제7항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 구동유닛 각각은,
상기 휠, 상기 자석부 및 상기 구동부가 장착되는 프레임;
상기 중앙유닛의 제1 측 또는 제2 측과 연결되는 수평 프레임; 및
상기 수평 프레임에 대하여 상기 프레임을 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제9항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 구동유닛의 회전부들은 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.
제1항에 있어서,
상기 휠은 상기 공작물과의 사이에서 자기력을 발생시키는 자석휠이며,
상기 휠이 구동되지 않는 경우 상기 휠을 공작물에 고정시키는 것을 특징으로 하는 휠기반 모바일 로봇.