KR102639225B1 - 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템 - Google Patents

전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템 Download PDF

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Abstract

전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템이 개시된다. 상기 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템은, 궤도형 이동 로봇의 바퀴에 설치되는 능동형 서스펜션 시스템에 있어서, 회전축상에 샤프트가 설치되고, 전원을 인가받아 상기 샤프트를 회전시키는 모터를 포함하는 모터부; 코일스프링 및 댐퍼를 포함하고 일측이 회동가능하게 설치되는 서스펜션부; 일측이 상기 샤프트와 결합된 상태로 상기 모터의 회전에 따라 상기 샤프트 회전 시 중심축을 기준으로 회동하는 리니어 링크; 상기 리니어 링크의 중심 축결합부에 축결합되고, 일측에 상기 서스펜션부가 결합되어 상기 서스펜션부의 위치를 가변시키는 회동링크; 일측에 바퀴가 축결합되고, 길이가 연장되게 형성되는 바퀴프레임; 상기 바퀴의 높이 변화에 따라 회동하도록 상기 바퀴프레임 일측에 결합되고, 일측이 상기 회동링크와 결합되어 상기 회동링크를 회동시키는 회동부재; 및 상기 모터부, 상기 서스펜션부, 상기 리니어 링크, 상기 회동링크 및 상기 회동부재가 수용되도록 설치공간이 마련된 하우징부;를 포함할 수 있다.

Description

전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템{ACTIVE SUSPENSION SYSTEM FOR MOBILE ROBOTS USING ELECTRICAL ENERGY}
본 발명은 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 공압장치를 사용하지 않고 전기에너지를 이용하여 이동 로봇의 차체 자세를 제어할 수 있어, 컴프레셔를 설치할 수 없는 부피가 작은 중소형 이동 로봇 제작이 용이하고, 서스펜션의 정밀 제어가 가능하며, 작은 부피로 서스펜션 시스템을 구축할 수 있어 궤도형 바퀴를 사용하는 이동 로봇의 보기륜 바퀴 각각에 설치되어 개별 제어가 가능함으로써 다양한 지형을 주행 시 차체의 진동 및 흔들림을 방지할 수 이고 수평유지에 유리하여 이송물을 안정적으로 운반할 수 있는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 무인 이동 로봇은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 건물의 부분적 붕괴 상황, 처음 들어가보는 자연물의 탐사, 혹은 분쟁 지역의 시가지 상황 관찰 등 인간이 직접 진입하기 위험한 곳에 무인 이동 로봇을 먼저 보내는 것이 선호된다.
특히 최근에는 인력을 대신하여 무인 이동 로봇을 통해 물류창고 내에서 물류를 운반하거나 농장 등의 외부에서 농작물 수확 및 운반하는 작업을 수행하도록 개발되고 있다.
한편, 이동 로봇 중에 다양한 지형에서 이동 가능하도록 하기 위해 통상적인 바퀴를 사용하지 않고 무한궤도 형태로 이루어지는 것이 있다.
이러한 무한궤도 방식의 이동 로봇은 일반적인 4륜 바퀴를 이용하는 방식에 비해 주행 속도는 느리지만 주행하는 지면에 접촉하는 면적이 넓어 요철이 심한 도로나 진흙바닥에서도 원활한 주행이 가능하다는 장점이 있어 화재현장의 상황파악, 건물 내부의 무인감시, 원자로나 위험물이 존재하는 위험지역의 탐사 및 자료수집 등의 민간용, 전지 탐사나 지뢰탐지 및 제거 등의 군사용 등 극한 환경에서의 주행을 요하는 경우에 널리 사용되고 있다.
한편, 보통 이동 로봇의 경우 그 크기가 갖는 물리적 한계에 따라 설계 시 공간과 중량의 제약이 크다. 제약에 따라 구조와 메커니즘은 최소한으로 갖추고 대부분은 임무장치나 배터리와 같이 핵심 구성품에 할당된다.
특히 무한궤도 방식의 이동 로봇의 경우 서스펜션 메커니즘을 전혀 적용하지 않고 주행 충격을 궤도의 고무탄성에 의지하는 경우가 일반적이다.
또한, 경우에 따라 구동바퀴측에 통상의 스프링 및 댐퍼가 설치되고 있지만 이는 단순히 지면으로부터 전달되는 충격을 흡수하기 위한 역할을 수행하기 위한 것일 뿐 능동적인 서스펜션 제어가 불가능하여 다양한 지형을 주행하기에 적합하지 않은 문제가 있다.
또한, 서스펜션의 제어를 위해서는 통상적으로 공압 또는 유압을 제어하는 댐퍼 제어 방식이 적용되고 있지만 이러한 공압 또는 유압식 서스펜션은 압축공기 생성을 위해 필수적으로 컴프레셔 장치가 구비되어야 함에 따라 부피가 커져 중소형의 이동 로봇에 적용하기에는 어려움이 있다.
이처럼, 중소형 크기의 무한궤도 구동방식을 적용한 이동 로봇은 각 바퀴(보기륜) 각각에 서스펜션을 설치하기 쉽지 않고, 특히 서스펜션 제어에 어려움이 있어, 중소형 크기의 이동 로봇에 적용될 수 있는 소형화된 서스펜션 시스템 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 10-2572590
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공압장치를 사용하지 않고 전기에너지를 이용하여 이동 로봇의 차체 자세를 제어할 수 있어, 컴프레셔를 설치할 수 없는 부피가 작은 중소형 이동 로봇 제작이 용이하고, 서스펜션의 정밀 제어가 가능하며, 작은 부피로 서스펜션 시스템을 구축할 수 있어 궤도형 바퀴를 사용하는 이동 로봇의 보기륜 바퀴 각각에 설치되어 개별 제어가 가능함으로써 다양한 지형을 주행 시 차체의 진동 및 흔들림을 방지할 수 이고 수평유지에 유리하여 이송물을 안정적으로 운반할 수 있는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템은, 궤도형 이동 로봇의 바퀴에 설치되는 능동형 서스펜션 시스템에 있어서, 회전축상에 샤프트가 설치되고, 전원을 인가받아 상기 샤프트를 회전시키는 모터를 포함하는 모터부; 코일스프링 및 댐퍼를 포함하고 일측이 회동가능하게 설치되는 서스펜션부; 일측이 상기 샤프트와 결합된 상태로 상기 모터의 회전에 따라 상기 샤프트 회전 시 중심축을 기준으로 회동하는 리니어 링크; 상기 리니어 링크의 중심 축결합부에 축결합되고, 일측에 상기 서스펜션부가 결합되어 상기 서스펜션부의 위치를 가변시키는 회동링크; 일측에 바퀴가 축결합되고, 길이가 연장되게 형성되는 바퀴프레임; 상기 바퀴의 높이 변화에 따라 회동하도록 상기 바퀴프레임 일측에 결합되고, 일측이 상기 회동링크와 결합되어 상기 회동링크를 회동시키는 회동부재; 및 상기 모터부, 상기 서스펜션부, 상기 리니어 링크, 상기 회동링크 및 상기 회동부재가 수용되도록 설치공간이 마련된 하우징부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 능동형 서스펜션 시스템은, 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항의 정도를 기준으로 제1모드 또는 제2모드로 설정되어 동작하되, 상기 모터가 정회전하면 상기 샤프트에 설치된 상기 리니어 링크가 상기 모터와 인접하게 가까워지도록 회동함으로써 제1모드로 설정되고, 상기 모터가 역회전하면 상기 샤프트에 설치된 상기 리니어 링크가 상기 제1모드에 비해 상기 모터에서 더 멀어지도록 회동함으로써 제2모드로 설정되며, 상기 제1모드는 상기 제2모드에 비해 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항이 작게 작용하도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 회동링크는, 상기 회동부재가 결합되기 위한 장홈이 형성되고, 상기 장홈의 일측단은 제1위치이고, 타측단은 제2위치이며, 제1모드에서는 상기 회동부재가 상기 회동링크의 제1위치에 위치되고, 제2모드에서는 상기 회동부재가 상기 회동링크의 제2위치에 위치될 수 있다.
또한, 상기 리니어 링크와 상기 회동링크가 축결합되는 축결합부(P1), 상기 회동링크와 상기 서스펜션부가 결합되는 축결합부(P2) 및 상기 회동링크와 상기 회동부재가 축결합되는 축결합부(P3)는 상호간 구성이 각각 축결합되는 부분이고, 각각의 결합된 구성이 축결합부(P12, P2, P3)상에서 독립적으로 회동할 수 있다.
또한, 상기 리니어 링크는, 내부가 관통된 동작홈이 형성되고, 상기 회동링크는 상기 동작홈에 수용된 상태로 상기 리니어 링크에 축결합되어 회동할 수 있다.
또한, 상기 하우징부는, 일측면이 개방되고, 상기 모터부, 상기 서스펜션부, 상기 리니어 링크, 상기 회동링크 및 상기 회동부재가 수용되기 위해 홈이 패인 구조로 설치공간부가 형성된 하우징; 및 상기 하우징에 대응하여 상기 하우징의 개방된 부분을 폐쇄하는 커버;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부에는, 상기 회동링크의 동작을 가이드하기 위한 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈은, 제1모드에서 상기 회동링크의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제1가이드홈; 제2모드에서 상기 회동링크의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제2가이드홈; 및 상기 리니어 링크 일단이 지지되는 제3가이드홈;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템은, 공압장치를 사용하지 않고 전기에너지를 이용하여 이동 로봇의 차체 자세를 제어할 수 있어, 컴프레셔를 설치할 수 없는 부피가 작은 중소형 이동 로봇 제작이 용이하고, 서스펜션의 정밀 제어가 가능하며, 작은 부피로 서스펜션 시스템을 구축할 수 있어 궤도형 바퀴를 사용하는 이동 로봇의 보기륜 바퀴 각각에 설치되어 개별 제어가 가능함으로써 다양한 지형을 주행 시 차체의 진동 및 흔들림을 방지할 수 이고 수평유지에 유리하여 이송물을 안정적으로 운반할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템의 분해 사시도.
도 3 내지 도 4는 제1모드 상태의 작동상태도.
도 5 내지 도 6은 제2모드 상태의 작동상태도.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템은, 공압장치를 사용하지 않고 전기에너지를 이용하여 이동 로봇의 차체 자세를 제어할 수 있어, 컴프레셔를 설치할 수 없는 부피가 작은 중소형 이동 로봇 제작이 용이하고, 서스펜션의 정밀 제어가 가능하며, 작은 부피로 서스펜션 시스템을 구축할 수 있어 궤도형 바퀴를 사용하는 이동 로봇의 보기륜 바퀴 각각에 설치되어 개별 제어가 가능함으로써 다양한 지형을 주행 시 차체의 진동 및 흔들림을 방지할 수 이고 수평유지에 유리하여 이송물을 안정적으로 운반할 수 있는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템(이하, '능동형 서스펜션 시스템'이라 함)은 크게 모터부(100), 서스펜션부(200), 리니어 링크(300), 회동링크(400), 바퀴프레임(500), 회동부재(600) 및 하우징부(700)를 포함할 수 있다.
본 발명의 능동형 서스펜션 시스템은 궤도형 구동 방식의 이동 로봇(미도시)의 바퀴에 설치되는 것으로, 구동바퀴 외 보기륜(Bogie wheel)에 설치되어 각각의 보기륜이 지형의 굴곡에 대응하여 주행 중에 발생하는 충격을 흡수하고, 차체의 자세 제어를 하기 위한 것이다.
먼저, 모터부(100)는 전원이 인가되면 회전력을 발생시키는 모터(110)와 상기 모터(110)의 회전축상에 설치되어 회전하고 외주면에 나사산이 형성된 샤프트(120)를 포함할 수 있다.
상기 모터부(100)는 후술하는 하우징(710) 내부의 설치공간부(711)에 설치될 수 있고, 상기 샤프트(120) 단부에는 상기 하우징(710)의 설치공간부(711) 일측에 고정되고 상기 샤프트(120)가 관통하는 부싱(121)이 설치될 수 있다.
상기 부싱(121)은 샤프트(120)가 흔들리지 않고 고정된 위치에 안정적으로 위치될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한, 모터부(100)는 외부로부터 전원을 인가받아 상기 모터(110)의 회전축이 회전하면 상기 샤프트(120)가 회전하게 되고, 상기 샤프트(120)는 상기 부싱(121)에 의해 지지될 수 있게 된다.
다음으로, 서스펜션부(200)는 코일스프링(미부호) 및 댐퍼(미부호)를 포함하고 일측이 회동가능하게 설치되는 부분으로, 통상적으로 외력이 가해지면 압축/신장되면서 충격을 완화하고 이전 상태로 복원되도록 하기 위한 서스펜션이다.
상기 서스펜션부(200)는 코일스프링과 댐퍼가 일체형 구조로 이루어지고 일단, 즉 댐퍼의 피스톤로드 단부가 회동가능하게 하우징(710)의 설치공간부(711) 상측에 고정될 수 있다.
다음으로, 리니어 링크(300)는 일측이 상기 샤프트(120)와 결합된 상태로 상기 모터(110)의 회전에 따라 상기 샤프트(120) 회전 시 중심축을 기준으로 회동하는 부분으로, 수직단면이 일자형 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 리니어 링크(300)는 일측에 상기 샤프트(120) 관통하기 위한 샤프트홈(310)이 형성되고, 상기 샤프트홈(310)과 인접한 부분에 중심부분을 포함하여 내측으로 4면이 관통된 동작홈(320)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 샤프트홈(310)은 상기 샤프트(120)의 직경보다 크게 장홈 형태로 홈이 형성될 수 있고, 그 내부에는 상기 샤프트(120)가 나사결합되는 너트(122)가 삽입될 수 있다.
이러한 상기 너트(122)는 상기 샤프트(120)에 나사결합된 상태로 상기 샤프트홈(310) 내에서 유동적으로 장홈의 공간 내에서 이탈되지 않고 수평 이동되게 결합될 수 있다.
즉, 상기 샤프트(120)가 회전함에 따라 너트(122)에 의해 상기 리니어 링크(300)가 회동 시 샤프트(120)와 리니어 링크(300)가 접촉 간섭에 의해 제한을 받지 않고 동작의 자유도를 가질 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 동작홈(320)은 후술하는 회동링크(400)가 수용된 상태로 동작범위만큼 홈이 형성된 형태로서, 양측에는 상기 리니어 링크(300)와 상기 회동링크(400)가 축결합되는 축결합부(P1)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 축결합부(P1)에는 상기 리니어 링크(300)와 상기 회동링크(400)가 축결합되도록 별도의 핀(미도시)이 삽입될 수 있다.
이러한 상기 리니어 링크(300)는 상기 모터(110)가 회전함에 따라 상기 샤프트(120)가 회전하면 상기 샤프트(120)에 나사결합된 너트(122)에 의해 상기 축결합부(P1)를 기준으로 회동가능하게 된다.
다음으로, 회동링크(400)는 상기 리니어 링크(300)의 중심 축결합부(P1)에 축결합되고, 일측에 상기 서스펜션부(200)가 결합되어 상기 서스펜션부(200)의 위치를 가변시키는 부분이다.
상기 회동링크(400)는 크게 상기 서스펜션부(200)가 결합되는 서스펜션 결합부(410) 및 후술하는 회동부재(600)가 결합되는 회동부재 결합부(420)를 포함하고, 하나의 몸체로 이루어질 수 있다.
상기 서스펜션 결합부(410)는 일측에 상기 회동링크(400)와 상기 서스펜션부(200)가 축결합되는 축결합부(P2)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 축결합부(P2)에는 상기 회동링크(400)와 상기 서스펜션부(200)가 축결합되도록 별도의 핀(미도시)이 삽입될 수 있다.
또한, 상기 서스펜션 결합부(410) 상부에는 상기 서스펜션부(200)가 상기 축결합부(P2)에 축결합된 상태로 회동 시 접촉 간섭을 없애기 위해 곡면 형상으로 홈이 패인 서스펜션홈(411)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 회동부재 결합부(420)는 상기 서스펜션 결합부(410) 하측에 위치되고, 일측에 상기 회동링크(400)와 상기 회동부재(600)가 축결합되는 축결합부(P3)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 축결합부(P3)에는 상기 회동링크(400)와 상기 회동부재(600)가 축결합되도록 별도의 핀(미도시)이 삽입될 수 있다.
또한, 상기 회동링크(400)의 상기 회동부재 결합부(420)에는 상기 회동부재(600)가 축결합되기 위한 부분에 장홈(421)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 장홈(421)의 일측단은 제1위치로 정의하고, 타측단은 제2위치로 정의한다.
즉, 상기 회동부재(600)는 상기 장홈(421)의 제1위치 또는 제2위치 중 어느 하나 또는 이들 사이의 홈 공간에 위치된 상태로 축결합될 수 있다.
따라서, 상기 축결합부(P3)는 상기 회동링크(400)와 상기 회동부재(600)가 축결합되기 위한 상기 장홈(421) 내 홈 공간 전체 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
한편, 상기 회동링크(400)는 상기 서스펜션 결합부(410)에 대해 직각되게 상기 회동부재 결합부(420)가 이루어지되, 'ㄱ'자 형상 또는 '삼각형' 형상과 유사한 형상으로 외형이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 서스펜션 결합부(410) 양측 하단에는 후술하는 회동부재(600)의 경사면부(610)가 밀착되어 걸림되면서 상기 회동부재(600)의 회동을 제한하기 위한 걸림턱(412)이 형성될 수 있다.
상기 걸림턱(412)은 회동부재(600)의 경사면부(610)의 형상에 대응되도록 경사진 단턱 구조로 이루어지고, 상기 회동부재(600)가 설정각도 이상으로 회동되지 못하도록 제한할 수 있다.
다음으로, 바퀴프레임(500)은 일측에 바퀴(510)가 축결합되고, 길이가 연장되게 형성되는 부분이다.
상기 바퀴프레임(500)은 이동 로봇의 주행 시 차체 자세 높이 및 서스펜션의 제어에 따라 회동하는 부분으로, 하우징부(700)가 지면에서 이격되도록 길이방향으로 연장되게 이루어지고, 일측 단부에는 축회전하는 바퀴(510) 설치되고, 타측 단부에는 상기 회동부재(600)의 회전축상에 결합되도록 이루어진다.
다음으로, 회동부재(600)는 상기 바퀴(510)의 높이 변화에 따라 회동하도록 상기 바퀴프레임(500) 일측에 결합되고, 일측이 상기 회동링크(400)와 결합되어 상기 회동링크(400)를 회동시키는 부분이다.
상기 회동부재(600)는 하우징(710)의 설치공간부(711) 일측에 상기 바퀴프레임(500)과 축결합되어 회전가능하도록 외주면이 곡면으로 이루어질 수 있다.
이때, 상측은 상기 회동링크(400)를 중심에 두고 양측면이 축결합되도록 중심부분에 수용홈(611)이 형성되도록 양측면이 돌출되게 형성되고 경사진 형태의 경사면부(610)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 수용홈(611) 내부로 상기 회동링크(400)의 회동부재 결합부(420)가 삽입된 상태로 장홈(421)에 축결합되게 된다.
이에 따라, 상기 회동부재(600)가 회동하면 상기 회동링크(400)는 상기 수용홈(611)의 동작범위 내에서 회동할 수 있게 된다.
마지막으로, 하우징부(700)는 상기 모터부(100), 상기 서스펜션부(200), 상기 리니어 링크(300), 상기 회동링크(400) 및 상기 회동부재(600)가 수용되도록 설치공간이 마련되는 부분이다.
이러한 상기 하우징부(700)는 일측면이 개방되고, 상기 모터부(100), 상기 서스펜션부(200), 상기 리니어 링크(300), 상기 회동링크(400) 및 상기 회동부재(600)가 수용되기 위해 홈이 패인 구조로 설치공간부(711)가 형성된 하우징(710) 및 상기 하우징(710)에 대응하여 상기 하우징(710)의 개방된 부분을 폐쇄하는 커버(720)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 설치공간부(711)는 상기 모터부(100), 상기 서스펜션부(200), 상기 리니어 링크(300), 상기 회동링크(400) 및 상기 회동부재(600)가 수용되거나 축결합되기 위한 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 리니어 링크(300)가 축결합부(P1)를 기준으로 회동 시 설정각도 이상으로 회동하지 못하도록 제한하기 위해, 상기 설치공간부(711) 일측에 스토퍼단턱부(713)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 스토퍼단턱부(713)가 통해 상기 리니어 링크(300)의 하측 일부를 지지하여 회동 동작의 제한할 수 있다.
이처럼, 상기 스토퍼단턱부(713)을 통해 상기 리니어 링크(300)의 회동 각도를 제한하는 이유는 상기 서스펜션부(200)에 대한 상기 리니어 링크(300)의 각도가 설정 각도 이내에서 동작할 수 있도록 하기 위함으로, 예를 들어, 상기 서스펜션부(200)에 대해 상기 리니어 링크(300)가 90° 이내에서 회동 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 상기 서스펜션부(200)에 대해 상기 리니어 링크(300)가 90° 이상의 각도로 설정된 경우에는 일종의 데드존(dead zone) 범위에 해당하는 것으로, 각각의 구성들의 회동 구간에 회동이 원활하게 이루어지기 어려운 상황이 일어날 수 있으므로, 바람직하게는 90° 이내의 각도를 가지도록 상기 스토퍼단턱부(713)의 위치를 설정할 수 있다.
한편, 상기 하우징(710) 내부에는 상기 회동링크(400)의 동작을 가이드하기 위한 가이드홈(712)이 형성되고, 상기 가이드홈(712)은 제1모드에서 상기 회동링크(400)의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제1가이드홈(712a), 제2모드에서 상기 회동링크(400)의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제2가이드홈(712b) 및 상기 리니어 링크(300) 일단이 지지되는 제3가이드홈(712c)을 포함할 수 있다.
상기 가이드홈(712)은 상기 제3가이드홈(712c)을 기준으로 상측 부분이 제1가이드홈(712a)이 되고, 하측 부분이 제2가이드홈(712b)이 되는 것으로, 상기 가이드홈(712)을 통해 상기 리니어 링크(300) 및 상기 회동링크(400)의 동작 범위를 제한할 수 있고, 최종적으로 상기 리니어 링크(300) 및 상기 회동링크(400)의 동작 범위 및 이동 위치를 고려하여 홈의 형상(예: 곡률 등) 및 길이를 설정할 수 있다.
즉, 이러한 상기 가이드홈(712)를 통해 상기 리니어 링크(300) 및 상기 회동링크(400)가 회동 동작 시 일측이 지지될 수 있어 상기 리니어 링크(300) 및 상기 회동링크(400)의 동작 범위 및 위치를 설정할 수 있음은 물론 안정적인 회동 동작이 이루어질 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템을 설명함에 있어 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항의 정도를 기준으로 제1모드 또는 제2모드로 정의하며, 예를 들어, 제1모드는 최종적으로 서스펜션부(200)까지 전달되어 스프링 압력이 작용하는 강도가 낮은 상태를 의미하고, 제2모드는 제1모드에 비해 스프링 압력이 작용하는 강도가 높은 상태를 의미한다.
즉, 제1모드 및 제2모드는 상호간 상대적인 스프링 압력 강도의 차이에 따라 구분될 수 있으며, 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템 구성들의 위치 및 자세에 따라 제1모드 및 제2모드가 설정되어 동작될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템은 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항의 정도를 기준으로 제1모드 또는 제2모드로 설정되어 동작하되, 상기 모터(110)가 정회전하면 상기 샤프트(120)에 설치된 상기 리니어 링크(300)가 상기 모터(110)와 인접하게 가까워지도록 축결합부(P1)를 기준으로 회동함으로써 제1모드로 설정되고, 상기 모터(110)가 역회전하면 상기 샤프트(120)에 설치된 상기 리니어 링크(300)가 상기 제1모드에 비해 상기 모터(110)에서 더 멀어지도록 축결합부(P2)를 기준으로 회동함으로써 제2모드로 설정될 수 있다.
즉, 상기 제1모드는 상기 제2모드에 비해 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항이 작게 작용하도록 이루어질 수 있는 것이다.
여기서, 모터(110)의 정회전 또는 역회전은 특정 방향을 의미하는 것은 아니며 상대적인 방향을 의미할 수 있다.
예를 들어, 시계방향으로 회전하는 방향을 정회전이라고 정의하면 시계반대방향을 역회전이라고 정의할 수 있다.
한편, 상기 회동링크(400)는 상기 회동부재(600)가 결합되기 위한 장홈(421)이 형성되고, 여기서 상기 장홈(421)의 일측단은 제1위치를 의미하고, 타측단은 제2위치를 의미한다.
이때, 제1모드에서는 상기 회동부재(600)가 상기 회동링크(400)의 제1위치에 위치되고, 제2모드에서는 상기 회동부재(600)가 상기 회동링크(400)의 제2위치에 위치될 수 있다.
이때, 상기 장홈(421)의 축결합부(P3)에는 베어링(미도시)이 구비되어 제1위치 및 제2위치를 원활하게 이동하도록 이루어질 수 있다.
이와 같이, 상기 회동부재(600)는 제1모드 또는 제2모드에 따라, 상기 회동링크(400)의 제1위치 또는 제2위치에 위치될 수 있으며, 이로 인해, 서스펜션부(200)까지 전달되는 힘에 저항의 차이가 발생할 수 있어 최종적으로 스프링 압력 강도를 조절하는 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 제1모드에서는 상기 회동부재(600)가 상기 회동링크(400)의 제1위치에 위치됨으로써 축결합부(P1)와 축결합부(P3) 사이 간격이 최대한 멀어진 상태가 될 수 있고, 제2모드에서는 상기 회동부재(600)가 상기 회동링크(400)의 제2위치에 위치됨으로써 축결합부(P1)와 축결합부(P3) 사이 간격이 최대한 가까워진 상태가 될 수 있다.
이 경우, 일종의 지렛대의 원리와 유사하게 힘의 작용이 일어나는 것으로, 제1모드에 비해 제2모드에서 회동링크(400)를 회동시키기 위한 회동부재(600)의 필요 회전력이 더 필요한 상황이 된다.
즉, 제1모드에 비해 제2모드에서는 더 강한 외력이 작용해야만 회동부재(60)의 회전이 이루어질 수 있고, 이는 결국 스프링의 압축 강도를 높이는 효과와 유사한 효과를 얻을 수 있는 것이다.
한편, 서스펜션의 강도를 조절하기 위해서는 상기 축결합부(P1, P2)간 간격 외에 서스펜션부(200), 리니어 링크(300), 회동링크(400) 및 회동부재(600)의 위치, 방향, 각도 등 다양한 요소가 결합되도록 동작됨으로써 이루어질 수 있다.
즉, 상기 리니어 링크와 상기 회동링크가 축결합되는 축결합부(P1), 상기 회동링크와 상기 서스펜션부가 결합되는 축결합부(P2) 및 상기 회동링크와 상기 회동부재가 축결합되는 축결합부(P3)는 상호간 구성이 각각 축결합되는 부분으로서, 각각의 결합된 구성이 축결합부(P12, P2, P3)상에서 독립적으로 회동할 수 있고, 각각의 구성들간 연결구조 및 회동구조를 고려하여 제1모드 또는 제2모드가 설정될 수 있다.
이와 같이, 제1모드에 비해 제2모드에서 서스펜션의 강도가 높아지도록 세팅이 가능하며, 이동 로봇의 주행 시 지형의 속성에 대응하여 가변적으로 제1모드 또는 제2모드로 설정 가능함으로써 능동적인 서스펜션 세팅이 가능하게 된다.
이하에서는 상기 설명한 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템의 작동상태에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 4는 제1모드 상태의 작동상태도이다.
도 3은 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템이 제1모드로 설정된 작동 전 상태를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템이 제1모드로 설정된 작동 후 상태를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 상기 모터(110)가 정회전하면 상기 샤프트(120)에 설치된 상기 리니어 링크(300)가 상기 모터(110)와 인접하게 가까워지도록 축결합부(P1)를 기준으로 회동함으로써 제1모드로 설정될 수 있다.
이때, 상기 회동부재(600)는 상기 회동링크(400)의 장홈(421) 축결합부(P3)의 제1위치에 축결합된 상태가 될 수 있다.
이는, 이동 로봇이 평상시 평평한 지형을 주행하면서 주행에 따른 충격이 발생하지 않은 상태이고, 스프링 및 댐퍼가 신장된 상태이며, 하우징(710)이 지면으로부터 이격된 상태이다.
그 다음, 이동 로봇이 굴곡진 지형을 주행할 경우, 지형의 굴곡에 따라 충격을 흡수한 상태가 되고, 스프링 및 댐퍼가 압축된 상태가 되며, 하우징이 지면에 가까워진 상태가 될 수 있다.
즉, 제1모드는 제2모드에 비해 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항이 상대적으로 작게 작용하는 상태로서, 제1모드에서는 스프링 압력이 작용하는 강도가 가장 낮은 상태로 동작할 수 있게 된다.
도 5 내지 도 6은 제2모드 상태의 작동상태도이다.
도 5는 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템이 제2모드로 설정된 작동 전 상태를 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템이 제2모드로 설정된 작동 후 상태를 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 상기 모터(110)가 역회전하면 상기 샤프트(120)에 설치된 상기 리니어 링크(300)가 상기 모터(110)에서 더 멀어지도록 축결합부(P1)를 기준으로 회동함으로써 제2모드로 설정될 수 있다.
이때, 상기 회동부재(600)는 상기 회동링크(400)의 장홈(421) 축결합부(P3)의 제2위치에 축결합된 상태가 될 수 있다.
이는, 이동 로봇이 평상시 평평한 지형을 주행하면서 주행에 따른 충격이 발생하지 않은 상태이고, 스프링 및 댐퍼가 신장된 상태이며, 하우징(710)이 지면으로부터 이격된 상태이다.
그 다음, 이동 로봇이 굴곡진 지형을 주행할 경우, 지형의 굴곡에 따라 충격을 흡수한 상태가 되고, 스프링 및 댐퍼가 압축된 상태가 되며, 하우징이 지면에 가까워진 상태가 될 수 있다.
즉, 제2모드는 제1모드에 비해 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항이 상대적으로 크게 작용하는 상태로서, 제2모드에서는 스프링 압력이 작용하는 강도가 가장 높은 상태로 동작할 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 능동형 서스펜션 시스템은 주행 시 지형의 굴곡, 형상 및 지형의 물성 특징에 따라 제1모드와 제2모드를 능동적으로 가변시켜 서스펜션의 강도를 조절할 수 있어 진동 및 흔들림을 최소화하여 안정적인 주행을 가능하게 할 수 있는 것이다.
이러한 상기 본 발명의 기술적 사상에 의한 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템은, 공압장치를 사용하지 않고 전기에너지를 이용하여 이동 로봇의 차체 자세를 제어할 수 있어, 컴프레셔를 설치할 수 없는 부피가 작은 중소형 이동 로봇 제작이 용이하고, 서스펜션의 정밀 제어가 가능하며, 작은 부피로 서스펜션 시스템을 구축할 수 있어 궤도형 바퀴를 사용하는 이동 로봇의 보기륜 바퀴 각각에 설치되어 개별 제어가 가능함으로써 다양한 지형을 주행 시 차체의 진동 및 흔들림을 방지할 수 이고 수평유지에 유리하여 이송물을 안정적으로 운반할 수 있는 효과가 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 모터부 110: 모터
120: 샤프트 121: 부싱
122: 너트 200: 서스펜션부
300: 리니어 링크 310: 샤프트홈
320: 동작홈 400: 회동링크
410: 서스펜션 결합부 411: 서스펜션홈
412: 걸림턱 420: 회동부재 결합부
421: 장홈 500: 바퀴프레임
510: 바퀴 600: 회동부재
610: 경사면부 611: 수용홈
700: 하우징부 710: 하우징
711: 설치공간부 712: 가이드홈
712a: 제1가이드홈 712b: 제2가이드홈
712c: 제3가이드홈 713: 스토퍼단턱부
720: 커버

Claims (7)

  1. 궤도형 이동 로봇의 바퀴에 설치되는 능동형 서스펜션 시스템에 있어서,
    회전축상에 샤프트가 설치되고, 전원을 인가받아 상기 샤프트를 회전시키는 모터를 포함하는 모터부;
    코일스프링 및 댐퍼를 포함하고 일측이 회동가능하게 설치되는 서스펜션부;
    일측이 상기 샤프트와 결합된 상태로 상기 모터의 회전에 따라 상기 샤프트 회전 시 중심축을 기준으로 회동하는 리니어 링크;
    상기 리니어 링크의 중심 축결합부에 축결합되고, 일측에 상기 서스펜션부가 결합되어 상기 서스펜션부의 위치를 가변시키는 회동링크;
    일측에 바퀴가 축결합되고, 길이가 연장되게 형성되는 바퀴프레임;
    상기 바퀴의 높이 변화에 따라 회동하도록 상기 바퀴프레임 일측에 결합되고, 일측이 상기 회동링크와 결합되어 상기 회동링크를 회동시키는 회동부재; 및
    상기 모터부, 상기 서스펜션부, 상기 리니어 링크, 상기 회동링크 및 상기 회동부재가 수용되도록 설치공간이 마련된 하우징부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 능동형 서스펜션 시스템은,
    상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항의 정도를 기준으로 제1모드 또는 제2모드로 설정되어 동작하되,
    상기 모터가 정회전하면 상기 샤프트에 설치된 상기 리니어 링크가 상기 모터와 인접하게 가까워지도록 회동함으로써 제1모드로 설정되고,
    상기 모터가 역회전하면 상기 샤프트에 설치된 상기 리니어 링크가 상기 제1모드에 비해 상기 모터에서 더 멀어지도록 회동함으로써 제2모드로 설정되며,
    상기 제1모드는 상기 제2모드에 비해 상기 코일스프링 및 상기 댐퍼가 압축/신장 시 발생하는 저항이 작게 작용하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회동링크는,
    상기 회동부재가 결합되기 위한 장홈이 형성되고,
    상기 장홈의 일측단은 제1위치이고, 타측단은 제2위치이며,
    제1모드에서는 상기 회동부재가 상기 회동링크의 제1위치에 위치되고, 제2모드에서는 상기 회동부재가 상기 회동링크의 제2위치에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 리니어 링크와 상기 회동링크가 축결합되는 축결합부(P1), 상기 회동링크와 상기 서스펜션부가 결합되는 축결합부(P2) 및 상기 회동링크와 상기 회동부재가 축결합되는 축결합부(P3)는 상호간 구성이 각각 축결합되는 부분이고, 각각의 결합된 구성이 축결합부(P12, P2, P3)상에서 독립적으로 회동하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 리니어 링크는,
    내부가 관통된 동작홈이 형성되고,
    상기 회동링크는 상기 동작홈에 수용된 상태로 상기 리니어 링크에 축결합되어 회동하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 하우징부는,
    일측면이 개방되고, 상기 모터부, 상기 서스펜션부, 상기 리니어 링크, 상기 회동링크 및 상기 회동부재가 수용되기 위해 홈이 패인 구조로 설치공간부가 형성된 하우징; 및
    상기 하우징에 대응하여 상기 하우징의 개방된 부분을 폐쇄하는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하우징 내부에는,
    상기 회동링크의 동작을 가이드하기 위한 가이드홈이 형성되고,
    상기 가이드홈은,
    제1모드에서 상기 회동링크의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제1가이드홈;
    제2모드에서 상기 회동링크의 일단을 지지하여 가이드하기 위한 제2가이드홈; 및
    상기 리니어 링크 일단이 지지되는 제3가이드홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지를 이용하는 이동 로봇용 능동형 서스펜션 시스템.
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