KR102583634B1 - 독립휠제어구동시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템은 이동체의 상태정보 및 외부 환경정보를 획득하는 센서와 상기 센서를 구동하는 센서드라이버를 포함하는 감지모듈, 상기 감지모듈과 연결되고, 상기 감지모듈로부터 획득한 외부 환경정보 및 상기 상태정보를 분석하고 구동제어신호를 생성하여 상기 이동체의 이동경로를 설정하는 중앙처리모듈 및 상기 중앙처리모듈과 연결되고, 상기 구동제어신호에 의해 휠의 속도를 조절하여 상기 이동체를 상기 이동경로로 이동시키는 구동모듈을 포함할 수 있다.

Description

독립휠제어구동시스템{Independent wheel control drive system}
본 발명은 독립휠제어구동시스템에 관한 것이다.
화석연료가 고갈되어 감에 따라 휘발유, 경유 등과 같은 화석연료를 사용하는 차량 대신에 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 이동수단의 개발이 이루어지고 있다. 이에 따라, 모터를 이용한 전기 자동차, 전동 자전거, 전동 킥 보드 등이 널리 사용되고 있다.
이러한 이동수단은 조향휠의 조향력을 스티어링 기어 박스를 이용하여 바퀴에 전달하기 위한 조향장치 및 모터의 구동력을 드라이브 샤프트를 통하여 바퀴에 전달하기 위한 구동장치를 포함한다. 또한, 자율주행의 구현을 위해서 이동수단의 내부 및 외부에 다수의 카메라, 레이저, 라이다 등의 감지센서를 포함한다.
그러나, 종래의 이동수단은 조향장치, 구동장치 및 다수의 센서가 개별적으로 설치되므로, 구조가 복잡하고 비용이 많이드는 문제점이 있다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 센서의 개수를 줄일 수 있고, 구조가 간단하여 다양한 이동체에 용이하게 설치할 수 있는 독립휠제어구동시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템은 이동체의 상태정보 및 외부 환경정보를 획득하는 센서와 상기 센서를 구동하는 센서드라이버를 포함하는 감지모듈, 상기 감지모듈과 연결되고, 상기 감지모듈로부터 획득한 외부 환경정보 및 상기 상태정보를 분석하고 구동제어신호를 생성하여 상기 이동체의 이동경로를 설정하는 중앙처리모듈 및 상기 중앙처리모듈과 연결되고, 상기 구동제어신호에 의해 휠의 속도를 조절하여 상기 이동체를 상기 이동경로로 이동시키는 구동모듈을 포함할 수 있다.
구동모듈은 복수개의 휠, 상기 휠과 연결되어 상기 휠의 높이를 조절하는 높이조절부재, 상기 복수개의 휠과 각각 연결되는 복수개의 모터 및 상기 복수개의 모터 각각을 독립적으로 제어하는 구동제어부를 포함할 수 있다.
이동경로는 상기 센서로부터 추종대상에 대한 포인트 클라우드를 획득하고, 상기 포인트 클라우드를 기반으로 군집점을 도출하고, 상기 이동체와 상기 군집점의 거리 및 각도를 계산하고, 상기 군집점 주변의 환경정보를 재획득하는 과정을 반복 수행하여 설정할 수 있다.
중앙처리모듈은 상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리를 계산하여, 상기 추종대상을 기준으로 특정 경계값을 설정하고, 상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리가 상기 특정 경계값 미만인 경우 상기 구동모듈은 정지하고, 상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리가 상기 특정 경계값 이상인 경우 상기 구동모듈은 구동할 수 있다.
구동제어부는 상기 중앙처리모듈에서 전송된 상기 이동체의 위치정보와 상기 군집점 사이의 거리 및 각도 정보에 의해 상기 휠을 제어할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템은 센서의 개수를 줄일 수 있고, 구조가 간단하여 다양한 이동체에 용이하게 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 구동모듈을 A 방향에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 구동을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 대상 추종 모드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 독립휠 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 구동모듈을 A 방향에서 바라본 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템(1000)은 감지모듈(100), 중앙처리모듈(200), 구동모듈(400) 및 배터리모듈(700)을 포함할 수 있다. 감지모듈(100), 중앙처리모듈(200), 구동모듈(400) 및 배터리모듈(700)은 하부프레임(20)과 상부프레임(30) 사이에 설치될 수 있다. 이동체(10)는 상부프레임(20) 상에 안착되어 이동될 수 있다. 하부프레임(20)과 상부프레임(30)의 네 모서리에는 지지부재(40)가 구비될 수 있다. 지지부재(40)는 하부프레임(20)과 상부프레임(30) 사이에 배치되어, 하부프레임(20)과 상부프레임(30) 사이의 간격을 유지시켜줄 수 있다.
감지모듈(100)은 하부프레임(20) 상에 설치될 수 있다. 감지모듈(100)은 이동체(10)의 상태정보 및 외부 환경정보를 획득하고 획득된 정보를 기반으로 추종대상을 인지할 수 있다. 감지모듈(100)은 인지된 추종대상의 정보를 중앙처리모듈(200)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 감지모듈(100)은 센서(110) 및 센서드라이버(미도시)를 포함할 수 있다.
센서(110)는 감지모듈(100) 전방에 구비될 수 있다. 센서(110)는 외부 환경정보 및 이동체(10)의 상태정보를 획득할 수 있다. 센서(110)는 센서드라이버(미도시)와 연결될 수 있다. 센서(110)는 획득된 외부 환경정보 및 상태정보를 기반으로, 추종대상의 위치를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(110)는 레이더, 라이다, 카메라, 초음파센서, GPS 등일 수 있다.
센서드라이버(미도시)는 감지모듈(100) 내부에 구비될 수 있다. 센서드라이버는 센서(110)와 연결되어, 센서(110)를 구동할 수 있다. 센서드라이버는 센서(110)를 x, y, z 축, 좌우회전, 상하회전 방향으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 센서(110)는 센서드라이버에 의해 사람의 눈과 같이 좌우 및 상하 회전하여, 특정 영역의 외부 환경 정보 및 이동체의 상태정보를 능동적으로 획득할 수 있다. 이 경우, 센서(110)에 의해 획득된 외부 환경 정보 및 이동체(10)의 상태정보는 중앙처리모듈(200)로 전송될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 센서드라이버에 의해 센서(110)가 능동적으로 움직이면서 가변 FOV(field of view)를 가지므로, 기능에 따라 특정 관심 영역 위주로 주변 환경 정보의 획득이 가능할 수 있다.
중앙처리모듈(200)은 감지모듈(100) 및 구동모듈(400)과 연결될 수 있다. 중앙처리모듈(200)은 감지모듈(100)로부터 획득한 외부 환경정보 및 상태정보를 분석하여 구동제어신호를 생성할 수 있다. 중앙처리모듈(200)은 생성된 구동제어신호에 의하여, 구동모듈(400)을 구동시킬 수 있다. 이를 위해, 중앙처리모듈(200)은 내부에 구비된 데이터저장부, 출력부 및 제어부를 포함할 수 있다. 데이터저장부는 센서로부터 전송된 외부환경데이터 및 추종대상데이터를 저장할 수 있다. 출력부는 데이터저장부에 저장된 데이터를 기반으로 추종대상에 대한 구동제어신호를 계산, 생성 및 출력하여 이동체(10)의 이동경로를 설정할 수 있다. 제어부는 구동모듈(400)에 구동제어신호를 전송하여, 구동모듈(400)의 이동을 제어할 수 있다. 예들 들어, 중앙처리모듈(200)은 구동모듈(400)과 연결될 수 있다. 이 경우, 중앙처리모듈(200)은 복수의 구동모터(430) 각각에 개별적으로 구동제어신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 구동모터(430)와 연결된 휠(410)은 각각 독립적으로 구동할 수 있다.
구동모듈(400)은 중앙처리모듈(200)과 연결될 수 있다. 구동모듈(400)은 구동제어신호에 따라 이동체(10)를 이동시킬 수 있다. 구동모듈(400)은 중앙처리모듈(200)에서 전송된 이동체(10)와 군집점의 거리 및 각도 정보에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 군집점은 추종대상이 군집하고 있는 하나 또는 다수의 포인트일 수 있다. 예를 들어, 군집점은 사용된 센서를 이용하여 획득된 대상의 정보(예를 들어, 라이다의 경우 각도 거리 등의 포인트 정보, 카메라의 경우 픽셀 마다의 RGB 정보)를 이용해 각 정보들의 대표점 도출을 위해 평균값을 계산하거나 필터링 기법을 이용해 대표점을 도출하는 과정을 거침으로서 설정될 수 있다.
구동모듈(400)은 복수개의 휠(410), 복수개의 구동모터(430), 복수개의 모터지지부재(440), 복수개의 높이조절부재(450) 및 구동제어부(490)을 포함할 수 있다.
복수개의 휠(410)은 이동체(10)의 주행을 위해 사용될 수 있다. 복수개의 휠(410) 각각은 중심부에 구비된 축고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 축고정부는 구동모터(430)의 회전축(435)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 휠(410)은 회전축(435)에 고정되어 회전될 수 있다.
복수개의 구동모터(430)는 복수개의 휠(410)과 각각 연결될 수 있다. 즉, 하나의 구동모터(430)에 하나의 휠(410)이 일대일 대응되어 연결될 수 있다. 구동모터(430)는 휠(410)을 구동하기 위한 동력을 제공할 수 있다. 구동모터(430)의 일측에는 휠(410)의 구동을 위한 회전축(435)이 구비될 수 있다. 회전축(435)은 축고정부에 삽입될 수 있다. 구동모터(430)는 휠(410)이 지면에 접하여 회전할 수 있도록, 지면으로부터 소정의 거리 이격되어 설치될 수 있다. 구동모터(430)의 회전수 및 회전속도는 중앙처리모듈(200)로부터 전송된 구동제어신호에 의해 제어될 수 있다.
모터지지부재(440)는 구동모터(430)를 지지할 수 있다. 모터지지부재(440)의 상부는 상부프레임(30)에 고정되며, 하부는 구동모터(430)의 하면을 감사도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 구동모터(430)의 양측에 두 개의 모터지지부재(440)가 구비될 수 있다. 하나의 모터지지부재(440)는 고정부재(441) 및 하부지지부재(443)를 포함할 수 있다. 고정부재(441)는 브라켓일 수 있다. 고정부재(441)의 상부는 하부프레임(20)의 하면에 결합될 수 있다. 고정부재(441)의 내측면에는 하부지지부재(443)의 상하이동을 가이드하는 가이드레일(441a)이 형성될 수 있다. 하부지지부재(443)는 고정부재(441)의 내측에 배치될 수 있다. 하부지지부재(443)는 외측면에 형성되어, 가이드레일(441a)에 삽입되는 돌출부(443a)를 포함할 수 있다. 하부지지부재(443)의 하면은 구동모터(430)의 하면에 결합되고, 돌출부(443a)는 가이드레일(441a)에 삽입되어, 휠(410)의 상하 이동에 따라 움직이는 구동모터(430)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 휠(410)은 모터지지부재(440)에 영향을 받지 않으면서, 모터지지부재(440)와 함께 상하로 움직일 수 있다. 이에 따라, 휠(410)의 상하 이동에 따라 모터지지부재(440)가 지면에 닿지 않으므로, 모터지지부재(440)의 간섭없이 이동체(10)를 보다 용이하게 이동시킬 수 있다.
높이조절부재(450)는 지면의 상태 및 높이에 따라, 휠(410)의 높이를 조절할 수 있다. 높이조절부재(450)는 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)를 포함할 수 있다. 제1 조절부(451)는 구동모터(430) 상면에 설치되며, 제2 조절부(453)는 상부프레임(30) 하면에 설치될 수 있다. 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)는 전기에 의해 자성을 띄는 전자석일 수 있다. 예를 들어, 제1 휠(410a)과 제2 휠(410b)이 높이가 서로 다른 지면에 각각 배치되는 경우(예를 들어, 제1 휠이 구덩이 등에 빠진 경우), 구동제어부(490)는 제1 휠(410a) 및 제2 휠(410b)에 서로 다른 구동제어신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 구동제어부(490)는 낮은 위치에 배치된 제1 휠(410a)의 회전속도를 줄이고, 제2 휠(410b)의 회전속도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 휠의 회전속도가 줄어든 만큼 토크가 증가할 수 있으며, 제2 휠 중심으로 회전할 수 있다. 이 때, 구동제어부(490)는 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453) 전류를 공급할 수 있다. 이 때, 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)는 서로 동일한 극성을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453) 사이에 척력이 발생되며, 제1 휠(410a)은 하부 방향으로 움직일 수 있다. 즉, 척력에 의해 하부지지부재(443)가 고정부재(441)의 가이드레일(441a)을 따라 하부방향으로 이동하고, 구동모터(430) 및 제1 휠(410a)가 하부방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 제1 휠(410a)은 하부방향으로 이동하여 지면으로부터 이동체를 지지할 수 있다. 즉, 제1 휠(410a)은 지면과 접촉한 뒤, 천천히 회전하여 웅덩이 등과 같은 낮은 지면으로부터 이탈될 수 있다.
예를 들어, 제1 조절부(451)의 크기는 제2 조절부(453) 보다 작을 수 있다. 제2 조절부(453)는 내측으로 오목하게 형성되어, 제1 조절부(451)를 수납하는 수납부를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 네 개의 휠이 평평한 지면위에 배치되는 경우, 제1 조절부(451)와 제2 조절부(453)에는 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 조절부(451)는 삽입부에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 구동모듈은 보다 안정적으로 구동할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예는 상부프레임(30) 및 상부프레임(30) 상에 배치된 이동체(10)는 지면의 높낮이에 영향을 받지 않고, 수평하게 유지될 수 있어 이동체(10)를 보다 안정적으로 이동시킬 수 있다.
다른 예로, 네 개의 휠 중 어느 하나의 휠이 다른 세개의 휠보다 높은 지면에 위치한 경우(예를 들어, 방지턱 등을 지나가는 경우), 어느 하나의 휠은 상부방향으로 이동하여 회전함으로써, 방지턱 등을 안정적으로 지나갈 수 있다.
또 다른 예로, 네 개의 휠 중 어느 하나의 휠이 다른 세개의 휠과 다른 성질의 지면을 지나가는 경우(예를 들어, 진흙이나 물이 있는 웅덩이 등을 지나가는 경우)에도, 개별적으로 휠의 높낮이를 조절하거나, 회전속도를 조절함으로써 안정적으로 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수개의 휠 각각의 독립구동이 가능하기 때문에, 휠의 높이가 달라지는 변수가 발생되는 경우 휠 각각의 회전속도를 변화시켜 토크를 조절하고 높이조절부재를 이용하여 높이를 조절함으로써, 보다 용이하게 이동체를 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수개의 휠 중 어느 하나의 높이 레벨 차이가 특정 20%이상 차이가 나는 경우, 레벨이 낮은 휠의 토크를 기타 레벨이 높은 휠의 토크보다 10 내지 30%의 범위로 제어하고, 높이조절부재를 사용하여 각각의 휠을 제어할 수 있다. 이에 따라, 지면의 상태에 따라 이동체의 직진운동에 대한 연속성을 확보할 수 있다.
구동제어부(490)는 하부프레임(20) 상에 배치될 수 있다. 구동제어부(490)는 복수개의 구동모터(430)들과 연결될 수 있다. 구동제어부(490)는 중앙처리모듈(200)로부터 전송된 구동제어신호에 의해 복수개의 구동모듈(400)들 각각을 독립적으로 구동할 수 있다. 즉, 구동제어부(490)는 중앙처리모듈(200)로부터 전송된 이동체(10)의 위치정보와 군집점 사이의 거리 및 각도 정보에 의해 복수개의 휠(410) 각각의 회전수 및 회전속도를 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 예는 별도의 조향장치를 구비하지 않으면서, 구동모듈(400)로만 이동체(10)의 이동방향을 설정할 수 있다.
배터리모듈(700)은 하부프레임(20) 상에 배치될 수 있다. 배터리모듈(700)은 감지모듈(100), 중앙처리모듈(200) 및 구동모듈(400)과 연결될 수 있다. 배터리모듈(700)은 감지모듈(100), 중앙처리모듈(200) 및 구동모듈(400)에 전원을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예는 감지모듈(100), 중앙처리모듈(200), 구동모듈(400) 및 배터리모듈(700)을 일체형으로 구비함으로써, 구동 시스템의 중량을 줄일 수 있고, 에너지 효율을 높일 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 감지모듈이 모터 기반 가변형 FOV로 이루어지며, 6 자유도로 움직이기 때문에, 센서의 개수를 줄일 수 있으며, 추종대상에 대한 능동적 탐지가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 구조가 간단하여, 다양한 이동체에 용이하게 설치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동모듈을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동모듈을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예는 스프링부재(460)를 더 포함할 수 있다. 스프링부재(460)는 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453) 사이에 배치될 수 있다. 다른 예에 따른 제2 조절부(453)는 양측으로 돌출된 걸림돌기(453a)를 포함할 수 있다. 걸림돌기(453a)는 하부지지부재(443)의 상부에 구비된 걸림부(443b)에 걸림결합될 수 있다.
예를 들어, 제1 휠(410a)과 제2 휠(410b)이 높이가 서로 다른 지면에 각각 배치되는 경우, 구동제어부(490)는 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453) 전류를 공급할 수 있다. 이 때, 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)는 서로 동일한 극성을 가질 수 있으며, 척력에 의해 하부지지부재(443)가 고정부재(441)의 가이드레일(441a)을 따라 하부방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 걸림돌기(453a)와 걸림부(443b)의 결합이 해제되면서 구동모터(430) 및 제1 휠(410a)이 하부방향으로 이동할 수 있다. 제1 휠(410a)은 높이조절부재(450)에 의해 지면으로부터 이동체를 지지하고, 제2 휠(410b) 보다 낮은 속도로 회전함으로써 웅덩이 등과 같은 낮은 지면으로부터 용이하게 이탈될 수 있다. 제1 휠이 지면으로부터 이탈되면, 구동제어부(490)는 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453)에 서로 다른 극성을 띄게 함으로써, 제1 조절부(451) 및 제2 조절부(453) 사이의 간격을 다시 좁힐 수 있다. 이에 따라, 걸림돌기(453a)와 걸림부(443b)는 다시 결합될 수 있으며, 구동장치를 안전하게 구동시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 스프링부재, 걸림부 및 높이조절부재를 이용하여 휠 각각의 높이를 조절함으로써, 보다 용이하고 안정적으로 이동체를 이동시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 높이조절부재(450)는 고정부(456), 실린더부(457) 및 공기제어부(458)를 포함할 수 있다. 고정부(456)는 상부프레임(30) 하면에 연결되어, 높이조절부재(450)를 고정시킬 수 있다. 실린더부(457)의 상단은 고정부(456) 내측에 삽입되고, 하단은 구동모터(430)와 연결될 수 있다. 공기제어부(458)는 실린더부(457)와 연결되어, 실린더부(457)에 공기를 주입공기를 제어함으로써, 실린더부(457)의 상하운동을 가이드할 수 있다.
예를 들어, 제1 휠(410a)과 제2 휠(410b)이 높이가 서로 다른 지면에 각각 배치되는 경우, 구동제어부(490)는 실린더부(457)에 공기를 주입하여 실린더부(457)를 하부로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 휠(410a)은 지면으로부터 이동체를 지지하고, 회전함으로써 웅덩이 등과 같은 낮은 지면으로부터 이탈될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 실린더부재를 이용하여, 휠 각각의 높이를 조절하고, 휠을 독립적으로 구동함으로써 보다 용이하게 이동체를 이동시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 구동을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 대상 추종 모드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감지모듈은 환경정보 및 이동체(10)의 상태정보를 획득할 수 있다. 중앙처리모듈은 획득한 외부 환경정보 및 상태정보를 분석하여 구동제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 이동체(10)에 결합된 중앙처리모듈은 센서로부터 추종대상(30)에 대한 포인트 클라우드를 획득하고, 포인트 클라우드를 기반으로 군집점을 도출할 수 있다. 다음, 이동체(10)와 군집점의 거리 및 각도를 계산하고, 군집점 주변의 환경정보를 재획득할 수 있다. 다음, 추종 주행을 위한 이동체(10)의 이동경로를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추종 주행을 위한 이동체(10)의 이동경로가 생성되지 않은 경우, 추종대상에 대한 포인트 클라우드를 획득하는 과정 내지 군집점 주변의 환경정보를 재획득하는 과정을 수행하는 과정을 반복함으로써, 이동체(10)의 이동경로를 설정할 수 있다.
예를 들어, 추종 주행을 위한 이동체(10)의 이동경로가 생성된 경우, 중앙처리모듈은 계산된 이동체(10)와 상기 군집점의 거리 및 각도를 기반으로 구동제어신호를 생성할 수 있다. 생성된 구동제어신호는 구동모듈로 송신될 수 있다. 이 경우, 중앙처리모듈은 복수 개의 구동모듈 각각에 구동제어신호를 송신할 수 있다. 먼저, 중앙처리모듈은 구동제어부로 구동제어신호를 송신할 수 있다. 다음, 구동제어부는 복수개의 휠과 각각 연결된 복수개의 구동모터로 구동제어신호를 전달할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 휠 각각은 이동체(10)의 이동경로에 따라 개별적으로 구동할 수 있다.
구동모듈의 구동에 의해, 이동체(10)는 군집점과의 특정 경계값까지 이동한 후 정지하여, 현 위치에서의 외부 환경정보 및 이동체(10)의 상태정보를 다시 센싱할 수 있다. 다음, 새로운 추종대상에 대한 포인트 클라우드 정보를 획득하고, 상술한 과정을 순차적으로 진행함으로써, 이동체(10)의 이동경로를 다시 생성할 수 있다.
중앙처리모듈은 이동체(10)와 추종대상(30)과의 거리를 계산하고 분석함으로써, 특정 경계값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 특정 경계값은 이동체(10)와 추종대상(30) 사이의 거리에 따라, 추종대상을 기준으로 반경 0.5m 이상으로 설정될 수 있다. 이동체(10)와 추종대상(30)과의 거리가 특정 경계값 미만인 경우 구동모듈은 정지할 수 있다. 즉, 이동체(10)가 추종대상(30)을 기준으로 반경 0.5m 이내에 진입하는 경우 구동모듈은 정지할 수 있다. 또한, 이동체(10)와 추종대상(30)과의 거리가 특정 경계값 이상인 경우 구동모듈(400)은 구동할 수 있다. 즉, 이동체(10)가 추종대상(30)을 기준으로 반경 0.5m 이상 영역에서 이동체는 이동경로에 따라 자유롭게 주행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 감지모듈, 중앙처리모듈, 구동모듈이 일체형으로 구비됨으로써, 다양한 이동체에 용이하게 설치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 감지모듈이 능동적으로 추종대상을 감지함으로써, 이동체의 원격 조종, 자율 주행 및 작업, 안전 제어 등을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 7 및 도 8을 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠제어구동시스템의 독립휠 제어를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립휠 제어형 구동 시스템은 추종각 오차(θ)를 이용해 복수 개의 휠 각각에 속도차이를 부여할 수 있다. 추종각 오차는 이동체가 직진할 때의 방향을 x 축이라고 하고, 센서의 위치/질량 중심 등 특정 위치에서 군집점으로 직선이 만들어졌을 때 x 축과 생성된 직선과의 상대 각도 차이로 정의할 수 있다. 예를 들어, 추종각 오차가 양수 인 경우, 제1 휠(410a)의 속력은 제2 휠(410b)의 속력보다 크게 설정될 수 있다. 또한, 추종각 오차가 음수 인 경우, 제1 휠(410a)의 속력은 제2 휠(410b)의 속력보다 작을 수 있다.
예를 들어, 도 6과 같이, 제1 휠(410a) 및 제2 휠(410b)의 속력과 방향이 같은 경우, 이동체(10)는 직진 또는 후진 주행할 수 있다. 다른 예로, 제1 휠(410a)의 속력이 제2 휠(410b)의 방향이 같고, 속력이 서로 다른 경우, 이동체(10)는 좌측 방향 또는 우측방향으로 곡선운동 할 수 있다. 다른 예로, 제1 휠(410a)의 속력이 제2 휠(420b)의 방향이 서로 다르고, 속력이 같은 경우, 이동체(10)는 제자리에서 회전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 구동모듈을 독립적으로 구동함으로써, 다양한 주행 제어가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 모듈형태로 다양한 이동체에 용이하게 설치할 수 있으며, 이동체의 원격 조종, 자율 주행 및 작업, 안전 제어 등이 효율적으로 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1000: 독립휠 제어형 구동 시스템
10: 이동체 20: 하부프레임\
30: 상부프레임 40: 지지부재
100: 감지모듈 110: 센서
200: 중앙처리모듈 400: 구동모듈
410: 휠 430: 구동모터
450: 높이조절부재 451: 제1 조절부
453: 제2 조절부 460: 스프링부재
490: 구동제어부 700: 배터리모듈

Claims (5)

  1. 상부프레임 상에 안착되는 이동체의 상태정보 및 외부 환경정보를 획득하는 센서와 상기 센서를 구동하는 센서드라이버를 포함하며 하부프레임 상에 설치되는 감지모듈;
    상기 감지모듈과 연결되고, 상기 감지모듈로부터 획득한 외부 환경정보 및 상기 상태정보를 분석하고 구동제어신호를 생성하여 상기 이동체의 이동경로를 설정하는 중앙처리모듈;
    상기 중앙처리모듈과 연결되고, 상기 구동제어신호에 의해 휠의 속도를 조절하여 상기 이동체를 상기 이동경로로 이동시키는 구동모듈; 및
    상기 하부프레임 상에 배치되며, 감지모듈, 중앙처리모듈 및 구동모듈과 연결되어 전원을 인가하는 배터리모듈을 포함하며,
    상기 구동모듈은,
    독립구동이 가능한 복수개의 휠;
    상기 휠과 연결되어 상기 휠의 높이를 조절하는 복수개의 높이조절부재;
    상기 복수개의 휠과 각각 연결되며 상기 휠을 구동하기 위한 동력을 제공하도록 일측에 회전축이 구비되는 복수개의 구동모터;
    상기 구동모터를 지지하되, 상부는 상부프레임에 고정되며, 하부는 구동모터의 하면을 감싸도록 형성되는 복수개의 모터지지부재; 및
    상기 복수개의 구동모터 각각을 독립적으로 제어하는 구동제어부를 포함하고,
    상기 높이조절부재는,
    상기 구동모터의 상면에 설치되는 제1 조절부;
    상기 상부프레임의 하면에 설치되는 제2 조절부를 포함하며,
    상기 제1 조절부 및 제2 조절부는 자성을 띄는 전자석이며, 제1 조절부의 크기는 제2 조절부 보다 작게 형성되고, 상기 제2 조절부는 내측으로 오목하게 형성되어 제1 조절부를 수납할 수 있는 수납부를 포함하며,
    상기 모터지지부재는,
    상기 하부프레임의 하면에 결합되며, 내측면에는 히부지지부재의 상하이동을 가이드하는 가이드레일이 형성되는 고정부재;
    상기 고정부재의 내측에 배치되어 상기 가이드레일에 삽입되는 돌출부가 구비되는 하부지지부재를 포함하고,
    상기 하부지지부재의 하면은 구동모터의 하면에 결합되고, 상기 돌출부는 가이드레일에 삽입되어 휠의 상하 이동에 따라 움직이는 구동모터를 지지하며,
    상기 이동경로는,
    상기 센서로부터 추종대상에 대한 포인트 클라우드를 획득하고, 상기 포인트 클라우드를 기반으로 군집점을 도출하고, 상기 이동체와 상기 군집점의 거리 및 각도를 계산하고, 상기 군집점 주변의 환경정보를 재획득하는 과정을 반복 수행하여 설정하며,
    상기 중앙처리모듈은,
    상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리를 계산하여, 상기 추종대상을 기준으로 특정 경계값을 설정하고,
    상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리가 상기 특정 경계값 미만인 경우 상기 구동모듈은 정지하고,
    상기 이동체와 상기 추종대상 사이의 거리가 상기 특정 경계값 이상인 경우 상기 구동모듈은 구동하고,
    상기 구동제어부는,
    상기 중앙처리모듈에서 전송된 상기 이동체의 위치정보와 상기 군집점 사이의 거리 및 각도 정보에 의해 상기 휠을 제어하는 독립휠제어구동시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
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