KR20040008373A - 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템 - Google Patents

계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템으로서, 6차륜을 가진 로봇에 4절 링크기구를 부가하여 계단등반 기능을 수행하도록 하는 시스템에 대한 발명으로, 좌우대칭구조를 가지는 로봇의 양쪽에 각각 독립 구동하는 3개의 바퀴를 3개의 링크와 회전조인트를 이용하여 몸체와 연결하고 몸체와 제1링크를 이어주고, 제1링크의 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘을 사용하여 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 구성함으로서 차륜형 이동로봇에 있어서 실내외의 계단과 같은 험준한 지형의 등반이 가능하며, 구조가 단순하고 능동제어가 불필요하여 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 차륜형 이동로봇의 주행메커니즘을 제공한다.

Description

계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템{4-bar passive linkage-type locomotive mechanism of six-wheeled mobile robot capable of climbing up stairs}
본 발명은 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템으로서, 6차륜을 가진 로봇에 4절 링크기구를 부가하여 계단등반 기능을 수행하도록 하는 시스템에 대한 발명이다.
이러한 계단등반 기능을 가진 주행로봇은 건물내부의 무인감시, 원자력 발전소의 원자로 검사, 화재 상황의 파악 그리고 가정에서의 가사보조 기능을 가진 서비스용 로봇의 이동 기구로 활용이 가능하다.
지금까지 개발된 이동로봇의 주행메커니즘은 차륜형 (wheeled), 트랙형 (tracked), 다족형 (legged)과 같이 크게 세분류로 나뉜다.
이동로봇 중 계단등반이 가능한 이동로봇의 주행메커니즘으로는 트랙형이 대부분을 차지하고 있으며 이는 바퀴간의 간격에 대한 고려 없이 용이하게 주행메커니즘을 이룰 수 있기 때문이다.
종래에 차륜형 이동로봇의 경우 구동바퀴들 사이의 축간 거리가 고정되어 있어 계단과 같은 지형에 적응하지 못하는 특성으로 인해 그에 대한 발명이 별로 없었으나, 현재에는 차륜형 이동로봇에 계단등반능력을 부가한 발명이 존재한다.
현재 차륜형 이동로봇의 구동바퀴들 사이의 축간 거리를 조절할 수 있는 주행 메커니즘을 제시하여 계단등반 능력을 향상시키고 있으나, 대부분 능동적인 기계요소를 적용하고, 복잡한 주행메커니즘을 적용하여 차륜형 이동로봇에 계단등반능력을 부여하고 있다. 즉 차륜형 이동로봇의 경우 계단등반을 위해서는 복잡한 주행메커니즘이나 능동기계요소로 인해 무게가 많이 나가고, 복잡한 제어시스템을 갖추어야 한다.
다족형 이동로봇의 경우 계단 등반 시 지형에 대한 적응성은 우수하나. 주행메커니즘이 복잡하여 제어가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 실내외의 계단과 같은 험준한 지형의 등반이 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 차륜형 이동로봇의 주행메커니즘을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기위하여, 좌우대칭구조를 가지는 로봇의 양쪽에 각각 독립 구동하는 3개의 바퀴를 3개의 링크와 회전조인트를 이용하여 몸체와 연결하고 몸체와 제1링크를 이어주고, 제1링크의 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘을 사용하여 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 구성 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 실시예에 대한 도면이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템 중 회전각 제한 가능 회전 조인트 메커니즘의 구조에 대한 도면이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e, 도 3f, 도 3g, 도 3h, 도 3i, 도 3j, 도 3k, 도 3l은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 실시예를 통한 계단등반의 예시도이다.
도 4는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 6은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 7은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 제1링크2: 제2링크
3: 제3링크4: 몸체
5: 제4링크
31, 32, 33, 34, 35: 회전조인트
40: 핀-슬롯 조인트 메커니즘
50: 회전각 제한 가능 회전 조인트 메커니즘
51: 몸체측 원판 조인트 부품52: 링크측 원판 조인트 부품
53: 회전축
60: 스프링-댐퍼 기계요소
70: 능동적 기계요소
100: 제1바퀴200: 제2바퀴
300: 제3바퀴
도 1은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 실시예에 대한 도면이고, 도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템 중 회전각 제한 가능 회전 조인트 메커니즘의 구조에 대한 도면이며, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e, 도 3f, 도 3g, 도 3h, 도 3i, 도 3j, 도 3k, 도 3l은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 실시예를 통한 계단등반의 예시도이고, 도 4는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이며, 도 5는 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이고, 도 6은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이며, 도 7은 본 발명인 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템의 또 다른 실시예에 대한 도면이다.
이하 주행로봇의 오른쪽 부분을 설명하여 전부분의 설명을 대신한다. 즉 이하 기술되는 차륜형 주행시스템은 오른쪽과 동일하게 대칭인 왼쪽측면을 가진다.
계단등반기능을 부여하기 위하여 발명된 6차륜 주행로봇의 이동 메커니즘의 실시예에 대한 개략도는 도 1에 나타나있다. 6차륜 주행로봇의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 주행로봇의 한쪽 측면에 3개씩의 6개의 구동원(바퀴)을 가지며, 이들 구동원은 서로 독립적으로 구동된다. 그리고 주행로봇의 옆면(정면에서 볼 때 우측)의 3개 바퀴들(100.200,300)은 3개의 링크들(1,2,3)에 의해 주행로봇 몸체(4)와 연결되어 있다. 도 1에 도시된 제1링크(1), 제2링크(2), 제3링크(3)는 주행로봇의 몸체(4)와 연결되어 1자유도를 가지는 4절 링크기구의 메커니즘을 구성한다. 몸체(4)와 3개의 링크의 연결에 대해서 살펴보면, 제1링크(1)는 주행로봇의 제1바퀴(100)와 제2바퀴(200)를 서로 연결하며 주행로봇의 몸체에 대한 제1링크(1)의 상대적인 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘(50, 후술하겠다)에 의해 로봇 몸체(4)와 연결된다. 또한, 제2링크(2)의 한쪽 끝은 주행로봇의 제3바퀴(300)를 연결하고 나머지 끝은 회전 조인트(31)에 의해 제1링크(1)와 연결되어 있다. 나머지 제3링크(3)는 한쪽 끝은 회전 조인트(32)에 의해 제2링크(2)의 중간부와 연결되고, 또 다른 한쪽 끝은 회전 조인트(33)에 의해 주행로봇의 몸체(1)와 연결된다.
조인트 메커니즘(50)에 대해서 서술하겠다. 조인트 메커니즘의 개략적인 도면은 도 2a에 나타나 있으며, 조인트 메커니즘(50)은 주행로봇의 몸체(4)와 제1링크(1)간의 상대적인 회전각을 제한하는 역할을 한다. 이러한 조인트 메커니즘을 통해서 4절 링크기구 주행로봇에 어떠한 능동적 기계요소를 적용하지 않고서도 계단등반이 가능하도록 고안된 것이다. 동력전달 기계요소인 클러치와 유사한 형상을 가지는 제안된 조인트 메커니즘(50)은 로봇 몸체(4)에 부착되는 몸체측 원판 조인트 부품(51)의 돌기와 몸체에 연결된 회전축(53)을 중심으로 회전운동 하는 제1링크(1)에 부착되는 링크측 원판 조인트 부품(52)의 돌기 사이의 접촉의 유무에 따라 로봇의 몸체(4)에 대한 제1링크(1)의 상대적인 회전을 제한하게 된다. 이러한 조인트 부품(51, 52)의 돌기의 형상 및 위치에 따라 제1링크(1)의 로봇 몸체(4)에 대한 상대적인 허용회전각이 결정된다.
도 2b는 제1링크(1)가 주행로봇의 몸체(4)에 대해 반시계방향으로 회전하는 운동 시의 원판 조인트 부품(51, 52)의 돌기들 사이의 위치를 나타낸다. 링크측 원판 조인트 부품(52)의 돌기와 몸체측 원판 조인트 부품(51)의 돌기 사이에 접촉이 일어나는 순간 주행로봇의 몸체(4)에 대한 제1링크(1)의 회전운동은 제한된다. 따라서 제1링크(1)의 허용 가능한 반시게방향의 최대 회전각은 돌기들 사이의 접촉이 발생하는 순간까지의 회전각으로 결정된다.
도 2c는 제1링크(1)가 주행로봇의 몸체(4)에 대해 시계방향으로 회전하는 운동 시의 원판 조인트 부품들(51, 52)의 돌기들 사이의 위치를 나타내고 있다. 링크측 원판 조인트 부품(52)의 돌기와 몸체측 원통 조인트 부품(51)의 돌기 사이에 접촉이 일어나는 순간 주행로봇의 몸체(4)에 대한 제1링크(1)의 회전운동은 또 제한된다. 따라서 제1링크(1)의 허용 가능한 시계방향의 최대 회전각은 돌기들 사이의 접촉이 발생하는 순간까지의 회전각으로 결정된다.
원판 조인트 부품들을 이용하여 회전각을 정하는 것은 주행로봇이 사용될 지역 정보를 통해서 정해진다.
지금부터는 6차륜 4절 링크기구 주행로봇의 계단등반에 대해서 설명하겠다.
도 3은 도 1에서 설명한 4절 링크기구 이동 메커니즘과 도 2에서 제시된 조인트 메커니즘을 적용한 6차륜 주행로봇의 계단등반 상태를 나타내고 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이 제안한 주행 메커니즘을 장착한 주행로봇의 제1바퀴(100)가 계단의 벽면과 접촉을 할 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 4절 링크기구의 기구학적 특성에 의해 제1링크(1)가 로봇의 몸체(4)에 대해 반시계방향으로 회전운동을 하게 된다. 제1바퀴(100)는 계단의 벽면과 제2바퀴(200)는 계단의 지면과 서로 접촉을 유지하면서 제1링크(1)는 도 2b에 나타난 바와 같이 반시계방향의 최대 허용 회전각까지 회전을 하게 된다. 이렇게 제2바퀴(200)가 지면과 접촉을 유지하면서 계단 등반이 이루어지므로, 제2바퀴(200)와 지면 사이의 마찰력에 의한 견인력이 제안한 주행로봇의 계단등반 성능을 향상시켜주는 기능을 한다.
제1링크(1)가 로봇의 몸체(4)에 대하여 반시계방향 허용 최대 회전각까지 회전한 상태에서는 4절 링크기구의 자유도는 영이 되어 강체운동을 하게 되며, 제1바퀴(100)는 계단의 벽면과 제3바퀴(300)는 지면과 접촉을 유지한 상태에서 도3c를 거쳐 도 3d에 나타난 상태에 도달한다.
도 3d에서 제2바퀴(200)가 계단의 벽면과 접촉을 하고 그로 인한 마찰력에의해 제1링크(1)는 로봇의 몸체(4)에 대해 시계방향의 회전운동을 하여 도 3e에 나타나 있는 상태에 도달하게 된다.
도 3e의 상태에서 제1바퀴(100)는 계단의 벽면과 제3바퀴(300)는 계단의 바닥 면과 접촉을 유지한 상태로 제1링크(1)는 도 2b에 나타나 있는 로봇의 몸체(4)에 대한 반시계방향 허용 최대 회전각까지 회전운동을 한다. 반시계방향 허용 최대 회전각까지 회전한 상태에서는 제안된 4절 링크기구는 다시 강체 운동을 하며, 제1바퀴(100)가 계단의 벽면을 오르게 된다. 제3바퀴(300)가 계단의 벽면과 접촉하게 되면 제1링크(1)는 4절 링크기구의 기구학적 특성에 의해 로봇 몸체(4)에 대해 반시계방향으로 회전운동을 하게 되며 제2바퀴(200)는 계단의 바닥 면과 접촉을 하게 되고 제1바퀴(100)는 계단과의 접촉을 잃게 되어 도 3f에 제시된 상태에 도달한다.
도 3f에 나타나 있는 주행로봇의 계단등반 상태에서 제2바퀴(200)는 계단의 바닥 면과 제3바퀴(300)는 계단의 벽면과 접촉을 유지한 상태로 4절 링크기구 주행메커니즘의 기구학적 특성에 의해 제1링크(1)는 로봇 몸체(4)에 대해 반시계방향 회전운동을 하게 되어 제3바퀴(300)가 계단의 벽면을 오르게 된다. 이러한 운동은 제1링크(1)가 로봇 몸체(4)에 대한 반시계방향 허용 최대 회전각까지 회전을 한 상태로 제1바퀴(100)가 계단의 바닥 면과 접촉을 하게 되는 도면 3g의 계단 등반 상태에 도달하게 된다.
도 3g에 나타나 있는 계단등반 상태에서 제안한 4절 링크기구는 강체운동을 하게 되며 제3바퀴(300)가 계단의 벽면을 계속 오르게 되고 제2바퀴(200)가 결국 계단의 벽면과 접촉을 하게 되는 도 3h의 계단등반 상태에 이르게 된다. 이 상태에서 주행로봇의 제2바퀴(200)와 제3바퀴(300)가 동시에 계단의 벽면과 접촉을 하지 않도록 제안한 4절 링크기구의 적절한 설계가 필요하다.
도 3h의 계단등반 상태에서 제1링크(1)는 제1바퀴(100)의 마찰력에 의해 로봇 몸체(4)에 대해 시계방향의 회전운동을 하게 되어 제2바퀴(200)는 계단의 벽면을 오르게 되고 제3바퀴(300)는 계단의 바닥 면과 접촉을 하게 되는 도 3i의 상태에 도달하게 된다.
도 3i에 제시된 계단등반 상태에서 제1링크(1)는 제2바퀴(200)의 계단 벽면과의 마찰력에 의해 로봇 몸체(4)에 대해 반시계방향으로 회전운동을 하여 제2바퀴(200)가 계단의 벽면을 오르게 되어 결국 도 3j에 나타나 있는 등반상태에 도달하게 된다.
도 3j의 계단 등반 상태에서 제안된 4절 링크기구는 그 상태를 유지하여 제3바퀴(300)가 계단의 벽면과 접촉을 하게 되는 도 3k의 단계에 이르게 된다.
도 3k의 주행로봇의 계단등반 상태에서는 제3바퀴(300)의 계단 벽면과의 마찰력에 의해 제2링크(2)는 제1링크(1)에 대해 시계방향으로 회전운동을 하게 되고 제3바퀴(300)는 계단의 벽면을 오르게 되어 도 3l에 나타나 있는 주행로봇의 계단등반 상태에 도달하게 된다.
제안한 주행로봇이 계단을 등반하는 경우 도 3에 도시된 계단등반 상태가 반복적으로 이루어진다.
도 1에 도시된 실시예 뿐 아니라 다른 실시예를 통하여 동일한 효과를 이룰 수 있으며, 도 4, 도 5, 도 6, 도7에 도시되어 있다.
우선 도 4에 도시된 실시예를 살펴본다. 도 4는 도 1과 달리 조인트 메커니즘(50)의 자리에 일반적인 회전 조인트(34)를 달았으며, 도 1상에서 조인트 메커니즘(50)의 기능인 제1링크(1)의 회전각의 제한을 핀-슬롯 조인트 메커니즘(40)과 제4링크(5)를 결합하여 제1링크(1)의 회전각을 제한하도록 하고 있다. 제4링크(5)는 도 4에 도시된 바와 같이 한쪽 끝은 회전 조인트(35)에 의해서 제2링크(2)와 연결되어 있으며, 다른 한 끝은 핀-슬롯 메커니즘이 있는 제1링크(1)와 고정 결합되어 있다.
상기 구성을 통해서 4절 링크 기구 주행메커니즘은 1자유도 운동을 가능하게 한다. 이러한 1자유도 운동은 주행로봇의 각각의 구동바퀴와 로봇의 몸체와의 상대 운동을 가능하게 하기 때문에 로봇의 지형에 대한 적응성을 향상시켜준다. 그러나 계단 등반 시 구동바퀴(100, 200, 300)와 몸체(4)사이의 과도한 회전은 구동바퀴들(100, 200, 300)이 계단 벽면과 동시에 접촉하는 현상을 야기하게 된다. 이러한 상태에서는 구동바퀴들(100, 200, 300)과 계단과의 마찰력만으로 계단 등반이 이루어져야 한다. 이러한 상태가 발생하지 않도록 조인트 메커니즘(50)은 제1링크(1)와 로봇 몸체 사이의 과도한 회전을 제한하는 기능을 수행한다. 이렇게 주행로봇의 몸체(4)와 4절 링크기구 주행메커니즘을 구성하는 제1링크(1)와 제2링크(2)사이에 핀-슬롯 조인트 메커니즘(40)을 첨가하여 도면 2a, 2b, 2c의 조인트 메커니즘(50)의 기능적 효과를 대신할 수 있다. 핀-슬롯 조인트 메커니즘(40)은 제1링크(1)와 제2링크(2) 사이의 2자유도 운동을 가능하게 하는 조인트 메커니즘으로 조인트 34와 조인트 35사이의 상대적인 회전운동과 병진운동을 가능하게 한다. 핀-슬롯 조인트의 슬롯의 길이를 조절함으로써 주행로봇의 몸체(4)와 제1링크(1)사이의 허용 가능한 상대 회전각을 조절할 수 있다.
핀-슬롯 조인트 메커니즘에 대해서 자세히 설명하면 핀이 슬롯내부를 왕복운동 할 수 있도록 되어 있어서 핀의 위치에 따라서 핀-슬롯 조인트 메커니즘의 길이가 달라지게 된다. 이를 이용하여 상기의 주행로봇의 몸체(4)와 제1링크(1)사이의 허용 가능한 상대 회전각을 조절한다.
상기와 같은 동일한 효과로 도4의 4절 링크기구도 도3과 동일하게 계단을 등반할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예를 살펴보면, 도 1에 있어서의 실시예와 달리 조인트 메커니즘을 이용하지 않고 로봇의 몸체의 회전조인트(33, 34)의 위치를 바퀴의 반지름 보다 낮춘 4절 링크기구 주행메커니즘을 구성하고 있다.
즉, 제1링크(1)의 한쪽 끝은 2번째 구동바퀴(200)와 연결되고, 다른 한쪽 끝은 제2링크(2)와 회전조인트(31)에 의해서 연결된다. 제2링크(2)의 한쪽 끝은 3번째 구동바퀴(300)와 연결되고 도 5에 도시된 바와 같이 다른 한쪽 끝은 2갈래로 나뉘어서 한쪽은 첫 번째 구동바퀴(100)와 다른 한쪽은 회전조인트(34)에 의해 몸체와 연결된다. 제3링크(3)는 한쪽 끝은 제2링크와 회전조인트(32)에 의해서 연결되고 다른 한쪽은 몸체와 회전조인트(33)에 의해서 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이 링크와 몸체가 연결되는 회전조인트가 바퀴의 회전중심부보다 아래쪽에 있도록 하는 것이 이 실시예의 특징이다. 이는 회전중심 개념을 적용한 것이다. 4절 링크기구 주행로봇 몸체의 회전중심을 주행로봇의 구동바퀴의 구동축보다 낮춤으로써 주행로봇이 계단의 벽면과 같은 장애물과 접촉시, 4절 링크기구 주행 메커니즘을 구성하는 제1링크(1)가 로봇 몸체(4)에 대해 자동적으로 반시계방향으로 회전운동이 발생하게 되어 주행로봇의 모든 구동바퀴들(100, 200, 300)이 동시에 지면과 접촉을 유지하게 되어 주행로봇의 견인력을 향상시킨다. 이러한 효과를 유지하기 위해 주행로봇 몸체의 회전 중심을 가능한 구동축보다 낮게 위치하도록 4절 링크기구 주행 메커니즘을 기구학적으로 구성한다.
도 6에 도시된 실시예를 살펴보면, 도 1의 경우와 다른 점은 조인트 메커니즘을 사용하지 않는 대신에 능동적인 기계요소(70)를 사용한다는 점이다. 즉 모터, 제동장치로 구성된 능동적인 기계요소를 조인트 메커니즘 자리에 설치하고, 나머지는 도 1에서 서술한 바와 같다.
도 6에 도시된 실시예를 구성하는 이유는 차륜형 주행로봇이 계단과 같은 장애물을 등반하기 위해서는 궁극적으로 주행로봇의 앞쪽 구동바퀴(100)가 계단과 같은 장애물을 타고 넘어야 하며 모터와 같은 능동적인 기계요소(70)를 주행로봇의 몸체(4)와 제1링크(1)사이에 첨가하여 이러한 운동이 가능하도록 능동적으로 제어할 수 있기 때문이다. 도 3a에서 도 3l까지의 주행 메커니즘의 구동특성은 능동적인 제어를 이용하여 인위적으로 발생될 수 있다.
도 7에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예를 기능면에서 보완한 실시예이다. 즉 제1링크(1)와 제2링크(2)사이에 회전 조인트(34,35)를 이용하여 스프링-댐퍼 메커니즘(60)을 부착하여 완충효과 및 유연한 운동을 할 수 있도록 하고 있다. 본 스프링-댐퍼 메커니즘은 도 1의 경우에만 부착될 수 있는 것은 아니며, 도시되어 있지 않지만 도 4, 도 5 및 도6에도 제1링크(1)와 제2링크(2)사이에 회전조인트를 이용하여 부착할 수 있으며, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라 스프링-댐퍼 메커니즘(60)이 아니라 순수 스프링만으로 구성된 경우나 기타 다른 완충효과를 가지는 구성이면 어떠한 것이든 사용할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 독립 구동하는 3개의 바퀴를 3개의 링크와 회전조인트를 이용하여 몸체와 연결하고 몸체와 제1링크를 이어주고, 제1링크의 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘을 사용하여 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 구성함으로서 차륜형 이동로봇에 있어서 실내외의 계단과 같은 험준한 지형의 등반이 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 차륜형 이동로봇의 주행메커니즘을 제공한다.
본 발명을 통해 얻어지는 계단등반 가능한 차륜형 이동로봇에 적용 가능한 단순한 4절 링크기구 주행메커니즘의 구조 및 실내외의 계단에 따른 주행로봇의 등반성능을 최적화 할 수 있는 링크구조의 기구학적 최적화 방법은 향후 이동성 및 지형에 대한 높은 적응성을 요구하는 이동로봇의 주행메커니즘 개발에 있어 유용한 해석적인 방법을 제시해 줄 수 있다.

Claims (9)

  1. 6개의 구동바퀴를 가지며, 좌우대칭구조를 가지는 차륜형 주행로봇에 있어서,
    제1바퀴와 제2바퀴를 연결하고, 조인트 메커니즘에 의해 몸체와 연결되며, 회전조인트에 의해 제2링크와 연결되는 제1링크와;
    상기 제1링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 제3바퀴를 연결하고, 회전조인트에 의해 제3링크와 연결되는 제2링크와;
    상기 제2링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 회전조인트에 의해 몸체와 연결되는 제3링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조인트 메커니즘은 돌기를 가지고 있는 몸체측 원판 조인트, 돌기를 가지고 있는 링크측 원판조인트와 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  3. 6개의 구동바퀴를 가지며, 좌우대칭구조를 가지는 차륜형 주행로봇에 있어서,
    제1바퀴와 제2바퀴를 연결하고, 회전 조인트 메커니즘에 의해 몸체와 연결되며, 회전조인트에 의해 제2링크와 연결되고, 제4링크와 고정 결합되고 링크내부에 핀-슬롯 조인트 메커니즘을 가지는 제1링크와;
    상기 제1링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 제3바퀴를 연결하고, 회전조인트에 의해 제3링크와 연결되고, 회전조인트에 의해 제4링크와 연결되는 제2링크와;
    상기 제2링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 회전조인트에 의해 몸체와 연결되는 제3링크와;
    상기 제1링크와 고정 결합되고 상기 제2링크와 회전조인트에 의해 연결되는 제4링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  4. 6개의 구동바퀴를 가지며, 좌우대칭구조를 가지는 차륜형 주행로봇에 있어서,
    제2바퀴를 연결하고, 회전조인트에 의해 제2링크와 연결되는 제1링크와;
    상기 제1링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 한쪽 끝에는 두 갈래로 나뉘는 모양을 가지며, 상기 두 갈래 중 하나는 제1바퀴와 연결되고, 다른 한 갈래는 회전조인트에 의해 바퀴의 반지름보다 낮은 곳에서 몸통과 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 제3바퀴와 연결되고, 회전조인트에 의해 제3링크와 연결되는 제2링크와;
    상기 제2링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 회전조인트에 의해 바퀴의 반지름보다 낮은 곳에서 몸체와 연결되는 제3링크를 포함하는 것을특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  5. 6개의 구동바퀴를 가지며, 좌우대칭구조를 가지는 차륜형 주행로봇에 있어서,
    제1바퀴와 제2바퀴를 연결하고, 능동적인 기계요소에 의해 몸체와 연결되며, 회전조인트에 의해 제2링크와 연결되는 제1링크와;
    상기 제1링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 제3바퀴를 연결하고, 회전조인트에 의해 제3링크와 연결되는 제2링크와;
    상기 제2링크와 회전조인트에 의해 연결되고, 다른 한쪽 끝에는 회전조인트에 의해 몸체와 연결되는 제3링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 능동적인 기계요소는 모터와 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  7. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    제1링크와 제2링크사이에 회전조인트에 의해서 연결되는 완충장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 완충장치는 스프링-댐퍼 메커니즘인 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
  9. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동바퀴는 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 계단등반 가능한 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7721829B2 (en) 2005-11-29 2010-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Traveling robot
CN109008826A (zh) * 2018-09-10 2018-12-18 江苏美的清洁电器股份有限公司 扫地机器人和扫地机器人的行走组件
WO2021107523A1 (ko) * 2019-11-25 2021-06-03 (주)로보티즈 자율 주행 로봇
US20220111508A1 (en) * 2020-10-08 2022-04-14 Lg Electronics Inc. Robot
WO2022075598A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 엘지전자 주식회사 로봇
US12017350B2 (en) 2020-10-08 2024-06-25 Lg Electronics Inc. Robot

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100802069B1 (ko) 2006-10-24 2008-02-12 연세대학교 산학협력단 ４절 링크를 이용한 이동장치
KR101248978B1 (ko) 2012-01-18 2013-04-02 서울대학교산학협력단 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇
KR102468550B1 (ko) 2021-06-09 2022-11-22 (주)필드로 험지주행이 가능한 주행로봇
KR102542967B1 (ko) 2021-07-07 2023-06-14 한국에너지기술연구원 연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법
KR20240036777A (ko) 2022-09-13 2024-03-21 (주)필드로 인공지능 자율주행 배송로봇

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6243372A (ja) * 1985-08-22 1987-02-25 Toshiba Corp 移動体の走行装置
JP2860769B2 (ja) * 1995-06-29 1999-02-24 住友重機械工業株式会社 バランサ式構造物支持装置のバランサ水平保持装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7721829B2 (en) 2005-11-29 2010-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Traveling robot
CN109008826A (zh) * 2018-09-10 2018-12-18 江苏美的清洁电器股份有限公司 扫地机器人和扫地机器人的行走组件
CN109008826B (zh) * 2018-09-10 2024-04-30 美智纵横科技有限责任公司 扫地机器人和扫地机器人的行走组件
WO2021107523A1 (ko) * 2019-11-25 2021-06-03 (주)로보티즈 자율 주행 로봇
US11858570B2 (en) 2019-11-25 2024-01-02 Robotis Co., Ltd. Autonomous mobile robot
US20220111508A1 (en) * 2020-10-08 2022-04-14 Lg Electronics Inc. Robot
WO2022075598A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 엘지전자 주식회사 로봇
US12017350B2 (en) 2020-10-08 2024-06-25 Lg Electronics Inc. Robot

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