KR102468550B1 - 험지주행이 가능한 주행로봇 - Google Patents

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송영은
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Abstract

본 발명은 험지주행이 가능한 주행로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바퀴구동에 의해 이동되는 주행로봇에 있어서, 하우징; 및 하우징 하단 양측 각각에 설치되며, 회전조인트 각각에 바퀴가 구비되고, 지면의 굴곡에 따라 상기 바퀴 각각이 상하로 이동되도록 회동하는 링크 구조를 갖고, 상기 바퀴 중 적어도 하나를 상기 회전조인트를 기준으로 회전구동시키는 구동부를 갖는 험지적응바퀴구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇에 관한 것이다.

Description

험지주행이 가능한 주행로봇{Rough Terrain Driving Mobile Robot}
본 발명은 험지주행이 가능한 주행로봇에 관한 것이다.
로봇은 다양한 목적으로 개발되어 다양한 환경에서 사용되고 있다. 최근에는 인공지능을 갖춘 로봇 청소기 등과 같이 실내에서의 다양한 환경에도 불구하고 그 기능을 수행하는 다양한 로봇이 개발되고 있다.
일반적인 로봇의 경우, 평지에서의 주행은 단순히 자동차와 유사한 구조를 갖는 바퀴를 통해서도 충분히 구현이 가능하다. 그러나, 실내, 외 환경에서 다수 존재하는 계단, 굴곡, 경사로 등과 같은 험지에서 이러한 주행을 확보하기 위해서는 특별한 주행이 필요하게 된다.
이러한 계단의 등반, 및 하강을 수행하는 특수한 구동 모듈을 가진 다양한 계단 등반 플랫폼이 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 계단의 등반, 및 하강을 수행할 경우 단순히 계단 등반 및 하강이라는 주행상의 과제 외에, 계단이 갖는 환경에 따라서 적절한 안정성의 확보라는 과제가 남게 된다.
이동로봇의 주행메커니즘은 크게 차륜형 (wheeled), 트랙형 (tracked), 다족형 (legged)으로 구분할 수 있다.
차륜형 이동로봇의 경우 평탄한 지형에서의 주행 성능이 탁월하고 기계적 구조와 제어메커니즘이 단순하다는 장점이 있으나, 축간 거리가 고정된 차륜형 이동로봇의 경우 계단, 웅덩이, 급경사와 같은 다양한 장애물을 통과가 극히 곤란하다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 구동바퀴들 사이의 축간 거리를 조절할 수 있는 주행메커니즘이 구비된 차륜형 이동로봇을 제작하여 계단과 같은 다양한 장애물을 극복할 수 있는 능력을 부여하였으나 복잡한 주행메커니즘와 기계요소로 인해 무게가 많이 나가고, 복잡한 제어시스템을 갖추어야 하는 문제점이 있다.
다족형 이동로봇의 경우 계단 등반과 같이 다양한 지형에 대한 적응성은 우수하나. 이동 속도가 상대적으로 느리고 주행메커니즘이 매우 복잡하며 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
트랙형 이동로봇의 경우 바퀴 간의 간격에 대한 고려 없이 용이하게 주행메커니즘을 구성할 수 있기 때문에 계단과 같은 다양한 장애물을 극복할 수 있는 로봇으로 많이 활용되고 있으나, 이러한 트랙형의 경우에도 트랙의 높이나 전체 길이에 따라 극복할 수 있는 장애물이 제한될 수 밖에 없는데, 장애물 극복 능력을 극대화하기 위하여 트랙을 필요 이상으로 크게 제작할 경우 이동로봇의 전체 중량이 증가하고 과도한 동력이 소요되어 에너지 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서 실내외의 계단과 같은 험준한 지형의 등반이나 통과가 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 이동로봇의 주행메커니즘을 제공할 필요가 있는데, 이러한 요구에 부응하기 위하여 도 1에 도시된 형태의 좌우 대칭구조를 가지는 이동로봇 몸체(4)의 좌우 양측에 각각 독립적으로 구동하는 3개의 바퀴(100, 200, 300)를 3개의 링크(1,2,3)와 회전조인트(31, 32, 33)를 이용하여 몸체(4)와 연결하고 몸체와 제1링크(1)를 이어주고, 제1링크(1)의 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘(50)을 사용하여 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 구성하였다.
이러한 6차륜 주행로봇의 경우 작은 바퀴로도 높은 장애물을 통과할 수 있으며, 좌우 단차가 큰 지형에서도 몸체(4)의 흔들림을 최소화하면서 이동이 가능하고, 제자리 회전 및 좁은 지형 이동이 가능하다는 장점과 함께 트랙형에 비하여 주행시 에너지 효율이 높다는 장점이 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 우리의 일상 생활에서 흔히 만날 수 있는 다양한 형태의 장애물을 모두 극복하기에는 한계가 존재하게 됨을 알 수 있다.
또한 실내용 로봇의 경우 엘레베이터 탑승 및 복잡한 공간을 이동하기 위해서, 로봇사이즈(전고)가 작아야 유리하기 때문에, 따라서 바퀴사이즈 또한 줄어들게 되고, 이로 인해 실외 주행시에는 험지극복이 어려운 문제가 존재한다.
그리고 실내로봇은 전고가 짧다보니, 짐을 적재하기 위해 높이가 높아지는 타워형 구조가 대부분이기 때문에 경사로 주행시 문제가 존재한다.
대한민국 등록특허 10-0458284 대한민국 등록특허 10-1565945 대한민국 등록특허 10-1248978
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 새로운 주행메커니즘을 제공하여 이동로봇의 장애물 통과 능력을 극대화시킬 수 있는, 험지주행이 가능한 주행로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 좌우대칭구조를 가지는 로봇의 양쪽에 각각 독립 구동하는 3개의 바퀴를 4개의 링크와 6개의 회전조인트를 이용하여, 험준한 지형의 등반, 하강이 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 차륜형 이동로봇의 주행메커니즘을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우주탐사로봇 메커니즘을 적용하여 하부 연결링크가 회동하여 노면의 굴곡에 따라 각각의 바퀴가 상하로 움직여 험지를 극복, 적응할 수 있으며 앞뒤 대칭으로 구성되어 로봇이 상황에 따라 유연하게 앞뒤 주행이 가능할 수 있는, 험지주행이 가능한 주행로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상부 연결링크가 회전형으로 구성되어, 경사로의 등반시 무게중심을 전방측으로 이동시키고, 경사로 하강시 무게중심을 후방측으로 이동시켜 주행의 안정성을 확보할 수 있는 험지주행이 가능한 주행로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 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.
본 발명의 목적은, 바퀴구동에 의해 이동되는 주행로봇에 있어서, 하우징; 및 하우징 하단 양측 각각에 설치되며, 회전조인트 각각에 바퀴가 구비되고, 지면의 굴곡에 따라 상기 바퀴 각각이 상하로 이동되도록 회동하는 복수의 링크 구조를 갖고, 상기 바퀴 중 적어도 하나를 상기 회전조인트 기준으로 회전구동시키는 구동부를 갖는 험지적응바퀴구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 하우징의 상단에 위치되는 몸체와, 상기 몸체와 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 지면의 경사도에 따라 상기 몸체의 각도를 조절하는 각도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 하우징 하단 양측에 구비되는 험지적응바퀴구동부 각각은, 제1하부링크의 일측 끝단의 제2회전조인트 상에 설치되는 제2바퀴와, 일측 끝단이 상기 제1하부링크의 타측 끝단의 제1회전조인트와 연결되는 제2하부링크와, 상기 제1회전조인트 상에 설치되는 제1바퀴와, 상기 제2하부링크의 타측끝단의 제3회전조인트 상에 설치되는 제3바퀴와, 하부 끝단이 상기 제1하부링크의 중단 일측의 제4회전조인트에서 연결되는 제1하부연결링크와, 하부 끝단이 상기 제2하부링크의 중단 일측의 제5회전조인트에서 연결되는 제2하부연결링크를 포함하며, 상기 험지적응바퀴구동부 각각은, 상기 제1하부연결링크의 상부 끝단과 상기 제2하부연결링크의 상부 끝단이 서로 연결되는 제6회전조인트에서, 길이방향이 상기 하우징의 횡방향을 따라 위치되는 회전축 양단 각각에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1하부링크와 상기 제2하부링크는 상부로 볼록한 반호 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 회전축은 횡방향 중앙에서 특정간격 이격되어 제1회전축과 제2회전축으로 분할되고, 상기 험지적응바퀴구동부는 상기 제1회전축의 외측 끝단과, 상기 제2회전축외측 끝단 각각에 연결되며, 상기 제1회전축과 상기 제2회전축 사이는 제1차동기어부에 의해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제6회전조인트에서, 상기 제1하부연결링크 상부 끝단과 상기 제2하부연결링크 상부 끝단과 상기 회전축 외측 끝단은 제2차동기어부에 의해 연결되는 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2바퀴 및 상기 제3바퀴는 옴니휠로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 험지적응바퀴구동부 각각은, 상기 제1회전조인트를 기준으로 상기 제1바퀴를 회전구동하는 제1구동부와, 상기 제2회전조인트를 기준으로 상기 제2바퀴를 회전구동하는 제2구동부와, 상기 제3회전조인트를 기준으로 상기 제3바퀴를 회전구동하는 제3구동부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 각도조절부는, 상기 몸체와 상기 하우징 사이 공간 전방측에 구비되는 제1상부연결링크와, 상기 몸체와 상기 하우징 사이 공간 후방측에 구비되는 제2상부연결링크를 포함하고, 상기 제1상부연결링크의 상부 끝단과, 상기 제2상부연결링크의 상부 끝단 각각은 상기 몸체 하면에 힌지결합되며, 상기 제1상부연결링크의 하부 끝단은 상기 하우징 상면의 제7회전조인트 상에서 연결되며, 상기 제2상부연결링크의 하부 끝단은 상기 하우징 상면의 제8회전조인트 상에서 연결되고, 상기 제7회전조인트를 기준으로 상기 제1상부연결링크를 회전구동하여 각도를 조절하는 제1회전구동부와, 상기 제8회전조인트를 기준으로 상기 제2상부연결링크를 회전구동하여 각도를 조절하는 제2회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 주행로봇의 경사도를 실시간으로 측정하는 경사도측정부; 및 상기 경사도측정부에서 측정한 경사도에 기반하여 상기 제1회전구동부와 상기 제2회전구동부 각각을 구동하여 상기 몸체의 무게중심을 이동시키도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 주행로봇이 주행될 공간의 지형정보를 포함하는 맵을 저장하는 맵 DB; 및 상기 주행로봇 일측에 구비되어 전방의 지형정보를 실시간으로 획득하는 지형측정부;를 더 포함하고, 획득된 지형정보를 통해 상기 맵DB는 업데이트되며, 상기 제어부는 상기 맵DB에 저장된 주행될 공간의 지형정보와, 상기 경사도측정부에서 측정한 경사도와, 실시간으로 상기 지형측정부에서 측정되는 지형정보를 기반으로 상기 제1 내지 제6구동부 및 상기 제1회전구동부와 상기 제2회전구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇에 따르면, 새로운 주행메커니즘을 제공하여 이동로봇의 장애물 통과 능력을 극대화시킬 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇에 따르면, 좌우대칭구조를 가지는 로봇의 양쪽에 각각 독립 구동하는 3개의 바퀴를 4개의 링크와 6개의 회전조인트를 이용하여, 험준한 지형의 등반, 하강이 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 차륜형 이동로봇의 주행메커니즘을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇에 따르면, 우주탐사로봇 메커니즘을 적용하여 하부 연결링크가 회동하여 노면의 굴곡에 따라 각각의 바퀴가 상하로 움직여 험지를 극복, 적응할 수 있으며 앞뒤 대칭으로 구성되어 로봇이 상황에 따라 유연하게 앞뒤 주행이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상부 연결링크가 회전형으로 구성되어, 경사로의 등반시 무게중심을 전방측으로 이동시키고, 경사로 하강시 무게중심을 후방측으로 이동시켜 주행의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 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 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 6차륜 주행로봇의 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래의 6차륜 주행로봇의 장애물 극복 한계를 도시한 도시면,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 측면도,
도 3b는 도 3a에서 제1바퀴가 상부측으로 제2, 제3바퀴가 하부측으로 이동된 상태의 측면도,
도 3c는 도 3a에서 제1바퀴가 하부측으로 제2, 제3바퀴가 상부측으로 이동된 상태의 측면도,
도 4a는 경사로를 이동중에 무게중심이 제어된 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 사시도,
도 4b는 경사로를 이동중에 무게중심이 제어된 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 측면도,
도 5는 몸체와 각도조절부를 제외한 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 사시도,
도 6은 도 5에서 하우징을 제거한 상태의 사시도,
도 7은 도 5에서 하우징을 제거한 상태의 평면도,
도 8a은 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트 측의 사시도,
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트 측의 우측면도,
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트 측의 죄측면도,
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 굴곡적응바퀴구동부의 측면도,
도 9b는 9a에서 제1바퀴가 상부측으로 제2, 제3바퀴가 하부측으로 이동된 상태의 측면도,
도 9c는 도 9a에서 제1바퀴가 하부측으로 제2, 제3바퀴가 상부측으로 이동된 상태의 측면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 구성, 기능에 대해 설명하도록 한다.
먼저 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 측면도를 도시한 것이고, 도 3b는 도 3a에서 제1바퀴(100)가 상부측으로 제2, 제3바퀴(200), 300)가 하부측으로 이동된 상태의 측면도를 도시한 것이다. 그리고 도 3c는 도 3a에서 제1바퀴(100)가 하부측으로 제2, 제3바퀴(200, 300)가 상부측으로 이동된 상태의 측면도를 도시한 것이다.
그리고 도 4a는 경사로를 이동중에 무게중심이 제어된 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 사시도를 도시한 것이다. 또한 도 4b는 경사로를 이동중에 무게중심이 제어된 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 측면도를 도시한 것이다.
또한 도 5는 몸체와 각도조절부(10)를 제외한 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 사시도를 도시한 것이고, 도 6은 도 5에서 하우징을 제거한 상태의 사시도, 도 7은 도 5에서 하우징을 제거한 상태의 평면도를 도시한 것이다.
그리고 도 8a은 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트(160) 측의 사시도, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트(160) 측의 우측면도, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 제6회전조인트(160) 측의 죄측면도를 도시한 것이다.
그리고 도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 굴곡적응바퀴구동부의 측면도, 도 9b는 9a에서 제1바퀴(100)가 상부측으로 제2, 제3바퀴(200, 300)가 하부측으로 이동된 상태의 측면도, 도 9c는 도 9a에서 제1바퀴(100)가 하부측으로 제2, 제3바퀴(200, 300)가 상부측으로 이동된 상태의 측면도를 도시한 것이다. 또한 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제어부(60)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇(1000)은 전체적으로 몸체(4), 하우징(20), 하우징(20) 하단 양단 각각에 구비되는 험지적응바퀴구동부(30), 각도조절부(10) 등을 포함하여 구성된다.
험지적응바퀴구동부(30)는 하우징(20) 하단 양측 각각에 설치되며, 회전조인트 각각에 바퀴가 구비되고, 지면의 굴곡, 높이에 따라 바퀴 각각이 상하로 이동되도록 회동하는 링크 구조를 갖고, 적어도 하나의 바퀴를 회전조인트 기준으로 회전구동시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 도 3a 내지 도 3c 및 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 험지적응바퀴구동부(30) 각각은 제1바퀴(100), 제2바퀴(200), 제3바퀴(300), 제1하부링크(110), 제2하부링크(120), 제1하부연결링크(130), 제2하부연결링크(140)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
제1하부링크(110)는 상부로 볼록한 반호 형상으로 구성되며 일측 끝단의 제2회전조인트(201) 상에 제2바퀴(200)가 설치된다.
제2하부링크(120)는 상부로 볼록한 반호 형상으로 구성되며, 일측 끝단이 제1하부링크(110)의 타측 끝단의 제1회전조인트(101)와 연결되게 된다.
그리고 이러한 제1회전조인트(101) 상에 제1바퀴(100)가 설치된다. 제3바퀴(300)는 제2하부링크(120)의 타측끝단에 설치된다. ,
그리고 제1하부연결링크(130)는 하부 끝단이 제1하부링크(110)의 중단 일측의 제4회전조인트(131)에서 연결된다. 또한 제2하부연결링크(140)는 하부 끝단이 제2하부링크(120)의 중단 일측의 제5회전조인트(141)에서 연결되게 된다.
따라서 좌우대칭구조를 가지는 로봇의 양쪽에 각각 독립 구동하는 3개의 바퀴를 4개의 링크와 6개의 회전조인트를 이용하여, 험준한 지형의 등반, 하강이 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수하며 제1바퀴(100)가 상승시 연동하여 제2, 제3바퀴(200, 300)는 하강하며, 제1바퀴(100) 하강시에는 연동하여 제2, 제3바퀴(200, 300)가 상승하도록 이동된다.
그리고 험지적응바퀴구동부(30) 각각은, 제1하부연결링크(130)의 상부 끝단과 제2하부연결링크(140)의 상부 끝단이 연결되는 제6회전조인트(160)에서, 길이방향이 하우징(20)의 횡방향을 따라 위치되는 회전축(40) 양단 각각에 연결되도록 구성된다. 따라서 험지적응바퀴구동부(30) 각각은 제6회전조인트를 기준으로 회동가능한 구조를 갖는다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇의 제2바퀴(200) 및 제3바퀴(300)는 옴니휠로 구성될 수 있다.
그리고 험지적응바퀴구동부(30) 각각은, 제1회전조인트(101)를 기준으로 제1바퀴(100)를 회전구동하는 제1구동부(102)와, 제2회전조인트(201)를 기준으로 제2바퀴(200)를 회전구동하는 제2구동부(202)와, 제3회전조인트(301)를 기준으로 제3바퀴(300)를 회전구동하는 제3구동부(302)를 포함하여 구성된다. 그리고 제어부(60)는 험지적응바퀴구동부(30) 각각에 대한 제1, 내지 제3구동부(102, 202, 302)의 구동을 제어하도록 구성된다.
그리고 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 회전축(40)은 하우징(20)의 저판부(21)에 회동가능하도록 결합되며, 회전축(40)은 횡방향(전후방향) 중앙에서 특정간격 이격되어 제1회전축(41)과 제2회전축(42)으로 분할되도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.
그리고 험지적응바퀴구동부(30)는 제1회전축(41)의 외측 끝단과, 제2회전축(42)의 외측 끝단 각각에 연결되게 된다.
또한 제1회전축(41)과 제2회전축(42) 사이는 제1차동기어부(50)에 의해 기어연결되게 됨을 알 수 있다. 따라서 이러한 제1차동기어부(50)를 통한 연결에 의해, 제1회전축(41)에 연결되는 험지적응바퀴구동부(30)와, 제2회전축(42)에 연결되는 험지적응바퀴구동부(30)는 서로 구속되지 않고 독립적으로 지면의 험지, 굴곡, 경사 등에 적응하며 바퀴가 상하이동되고 경사에 따라 제6회전조인트(160)를 기준으로 회동될 수 있게 된다.
즉, 주행로봇(1000)의 주행시, 제1회전축(41)에 연결된 험지적응바퀴구동부(30) 측의 지면에서만 굴곡이 있거나, 제1회전축(41)의 험지적응바퀴구동부(30) 측 지면과, 제2회전축(42)의 험지적응바퀴구동부(30) 측 지면이 서로 상이한 굴곡을 있는 경우, 험지적응바퀴구동부(30) 각각이 그 험지, 굴곡, 경사게 독립적으로 대응, 적응하며 주행할 수 있게 된다.
제1차동기어부(50)는 구체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 회전축(40)의 길이방향과 수직되는 길이방향을 갖는 2개의 보조회전축(52)이 저판부(21)에 회동가능하게 설치되며, 제1회전축(41)의 내측 끝단과 제2회전축(42) 내측 끝단 각각에 제1베벨기어(51)가 설치되며, 보조회전축(52) 각각에 제1베벨기어(51)와 기어 맞물림되는 제2베벨기어(53)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
또한 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 험지적응바퀴구동부(30) 각각의 제6회전조인트(160)에서, 제1하부연결링크(130) 상부 끝단과 제2하부연결링크(140) 상부 끝단과 회전축(40) 외측 끝단은 제2차동기어부(160)에 의해 연동되어 연결됨을 알 수 있다.
따라서 회전축(40), 제1하부연결링크(130), 제2하부연결링크(140)가 제2차동기어부(160)를 통해 연동되어 연결됨으로써, 험지적응바퀴구동부(30)는 항상 전후 방향 대칭 구조를 유지할 수 있게 된다. 즉, 제6회전조인트(160)와 제1회전조인트(101)를 잇는 가상선을 기준으로, 그 가상선과 제1하부연결링크(130)와의 사이각도와, 가상선과 제2하부연결링크(140)와의 사이각도는 항상 동일하게 되는 구조를 갖게 된다.
구체적으로 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1하부연결링크(130), 제2하부연결링크(140)는 제6회전조인트(160)에서 겹쳐지며, 회전축(40)은 이러한 제6회전조인트(160)에 관통되어 연결되게 됨을 알 수 있다.
그리고, 제2차동기어부(160)는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 제6회전조인트(160)에서의 제1하부연결링크(130)와, 제2하부연결링크(140) 각각에 설치되는 링기어(163)와, 각각의 링기어(163) 설치된 위치에 회전축(40)에 관통되는 보조축(161)과, 이러한 보조축(161) 양단 각각에 구비되어 링기어(163)와 기어 맞물림되는 피디언기어(162)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇(1000)은, 하우징(20)의 상단에 위치되는 몸체(4)와, 이러한 몸체(4)와 하우징(20) 사이에 구비되어 지면의 경사도에 따라 몸체(4)의 각도를 조절하여, 경사도에 따라 주행로봇의 무게중심을 이동시켜 경사로에서의 주행 안정선을 향상시키도록 구성될 수 있다.
특히, 몸체(4)에 적재함을 갖는 주행로봇의 경우 계단, 턱 등을 등반하거나, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 경사로를 주행할 때, 무게중심이 후방 하측으로 쏠려 주행로봇이 전복될 우려가 있어, 무게중심을 전방측으로 이동시킬 수 있도록 몸체(4)의 각도를 조절할 수 있도록 구성됨을 알 수 있다.
구체적으로 각도조절부(10)는, 몸체(4)와 하우징(20) 사이 공간 전방측에 구비되는 제1상부연결링크(11)와, 몸체(4)와 하우징(20) 사이 공간 후방측에 구비되는 제2상부연결링크(14)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1상부연결링크(11)와, 제2상부연결링크(14) 각각은 안정성을 위해 양단으로 한 쌍으로 구성될 수 있다.
제1상부연결링크(11)의 상부 끝단과, 제2상부연결링크(14)의 상부 끝단 각각은 몸체(4) 하면에 힌지결합되게 된다.
그리고 제1상부연결링크(11)의 하부 끝단은 하우징(20) 상면의 제7회전조인트(12) 상에서 연결되며, 제2상부연결링크(14)의 하부 끝단은 하우징(20) 상면의 제8회전조인트(15) 상에서 연결되게 된다.
그리고 제1회전구동부(13)는 제7회전조인트(12)를 기준으로 제1상부연결링크(11)를 회전구동하여 각도를 조절하며, 제2회전구동부(16)는 제8회전조인트(15)를 기준으로 제2상부연결링크(14)를 회전구동하여 각도를 조절하게 된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 험지주행이 가능한 주행로봇(1000)의 경사도를 실시간으로 측정하는 IMU, 관성센서, 자이로센서, 가속도 센서 등으로 구성되는 경사도 측정부(17)를 포함하여 구성된다.
따라서 제어부(60)는 경사도측정부(17)에서 측정한 경사도에 기반하여 제1회전구동부(13)와 제2회전구동부(16) 각각을 구동하여 몸체(4)의 각도를 조절하여 로봇(1000)의 무게중심을 이동시켜 주행안정성을 확보할 수 있게 된다.
또한 험지주행이 가능한 주행로봇(1000)는, 주행로봇이 주행될 공간의 지형정보가 저장되는 맵 DB(400)을 포함할 수 있으며, 주행로봇 일측에는 라이다(Lidar)센서, VIO(Visual Inertial Odometry)등을 포함하는 지형측정부(61)가 구비되어 전방의 지형정보를 실시간으로 획득하도록 구성될 수 있다. 또한 맵 DB(400)는 지형측정부(61)에서 획득된 지형정보를 통해 지속적으로 업데이트되게 된다.
따라서 제어부(60)는 맵 DB(400)에 저장된 주행될 공간의 지형정보와, 경사도측정부(17)에서 측정한 경사도와, 실시간으로 지형측정부(61)에서 측정되는 지형정보를 기반으로 험지적응바퀴구동부(30) 각각의 제1 내지 제3구동부(102, 202, 302) 및 제1회전구동부(13)와 제2회전구동부(16)의 구동을 제어하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
4:몸체
10:각도조절부
11:제1상부연결링크
12:제7회전조인트
13:제1회전구동부
14:제2상부연결링크
15:제8회전조인트
16:제2회전구동부
17:경사도 측정부
20:하우징
21:저판부
30:험지적응바퀴구동부
40:회전축
41:제1회전축
42:제2회전축
50:제1차동기어부
51:제1베벨기어
52:보조회전축
53:제2베벨기어
60:제어부
61:지형측정부
100:제1바퀴
101:제1회전조인트
102:제1구동부
110:제1하부링크
120:제2하부링크
130:제1하부연결링크
131:제4회전조인트
140:제2하부연결링크
141:제5회전조인트
150:제6회전조인트
160:제2차동기어부
161:보조축
162:피니언기어
163:링기어
200:제2바퀴
201:제2회전조인트
202:제2구동부
300:제3바퀴
301:제3회전조인트
302:제3구동부
400:맵DB
1000:험지주행이 가능한 주행로봇

Claims (11)

  1. 바퀴구동에 의해 이동되는 주행로봇에 있어서,
    하우징; 및
    하우징 하단 양측 각각에 설치되며, 회전조인트 각각에 바퀴가 구비되고, 지면의 굴곡에 따라 상기 바퀴 각각이 상하로 이동되도록 회동하는 복수의 링크 구조를 갖고, 상기 바퀴 중 적어도 하나를 상기 회전조인트 기준으로 회전구동시키는 구동부를 갖는 험지적응바퀴구동부;를 포함하고,
    상기 하우징 하단 양측에 구비되는 험지적응바퀴구동부 각각은,
    제1하부링크의 일측 끝단의 제2회전조인트 상에 설치되는 제2바퀴와, 일측 끝단이 상기 제1하부링크의 타측 끝단의 제1회전조인트와 연결되는 제2하부링크와, 상기 제1회전조인트 상에 설치되는 제1바퀴와, 상기 제2하부링크의 타측끝단의 제3회전조인트 상에 설치되는 제3바퀴와, 하부 끝단이 상기 제1하부링크의 중단 일측의 제4회전조인트에서 연결되는 제1하부연결링크와, 하부 끝단이 상기 제2하부링크의 중단 일측의 제5회전조인트에서 연결되는 제2하부연결링크를 포함하며,
    상기 험지적응바퀴구동부 각각은, 상기 제1하부연결링크의 상부 끝단과 상기 제2하부연결링크의 상부 끝단이 서로 연결되는 제6회전조인트에서, 길이방향이 상기 하우징의 횡방향을 따라 위치되는 회전축 양단 각각에 연결되고,
    상기 회전축은 횡방향 중앙에서 특정간격 이격되어 제1회전축과 제2회전축으로 분할되고, 상기 험지적응바퀴구동부는 상기 제1회전축의 외측 끝단과, 상기 제2회전축외측 끝단 각각에 연결되며,
    상기 제1회전축과 상기 제2회전축 사이는 제1차동기어부에 의해 연결되고,
    상기 제6회전조인트에서, 상기 제1하부연결링크 상부 끝단과 상기 제2하부연결링크 상부 끝단과 상기 회전축 외측 끝단은 제2차동기어부에 의해 연결되는 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징의 상단에 위치되는 몸체와, 상기 몸체와 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 지면의 경사도에 따라 상기 몸체의 각도를 조절하는 각도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1하부링크와 상기 제2하부링크는 상부로 볼록한 반호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2바퀴 및 상기 제3바퀴는 옴니휠로 구성되는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 험지적응바퀴구동부 각각은,
    상기 제1회전조인트를 기준으로 상기 제1바퀴를 회전구동하는 제1구동부와, 상기 제2회전조인트를 기준으로 상기 제2바퀴를 회전구동하는 제2구동부와, 상기 제3회전조인트를 기준으로 상기 제3바퀴를 회전구동하는 제3구동부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 각도조절부는,
    상기 몸체와 상기 하우징 사이 공간 전방측에 구비되는 제1상부연결링크와, 상기 몸체와 상기 하우징 사이 공간 후방측에 구비되는 제2상부연결링크를 포함하고,
    상기 제1상부연결링크의 상부 끝단과, 상기 제2상부연결링크의 상부 끝단 각각은 상기 몸체 하면에 힌지결합되며,
    상기 제1상부연결링크의 하부 끝단은 상기 하우징 상면의 제7회전조인트 상에서 연결되며, 상기 제2상부연결링크의 하부 끝단은 상기 하우징 상면의 제8회전조인트 상에서 연결되고,
    상기 제7회전조인트를 기준으로 상기 제1상부연결링크를 회전구동하여 각도를 조절하는 제1회전구동부와, 상기 제8회전조인트를 기준으로 상기 제2상부연결링크를 회전구동하여 각도를 조절하는 제2회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 주행로봇의 경사도를 실시간으로 측정하는 경사도측정부; 및
    상기 경사도측정부에서 측정한 경사도에 기반하여 상기 제1회전구동부와 상기 제2회전구동부 각각을 구동하여 상기 몸체의 무게중심을 이동시키도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 주행로봇이 주행될 공간의 지형정보를 포함하는 맵을 저장하는 맵 DB; 및
    상기 주행로봇 일측에 구비되어 전방의 지형정보를 실시간으로 획득하는 지형측정부;를 더 포함하고,
    획득된 지형정보를 통해 상기 맵DB는 업데이트되며,
    상기 제어부는 상기 맵DB에 저장된 주행될 공간의 지형정보와, 상기 경사도측정부에서 측정한 경사도와, 실시간으로 상기 지형측정부에서 측정되는 지형정보를 기반으로 상기 제1 내지 제6구동부 및 상기 제1회전구동부와 상기 제2회전구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 험지주행이 가능한 주행로봇.
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