KR102429696B1 - 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단차 주행에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평지와 단차 주행이 가능한 옴니휠 바퀴장치 및 이를 포함하는 주행장치에 관한 것이다. 이를 위해, 지면과 접촉되는 영역이 옴니휠의 일부를 포함하는 옴니휠 세그먼트(210); 옴니휠 세그먼트(210)를 반경방향으로 이동시킬 수 있는 액츄에이터(160); 및 액츄에이터(160)의 일단이 고정되고, 중심으로 회전축(130)이 조립되는 휠드럼(140);을 포함하는 것을 특징으로 하는 단차 주행이 가능한 옴니휠 바퀴장치가 제공된다.

Description

험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇{A mobile robot wheel device capable of driving rough terrain and overcoming obstacles, and a mobile robot including the same}

본 발명은 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 바퀴를 장착한 운행장치(무인반송차량, AGV), 교통수단(자동차), 로봇은 평지의 주행이 원활한데 반해, 계단, 비포장도로, 나대지, 문턱, 험로와 같은 장애물의 극복이 원활하지 않거나 불가능했다.

이러한 단점을 극복하고자 무한궤도(캐터필더) 방식이 제안되었다. 그러나, 이러한 무한궤도 방식은 구조가 복잡하고 고속 주행이 어려우며, 부품수가 많아서 유지 보수가 비효율적이었다.

1. 대한민국 실용신안 등록 제 20-0232858호(휠체어 전륜의 고무밸트바퀴 장치), 2. 대한민국 특허공개 제 10-2009-0103357호(계단 주행이 가능한 휠체어 및 그 바퀴).

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 비포장길, 언덕길, 야외와 같은 험지에서 주행이 가능하고, 계단, 문턱과 같은 장애물의 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 앞바퀴와 뒷바퀴를 옴니휠로 구성함으로써 종래의 캐스터 휠에 비해 로봇 내부의 공간 활용도가 뛰어난 모바일 로봇의 바퀴 장치 및 이를 포함하는 모바일 로봇을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 모바일 로봇(100)의 바퀴 장치에 있어서, 모바일 로봇(100)에 구비되는 제 1 옴니휠(200a); 모바일 로봇(100)에 구비되는 제 2 옴니휠(200b); 제 1 옴니휠(200a)과 제 2 옴니휠(200b) 사이에 구비되는 중간휠(120); 제 1옴니휠(200a)과 상기 중간휠(120)을 연결하는 휠링크(130); 모바일 로봇(100)과 상기 휠링크(130) 사이에 연결되는 제 1 서스펜션(140); 및 제 1 서스펜션(140)의 인근에서 상기 모바일 로봇(100)과 상기 휠링크(130) 사이에 연결되는 제 2 서스펜션(150);을 포함하는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치가 제공된다.

또한, 제 1 옴니휠(200a) 및 제 2 옴니휠(200b)은 5개 ~ 10개가 옴니휠 세그먼트(210)가 원주방향으로 배열되어 있다.

또한, 제 1 옴니휠(200a)은 구동 휠일 수 있고, 그리고/또는 중간휠(120)은 구동 휠일 수 있다.

또한, 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 모바일 로봇(100) 및 휠링크(130)에 대해 상대 회전 가능하도록 설치된다.

또한, 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b), 휠링크(130), 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 모바일 로봇(100)의 양측에 각각 구비된다.

본 발명의 목적은 전술한 바퀴 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇에 의해서도 달성될 수 있다.

또한, 모바일 로봇은 물류로봇, 전동카트, 무인반송차량, 휠체어 중 하나이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 비포장길, 언덕길, 야외와 같은 험지에서 주행이 가능하고, 계단, 문턱과 같은 장애물의 극복이 가능하다. 이를 통해 물류로봇에 응용할 경우 효율적인 배송이 이루어질 수 있다.

아울러, 앞바퀴와 뒷바퀴를 옴니휠로 구성함으로써 종래의 캐스터 휠에 비해 로봇 내부의 공간 활용도가 뛰어나다. 따라서, 배터리의 용량을 증대하거나 다양한 부품을 배치할 수 있다.

또한, 옴니휠을 적용하여 제자리 또는 협소공간에서도 주행과 회전이 가능하다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 바퀴 장치를 포함하는 모바일 로봇(100)의 측면도,
도 2는 도 1에 도시된 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b)의 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 장애물(60)을 오르는 상태를 나타내는 측면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 바퀴 장치를 포함하는 모바일 로봇(100)의 측면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 로봇(100)은 자율 주행장치의 일예이다. 모바일 로봇(100)의 구체적인 응용으로는 전동카트, 휠체어, 무인반송차량(AGV) 등이 될 수 있다.

모바일 로봇(100)은 전방에 한쌍의 제 1 옴니휠(200a)을 갖는다. 제 1 옴니휠(200a)은 구동휠일 수 있고, 한쌍의 제 1 옴니휠(200a)은 독립적으로 회전하여 조향할 수 있다. 한쌍의 제 1 옴니휠(200a)은 독립적으로 정역 회전이 가능하다. 한쌍의 제 1 옴니휠(200a)은 모바일 로봇(100)의 최전방 보다 앞쪽으로 돌출되도록 배치된다.

모바일 로봇(100)은 후방에 한쌍의 제 2 옴니휠(200b)을 갖는다. 제 2 옴니휠(200b)은 구동휠일 수 있고, 한쌍의 제 2 옴니휠(200b)은 독립적으로 회전하여 조향할 수 있다. 한쌍의 제 2 옴니휠(200b)은 독립적으로 정역 회전이 가능하다. 제 2 옴니휠(200b)은 제 1 옴니휠(200a)과 연동하여 구동할 수 있다. 한쌍의 제 2 옴니휠(200b)은 모바일 로봇(100)의 최후방 보다 뒤쪽으로 돌출되도록 배치된다.

중간휠(120)은 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b) 사이에 위치하며, 구동휠이거나 아이들 휠일 수 있다.

모바일 로봇(100)에는 6개의 휠이 배치되고 각각 6개의 서보모터(미도시)로 구동될 수 있다. 필요에 따라 휠은 더 증대될 수 있다. 서보모터는 휠링크(130)에 탑재될 수 있다.

휠링크(130)는 제 1 옴니휠(200a)과 중간휠(120)을 연결하여 지지한다. 제 1 서스펜션(140)의 일단은 모바일 로봇(100)에 회동 가능하게 연결되고, 타단은 휠링크(130)에 회동 가능하게 연결된다. 제 2 서스펜션(150)의 일단은 모바일 로봇(100)에 회동 가능하게 연결되고, 타단은 휠링크(130)에 회동 가능하게 연결된다. 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 충격을 흡수하기 위한 댐퍼와 스프링을 내장한다. 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 서로 평행하게 설치될 수도 있고, 선택적으로 제 2 서스펜션(150)은 수직하게 설치되고, 제 1 서스펜션(140)은 제 2 서스펜션(150)에 대해 경사지도록(예 : 경사각 10 ~ 30°) 설치될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 옴니휠 세그먼트(210)는 옴니휠(200) 둘레를 6분할하는 원호의 형상을 갖는다. 휠드럼(220)의 중심에는 회전축이 조립되어 토오크를 전달한다. 휠드럼(220)의 원주방향으로는 6~ 10개의 옴니휠 세그먼트(210)가 설치된다. 옴니휠 세그먼트(210)는 원을 6분할한 원호 형상을 이루고 있다. 옴니휠 세그먼트(210)의 가장 바깥쪽(최외곽)에는 롤러가 구비된다. 롤러는 고무, 합성수지재(예 : 우레탄) 또는 금속(예 : 알루미륨)으로 제작된다. 롤러는 원주방향에 대해 경사지도록 설치되고, 회전 가능하다.

실시예의 동작

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 도 1과 같은 평지의 지면(50)에서는 각각 한쌍의 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b)과 중간휠(120)이 지면(50)에 닿은 채로 회전하게 된다. 지면(50)은 아스팔트나 콘크리트와 같은 도로, 보도블록과 같은 보행로, 실내의 복도, 트랙 등이 일예이다. 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b)과 중간휠(120)은 원활한 주행(예 : 진동없고, 소음 적고, 미끄러짐 없는 주행)이 가능하며, 조향도 이루어질 수 있다. 특히, 옴니휠(200)의 특성으로 인해 제자리 회전 또는 좁은 공간 내에서의 회전이 자유롭다. 이 때, 휠링크(130)는 수평을 유지하고, 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 주행중의 충격을 흡수한다.

도 3은 도 1에 도시된 모바일 로봇(100)이 장애물(60)을 오르는 상태를 나타내는 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 계단이나 단차, 험로 등과 같은 장애물(60)을 만나게 되면, 제 1 옴니휠(200a)이 먼저 닿으면서 회전하게 되어 모바일 로봇(100)의 앞부분을 들어 올린다. 이때, 휠링크(130)는 기울어지면서 중간휠(120)은 지면(50)으로부터 떨어질 수 있다. 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b)의 지속적인 구동으로 인해 모바일 로봇(100)의 전방이 점차 들려진다. 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 장애물(60)과의 충돌시 발생한 충격을 흡수하면서 휠링크(130)와 모바일 로봇(100) 사이의 기울기 차이를 부드럽게 지지하게 된다. 그리고, 장애물(60)을 모두 극복하였을 때에는 제 1, 2 서스펜션(140, 150)의 복원력으로 인해 모바일 로봇(100)과 휠링크(130)는 다시 수평으로 평행인 상태로 돌아올 수 있다. 이러한 과정은 장애물(60)을 내려갈 때도 동일하다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

50 : 지면,
60 : 장애물,
100 : 로봇,
120 : 중간휠,
130 : 휠링크,
140 : 제 1 서스펜션,
150 : 제 2 서스펜션,
200a : 제 1 옴니휠,
200b : 제 2 옴니휠,
210 : 옴니휠 세그먼트,
220 : 휠드럼.

Claims (9)

1. 모바일 로봇(100)의 바퀴 장치에 있어서,
   상기 모바일 로봇(100)에 구비되는 제 1 옴니휠(200a);
   상기 모바일 로봇(100)에 구비되는 제 2 옴니휠(200b);
   상기 제 1 옴니휠(200a)과 상기 제 2 옴니휠(200b) 사이에 구비되는 중간휠(120);
   상기 제 1옴니휠(200a)과 상기 중간휠(120)을 연결하는 휠링크(130);
   상기 모바일 로봇(100)과 상기 휠링크(130) 사이에 연결되는 제 1 서스펜션(140); 및
   상기 제 1 서스펜션(140)의 인근에서 상기 모바일 로봇(100)과 상기 휠링크(130) 사이에 연결되는 제 2 서스펜션(150);을 포함하는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 옴니휠(200a) 및 상기 제 2 옴니휠(200b)은 복수개의 옴니휠 세그먼트(210)가 원주방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 옴니휠 세그먼트(210)는 5개 ~ 10개가 원주방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 옴니휠(200a)은 구동 휠인 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 중간휠(120)은 구동 휠인 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 상기 모바일 로봇(100) 및 상기 휠링크(130)에 대해 상대 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1, 2 옴니휠(200a, 200b), 상기 휠링크(130), 상기 제 1, 2 서스펜션(140, 150)은 상기 모바일 로봇(100)의 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 험지 주행 및 장애물 극복이 가능한 모바일 로봇의 바퀴 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 바퀴 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 모바일 로봇은 물류로봇, 전동카트, 무인반송차량, 휠체어 중 하나인 것을 특징으로 하는 모바일 로봇.

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