KR20120127956A - Travelling device of rover - Google Patents

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이주희
이종혁
이학수
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한국항공우주연구원
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Abstract

PURPOSE: A traveling device of a rover is provided to reduce torque and electricity necessary for overcoming an obstacle by rotating a plurality of links around each connection spindle. CONSTITUTION: A connection part is fixed to the side of a main body(100). A rotation link(220) is combined with a connection part or the main body. A support link(230) is formed at both ends of the rotation link. The support link moves up and down according to a state of the ground surface. A fixed link(240) connects an upper end of the support link with the connection part. A driving wheel(250) is formed in a lower end of the support link.

Description

로버의 주행 장치{TRAVELLING DEVICE OF ROVER}Rover's Traveling Device {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 장애물 극복 능력 및 안정도 향상을 위한 로버의 주행 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rover's traveling device, and more particularly to a rover's traveling device for improving obstacle stability and stability of a planetary surface exploration system that performs scientific experiments and scientific missions on planetary surfaces such as the moon and Mars. .

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.In general, a rover is a device for planetary surface exploration, and the rover's traveling device can be classified into passive and active according to suspension. Passive suspension is a simple mechanical structural method without additional actuators for stable movement. It is based on unmanned rover like NASA Sojourner, MER (Opportunity, Sprit) or MSL (Mars Scientific Laboratory) rover. Most of them belong here, in particular the Rocker-Bogie suspension is an example of a manual suspension.

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.Active suspension, on the other hand, uses active control using close loop control to maintain stability during movement, which enables the rover's walking function to provide both runability (such as ability to overcome obstacles). Excellent safety

도 1을 참조하면, 수동형 서스펜션을 갖는 종래의 로버가 도시되어 있는데, 상기 로버는 행성 탐사를 위한 과학 장비, 카메라 및 드릴 등이 장착되는 본체(10) 및 상기 본체(10)를 지지함과 동시에 이동시키는 주행 모듈(20, 30)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, there is shown a conventional rover having a passive suspension, which supports and supports the main body 10 and the main body 10 on which scientific equipment, cameras and drills for planetary exploration are mounted. It is configured to include a traveling module (20, 30) to move.

먼저, 도 1의 (a)에 도시된 로버는 기본적인 수동형 서스펜션을 갖는 로버로서, 상기 주행 모듈(20)은 상기 본체(10)의 양측면에 각각 두 개씩 마련되며 각각의 주행 모듈(20)은 4개의 바(bar)가 연결된 링크 어셈블리(22)와 상기 링크 어셈블리(22)의 하단에 마련되는 주행 바퀴(24)를 포함하여 구성된다.First, the rover illustrated in (a) of FIG. 1 is a rover having a basic passive suspension, and two traveling modules 20 are provided on both sides of the main body 10, and each traveling module 20 has four. It comprises a link assembly 22 connected to the bar (bar) and the driving wheel 24 provided on the lower end of the link assembly 22.

그리고, 도 1의 (b)에 도시된 로버는 미국 NASA의 로커-보기(rocker-bogie) 서스펜션을 갖는 로버로서, 상기 주행 모듈(30)은 상기 본체의 양측면에 각각 하나씩 마련되며 각각의 주행 모듈(30)은 상기 본체(10)에 회동 가능하게 결합되는 로커(32), 상기 로커(32)의 일단부에 회동 가능하게 결합되는 보기(34) 및 상기 로커(32)와 상기 보기(34)의 하단에 마련되는 주행 바퀴(24)를 포함하여 구성된다.And, the rover shown in Figure 1 (b) is a rover having a rocker-bogie suspension of the NASA of the United States, the traveling module 30 is provided on each side of each of the main body and each traveling module 30 is a rocker 32 rotatably coupled to the body 10, a bogie 34 rotatably coupled to one end of the rocker 32, and the rocker 32 and the bogie 34. It is configured to include a driving wheel 24 provided at the bottom of the.

그러나, 상술한 로버들의 주행 모듈(20, 30)은 하나의 결합축만을 중심으로 회동되므로, 행성 탐사 등에 있어서 장애물을 만났을 경우 비교적 안정적이고 효율적으로 극복하기 어렵다는 문제점이 있다.However, since the above-described rover traveling modules 20 and 30 are rotated around only one coupling shaft, there is a problem that it is difficult to overcome relatively stable and efficient when encountering obstacles in planetary exploration.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주행 모듈을 구성하는 다수개의 링크들이 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 장애물 극복에 필요한 토크 및 전력을 감소시켜 장애물 극복에 효율성을 증대시키고, 안정적인 주행을 할 수 있는 로버의 주행 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, a plurality of links constituting the driving module is rotated around each coupling axis to reduce the torque and power required to overcome the obstacles to increase the efficiency in overcoming obstacles, stable driving To provide a rover traveling device that can be.

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.The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로버의 주행 장치는, 본체를 이동시키도록 상기 본체의 양측면에 마련되는 복수개의 주행 모듈을 포함하고, 상기 주행 모듈은, 상기 본체의 측면에 간격을 두고 고정되는 연결부; 상기 연결부 또는 상기 본체에 회동 가능하게 결합되는 회동 링크; 상기 회동 링크의 양단부에 각각 마련되어 지면의 상태에 따라 상하로 이동하는 지지 링크; 상기 지지 링크의 상단부와 상기 연결부를 연결하는 고정 링크; 및 상기 지지 링크의 하단부에 회전 가능하게 마련되는 주행 바퀴; 를 포함한다.The rover traveling apparatus of the present invention for achieving the above object includes a plurality of traveling modules provided on both sides of the main body to move the main body, the traveling module is fixed at intervals on the side of the main body Connection; A rotational link rotatably coupled to the connecting portion or the main body; Support links which are respectively provided at both ends of the pivot link and move up and down according to the state of the ground; A fixed link connecting the upper end of the support link and the connection portion; And a driving wheel rotatably provided at a lower end of the support link. It includes.

바람직하게, 상기 고정 링크의 일단부는 상기 연결부의 일면 및 타면에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.Preferably, one end of the fixed link is characterized in that connected to one surface and the other surface of the connecting portion, respectively.

바람직하게, 상기 주행 모듈은 상기 본체 양측면의 전방 및 후방에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.Preferably, the traveling module of the rover, characterized in that disposed in front and rear of the both sides of the main body, respectively.

본 발명에 따르면, 로버의 주행 장치의 주행 모듈을 구성하는 다수개의 링크들이 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 장애물 극복에 필요한 토크 및 전력을 감소시켜 장애물 극복 효율성 및 안정적인 주행 성능을 증대시키는 장점이 있다.According to the present invention, a plurality of links constituting the traveling module of the rover's traveling device are rotated around each coupling shaft, thereby reducing torque and power required for overcoming an obstacle, thereby increasing obstacle overcoming efficiency and stable driving performance. .

도 1은 종래의 로버를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 작동 과정을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치 성능을 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view showing a conventional rover.
2 is a perspective view showing a rover according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are side views showing the operation of the rover traveling device according to an embodiment of the present invention.
5 is a front view illustrating a traveling device of a rover according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the performance of the traveling device of the rover according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.

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.In addition, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily implement other embodiments within the scope of the same idea, but this also falls within the scope of the present invention. Of course.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버를 나타낸 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 로버의 주행 장치는 로버의 본체(100) 및 상기 본체(100)를 지지하는 복수개의 주행 모듈(200)을 포함하여 구성된다.2 is a perspective view showing a rover according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the rover traveling device of the present invention includes a rover main body 100 and a plurality of roving modules 200 supporting the main body 100.

상기 본체(100)에는 행성 탐사를 위한 과학 장비, 카메라 및 드릴 등이 장착되며, 상기 주행 모듈(200)은 상기 본체(100)의 양측면에 각각 두 개씩 마련되는데, 별도로 마련되는 구동 모터 등의 구동원에 의하여 상기 본체(100)를 이동시킨다.The main body 100 is equipped with scientific equipment for the planetary exploration, a camera and a drill, etc., two traveling modules 200 are provided on both sides of the main body 100, respectively, a driving source such as a driving motor provided separately By moving the main body 100 by.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 작동 과정을 나타낸 측면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치를 나타낸 정면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 로버의 주행 장치의 구성 및 작동 과정에 대하여 상세히 설명한다.3 and 4 are side views showing the operating process of the rover traveling device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a front view showing a traveling device of the rover according to an embodiment of the present invention. 3 to 5 will be described in detail with respect to the configuration and operation of the traveling device of the rover.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 주행 모듈(200)은 상기 본체(100)의 측면에 간격을 두고 고정되는 연결부(210), 상기 연결부(210) 또는 상기 본체(100)에 회동 가능하게 결합되는 회동 링크(220), 상기 회동 링크(220)의 양단부에 각각 마련되어 지면의 상태에 따라 상하로 이동하는 지지 링크(230), 상기 지지 링크(230)의 상단부와 상기 연결부(210)를 연결하는 고정 링크(240) 및 상기 지지 링크(230)의 일단부에 회전 가능하게 마련되는 주행 바퀴(250)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 고정 링크(240)의 일단부는 상기 연결부(210)의 일면 및 타면에 각각 연결된다.First, as shown in FIG. 3, the driving module 200 is rotatably coupled to the connecting portion 210, the connecting portion 210, or the main body 100 that are fixed at intervals on the side of the main body 100. Rotating link 220, which is provided at both ends of the rotating link 220, the support link 230 to move up and down according to the state of the ground, connecting the upper end of the support link 230 and the connecting portion 210 The fixed link 240 and the driving wheel 250 is rotatably provided at one end of the support link 230 is configured. One end of the fixed link 240 is connected to one surface and the other surface of the connection portion 210, respectively.

이러한 주행 모듈(200)은 행성 등의 표면에서 상기 본체(100)를 이동시키기 위하여 상기 주행 바퀴(250)에 의하여 주행하는데, 주행시 암석 등의 장애물을 만나는 경우에는 상기 회동 링크(220), 지지 링크(230) 및 고정 링크(240) 등이 그 결합축을 중심으로 회동되어 장애물을 넘게 된다.The traveling module 200 is driven by the traveling wheel 250 to move the main body 100 on the surface of the planet, etc., in the case of encountering obstacles such as rocks during the driving, the rotation link 220 and the support link. 230 and the fixed link 240, etc. are rotated around the coupling axis to overcome the obstacle.

구체적으로, 도 4를 참조하면 상기 로버의 주행 장치가 장애물을 만나는 경우 상기 본체(100)의 전방에 배치된 주행 모듈(200, 도 4에서 왼쪽)의 회동 링크(220)는 반시계 방향으로 회동됨과 동시에, 상기 회동 링크(220)의 일단부에 마련된 지지 링크(230)는 상측으로 이동하여 상기 주행 바퀴(250)가 암석 등의 장애물을 타고 넘을 수 있게 한다. 이때, 상기 고정 링크(240)는 상기 연결부(210)에 결합된 축을 중심으로 회동함으로써 상기 지지 링크(230)의 회동 각도 범위를 이탈하는 것을 방지한다.Specifically, referring to FIG. 4, when the traveling device of the rover meets an obstacle, the rotation link 220 of the traveling module 200 (left in FIG. 4) disposed in front of the main body 100 rotates in a counterclockwise direction. At the same time, the support link 230 provided at one end of the rotation link 220 moves upward to allow the traveling wheel 250 to ride over obstacles such as rocks. At this time, the fixed link 240 is prevented from moving away from the rotation angle range of the support link 230 by rotating about the axis coupled to the connecting portion (210).

이와 같이, 상기 로버의 주행 장치는 상기 주행 모듈(200)을 구성하는 회동 링크(220), 지지 링크(230) 및 고정 링크(240)가 각각의 결합축을 중심으로 회동됨으로써 장애물 극복에 효율성을 증대시키고, 안정적인 주행을 할 수 있게 된다.As described above, the rover traveling device increases efficiency in overcoming obstacles by rotating the rotation link 220, the support link 230, and the fixed link 240 constituting the travel module 200 about respective coupling axes. And stable driving is possible.

한편, 도 5를 참조하면 상기 연결부(210)와 상기 본체(100) 사이에는 간격축(212)이 마련되는데, 이는 상기 연결부(210)가 상기 본체(100)에 소정 간격 이격되도록 결합하게 하여 각 링크들 간의 간섭을 방지하기 위함이다.Meanwhile, referring to FIG. 5, a spacing axis 212 is provided between the connecting portion 210 and the main body 100, which couples the connecting portion 210 to be spaced apart from the main body 100 by a predetermined interval. This is to prevent interference between links.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치 성능을 나타낸 그래프이다. 도 6에 있어서 첫 번째 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 성능을 나타낸 것이고, 두 번째 그래프는 도 1의 (a)에 도시된 기본적인 수동형 서스펜션을 갖는 로버의 주행 장치의 성능을 나타낸 것이며, 세 번째 그래프는 도 1의 (b)에 도시된 로커-보기 서스펜션을 갖는 로버의 주행 장치의 성능을 나타낸 것이다.6 is a graph showing the performance of the traveling device of the rover according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6, the first graph shows the performance of the rover's traveling device, and the second graph shows the performance of the rover's traveling device with the basic passive suspension shown in FIG. The third graph shows the performance of the rover's traveling device with the rocker-bogie suspension shown in FIG. 1 (b).

그리고, 그래프의 파란선은 로버의 무게 중심의 중력 방향에 대한 변위를 나타내며, 빨간선은 로버의 중심축에 대한 본체의 회전 각속도를 나타내는데 이들의 변화량이 적을수록 주행 성능이 더 안정적이다.In addition, the blue line of the graph represents the displacement of the rover's center of gravity with respect to the direction of gravity, and the red line represents the rotational angular velocity of the main body with respect to the center axis of the rover.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 로버의 주행 장치에 의하면 무게 중심의 중력 방향에 대한 변위가 다른 로버의 주행 장치보다 적게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로버의 주행 장치의 회전 각속도 변화량은 125, 기본적인 수동형 서스펜션을 갖는 로버의 주행 장치의 회전 각속도 변화량은 140, 로커-보기 서스펜션을 갖는 로버의 주행 장치의 회전 각속도 변화량은 115로 나타나는데, 로커-보기 서스펜션을 갖는 로버의 주행 장치는 장애물을 만나서 앞바퀴가 장애물을 극복하는 구간에서 진동이 심하게 발생하는 것을 알 수 있다.That is, according to the rover traveling device according to the present invention as shown in Figure 6 it can be seen that the displacement in the gravity direction of the center of gravity appears less than the traveling device of the other rover. In addition, the rotational angular velocity change amount of the rover's traveling device according to an embodiment of the present invention is 125, the rotational angular velocity change amount of the rover's traveling device having a basic passive suspension is 140, the rotational angular velocity of the rover's traveling device having a rocker-bogie suspension The change amount is 115, and it can be seen that the rover's traveling device having a rocker-bogie suspension encounters an obstacle and vibrates severely in a section in which the front wheel overcomes the obstacle.

따라서, 주행시 로버의 무게 중심의 중력 방향에 대한 변위 및 본체의 회전 각속도의 변화량을 참고할 때, 본 발명에 따른 로버의 주행 장치는 다른 로버의 주행 장치보다 안정적으로 주행한다는 사실을 알 수 있다.Therefore, when referring to the displacement of the rover's center of gravity with respect to the direction of gravity and the amount of change in the rotational angular velocity of the main body, the traveling device of the rover according to the present invention travels more stably than other traveling devices of the rover.

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.Although embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments of the present invention are possible therefrom. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

100: 본체 200: 주행 모듈
210: 연결부 220: 회동 링크
230: 지지 링크 240: 고정 링크
250: 주행 바퀴100: main body 200: travel module
210: connection portion 220: rotational link
230: support link 240: fixed link
250: running wheels

Claims (3)

본체를 이동시키도록 상기 본체의 양측면에 마련되는 복수개의 주행 모듈을 포함하는 로버의 주행 장치에 있어서,
상기 주행 모듈은,
상기 본체의 측면에 간격을 두고 고정되는 연결부;
상기 연결부 또는 상기 본체에 회동 가능하게 결합되는 회동 링크;
상기 회동 링크의 양단부에 각각 마련되어 지면의 상태에 따라 상하로 이동하는 지지 링크;
상기 지지 링크의 상단부와 상기 연결부를 연결하는 고정 링크; 및
상기 지지 링크의 하단부에 회전 가능하게 마련되는 주행 바퀴; 를 포함하는 로버의 주행 장치.In the traveling device of the rover comprising a plurality of traveling modules provided on both sides of the main body to move the main body,
The driving module,
A connection part fixed at intervals on the side of the main body;
A rotational link rotatably coupled to the connecting portion or the main body;
Support links which are respectively provided at both ends of the pivot link and move up and down according to the state of the ground;
A fixed link connecting the upper end of the support link and the connection portion; And
A driving wheel rotatably provided at a lower end of the support link; Rover driving device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 고정 링크의 일단부는 상기 연결부의 일면 및 타면에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.The method of claim 1,
One end of the fixed link is connected to one side and the other side of the rover traveling device, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 주행 모듈은 상기 본체 양측면의 전방 및 후방에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 로버의 주행 장치.The method of claim 1,
The traveling module of the rover, characterized in that the traveling module is disposed in front and rear of the both sides of the main body, respectively.
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