KR102622794B1 - 주행구체 - Google Patents

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정양채
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은 주행구체에 관한 것으로서, 전후진이 가능할뿐만 아니라 좌우좌우 사방으로 방향전환이 자유로운 주행구체에 관한 것이다.
본 발명의 주행구체는 내부가 비어있는 구형의 바디와, 바디의 중심을 통과하도록 바디의 내부에 수평하게 설치되는 지지샤프트와, 지지샤프트에 지지되어 바디를 전진 또는 후진 방향으로 굴리기 위한 주행유닛을 구비한다.

Description

주행구체{driving sphere}
본 발명은 주행구체에 관한 것으로서, 전후진이 가능할뿐만 아니라 좌우좌우 사방으로 방향전환이 자유로운 주행구체에 관한 것이다.
일반적으로 휴머로이드 로봇은 직립 상태로 이동하기 때문에 이동속도가 느리고 장애물에 걸려 쉽게 넘어질 수 있으며, 아울러 좁은 공간에서의 이동이 매우 제한적이다.
이에 반해 구형상(球形狀)의 로봇은 몸체가 구형으로 이루어져 있어 휴머로이드 로봇에 비해 이동에 따른 제한사항을 대부분 해소할 수 있다. 이에 따라 구형로봇은 극지, 해저 및 행성 탐사용, 국방용, 교육용 및 사회 안전분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있도록 시도되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0062005호에는 구형물체 주행제어 시스템이 개시되어 있다.
상기 구형물체 주행제어 시스템은 구름운동을 할 수 있고 서로 분해조립되는 다수의 부분으로 이루어진 구형 틀, 상기 구형 틀의 내부를 가로질러 구형틀의 내측면에 고정되는 주행축, 상기 주행축에연결되어 주행축을 회전시키는 동력발생수단, 상기 주행축의 하부에 연결되고 소정의 질량을 가져 무게추 역할을 하는 질량수단, 상기 질량수단에 장착되어 상기 구형틀의 회전방향을 조절할 수 있는 조향수단을 포함한다.
상기의 구형물체 주행제어 시스템은 무게추의 기울기를 조절하여 구형물체의 주행방향을 전환하도록 구성된다. 따라서 주행방향 전환시 주행축은 기울어진 상태로 위치하므로 주행이 원활하지 않다는 문제점 있다. 또한, 주행방향의 전환범위가 매우 제한적이다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0062005호: 구형물체 주행제어 시스템
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 전후진이 가능할뿐만 아니라 전후좌우로 방향전환이 매우 자유로운 주행구체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주행구체는 내부가 비어있는 구형의 바디와; 상기 바디의 중심을 통과하도록 상기 바디의 내부에 수평하게 설치되는 지지샤프트와; 상기 지지샤프트에 지지되어 상기 바디를 전진 또는 후진 방향으로 굴리기 위한 주행유닛;을 구비하고, 상기 주행유닛은 상기 지지샤프트에 회전가능하도록 결합되어 상기 지지샤프트의 하방으로 매달려 있는 웨이트부재와, 상기 웨이트부재에 설치되어 상기 바디의 하부측 내주면에 접촉하는 구동휠과, 상기 구동휠을 전후 방향으로 회전시켜 상기 바디를 굴리기 위한 주행모터를 구비한다.
상기 주행유닛은 상기 웨이트부재에 결합되어 상방으로 연장되는 연결바와, 상기 연결바에 설치되어 상기 바디의 상부측 내주면에 접촉하는 보조구동휠과, 상기 보조구동휠을 회전시키기 위한 보조주행모터를 더 구비한다.
상기 바디의 주행방향을 조절하기 위한 조향유닛;을 더 구비한다.
상기 조향유닛은 상기 지지샤프트가 수평을 유지하는 상태에서 좌우 방향으로 회전될 수 있도록 하여 상기 바디의 주행방향을 조절한다.
상기 조향유닛은 상기 지지샤프트의 일측 단부에 설치되어 상기 바디의 내주면에 접촉하는 제 1조향휠과, 상기 지지샤프트의 타측 단부에 설치되어 상기 바디의 내주면에 접촉하며 상기 제 1조향휠과 대향하는 제 2조향휠과, 상기 제 1 및 제 2조향휠을 회전시켜 상기 지지샤프트를 좌우 방향으로 회전시키기 위한 조향모터를 구비한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 무게추 역할을 하는 웨이트부재에 구동휠을 설치하여 주행하는 방식이므로 안정적인 주행이 가능하다.
또한, 본 발명은 구동휠을 좌우 방향으로 꺽어서 방향전환을 하므로 방향전환이 빠를 뿐만 아니라 다양한 방향으로 전환이 가능하다. 또한, 본 발명은 주행중 또는 정지시에도 방향전환이 가능한 장점을 갖는다.
상술한 본 발명은 로봇의 하부에 장착되어 로봇의 이동을 가능하게 하는 주행구체로 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 주행구체의 사시도이고,
도 2는 도 1의 절개 사시도이고,
도 3은 도 1의 정단면도이고,
도 4는 도 1의 측단면도이고,
도 5 및 도 6은 도 1의 작동모습을 나타내가 위한 측단면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 주행구체의 정단면도이고,
도 8은 도 7의 주행구체의 측단면도이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 예에 따른 주행구체의 정단면도이고,
도 10은 도 9의 주행구체를 위에서 바라본 단면도이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 예에 따른 주행구체의 정단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 주행구체에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 주행구체(10)는 내부가 비어있는 구형의 바디(11)와, 바디(11)의 중심을 통과하도록 바디(11)의 내부에 수평하게 설치되는 지지샤프트(15)와, 지지샤프트(15)에 지지되어 바디(11)를 전진 또는 후진 방향으로 굴리기 위한 주행유닛(20)을 구비한다.
바디(11)는 구형으로 이루어진다. 바디(11)의 내부는 비어있는 중공구조이다. 바디(11)는 합성수지나 금속 소재로 형성될 수 있다.
바디(11)는 2개의 반구형 부분이 결합되어 구형으로 형성될 수 있다. 2개의 반구형 부분은 결합 및 분리가 가능하여 바디(11) 내부의 구성들의 교체가 용이하다.
지지샤프트(15)는 바디(11)의 내부에 설치된다. 지지샤프트(15)는 단면이 원형인 봉 형상으로 이루어질 수 있다. 지지샤프트(15)는 바디(11)의 중심을 통과하도록 위치하여 바디(11)의 내부에 수평하게 설치된다. 바디(11)가 구르는 경우 지지샤프트(15)가 바디(11)의 회전중심이 된다.
지지샤프트(15)의 양 단부는 바디(11)의 내주면에 결합된다. 이를 위해 바디(11)의 내주면에는 고정보스(17)가 2개 마련된다. 지지샤프트(15)의 양 단부는 고정보스(17)의 내부로 삽입되어 고정된다.
주행유닛(20)은 지지샤프트(15)와 연결되어 상기 바디를 전진 또는 후진 방향으로 굴리는 역할을 한다.
주행유닛(20)은 지지샤프트(15)에 결합되어 지지샤프트(15)의 하방으로 매달려 있는 웨이트부재(21)와, 웨이트부재(21)에 설치되어 바디(11)의 하부측 내주면에 접촉하는 구동휠(23)과, 구동휠(23)을 전후 방향으로 회전시켜 바디(11)를 굴리기 위한 주행모터(27)를 구비한다.
도시된 예에서 웨이트부재(21)는 반달 형상으로 이루어진다. 이와 달리 웨이트부재(21)는 반구형, 원뿔형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 웨이트부재(21)는 비중이 큰 금속으로 이루어져 충분한 무게를 가질 수 있도록 한다. 웨이트부재(21)의 무게는 주행모터(27)의 구동력보다 충분히 크도록 형성되는 것이 바람직하다.
웨이트부재(21)는 지지샤프트(15)에 회전가능하도록 결합된다. 이를 위해 웨이트부재(21)의 상부측에 수평으로 관통하는 장착홀이 형성되고, 장착홀에 베어링(22)을 설치한 다음, 베어링(22)의 내측에 지지샤프트(15)를 끼워서 결합시킬 수 있다. 웨이트부재(21)는 지지샤프트(15)의 중앙에 결합된다.
상술한 웨이트부재(21)는 무게중심이 지지샤프트(15) 중앙의 하방에 위치하므로 지지샤프트(15)를 항상 수평한 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 웨이트부재(21)는 지지샤프트(15)에 매달려 전후 방향으로 스윙이동이 가능하므로 구동휠(23)의 회전시 무게중심을 전후 방향으로 이동시켜 바디(11)가 구를 수 있도록 한다.
구동휠(23)은 웨이트부재(21)의 하부에 회전가능하도록 설치된다. 구동휠(23)은 바디(11)의 하부측 내주면에 접촉한다.
구동휠(23)은 통상적인 바퀴 형태로 이루어질 수 있으나, 이와 달리 구형으로 형성될 수 있다. 또한, 구형으로 형성된 바퀴의 좌우 양측을 도려낸 형태로 형성될 수 있다. 도시된 예는 구형으로 형성된 바퀴의 좌우 양측을 도려낸 형태의 구동휠(23)을 나타내고 있다. 이러한 구동휠(23)은 바디(11)의 내주면과의 접촉면적을 최소화하여 조향이 용이한 장점을 갖는다.
주행모터(27)는 구동휠(23)을 전후 방향으로 회전시키는 역할을 한다. 주행모터(27)는 웨이트부재(21)에 설치된다. 도시된 예는 웨이트부재(21)에 삽입홀을 형성한 후 삽입홀에 주행모터(27)를 설치한 모습을 나타내고 있다. 주행모터(27)를 웨이트부재(21)에 설치할 경우 웨이트부재(21)의 중량을 증가시키는 장점을 갖는다.
주행모터(27)와 구동휠(23)은 벨트(29)로 연결되어 동력을 전달할 수 있다. 가령, 주행모터(27)의 구동축에 제 1풀리(28)를 설치하고, 구동휠(23)의 회전축에 제 2풀리(24)를 설치한 다음 제 1풀리(28)와 제 2풀리(24)를 벨트(29)로 연결한다. 이와 달리 다수의 기어를 통해 주행모터(27)의 동력을 구동휠(23)에 전달할 수 있음은 물론이다.
도시되지 않았지만 주행모터(27)에 전원을 공급하기 위한 배터리는 웨이트부재(21)에 설치될 수 있다. 그리고 주행모터(27)의 회전방향 및 회전속도를 제어하기 위한 컨트롤유닛이 웨이트부재(21)에 설치될 수 있음은 물론이다. 또한, 컨트롤유닛은 무선통신망을 통해 바디(11)의 외부와 통신이 가능하도록 구성될 수 있다.
주행모터(27)가 작동하여 구동휠(23)이 회전하면 웨이트부재(21)의 무게중심이 전방 또는 후방으로 이동하고, 이에 따라 바디(11)가 전방 또는 후방으로 구르면서 주행이 가능하다.
주행모터(27)가 작동하여 구동휠(23)이 회전하여 웨이트부재(21)의 무게중심의 전방으로 이동하면서 바디(11)가 전방으로 구르는 모습을 도 5에 나타내고 있다. 그리고 구동휠(23)이 반대로 회전하여 웨이트부재(21)의 무게중심이 후방으로 이동하면서 바디(11)가 후방으로 구르는 모습을 도 6에 나타내고 있다.
도 7 및 도 8에는 주행유닛의 다른 예를 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 주행유닛은 웨이트부재(21)에 결합되어 상방으로 연장되는 연결바(31)와, 연결바(31)에 설치되어 바디(11)의 상부측 내주면에 접촉하는 보조구동휠(33)과, 보조구동휠(33)을 회전시키기 위한 보조주행모터(37)를 더 구비한다.
연결바(31)는 웨이트부재(21)의 상부에 결합된다. 연결바(31)는 지지샤프트(15)의 중앙과 대응되는 위치에서 웨이트부재(21)에 결합된다. 웨이트부재(21)의 상부에 결합된 연결바(31)는 상방으로 수직하게 연장된다.
보조구동휠(33)은 연결바(31)의 상부에 설치된다. 이를 위해 연결바(31)의 상단에는 휠브라켓트(32)가 설치되고, 휠브라켓트(32)에 회전가능하도록 보조구동휠(33)이 결합된다. 보조구동휠(33)은 구동휠(23)과 동일한 형태로 이루어질 수 있다.
보조주행모터(37)는 연결바(31)에 설치된다. 보조주행모터(37)는 연결바(31)에 형성된 삽입홀에 삽입되어 설치될 수 있다. 보조주행모터(37)는 보조구동휠(33)을 전후 방향으로 회전시키는 역할을 한다. 보조주행모터(37)와 보조구동휠(38)은 벨트(39)로 연결되어 동력을 전달할 수 있다. 가령, 보조주행모터(37)의 구동축 및 보조구동휠(33)의 회전축에 각각 풀리(34)(38)가 설치되고, 2개의 풀리(34)(38)는 벨트(39)로 연결된다. 이와 달리 다수의 기어를 통해 보조주행모터(37)의 동력을 보조구동휠(33)에 전달할 수 있음은 물론이다.
보조주행모터(37) 역시 주행모터(27)와 동일하게 웨이트부재(21)에 설치된 배터리를 통해 전원을 공급받을 수 있다. 그리고 보조주행모터(27)의 회전방향 및 회전속도 역시 컨트롤유닛에 의해 제어될 수 있다. 보조주행모터(37)는 주행모터(27)와 동일한 방향으로 회전하도록 제어된다.
상술한 바와 같이 보조구동휠(33)이 더 구비될 경우, 구동휠(23)과 보조구동휠(33)을 동시에 동일한 방향으로 회전시켜 바디(11)를 구르게 할 수 있다. 따라서 바디(11)의 구르는 힘을 높일 수 있어서 바디(11)가 무거워지거나 바디(11)가 주행하는 노면이 고르지 않을 경우 유용하게 활용될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 주행구체는 조향유닛을 더 구비할 수 있다. 조향유닛에 의해 바디의 주행방향을 자유롭게 조절할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 조향유닛은 지지샤프트(15)의 일측 단부에 설치되어 바디(11)의 내주면에 접촉하는 제 1조향휠(43)과, 지지샤프트(15)의 타측 단부에 설치되어 바디(11)의 내주면에 접촉하며 제 1조향휠(43)과 대향하는 제 2조향휠(53)과, 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)을 회전시켜 지지샤프트(15)를 좌우 방향으로 회전시키기 위한 조향모터(47)(57)를 구비한다.
제 1조향휠(43)과 제 2조향휠(53)은 지지샤프트(15)의 양측 단부에 각각 설치된다. 가령, 지지샤프트(15)의 일측 단부에는 휠브라켓트(42)가 설치되고, 휠브라켓트(42)에 회전가능하도록 제 1조향휠(43)이 결합된다. 그리고 지지샤프트(15)의 타측 단부에는 휠브라켓트(52)가 설치되고, 휠브라켓트(52)에 회전가능하도록 제 2조향휠(53)이 결합된다. 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)은 바디(11)의 내주면에 접촉한다.
제 1 및 제 2조향휠(43)(53)을 회전시키기 위해 조향모터(47)(57)가 구비된다. 조향모터(47)(57)는 지지샤프트(15)에 형성된 삽입홀에 삽입되어 설치될 수 있다. 도시된 예에서 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)을 각각 회전시키기 위해 2개의 조향모터(45)(57)가 설치된다. 가령, 제 1조향모터(47)는 제 1조향휠(43)과 인접하게 지지샤프트(15)에 설치되고, 제 2조향모터(57)는 제 2조향휠(53)과 인접하게 지지샤프트(15)에 설치된다. 제 1 및 제 2조향모터(47)(57)는 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)을 각각 좌우 방향으로 회전시키는 역할을 한다.
제 1조향모터(47)와 제 1조향휠(43)은 벨트(49)로 연결되어 동력을 전달할 수 있다. 가령, 제 1조향모터(47)의 구동축 및 제 1조향휠(43)의 회전축에 각각 풀리(48)(44)가 설치되고, 2개의 풀리(48)(44)는 벨트(49)로 연결된다. 그리고 제 2조향모터(57)의 구동축 및 제 2조향휠(53)의 회전축에 각각 풀리(58)(54)가 설치되고, 2개의 풀리(58)(54)는 벨트(49)로 연결된다. 벨트 대신에 다수의 기어를 통해 제 1 및 제 2조향모터(47)(57)의 동력을 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)에 각각 전달할 수 있음은 물론이다.
제 1 및 제 2조향모터(47)(57)는 웨이트부재(21)에 설치되는 배터리를 통해 전원을 공급받을 수 있다. 그리고 제 1 및 제 2조향모터(47)(57)의 회전방향 및 회전속도는 컨트롤유닛에 의해 제어될 수 있다.
제 1 및 제 2조향모터(45)(47)는 동시에 작동하거나 각각 따로 작동할 수 있다. 동시에 작동할 경우 제 1 및 제 2조향모터(45)(47)의 회전방향은 동일하게 작동한다.
제 1 및 제 2조향모터(45)(47)에 의해 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)이 동일한 방향으로 회전하게 되면 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2조향휠(43)(53)의 회전방향에 따라 지지샤프트(15)는 좌측 또는 우측 방향으로 회전한다. 이에 따라 지지샤프트(15)에 결합된 주행유닛(20) 역시 좌우 방향으로 회전하므로 바디(11)의 주행방향을 조절할 수 있다.
상술한 조향유닛은 지지샤프트(15)를 수평으로 유지시킨 상태에서 지지샤프트(15)를 좌우 방향으로 자유롭게 회전시킬 수 있다. 따라서 방향전환시에도 바디(11)는 항상 안정적으로 주행이 가능하다.
한편, 상술한 도 9와 달리 도 7에 도시된 주행구체에 조향유닛이 설치될 수 있음은 물론이다. 이러한 주행구체의 모습은 도 11에 나타내었다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11: 바디 15: 지지샤프트
20: 주행유닛 21: 웨이트부재
23: 구동휠 27: 주행모터

Claims (5)

  1. 내부가 비어있는 구형의 바디와;
    상기 바디의 중심을 통과하도록 상기 바디의 내부에 수평하게 설치되는 지지샤프트와;
    상기 지지샤프트에 지지되어 상기 바디를 전진 또는 후진 방향으로 굴리기 위한 주행유닛;을 구비하고,
    상기 주행유닛은 상기 지지샤프트에 회전가능하도록 결합되어 상기 지지샤프트의 하방으로 매달려 있는 웨이트부재와, 상기 웨이트부재에 설치되어 상기 바디의 하부측 내주면에 접촉하는 구동휠과, 상기 구동휠을 전후 방향으로 회전시켜 상기 바디를 굴리기 위한 주행모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 주행구체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주행유닛은 상기 웨이트부재에 결합되어 상방으로 연장되는 연결바와, 상기 연결바에 설치되어 상기 바디의 상부측 내주면에 접촉하는 보조구동휠과, 상기 보조구동휠을 회전시키기 위한 보조주행모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주행구체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 바디의 주행방향을 조절하기 위한 조향유닛;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주행구체.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 조향유닛은 상기 지지샤프트가 수평을 유지하는 상태에서 좌우 방향으로 회전될 수 있도록 하여 상기 바디의 주행방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 주행구체.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 조향유닛은 상기 지지샤프트의 일측 단부에 설치되어 상기 바디의 내주면에 접촉하는 제 1조향휠과, 상기 지지샤프트의 타측 단부에 설치되어 상기 바디의 내주면에 접촉하며 상기 제 1조향휠과 대향하는 제 2조향휠과, 상기 제 1 및 제 2조향휠을 회전시켜 상기 지지샤프트를 좌우 방향으로 회전시키기 위한 조향모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 주행구체.

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