KR102451381B1 - 이동로봇의 횡방향 이동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동로봇의 횡방향 이동 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이동로봇 본체(10) 하부의 무한궤도륜(20, 20a) 사이에서 지면에 접촉 및 이격 가능하게 설치되는 구동바퀴(430)와, 상기 구동바퀴(430)를 구동하기 위한 제2 구동수단 및 상기 구동바퀴(430)를 지면에 접촉시키고 지면으로부터 이격시키기 위한 승강수단과, 무한궤도륜(20, 20a)의 횡방향 이동시 마찰을 최소화하기 위해 무한궤도륜(20, 20a)에 형성되는 복수의 구름바퀴(360)를 포함하여 무한궤도륜이 적용되는 이동로봇이 전후좌우로 이동할 수 있게 되는 것이다.

Description

이동로봇의 횡방향 이동 장치{Laterally movement device of mobile robot}

본 발명은 이동로봇의 횡방향 이동 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 이동로봇의 이동을 위해 설치되는 무한궤도륜의 전후 이동방향에 대하여 교차하는 방향으로 구동바퀴가 형성되고, 무한궤도륜에는 마찰을 최소화하는 구름바퀴가 형성되어 이동로봇이 전·후 방향뿐만 아니라 좌·우 방향으로 신속하게 이동할 수 있는 이동로봇의 횡방향 이동 장치에 관한 것이다.

이동로봇의 움직임은 주로 바퀴의 구름에 의해 발생하지만 바퀴로 움직일 수 없는 환경에서는 트랙형 무한궤도륜을 사용한다. 무한궤도륜을 사용하는 이동로봇은 포크레인이나 탱크 등과 같이 움직임이 상대적으로 느리지만 바닥의 상태에 의존하지 않는 전천후적인 환경에 적합하다.

하지만 무한궤도륜의 단점은 측면으로 이동이 불가능하다는 것이다. 물론 굴러가는 바퀴도 측면으로의 이동이 구속되어 있지만 전 방향 움직임을 설계할 수 있다. 무한궤도륜을 이용하는 이동로봇의 경우 측면으로 이동이 불가능하더라도 본체가 360°회전할 수 있게 하면 정위치에서 본체를 회전시키며 의도하는 작업을 할 수 있다.

그러나, 본체가 정위치에서 회전된 범위에 작업 영역이 한정되는 문제점이 있다.

KR 10-1877837 B1 (2018.07.06) KR 10-2015-0014057 A (2015.02.06) KR 10-1769111 B1 (2017.08.17)

본 발명의 목적은 캐터필러로 이동하는 이동로봇에서 전·후 방향으로만 이동할 수 있는 캐터필러의 한계를 극복하고자, 좌·우 방향으로 이동할 수 있는 장치를 구현함으로써 전·후·좌·우 방향으로 이동할 수 있는 이동로봇을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 기술적 과제에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명은 무한궤도륜이 사용되는 이동로봇에서 무한궤도륜에 야러개의 소형 구름바퀴를 부착하고, 측면으로 구동하기 하기 위한 추가적인 구동기를 설치하여 이동로봇이 측면으로 움직일 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 이동로봇 본체의 좌우측에 무한궤도륜이 설치되고, 상기 이동로봇 본체에 내장되어 상기 무한궤도륜을 구동하는 제1 구동수단을 포함하는 이동로봇에 있어서, 이동로봇 본체 하부의 무한궤도륜 사이에서 지면에 접촉 및 이격 가능하게 설치되는 구동바퀴와, 상기 구동바퀴를 구동하기 위한 제2 구동수단 및 상기 구동바퀴를 지면에 접촉시키고 지면으로부터 이격시키기 위한 승강수단을 포함하며, 무한궤도륜의 횡방향 이동시 마찰을 최소화하기 위해 무한궤도륜에 형성되는 복수의 구름바퀴를 포함하는 것이다.

본 발명의 기술적 특징에 따르면, 상기 구름바퀴는 무한궤도륜의 진행방향에 나란하게 고정되는 고정축에 회전 가능하게 고정되어 무한궤도륜의 진행방향에 교차하는 방향으로 이동 가능하게 되면서, 이동로봇의 횡 방향 이동을 안내할 수 있게 되는 것을 포함한다.

본 발명의 기술적 특징에 따르면, 상기 무한궤도륜은 복수의 트랙체인이 링크로 연결되는 구조를 가지되, 상기 트랙체인은 양쪽의 커넥터가 일체로 형성되는 중간부를 가지며, 상기 중간부 상에는 구름바퀴를 고정하기 위해 적어도 2개의 허브가 형성되고, 상기 구름바퀴는 상기 허브에 삽입지지되는 고정축에 회전 가능하게 고정되는 것을 포함한다.

본 발명의 기술적 특징에 따르면, 상기 트랙체인의 내측면은 2개의 구동스프로킷휠의 접촉 영역을 형성하며, 2개의 구동스프로킷휠의 치형에 접촉되며 맞물리는 치홈이 형성되는 것을 포함한다.

본 발명의 기술적 특징에 따르면, 상기 제2 구동수단은 제2 모터와; 상기 제2 모터의 동력을 감속시키는 감속기를 구비하고, 상기 감속기의 동력으로 회전하는 한 쌍의 베벨기어를 포함하며, 상기 베벨기어의 종동측 베벨기어는 구동바퀴가 고정된 구동축에 고정되어 구동바퀴를 구동시킬 수 있게 되는 것을 포함한다.

본 발명의 기술적 특징에 따르면, 상기 승강수단은 제3 모터와; 상기 제3 모터의 회전동력을 직선왕복운동으로 변환시키는 직선이동기구를 포함하며, 상기 직선이동기구는 이동로봇의 전후방 주행시 구동바퀴를 지면으로부터 이격시켜 무한궤도륜에 의한 주행이 가능하게 되고, 이동로봇의 횡방향 주행시 구동바퀴를 지면에 접촉시켜 구름바퀴에 의한 횡방향 주행이 가능하게 되는 것을 포함한다.

이와 같은 본 발명은 구동바퀴가 제2 구동수단에 의해 구동하면서, 승강수단에 의해 승강되며 지면에 접촉하고 이격되는데, 무한궤도륜에 의한 전후방 이동시 지면에서 이격되어 있고, 횡방향 이동시에는 지면에 접촉되어 횡방향 이동을 가능하게 한다.

한편, 무한궤도륜에는 구동바퀴의 지면 접촉 및 이격과 상관없이 언제나 지면에 접촉하게 되는 구름바퀴가 형성되어, 이 구름바퀴가 전후방향 이동시 무한궤도륜과 함께 궤도상에서 회전하며, 횡방향 이동시 좌우이동방향으로 구름운동을 하며 무한궤도륜의 마찰을 감소시켜주며 횡방향 이동을 가능하게 한다.

본 발명에 의하면, 무한궤도륜이 적용되는 이동로봇을 전후 방향뿐만 아니라 좌우방향 또는 전방향으로 신속하게 이동시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 이동로봇의 사시도
도 2는 본 발명이 적용된 이동로봇의 저면을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 트랙체인의 일부 분해 사시도
도 4는 본 발명의 트랙체인이 결합되는 상태를 나타낸 평면도
도 5는 본 발명의 구름바퀴가 지면에 접촉되는 상태를 나타낸 확대 측면도
도 6은 본 발명의 제2 구동수단을 나타낸 사시도
도 7은 본 발명이 적용된 이동로봇의 정면도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열에 의해 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1”, "제2”와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구범위에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 이동로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명이 적용된 이동로봇의 저면을 나타낸 사시도를 나타내고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이동로봇 본체(10)는 제1 구동수단을 구비하며, 하부 양쪽에는 무한궤도륜(20, 20a)이 형성된다.

제1 구동수단은 제 1구동모터와 동력전달을 위한 구동스프로킷휠 및 동력전달요소 들을 포함하며, 이러한 제1 구동수단은 공지된 구조로 도면의 도시와 구체적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 트랙체인의 일부 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 트랙체인이 결합되는 상태를 나타낸 평면도이다.

도 3을 참조하면, 무한궤도륜(20, 20a)은 주지된 구조와 같이 복수의 트랙체인(30)이 무한궤도상에 링크로 연결되는 구조를 가진다.

각각의 트랙체인(30)은 또한 주지된 구조와 같이 몸체를 이루는 중간부(300)의 양쪽 측면에 각각 적어도 2개의 커넥터(310, 311, 312, 313)가 일체로 형성되어 연속적으로 연결될 수 있게 된다.

커넥터(310, 311, 312, 313)는 원통형으로 형성되면서, 중앙에는 연결핀(330)이 삽입되는 핀공(320, 321, 322, 323)이 동심축상에 천공되어 하나의 연결핀(330)이 일측에 형성된 2개의 커넥터(310, 311)와 다른 일측의 커넥터(312, 313)에 각각 삽입되어 복수의 트랙체인(30)이 연결될 수 있게 된다.

또한, 커넥터(310, 311, 312, 313)는 이웃하는 트랙체인(30a, 30b)이 결합될 수 있도록 일측에 형성되는 커넥터(310, 311)와 다른 일측에 형성되는 커넥터(312, 313)가 서로 엇갈리는 위치에 형성되면서 삽입부(340, 341, 342, 343)가 형성된다.

도 4에서 보듯이, 트랙체인(30)은 이 삽입부(340, 341, 342, 344)를 통해 이웃하는 일측의 커넥터(30a, 30b)가 삽입되어 핀공(311, 321, 331, 341)에 삽입되는 연결핀(330)에 의해 연결되어 무한궤도륜(20, 20a)을 형성하게 된다.

상기 트랙체인(30)의 내측면은 2개의 구동스프로킷휠(21, 21a)의 접촉 영역을 형성하며, 2개의 구동스프로킷휠(21, 21a)의 치형에 접촉되며 맞물리는 치홈(350)이 형성된다.

복수의 트랙체인(30)은 링크 연결 구조에 의하여 전후 방향으로 이동하는 무한궤도륜(20, 20a)의 동작 신뢰성을 유지하면서 횡방향 이동이 가능한 부가적인 구조를 구비한다.

본 발명은 무한궤도륜을 사용하는 이동로봇에서 무한궤도륜의 구동상의 한계, 즉, 무한궤도륜의 구조적 특성상 전·후 방향으로만 이동할 수 있고, 좌·우 방향으로 이동할 수 없었던 구조적 한계를 극복하고자 전·후·좌·우 방향으로 이동할 수 있는 이동로봇을 제공하고자 하는 것이므로, 다음의 실시예에서는 횡방향 이동을 위한 제2 구동수단과 승강수단 및 횡방향 이동을 가능하도록 무한궤도륜에 부여되는 구름바퀴(360)와 같은 신규한 구성들에 대해 설명될 것이다.

상기 트랙체인(30)의 중간부(300) 상에는 구름바퀴(360)를 고정하기 위해 적어도 2개의 허브(370)가 돌출 형성된다.

도 5는 본 발명의 구름바퀴가 지면에 접촉되는 상태를 나타낸 확대 측면도를 나타내고 있다.

도 5를 참조하면, 구름바퀴(360)는 허브(370)에 삽입지지되는 고정축(361)에 의해 회전 가능하게 고정되며, 바람직하게 각각의 트랙체인(30)에서 2개가 설치되어 횡방향 이동시 지면에 접촉되어 각각의 트랙체인(30), 더 나아가 무한궤도륜(20, 20a)이 지면에 접촉되지 않도록 하여 마찰을 최소화한다.

이러한 횡방향 이동은 제2 구동수단에 의해 이루어진다.

도 6은 본 발명의 제2 구동수단을 나타낸 사시도이다.

도 6을 참조하면, 제2 구동수단은 무한궤도륜을 구동시키는 제1 구동수단과 별도로 구성되는 제2모터(400), 한 쌍의 베벨기어(410) 및 구동바퀴(430)로 구성된다.

제2 모터(400)는 감속기를 구비하여 감속된 동력으로 한 쌍의 베벨기어(410)를 회전시킬 수 있게 된다.

한 쌍의 베벨기어(410)는 전동측의 제1 기어(411)가 제2 모터(400)의 구동축에 고정되고, 종동측의 제2 기어(412)는 상기 제1 기어(411)에 맞물리면서 구동바퀴(430)의 구동축(431)에 고정되어 구동바퀴(430)를 회전시킬 수 있게 된다.

구동바퀴(430)는 이동로봇의 양쪽 무한궤도륜(20, 20a) 사이에서 이동로봇 본체(10)의 하부에 위치되며 구동축(431)의 양쪽 단부에 고정된다.

상기 구동축(431)은 제2 모터(400)의 저면에 고정된 브라켓(432)의 양쪽 단부에 고정된다.

이러한 구동축(431)은 무한궤도륜(20, 20a)의 전후 이동방향과 나란하게 고정되어, 구동축(431)의 양쪽 단부에 고정되는 구동바퀴(430)가 무한궤도륜(20, 20a)의 전후 진행방향에 교차하는 방향으로 고정되어 제2 구동수단의 동력에 의해 횡방향 이동이 가능하게 된다.

즉, 구동축(431)에 고정되는 구동바퀴(430)는 승강수단에 의해 지면에 접촉하고 이격될 수 있도록 상하로 이동한다. 즉, 무한궤도륜(20, 20a)에 의해 전후방향으로 이동할 때에는 구동바퀴(430)가 지면으로부터 이격되고, 횡방향으로 이동할 때에는 지면에 접촉되게 되는 것이다.

구동바퀴(430)를 지면에 접촉시키고, 지면으로부터 이격시키는 승강수단은 제3 모터(500)와 직선이동기구(510)로 구성된다.

제3 모터(500)는 서보모터로 이동로봇 본체(10)의 내부에서 프레임(100)에 고정되어 은폐된다.

직선이동기구(510)는 제3 모터(500)의 회전동력을 직선왕복운동으로 변환시키며, 제3 모터(500)의 동력으로 회전하는 리드스크류(511)에 결합되어 왕복이동 가능하게 되는 연결대(520)가 구동바퀴(430)의 구동축(431)에 고정되어 구동바퀴(430)를 승강이동 시킬 수 있게 된다.

직선이동기구(510)는 상기한 리드스크류 이외에 다양한 실시예가 있을 수 있다. 예를 들면, 크랭크와 크랭크샤프트에 의해 모터의 회전동력을 직전왕복운동으로 변환할 수 있고, 모터의 동력의 회전하는 피니언에 래크를 치합하여 모터의 회전동력을 직전왕복운동으로 변환할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 일반적인 전후방향으로의 이동은 제1 구동수단에 의해 구동되는 무한궤도륜(20, 20a)에 의해 이루어지고, 측면으로 이동할 경우에는 본체(10) 중앙 하부에 형성된 제2 구동수단에 의해 횡방향으로 이동할 수 있게 되는 것으로, 상기 직선이동기구(510)는 이동로봇의 전후방 주행시 구동바퀴(430)를 지면으로부터 이격시켜 무한궤도륜(20, 20a)에 의한 전후 이동이 가능하게 하고, 이동로봇의 횡방향 주행시 구동바퀴(430)를 지면에 접촉시켜 횡방향 이동이 가능하게 한다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있으므로 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예 들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

10: 본체 20, 20a: 무한궤도륜
21, 21a: 구동스프로킷휠 30, 30a, 30b: 트랙체인
100: 프레임 310, 311, 312, 313: 커넥터
320, 321, 322, 323: 핀공 330: 연결핀
340, 341, 342, 343: 삽입부 350: 치홈
360: 구름바퀴 361: 고정축 370: 허브
400: 제2 모터 410: 베벨기어
411: 제1 기어 412: 제2 기어
430: 구동바퀴 431: 구동축
432: 브라켓 500: 제3 모터
510: 직선이동기구 511: 리드스크류

Claims (6)

1. 이동로봇 본체(10)의 좌우측에 무한궤도륜(20, 20a)과 상기 이동로봇 본체(10)에 내장되어 상기 무한궤도륜(20, 20a)을 구동하는 제1 구동수단을 포함하는 이동로봇에 있어서,
   이동로봇 본체(10) 하부의 무한궤도륜(20, 20a) 사이에서 지면에 접촉 및 이격 가능하게 설치되는 구동바퀴(430),
   상기 구동바퀴(430)를 구동하기 위한 제2 구동수단 및
   상기 구동바퀴(430)를 지면에 접촉시키고 지면으로부터 이격시키기 위한 승강수단을 포함하며,
   무한궤도륜(20, 20a)의 횡방향 이동시 마찰을 최소화하기 위해 무한궤도륜(20, 20a)에 형성되는 복수의 구름바퀴(360)를 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구름바퀴(360)는
   무한궤도륜(20, 20a)의 진행방향에 나란하게 고정되는 고정축(361)에 회전 가능하게 고정되어 무한궤도륜(20, 20a)의 진행방향에 교차하는 방향으로 이동 가능하게 되면서, 이동로봇의 횡 방향 이동을 안내할 수 있게 되는 것을 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 무한궤도륜(20, 20a)은 복수의 트랙체인(30)이 링크로 연결되는 구조를 가지되,
   상기 트랙체인(30)은,
   양쪽의 커넥터(310, 311, 312, 313)가 일체로 형성되는 중간부(300)를 가지며, 상기 중간부(300) 상에는 구름바퀴(360)를 고정하기 위해 적어도 2개의 허브(370)가 형성되고,
   상기 구름바퀴(360)는,
   상기 허브(370)에 삽입지지되는 고정축(361)에 회전 가능하게 고정되는 것을 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 트랙체인(30)의 내측면은,
   2개의 구동스프로킷휠(21, 21a)의 접촉 영역을 형성하며, 2개의 구동스프로킷휠(21, 21a)의 치형에 접촉되며 맞물리는 치홈(350)이 형성되는 것을 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 구동수단은,
   제2 모터(400);
   상기 제2 모터(400)의 동력을 감속시키는 감속기를 구비하고,
   상기 감속기의 동력으로 회전하는 한 쌍의 베벨기어(410)를 포함하며,
   상기 베벨기어(410)의 종동측 제1 기어(411)는 구동바퀴(430)가 고정된 구동축(431)에 고정되어 구동바퀴(430)를 구동시킬 수 있게 되는 것을 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 승강수단은,
   제3 모터(500);
   상기 제3 모터(500)의 회전동력을 직선왕복운동으로 변환시키는 직선이동기구(510)를 포함하며,
   상기 직선이동기구(510)는 이동로봇의 전후방 주행시 구동바퀴(430)를 지면으로부터 이격시켜 무한궤도륜(20, 20a)에 의한 주행이 가능하게 되고,
   이동로봇의 횡방향 주행시 구동바퀴(430)를 지면에 접촉시켜 횡방향 주행이 가능하게 되는 것을 포함하는 이동로봇의 횡방향 이동 장치.

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