KR102642974B1 - 이륜 이동 로봇 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이륜 이동 로봇 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 본체의 무게중심을 제어하여 관성에 의한 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있으며, 본체를 임의의 각도로 조절할 수 있는 이륜 이동 로봇 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 이륜 이동 로봇 장치는 구동축과, 한 쌍의 바퀴와, 본체와, 무게중심전환수단과, 센서부와, 제어수단을 포함한다. 상기 한 쌍의 바퀴는 상기 구동축의 양단에 결합된다. 상기 본체는 하부에 무게추가 결합된다. 상기 무게중심전환수단은 일단에 상기 무게추가 결합되어 상기 구동축에 회동가능하게 장착된 회동부와, 상기 본체에 장착된 구동디스크와 상기 구동디스크가 회전하면 상기 회동부를 회전시키기 위하여 일단은 상기 구동디스크에 회동가능하게 힌지결합되고 타단은 상기 회동바에 회동가능하게 힌지결합된 링크를 구비한 회전구동부를 구비한다. 상기 센서부는 상기 본체의 기울기를 측정할 수 있게 사익 본체에 장착된다. 상기 제어수단은 상기 기울기가 원하는 값이 되도록 상기 회전구동부를 구동시켜 상기 무게추의 회동각도를 제어한다.
본 발명에 의하면, 센서부에서 본체의 기울기값이 측정되면, 제어수단이 무게중심전환수단을 구동시켜 구동축을 중심으로 본체의 하부에 결합된 무게추를 회동시켜 본체의 무게중심을 이동시킨다. 그래서, 본체가 기울어지면서 관성에 의해 흔들리더라도 무게중심을 제어하여 본체의 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제어수단은 본체의 기울기가 원하는 값이 되도록 회전구동부를 구동시켜 무게추의 회동각도를 제어하므로, 본체를 임의의 기울기로 기울일 수 있다. 이 경우, 사용자에게 의사를 전달하고 소통할 수 있게 본체의 기울기를 사용자에게 맞출 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무게추를 구비함으로써, 동작시 본체의 자세 밸런싱을 유지하기 위한 자세 제어를 하지 않더라도 본체의 자세 밸런싱을 유지할 수 있다. 그래서 전원이 차단되더라도 본체가 기울어지지 않고 수직상태를 유지할 수 있다.

Description

이륜 이동 로봇 장치{A Two Wheeled Robot Device}
본 발명은 이륜 이동 로봇 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 본체의 무게중심을 제어하여 관성에 의한 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있으며, 본체를 임의의 각도로 조절할 수 있는 이륜 이동 로봇 장치에 대한 것이다.
일반적으로 이륜 이동 로봇은 구동축의 양단에 한 쌍의 바퀴가 장착되고, 몸체는 구동축에 장착된다. 이때, 몸체는 구동축이 회전할 수 있게 장착된다. 그래서 구동축이 회전하여 이륜 이동 로봇이 주행한다.
이륜 이동 로봇이 주행할 때, 몸체가 수직으로 세워지도록 일반적으로 몸체의 하부에는 무게추가 장착된다. 이륜 이동 로봇의 하부에 무게추가 장착되므로 몸체는 수직으로 세워질 수 있지만, 이륜 이동 로봇이 가속 또는 감속을 할 경우, 관성에 의해 흔들리는 문제가 있었다.
공개특허공보 제10-2006-0049149호 (공개일 2006.05.18) 공개특허공보 제10-2011-0108858호 (공개일 2011.10.06) 등록특허공보 제10-1065808호 (등록일 2011.09.09)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 본체의 무게중심을 제어하여 관성에 의한 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있는 이륜 이동 로봇 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자에게 의사를 전달하고 사용자와 소통하기 위하여 본체의 자세를 제어할 수 있는 이륜 이동 로봇 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 이륜 이동 로봇 장치는 구동축과, 한 쌍의 바퀴와, 본체와, 무게중심전환수단과, 센서부와, 제어수단을 포함한다. 상기 한 쌍의 바퀴는 상기 구동축의 양단에 결합된다. 상기 본체는 하부에 무게추가 결합된다. 상기 무게중심전환수단은 일단에 상기 무게추가 결합되어 상기 구동축에 회동가능하게 장착된 회동부와, 상기 본체에 장착된 구동디스크와 상기 구동디스크가 회전하면 상기 회동부를 회전시키기 위하여 일단은 상기 구동디스크에 회동가능하게 힌지결합되고 타단은 상기 회동바에 회동가능하게 힌지결합된 링크를 구비한 회전구동부를 구비한다. 상기 센서부는 상기 본체의 기울기를 측정할 수 있게 사익 본체에 장착된다. 상기 제어수단은 상기 기울기가 원하는 값이 되도록 상기 회전구동부를 구동시켜 상기 무게추의 회동각도를 제어한다.
본 발명에 의하면, 센서부에서 본체의 기울기값이 측정되면, 제어수단이 무게중심전환수단을 구동시켜 구동축을 중심으로 본체의 하부에 결합된 무게추를 회동시켜 본체의 무게중심을 이동시킨다. 그래서, 본체가 기울어지면서 관성에 의해 흔들리더라도 무게중심을 제어하여 본체의 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제어수단은 본체의 기울기가 원하는 값이 되도록 회전구동부를 구동시켜 무게추의 회동각도를 제어하므로, 본체를 임의의 기울기로 기울일 수 있다. 이 경우, 사용자에게 의사를 전달하고 소통할 수 있게 본체의 기울기를 사용자에게 맞출 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무게추를 구비함으로써, 동작시 본체의 자세 밸런싱을 유지하기 위한 자세 제어를 하지 않더라도 본체의 자세 밸런싱을 유지할 수 있다. 그래서 전원이 차단되더라도 본체가 기울어지지 않고 수직상태를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이륜 이동 로봇 장치의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 정면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 실시예가 수직상태를 유지할 때의 측단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 실시예가 전방으로 기울어졌을 때의 측단면도이고,
도 5는 도 1에 도시된 실시예가 후방으로 기울어졌을 때의 측단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 이륜 이동 로봇 장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 이륜 이동 로봇 장치(1)는 구동축(10)과, 한 쌍의 바퀴(20)와, 본체(30)와, 무게중심전환수단(40)과, 센서부(미도시)와, 제어수단(미도시)과, 구동수단(미도시)과, 장애물감지수단(50)을 포함한다.
바퀴(20)는 한 쌍이 구비되어 구동축(10)의 양단에 결합되며, 이륜 이동 로봇 장치(1)를 목적지 방향으로 이동시키는 역할을 한다.
본체(30)는 한 쌍의 바퀴(20) 사이에 위치하며, 하부에 무게추(31)가 결합된다. 여기서, 본체(30)는 무게추(31)에 의해 수직상태를 유지할 수 있다. 그래서 본체(30)의 자세 밸런싱을 유지하기 위한 자세 제어를 하지 않더라도 본체(30)의 자세 밸런싱을 유지할 수 있으므로 전원이 차단되더라도 본체(30)가 기울어지지 않고 수직상태를 유지할 수 있다.
무게중심전환수단(40)은 본체(30)의 무게중심을 이동시키는 역할을 한다. 이를 위하여 무게중심전환수단(40)은 회동부(41)와, 회전구동부(43)를 구비한다.
회동부(41)는 일단에 무게추(31)가 결합되어 구동축(10)에 회동가능하게 장착된다.
회전구동부(43)는 구동축(10)을 중심으로 무게추(31)가 회동하도록 회동부(41)를 회동시키는 역할을 한다. 이를 위하여 회전구동부(43)는 구동디스크(44)와 링크(46)를 구비한다.
구동디스크(44)는 본체(30)에 회전할 수 있게 장착된다.
링크(46)는 구동디스크(44)가 회전하면 회동부(41)가 회전할 수 있도록 일단은 구동디스크(44)에 회동가능하게 힌지결합되고 타단은 회동부(41)의 타단에 회동가능하게 힌지결합된다. 그래서 제어수단에 의해 구동디스크(44)가 회전하면, 링크(46)가 전후진하여 회동부(41)를 구동축(10)을 중심으로 회전시킨다.
센서부(미도시)는 본체(30)의 기울기를 측정하는 역할을 하며, 이를 위하여 센서부는 본체(30)에 장착된다.
제어수단(미도시)은 본체(30)의 기울기가 원하는 값이 되도록 회전구동부(43)를 구동시켜 무게추(31)의 회동각도를 제어하는 역할을 한다. 그래서 본체(30)가 수직상태를 유지해야 하는 경우, 제어수단은 본체(30)의 기울기가 본체(30)의 수직방태의 기울기값(0°)이 되도록 링크(46)가 전후진하게 구동디스크(44)를 회전시킨다. 그리고 본체(30)가 전방 또는 후방을 향해 임의의 기울기로 기울어져야 하는 경우, 제어수단은 본체(30)의 기울기가 상기 임의의 기울기값이 되도록 링크(46)가 전후진하게 구동디스크(44)를 회전시킨다.
구동수단(미도시)는 본체(30)에 장착되어 바퀴(20)가 회전하도록 구동축(10)에 회전력을 전달하는 역할을 한다.
장애물감지수단(50)은 주행 방향 또는 이륜 이동 로봇 장치(1) 주변에 위치한 장애물과 주변 환경을 감지하는 역할을 한다. 이를 위하여 장애물감지수단(50)은 카메라(51)와, 감지센서(53)를 구비한다.
카메라(51)는 본체(30)에 장착되어 주행 방향 또는 이륜 이동 로봇 장치(1) 주변 환경을 촬영한다.
감지센서(53)는 본체(30)의 전방과, 후방 및 측면 등에 장착되어 주행 방향 또는 이륜 이동 로봇 장치(1)의 주변에 위치한 장애물을 감지한다. 여기서 감지센서(53)는 적외선센서 또는 초음파센서로 구성된다.
본 실시예의 경우, 본체(30)가 수직상태를 유지해야 하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 본체(30)가 전방으로 기울어지면, 센서부에서 본체(30)의 기울기값을 측정하여 제어수단으로 전송한다. 센서부에서 제어수단으로 본체(30)의 기울기값이 전송되면, 제어수단은 센서부에서 측정된 기울기값이 본체(30)의 수직상태의 기울기값(0°)이 되게 링크(46)가 수평방향으로 후진하도록 구동디스크(44)를 일방향(화살표A방향)으로 회전시킨다. 그러면 링크(46)의 일단은 구동디스크(44)의 원주방향을 따라 일방향(화살표A방향)으로 이동하고 링크(46)의 타단은 회동부(41)의 타단을 구동축(10)을 중심으로 회전시킨다. 회동부(41)의 타단이 구동축(10)을 중심으로 회전하면, 회동부(41)의 일단에 결합된 무게추(31)가 구동축(10)을 중심으로 회전하여 도 3에 도시된 바와 같이 본체(30)의 무게중심이 이동되어 수직상태를 유지하게 된다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 본체(30)가 후방으로 기울어지면, 센서부에서 제어수단으로 본체(30)의 기울기값이 전송되고, 제어수단은 링크(46)가 수평방향으로 전진하도록 구동디스크(44)를 타방향(화살표B방향)으로 회전시킨다. 그러면 링크(46)의 일단은 구동디스크(44)의 원주방향을 따라 타방향(화살표B방향)으로 이동하고 링크(46)의 타단은 회동부(41)의 타단을 구동축(10)을 중심으로 회전시킨다. 회동부(41)의 타단이 구동축(10)을 중심으로 회전하면, 회동부(41)의 일단에 결합된 무게추(31)가 구동축(10)을 중심으로 회전하여 도 3에 도시된 바와 같이 본체(30)의 무게중심이 이동되어 수직상태를 유지하게 된다. 그래서 본 실시예의 이륜 이동 로봇 장치(1)가 가속 또는 감속을 하여 본체(30)가 관성에 의해 흔들리더라도 무게중심을 제어하여 본체(30)의 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 본체(30)가 전방 또는 후방으로 임의의 기울기로 기울어져야 하는 경우, 제어수단은 본체(30)의 기울기가 원하는 임의의 기울기값이 되도록 링크(46)가 수평방향으로 전진 또는 후진하도록 구동디스크(44)를 타방향(화살표B방향) 또는 일방향(화살표A방향)으로 회전시킨다. 그러면 링크(46)의 일단은 구동디스크(44)의 원주방향을 따라 타방향(화살표B방향) 또는 일방향(화살표A방향)으로 이동하고 링크(46)의 타단은 회동부(41)의 타단을 구동축(10)을 중심으로 회전시킨다. 회동부(41)의 타단이 구동축(10)을 중심으로 회전하면, 회동부(41)의 일단에 결합된 무게추(31)가 구동축(10)을 중심으로 회전하여 본체(30)의 무게중심이 이동되어 원하는 전방 또는 후방의 기울기로 기울어지게 된다. 그래서 본 실시예의 이륜 이동 로봇 장치(1)에 장착된 카메라(51)를 통해 영상통화나 화상회의를 할 경우, 카메라(61)가 사용자의 얼굴을 향하도록 조정하거나, 본체의 동작으로 긍정적 또는 부정적인 표현을 나타낼 수 있도록 본체(30)를 사용자에 맞게 원하는 기울기로 조절할 수 있다.
종래의 경우, 이륜 이동 로봇은 구동축의 양단에 한 쌍의 바퀴가 장착되고, 몸체는 구동축에 장착된다. 이때, 몸체는 구동축이 회전할 수 있게 장착된다. 그래서 구동축이 회전하여 이륜 이동 로봇이 주행한다. 이륜 이동 로봇이 주행할 때, 몸체가 수직으로 세워지도록 일반적으로 몸체의 하부에는 무게추가 장착된다. 이륜 이동 로봇의 하부에 무게추가 장착되므로 몸체는 수직으로 세워질 수 있지만, 이륜 이동 로봇이 가속 또는 감속을 할 경우, 관성에 의해 흔들리는 문제가 있었다. 반면, 본 실시예에 의하면, 센서부에서 본체(30)의 기울기값이 측정되면, 제어수단이 무게중심전환수단(40)을 구동시켜 구동축(10)을 중심으로 본체(30)의 하부에 결합된 무게추(31)를 회동시켜 본체(30)의 무게중심을 이동시킨다. 그래서, 본체(30)가 기울어지면서 관성에 의해 흔들리더라도 무게중심을 제어하여 본체(30)의 흔들림을 방지하고 안정적인 자세를 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 제어수단은 본체(30)의 기울기가 원하는 값이 되도록 회전구동부(43)를 구동시켜 무게추(31)의 회동각도를 제어하므로, 본체(30)를 임의의 기울기로 기울일 수 있다. 이 경우, 사용자에게 의사를 전달하고 소통할 수 있게 본체(30)의 기울기를 사용자에게 맞출 수 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 무게추(31)를 구비함으로써, 동작시 본체(30)의 자세 밸런싱을 유지하기 위한 자세 제어를 하지 않더라도 본체(30)의 자세 밸런싱을 유지할 수 있다. 그래서 전원이 차단되더라도 본체(30)가 기울어지지 않고 수직상태를 유지할 수 있다.
10 : 구동축 20 : 바퀴
30 : 본체 31 : 무게추
40 : 무게중심전환수단 41 : 회동부
43 : 회전구동부 44 : 구동디스크
46 : 링크 50 : 장애물감지수단
51 : 카메라 53 : 감지센서

Claims (1)

  1. 구동축과,
    상기 구동축의 양단에 결합된 한 쌍의 바퀴와,
    하부에 무게추가 고정 결합된 본체와,
    일단에 상기 무게추가 결합되어 상기 구동축에 회동가능하게 장착된 회동부와, 상기 본체의 무게중심을 이동시킬 수 있게 상기 무게추가 상기 구동축을 중심으로 회동할 수 있도록 상기 본체에 장착된 구동디스크와 상기 구동디스크가 회전하면 상기 회동부를 회전시키기 위하여 일단은 상기 구동디스크에 회동가능하게 힌지결합되고 타단은 상기 회동부에 회동가능하게 힌지결합된 링크를 구비한 회전구동부를 구비하는 무게중심전환수단과,
    상기 본체의 기울기를 측정할 수 있게 상기 본체에 장착된 센서부와,
    상기 기울기가 원하는 값이 되도록 상기 회전구동부를 구동시켜 상기 무게추의 회동각도를 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이륜 이동 로봇 장치.
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