KR102069355B1 - 전방향 주행 로봇 및 로봇의 주행 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향 주행 로봇 및 이를 포함하는 로봇의 주행 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전방향 주행 로봇은 프레임; 상기 프레임의 저면 사방(四方)에 설치되는 주행바퀴; 및 상기 프레임의 저면에 전후방으로 한 쌍이 각각 설치되고, 수직방향으로 설치된 회전축을 중심으로 회전되며, 양측에는 전방 또는 후방으로 구동되도록 제어되는 구동바퀴가 장착되는 구동유닛을 포함할 수 있다.

Description

전방향 주행 로봇 및 로봇의 주행 시스템{OMNI-DIRECTIONAL DRIVING ROBOT AND DRIVING SYSTEM FOR ROBOT}

본 발명은 전방향 주행 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방향(전후, 좌우, 사선, 제자리회전)으로 주행이 가능한 전방향 주행 로봇 및 로봇의 주행 시스템에 관한 것이다.

전방향으로 주행이 가능한 주행 로봇은, 4개의 바퀴가 각각의 독립된 모터에 의해 제어됨으로써 자동차와는 달리 전진/후진주행, 측면주행, 사선주행, 제자리회전 등이 가능하게 된다.

이러한 전방향 주행 로봇은 4개의 바퀴에 주행모터뿐만 아니라 조향을 위한 조향모터, 조향기어 등이 설치되고, 조향모터의 제어에 의해 상술한 전방향 주행을 하게 된다. 즉, 각각의 바퀴마다 별도의 구동부를 설치하여 제어하여야 하는 방식으로 전방향 주행 제어가 이루어지고 있었다.

종래의 전방향 주행 로봇의 경우 이상에서 설명한 바와 같이 4개의 바퀴마다 주행모터, 조향모터가 설치되어야 하기 때문에 구조가 복잡해지고 무게도 커져 방향전환시 바퀴에서 슬립이 발생할 가능성이 높아 정밀한 주행이 어려운 문제가 있었다. 따라서, 종래보다 간단한 구조를 가지고도 전방향 주행 제어가 용이한 로봇의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0849413호(2008.07.24)

본 발명은 바퀴마다 별도의 조향장치가 설치되지 않고 보다 간단한 구조를 통해 전방향 주행이 용이한 전방향 주행 로봇 및 로봇의 주행 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 전방향 주행 로봇은 프레임; 상기 프레임의 저면 사방(四方)에 설치되는 주행바퀴; 및 상기 프레임의 저면에 전후방으로 한 쌍이 각각 설치되고, 수직방향으로 설치된 회전축을 중심으로 회전되며, 양측에는 전방 또는 후방으로 구동되도록 제어되는 구동바퀴가 장착되는 구동유닛을 포함할 수 있다.

전진/후진 주행은 4개의 상기 구동바퀴가 같은 방향으로 구동됨으로써 수행될 수 있다.

측면 주행, 사선 주행 및 제자리 회전 주행은 1차적으로 각각의 구동유닛에 장착된 구동바퀴가 서로 다른 방향으로 구동된 후, 2차적으로 각각의 구동유닛에 장착된 구동바퀴의 구동방향을 제어함으로써 수행될 수 있다.

상기 구동유닛은, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 결합되는 회전축; 상기 회전축의 상부에 결합되는 엔드캡; 및 상기 엔드캡의 상부에 결합되고, 상기 구동바퀴의 구동방향을 제어하는 엔코더를 포함할 수 있다.

상기 회전축의 하단에 방사상으로 연장된 플랜지의 상면에 결합되는 스러스트 베어링; 및 상기 회전축의 상부 가장자리를 감싸도록 결합되는 볼베어링을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 로봇의 주행 시스템은 바닥면에 격자 형태로 표시되는 주행 라인; 상기 주행 라인을 따라 주행하고, 하면에 카메라가 설치되는 전방향 주행 로봇; 및 상기 주행 라인의 교차점에 표시되고, 상기 카메라에서 촬영을 하여 정주행 여부를 식별하기 위한 주행 식별표지를 포함할 수 있다.

상기 주행 식별표지는 QR코드일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 바퀴마다 별도의 조향장치가 설치되지 않고 보다 간단한 구조를 통해 전방향 주행이 용이하고 낮은 차체구조를 가질 수 있다.

또한, 방향전환 시 발생하는 바퀴의 슬립을 최소화하여 정밀한 주행이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 주행 로봇의 분해 사시도.
도 2는 구동유닛의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 주행 시스템을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 전진/후진 주행을 하는 것을 보인 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 측면 주행을 하는 것을 보인 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 사선 주행을 하는 것을 보인 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 회전 주행을 하는 것을 보인 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 전방향 주행 로봇 및 로봇의 주행 시스템의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 주행 로봇의 분해 사시도이고, 도 2는 구동유닛의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 주행 시스템을 보인 도면이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 전방향 주행 로봇은 프레임(10); 상기 프레임(10)의 저면 사방(四方)에 설치되는 주행바퀴(20); 및 상기 프레임(10)의 저면에 전후방으로 한 쌍이 각각 설치되고, 수직방향으로 설치된 회전축(36)을 중심으로 회전되며, 양측에는 전방 또는 후방으로 구동되도록 제어되는 구동바퀴(54)가 장착되는 구동유닛(30)을 포함할 수 있다.

프레임(10)은 주행 로봇의 몸체를 형성하는 부분으로서, 대략 사각형의 가장자리를 형성하도록 제조될 수 있다. 그리고, 프레임(10)의 내측에는 가로방향으로 보강부재(12)가 연결될 수 있다. 보강부재(12)는 프레임(10)의 강성을 보강하는 역할 뿐만 아니라, 후술할 다양한 브라켓들이 결합되는 부분으로서의 역할도 수행한다.

프레임(10)의 저면 사방(꼭지점 부분)에는 바퀴 브라켓(14)이 결합된다. 바퀴 브라켓(14)의 하면에는 주행바퀴(20)가 축을 중심으로 회전이 되면서 전후방으로 회전되게 설치된다.

그리고, 2개의 보강부재(12)의 하면 중앙에는 구동유닛 브라켓(16)이 설치된다. 본 실시예에서 보강부재(12)는 프레임(10)의 전방 및 후방 측에 2개가 소정의 간격을 가지고 설치되며, 한 쌍의 보강부재(12)의 하면 중앙에 각각 구동유닛 브라켓(16)이 설치된다. 구동유닛 브라켓(16)은 하면에 구동유닛(30)이 설치되는 부분으로서, 중앙에는 원형의 개구부(18)가 형성된다. 개구부(18)는 전기적인 연결을 위해 전선 등이 관통하는 부분이다.

도 2를 참조하면, 구동유닛(30)은, 베이스 플레이트(32); 상기 베이스 플레이트(32)에 결합되는 회전축(36); 상기 회전축(36)의 상부에 결합되는 엔드캡(44); 및 상기 엔드캡(44)의 상부에 결합되고, 상기 구동바퀴(54)의 구동방향을 제어하는 엔코더(60)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 베이스 플레이트(32)의 중앙에는 원형의 개구부(34)가 형성된다. 베이스 플레이트(32)의 개구부(34)는 구동유닛 브라켓(16)의 개구부(18)와 같이 전선 등이 관통하는 부분이다.

회전축(36)은 하단에는 플랜지(37)가 방사상으로 연장되어 형성되고, 플랜지(37)가 스크류에 의해 베이스 플레이트(32)의 상면에 결합된다. 회전축(36)은 구동유닛 브라켓(16)의 개구부(18), 베이스 플레이트(32)의 개구부(34)와의 연통을 위해서 중앙부가 중공형으로 형성된다.

또한, 플랜지(37)의 상면 중 회전축(36)의 외주면에 인접한 홈에는 축방향 하중을 견디기 위한 스러스트 베어링(38)이 결합된다. 회전축(36)의 상부에는 볼베어링(42)이 결합되는데, 볼베어링(42)은 베어링 하우징(40)의 내측에 결합된다.

그리고, 회전축(36)의 상부에는 엔드캡(44)이 결합된다. 엔드캡(44)의 엔코더(60)와의 결합을 위한 부분으로서, 중앙에는 결합을 위한 결합돌기(46)가 상방으로 돌출되어 형성된다.

또한, 베이스 플레이트(32)의 하면 양측에는 모터 브라켓(52)이 직립하여 설치되고, 모터 브라켓(52)에는 구동모터(50)가 결합된다. 구동모터(50)의 모터축에는 구동바퀴(54)가 각각 설치된다. 구동모터(50)는 엔코더(60)와 전기적으로 연결되어 구동신호를 전달받게 되고, 구동모터(50)는 양측에 장착된 구동바퀴(54)를 전방 또는 후방으로 구동시킨다.

엔드캡(44)의 결합돌기(46)에는 커플링(64)을 통해 엔코더(60)가 결합된다. 엔코더(60)는 엔코더 브라켓(62)에 설치되는 것으로서, 메인기판으로부터 신호를 전달받아 구동바퀴(54)의 구동방향을 제어하게 된다.

본 실시예에서 구동유닛(30)은 상술한 바와 같이 전방 및 후방에 설치되고, 구동바퀴(54)의 구동방향은 엔코더(60)에 의해 제어되며 전방 또는 후방으로 제어됨으로써 구동유닛(30)의 회전 또한 제어된다. 즉, 구동바퀴(54)마다 조향을 위한 조향모터, 조향기어 등이 구비되는 것이 아니고 구동바퀴(54) 2개로 구성되는 하나의 구동유닛(30)에 구동바퀴(54)의 구동방향을 제어를 위한 엔코더(60)만 설치된다.

따라서, 본 실시예에 의한 구동유닛(30)은 조향모터와 같은 별도의 조향동력이 없이 간단한 구조를 통하여 구동바퀴(54)의 구동방향 제어만으로 전방향(전후, 측면, 사선, 제자리회전) 주행이 가능한 장점이 있다. 더욱이, 구동유닛(30)은 조향모터, 조향기어와 같은 조향구조가 없기 때문에 낮은 차체구조를 가질 수 있고, 방향전환 시 발생하는 구동바퀴(54)의 슬립이 최소화되기 때문에 정밀주행이 가능하다.

다시 말해, 구동유닛(30) 각각에는 1개의 엔코더(60)와 2개의 구동바퀴(54)가 설치되고, 구동바퀴(54)의 구동방향 제어의 다양한 조합을 통하여 전방향 주행이 가능한 것이다. 이에 대해서는 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이상에서 설명한 주행 로봇은 상부에 무거운 중량물을 탑재하여 이송하는 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 로봇의 주행 시스템은 바닥면에 격자 형태로 표시되는 주행 라인(70); 상기 주행 라인(70)을 따라 주행하고, 하면에 카메라(80)가 설치되는 전방향 주행 로봇; 및 상기 주행 라인(70)의 교차점에 표시되고, 상기 카메라(80)에서 촬영을 하여 정주행 여부를 식별하기 위한 주행 식별표지(72)를 포함할 수 있다.

주행 라인(70)은 주행 로봇이 작업하는 작업공간의 바닥면에 표시되는 것으로서, 격자 형태로 표시될 수 있다. 그리고, 주행 라인(70)의 격자가 교차하는 교차점에는 주행 식별표지(72)가 표시된다. 주행 식별표지(72)는 위치정보를 제공하기 위한 표지로서, QR코드와 같은 식별표지가 사용될 수 있다.

주행 로봇의 하면에는 카메라(80)가 설치되는데, 카메라(80)는 주행 로봇이 이동되는 과정에서 바닥면에 표시된 주행 식별표지(72)를 식별하게 된다. 만약에 카메라(80)에서 주행 식별표지(72)를 정위치에서 촬영하게 되면 주행 로봇은 정해진 주행방향을 따라 이동하게 된다. 즉, 현재 주행 로봇이 정방향으로 주행을 하고 있는지를 확인하기 위해 주행 식별표지(72)를 식별하는 것이다. 이와 같은 구성에 의하여 주행 로봇이 예정된 경로를 따라 정주행하는 것을 가이드하는 것이 가능해진다.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전방향 주행 로봇의 주행 과정을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 전진/후진 주행을 하는 것을 보인 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 측면 주행을 하는 것을 보인 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 사선 주행을 하는 것을 보인 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전방향 주행 로봇이 회전 주행을 하는 것을 보인 도면이다.

본 도면에서 프레임(10)의 길이방향은 전진/후진 방향을 나타내는데, 좌측방향을 전진방향, 우측방향을 후진방향으로 정의한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 전방향 주행 로봇이 전진/후진 주행을 하는 경우 엔코더(60)에 의해 각각의 구동바퀴(54)는 전방 또는 후방으로 구동 제어된다. 즉, 4개의 구동바퀴(54) 모두는 같은 방향으로 구동된다. 그러면, 전방향 주행 로봇은 전진/후진 주행을 수행하게 된다.

다음으로, 도 5를 참조하면, 전방향 주행 로봇이 측면 주행을 하는 경우 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 구동유닛(30)에 장착된 구동바퀴(54)는 서로 다른 방향으로 구동된다. 그러면, 구동유닛(30)이 반시계방향으로 90°만큼 회전하게 된다. 이 상태에서 (b)에 도시된 바와 같이 4개의 구동바퀴(54)가 전방 또는 후방으로 구동되면 좌측면 또는 우측면 주행을 수행하게 된다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 전방향 주행 로봇이 사선 주행을 하는 경우 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 구동유닛(30)에 장착된 구동바퀴(54)는 구동유닛(30)이 반시계방향으로 45°만큼 회전될 때까지 서로 다른 방향으로 구동된다. 이 상태에서 (b)에 도시된 바와 같이 4개의 구동바퀴(54)가 전방 또는 후방으로 구동되면 사선 주행을 수행하게 된다.

끝으로, 도 7을 참조하면, 전방향 주행 로봇이 제자리 회전 주행을 하는 경우 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 구동유닛(30)에 장착된 구동바퀴(54)는 구동유닛(30)이 반시계방향으로 90°만큼 회전될 때까지 서로 다른 방향으로 구동된다. 이 상태에서 (b)에 도시된 바와 같이 전방에 배치된 구동유닛(30)의 구동바퀴(54)는 전방으로 구동되고 후방에 배치된 구동유닛(30)의 구동바퀴(54)는 후방으로 구동되면 중심점에서 회전 모멘트가 발생하면서 제자리 회전 주행을 수행하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 전방향 주행 로봇의 전진/후진 주행은 하나의 단계로 수행되는 반면, 측면 주행, 사선 주행 및 제자리 회전 주행은 2개의 단계를 거쳐 이루어지는 것을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 프레임 12 : 보강부재
14 : 바퀴 브라켓 16 : 구동유닛 브라켓
18 : 개구부 20 : 주행바퀴
30 : 구동유닛 32 : 베이스 플레이트
34 : 개구부 36 : 회전축
37 : 플랜지 38 : 스러스트 베어링
40 : 베어링 하우징 42 : 볼베어링
44 : 엔드캡 46 : 결합돌기
50 : 구동모터 52 : 모터 브라켓
54 : 구동바퀴 60 : 엔코더
62 : 엔코더 브라켓 64 : 커플링
70 : 주행라인 72 : 주행 식별표지
80 : 카메라

Claims (7)

1. 프레임;
   상기 프레임의 저면 사방(四方)에 설치되는 주행바퀴; 및
   상기 프레임의 저면에 전후방으로 한 쌍이 각각 설치되고, 수직방향으로 설치된 회전축을 중심으로 회전되는 구동유닛을 포함하고,
   상기 구동유닛은 양측에 장착되어 전방 또는 후방으로 구동되도록 제어되는 구동바퀴를 포함하며,
   상기 회전축은 상기 구동바퀴의 사이에 위치하되, 상기 회전축의 연장선은 상기 구동바퀴의 회전 중심이 되는 축과 교차하고,
   전진/후진 주행은 4개의 상기 구동바퀴가 같은 방향으로 구동됨으로써 수행되며,
   측면 주행, 사선 주행 및 제자리 회전 주행은 1차적으로 각각의 구동유닛에 장착된 구동바퀴가 서로 다른 회전 방향으로 구동된 후, 2차적으로 각각의 구동유닛에 장착된 구동바퀴의 구동방향을 전방 또는 후방으로 구동되도록 제어함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 전방향 주행 로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동유닛은,
   베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트에 결합되는 상기 회전축;
   상기 회전축의 상부에 결합되는 엔드캡; 및
   상기 엔드캡의 상부에 결합되고, 상기 구동바퀴의 구동방향을 제어하는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 주행 로봇.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 회전축의 하단에 방사상으로 연장된 플랜지의 상면에 결합되는 스러스트 베어링; 및
   상기 회전축의 상부 가장자리를 감싸도록 결합되는 볼베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 주행 로봇.
6. 바닥면에 격자 형태로 표시되는 주행 라인;
   상기 주행 라인을 따라 주행하고, 하면에 카메라가 설치되는 제1항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 따른 전방향 주행 로봇; 및
   상기 주행 라인의 교차점에 표시되고, 상기 카메라에서 촬영을 하여 정주행 여부를 식별하기 위한 주행 식별표지를 포함하는 로봇의 주행 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 주행 식별표지는 QR코드인 것을 특징으로 하는 로봇의 주행 시스템.

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