KR20120127952A - 로버의 주행 장치 - Google Patents

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이주희
이종혁
이학수
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Abstract

본 발명은 로버의 주행 장치에 관한 것으로서, 로버의 본체가 안착되는 플랫폼 및 상기 플랫폼을 지지하도록 상기 플랫폼 하부면의 둘레를 따라 소정 간격으로 마련되고, 6자유도 운동을 하는 복수개의 주행 모듈을 포함하고, 상기 주행 모듈은, 상기 플랫폼의 하부면에 회동 가능하게 결합되는 연결부와, 일단이 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되는 제1링크와, 일단이 상기 제1링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제2링크와, 일단이 상기 제2링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제3링크와, 상기 제3링크의 타단에 회동 가능하게 결합되어 상기 플랫폼을 주행시키는 주행부를 포함하여 구성되고, 상기 제1링크, 상기 제2링크 및 상기 제3링크는 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 상기 주행 모듈을 폴딩시키는 것을 특징으로 한다.

Description

로버의 주행 장치{TRAVELLING DEVICE OF ROVER}
본 발명은 로버의 주행 장치에 관한 것으로서, 달, 화성 등의 행성 표면에서 과학 실험 및 과학 임무를 수행하는 행성 표면 탐사 시스템 즉, 로버의 우주선 탑재 성능 향상을 위한 로버의 주행 장치에 관한 것이다.
일반적으로 로버는 행성 표면 탐사를 위한 장치로서, 상기 로버의 주행 장치는 서스펜션에 따라 크게 수동형(Passive)과 능동형(Active)으로 분류할 수 있다. 수동형 서스펜션은 안정된 움직임을 위해 추가적인 액추에이터(Actuator) 등이 장착되지 않고 간단한 기계 구조적인 방법을 이용한 것으로, 미국 NASA의 Sojourner, MER(Opportunity, Sprit) 또는 MSL(Mars Scientific Laboratory) 로버 등과 같이 무인 로버의 대부분이 여기에 속하고, 특히 Rocker-Bogie 현가 장치가 수동 서스펜션의 대표적인 예가 된다.
반면, 능동형 서스펜션은 이동 중 안정도를 유지하기 위해 밀폐형 제어(close loop control)를 사용하는 능동 제어를 사용하는데, 상기 시스템은 로버의 걷는(walking) 기능을 가능하게 하여 주행성(장애물 극복능력 등)과 안전성이 뛰어나다.
그리고, 능동형 로버의 주행 장치는 수동형 로버의 주행 장치보다 많은 자유도가 있어서 로버를 수송 우주선에 탑재할 때 최소한의 부피로 탑재할 수 있는 장점도 있다. 그러나, 능동형 로버의 주행 장치는 수동형 로버의 주행 장치보다 더 많은 구성을 요구하고 시스템이 복잡하기 때문에 신뢰도 관점에서 단점이 있으며, 전력 소비도 수동형에 비해 많이 요구된다. 미국 NASA Athlete 유인탐사 로버가 능동형의 대표적인 예이다.
상술한 바와 같이 우주에서 사용되는 로버와 지상에서 사용되는 로봇의 가장 큰 차이점은 먼저 주행 장치이다. 지상용 로봇은 대체로 트랙을 주행 장치로 많이 사용하고 있으며, 도로 환경이 좋은 곳에서는 일반 차량용 바퀴를 이용하여 주행한다. 즉, 지상용 로봇 중 사막, 산악지형, 도시 등에서 주로 사용되는 군사용 로버는 움직임에 있어 높은 안정도와 시스템적으로 간단한 트랙이 사용되며, 일반 가정용은 주로 집, 건물 내의 평편한 바닥에서 많이 사용되기 때문에 작은 바퀴로도 충분한 주행성이 가능하다. 또한 지상용은 사용자와 아주 근접해 있기 때문에 주행 장치에 문제가 있더라도 언제든지 보수 및 유지를 할 수 있으므로 주행 장치 부분이 우주용에 비해 상대적으로 큰 이슈가 되지 않고, 대신 로봇의 사용 목적에 따르는 기능이 가장 큰 이슈로 개발되고 있다.
이에 반해, 행성 탐사용으로 개발되는 로버는 행성과 같은 미지의 환경에서 주행하기 위하여 주행 장치를 가장 중요한 시스템으로 고려하고 있으며, 주로 바퀴를 이용하여 주행 장치를 개발하고 있는데, 이것은 행성의 지면 특성이 울퉁불퉁한 바위, 돌로 이루어져 있거나, 가는 모래 등으로 이루어진 경우 주행하기 위함이다.
또한, 지상용에 비해 바퀴의 수가 많은 시스템으로 기계적 관점에서 복잡하지만, 장애물 극복 능력 및 안정성을 향상시키기 위하여 이중화(redundancy) 개념이 고려되었다. 이를 반영하듯 현재 개발되고 있는 대부분의 행성 탐사용 로버는 6개 바퀴 이상을 가진 시스템이 선호되고 있으며, 행성 탐사를 위해 우주선에 탑재되기 때문에 기본적으로 무게, 부피 등은 지상용에 비해 많은 제한점을 갖고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 행성 탐사용 시스템인 로버를 우주선에 탑재할 경우, 우주선의 탑재 공간의 효율적 사용과 우주선의 발사 및 행성 착륙 시 로버의 내구성 강화를 위해 로버의 부피를 감소시킬 수 있는 로버의 주행 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로버의 주행 장치는, 로버의 본체가 안착되는 플랫폼; 및 상기 플랫폼을 지지하도록 상기 플랫폼 하부면의 둘레를 따라 소정 간격으로 마련되고, 6자유도 운동을 하는 복수개의 주행 모듈; 을 포함하고, 상기 주행 모듈은, 상기 플랫폼의 하부면에 회동 가능하게 결합되는 연결부와, 일단이 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되는 제1링크와, 일단이 상기 제1링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제2링크와, 일단이 상기 제2링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제3링크와, 상기 제3링크의 타단에 회동 가능하게 결합되어 상기 플랫폼을 주행시키는 주행부를 포함하여 구성되고, 상기 제1링크, 상기 제2링크 및 상기 제3링크는 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 상기 주행 모듈을 폴딩시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 플랫폼의 하부면과 상기 연결부가 결합되는 제1결합축, 상기 연결부와 상기 제1링크가 결합되는 제2결합축, 상기 제1링크와 상기 제2링크가 결합되는 제3결합축, 상기 제2링크와 상기 제3링크가 결합되는 제4결합축, 상기 제3링크와 상기 주행부가 결합되는 제5결합축 및 상기 주행부의 회전 중심축에는 상기 연결부, 상기 제1링크, 상기 제2링크, 상기 제3링크 및 상기 주행부에 회전 구동력을 제공하는 구동 모터가 각각 마련되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1링크는 상기 제2결합축 및 상기 제3결합축의 양단부를 연결하는 중앙이 관통된 4각의 프레임 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2링크 및 상기 제3링크는 상기 주행 모듈의 폴딩시 상기 제3결합축 및 상기 제4결합축을 중심으로 회동하여 상기 제1링크를 관통하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 플랫폼은 그 중앙이 관통되는 6각형의 판재 형상으로 형성되고, 상기 주행 모듈은 상기 플랫폼의 꼭지점 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 로버가 행성 탐사를 위하여 우주선에 탑재될 때 로버의 부피를 감소시킴과 동시에 전체 우주선 시스템의 무게 등도 감소시킴으로써, 우주선 탑재가 용이하고 효율적인 우주선 탑재 공간의 사용이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 주행 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 주행 모듈을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치가 우주선에 탑재된 상태를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
그리고, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치를 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 로버의 주행 장치는 로버의 본체(미도시)가 안착되는 플랫폼(100) 및 상기 플랫폼(100)을 지지하는 복수개의 주행 모듈(200)을 포함하여 구성된다.
상기 플랫폼(100)은 그 중앙이 관통되는 6각형의 판재 형상으로 형성되고, 상기 플랫폼(100)의 상부에는 본체가 안착된다. 상기 본체에는 행성 탐사를 위한 과학 장비, 카메라 및 드릴 등이 장착된다.
상기 주행 모듈(200)은 상기 플랫폼(100) 하부면의 둘레를 따라 소정 간격으로 마련되는데, 로버의 주행 안정성을 향상시키기 위하여 6각형의 판재 형상으로 형성되는 상기 플랫폼(100)의 꼭지점 위치에 각각 배치된다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 주행 모듈(200)은 로버를 수송 우주선에 탑재할 때 최소한의 부피로 탑재하기 위하여 6자유도 운동을 하도록 구성되는데, 상기 주행 모듈(200)은 상기 플랫폼(100)의 하부면에 회동 가능하게 결합되는 연결부(210), 일단이 상기 연결부(210)에 회동 가능하게 결합되는 제1링크(220), 일단이 상기 제1링크(220)의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제2링크(230), 일단이 상기 제2링크(230)의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제3링크(240) 및 상기 제3링크(240)의 타단에 회동 가능하게 결합되어 상기 플랫폼(100)을 주행시키는 주행부(250)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 제1링크(220), 상기 제2링크(230) 및 상기 제3링크(240)는 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 상기 주행 모듈(200)은 폴딩됨과 동시에, 로버를 최소한의 부피로 감소시킨다. 한편, 상기 주행부(250)는 로버를 이동시키는 주행 바퀴(252) 및 로버의 주행 방향을 제어하는 조향 부재(254)를 포함하여 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 주행 모듈(200)을 개략적으로 나타낸 정면도이며, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치가 우주선에 탑재된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 로버의 주행 장치가 우주선 탑재시 폴딩되는 작동 과정에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 상기 플랫폼(100)의 하부면과 상기 연결부(210)가 결합되는 제1결합축(271), 상기 연결부(210)와 상기 제1링크(220)가 결합되는 제2결합축(272), 상기 제1링크(220)와 상기 제2링크(230)가 결합되는 제3결합축(273), 상기 제2링크(230)와 상기 제3링크(240)가 결합되는 제4결합축(274), 상기 제3링크(240)와 상기 주행부(250)가 결합되는 제5결합축(275) 및 상기 주행부(250)의 회전 중심축(276)에는 상기 연결부(210), 상기 제1링크(220), 상기 제2링크(230), 상기 제3링크(240) 및 상기 주행부(250)에 회전 구동력을 제공하는 구동 모터(260)가 각각 마련된다.
상기 제1링크(220)는 상기 제2결합축(272) 및 상기 제3결합축(273)의 양단부를 연결하는 중앙이 관통된 4각의 프레임 형상으로 형성되는데, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상기 제2링크(230) 및 상기 제3링크(240)는 상기 주행 모듈(200)의 폴딩시 상기 제3결합축(273) 및 상기 제4결합축(274)을 중심으로 회동하여 상기 제1링크(220)를 관통하도록 배치된다.
따라서, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 우주선 탑재시 로버가 최소한의 부피로 자세를 유지할 수 있게 된다. 즉, 로버가 일반 주행 상태일 때보다 우주선 탑재 상태일 때 그 크기가 약 50% 정도 감소함으로써 우주선 탑재 공간의 효율성을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 플랫폼 200: 주행 모듈
210: 연결부 220: 제1링크
230: 제2링크 240: 제3링크
250: 주행부 260: 구동 모터

Claims (5)

  1. 로버의 본체가 안착되는 플랫폼; 및
    상기 플랫폼을 지지하도록 상기 플랫폼 하부면의 둘레를 따라 소정 간격으로 마련되고, 6자유도 운동을 하는 복수개의 주행 모듈; 을 포함하고,
    상기 주행 모듈은, 상기 플랫폼의 하부면에 회동 가능하게 결합되는 연결부와, 일단이 상기 연결부에 회동 가능하게 결합되는 제1링크와, 일단이 상기 제1링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제2링크와, 일단이 상기 제2링크의 타단에 회동 가능하게 결합되는 제3링크와, 상기 제3링크의 타단에 회동 가능하게 결합되어 상기 플랫폼을 주행시키는 주행부를 포함하여 구성되고, 상기 제1링크, 상기 제2링크 및 상기 제3링크는 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 상기 주행 모듈을 폴딩시키는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플랫폼의 하부면과 상기 연결부가 결합되는 제1결합축, 상기 연결부와 상기 제1링크가 결합되는 제2결합축, 상기 제1링크와 상기 제2링크가 결합되는 제3결합축, 상기 제2링크와 상기 제3링크가 결합되는 제4결합축, 상기 제3링크와 상기 주행부가 결합되는 제5결합축 및 상기 주행부의 회전 중심축에는 상기 연결부, 상기 제1링크, 상기 제2링크, 상기 제3링크 및 상기 주행부에 회전 구동력을 제공하는 구동 모터가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1링크는 상기 제2결합축 및 상기 제3결합축의 양단부를 연결하는 중앙이 관통된 4각의 프레임 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2링크 및 상기 제3링크는 상기 주행 모듈의 폴딩시 상기 제3결합축 및 상기 제4결합축을 중심으로 회동하여 상기 제1링크를 관통하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플랫폼은 그 중앙이 관통되는 6각형의 판재 형상으로 형성되고, 상기 주행 모듈은 상기 플랫폼의 꼭지점 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.
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CN114013687A (zh) * 2021-12-10 2022-02-08 东南大学 一种着陆缓冲与附着固定机器人系统
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