KR20130074143A

KR20130074143A - 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇

Info

Publication number: KR20130074143A
Application number: KR1020110142035A
Authority: KR
Inventors: 심호석; 김진영; 김진대; 조지승
Original assignee: 평화산업주식회사; (재)대구기계부품연구원
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-04

Abstract

본 발명은 옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇이 개시되어 있다.
본 발명에 따른 옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇은, 라이더 로봇의 진행 방향에 장애물이 있는지를 검출하는 장애물 검출부(170); 상기 장애물 검출부(170)에 의해서, 상기 라이더 로봇의 진행 방향에는 장애물이 없지만, 이 진행 방향의 근방에 움직이는 장애물이 있는 것으로 판정된 경우, 그 장애물의 진행 방향을 검출하는 장애물의 진행 방향 검출부(180); 및 상기 장애물의 진행 방향 검출부(180)에서 상기 장애물과 상기 라이더 로봇의 충돌 가능을 예측하는 장애물과의 충돌 예측부(160)를 포함한다.

Description

옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇{RIDER ROBOT WITH OMNI-IN WHEEL}

본 발명은 자율 주행 가능한 라이더 로봇에 관한 것으로, 특히 옴니휠 및 인휠이 결합된 옴니인 휠을 구비한 자율 주행 가능한 라이더 로봇에 관한 것이다.

최근 로봇기술에 관한 연구가 활발하게 진행됨에 따라 실내 또는 실외에서 사람이 탑승 가능하면서 자율 주행이 가능한 라이더 로봇에 대한 기대와 관심이 증가하고 있다. 라이더 로봇은 자율주행로봇으로서 환경을 스스로 인지하는 능력을 기반으로 장애물을 회피하면서 목적지에 도착할 수 있어야 한다. 따라서, 라이더 로봇은 전후좌우 및 사선방향으로 이동이 가능하며 로봇의 자율주행 시에 장애물을 탐지 및 회피할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 이러한 종래 기술의 예로서 하기 특허문헌(대한민국 공개 특허 공보 2011-38182)에 자율 이동 장치가 개시되어 있다.

종래 기술에 따른 자율 이동 장치를 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 자율 이동 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 자율 이동 장치(1)는 그 하부에 전동 모터(12) 및 상기 전동 모터(12)에 의해 구동되는 옴니휠(omni wheel;13)이 설치된 본체(10)와 주위에 존재하는 물체(예를 들면 벽이나 장해물 등)의 거리를 계측하는 레이저 레인지 파인더(20)와, 자율 이동 장치(1)를 유도함과 아울러 설정 포인트를 등록하는 조이스틱(21)을 구비하고 있다. 또한, 자율 이동 장치(1)는 설치 모드에 있어서의 환경 지도의 작성, 및 반송 모드에 있어서의 이동 경로의 계획 및 상기 이동 경로를 따른 자율 이동을 통합적으로 담당하는 전자 제어 장치(30)를 구비하고 있다. 또한, 전동 모터(12)의 구동축(12A)을 중심으로 해서 회전하는 2개의 휠(14)과, 각 휠(14)의 외주에 전동 모터(12)의 구동축(12A)과 직교하는 축을 중심으로 해서 회전 가능하게 설치된 6개의 프리롤러(15)를 갖는 옴니휠(13)이 개시되어 있다.

대한민국 공개 특허 공보 2011-38182

그러나, 상기 종래 기술은 자율 이동 장치를 전후좌우 및 사선으로 이동시키기 위해서 옴니휠을 사용하고 있으나, 옴니휠을 구동시키는 전동 모터가 설치되어야 하므로, 자율 이동 장치 내에서 전동 모터가 설치되는 공간이 차지하는 비율이 커져서, 자율 이동 장치 자체의 크기가 커지는 문제점이 있었다. 다시 말하면, 상기 종래 기술을 사람이 탑승할 수 있는 라이더 로봇에 적용하는 경우, 라이더 로봇의 전체 크기를 가능한 작게 하면서 사람이 탑승하는 공간을 확보하기 위해서, 전동 모터가 설치되는 공간을 줄일 수 없다는 것이다.

또한, 상기 종래 기술에 따른 자율 이동 장치는 자율 이동 장치가 진행하는 방향에 장애물이 있는지를 판단하고 이를 회피하는 것은 가능하지만, 움직이는 물체의 진행 방향을 판단하여, 현재는 장애가 되지 않지만 앞으로 장애가 될 수 있는 장애물이 있는지를 판단하고 이를 회피하는 것은 불가능한 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇은 라이더 로봇의 진행 방향에 장애물이 있는지를 검출하는 장애물 검출; 장애물 검출부에 의해서, 라이더 로봇의 진행 방향에는 장애물이 없지만, 이 진행 방향의 근방에 움직이는 장애물이 있는 것으로 판정된 경우, 그 장애물의 진행 방향을 검출하는 장애물의 진행 방향 검출부; 및 장애물의 진행 방향 검출부에서 장애물과 라이더 로봇의 충돌 가능을 예측하는 장애물과의 충돌 예측부를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇에 있어서, 옴니인 휠을 구성하는 옴니휠은 인휠 모터에 대하여 회전 가능하도록 배치되어, 인휠 모터가 유도 전기에 의해서 옴니휠을 직접 회전 구동시킨다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠을 구비한 라이더 로봇에 있어서, 라이더 로봇의 전방 및 후방에 각각 두 개씩 배치된 복수의 옴니인 휠은, 각각 별도로 회전 구동되어 라이더 로봇이 전후좌우, 사선, 회전 주행 중 어느 하나가 수행된다.

본 발명의 구성에 따르면, 전동 모터가 설치되는 공간이 필요 없어, 라이더 로봇의 전체 크기를 가능한 작게 하면서 사람이 탑승하는 공간을 확보할 수 있고, 움직이는 물체의 진행 방향을 판단하여, 현재는 장애가 되지 않지만 앞으로 장애가 될 수 있는 장애물이 있는지를 판단하고 이를 회피할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자율 이동 장치의 기능을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이더 로봇의 기능을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 도 2의 라이더 로봇에 사용되는 옴니인 휠을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 4는 도 2의 4개의 옴니인 휠의 각각의 구동 방향에 따른 라이더 로봇의 전진, 후진, 사선 및 회전을 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이더 로봇을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라이더 로봇의 기능을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 라이더 로봇은 주행 제어기(100), 조향 장치(110), 옴니인 휠 1(120), 임니인 휠 2(130), 옴니인 휠 3(140), 옴니인 휠 4(150), 장애물과의 충돌 예측부(160), 장애물 검출부(170), 장애물의 진행 방향 검출부(180), 옴니인 휠 구동부(190) 및 디스플레이부(200)를 포함하고, 이들은 서로 임의 타입의 버스에 의해서 전기적으로 상호 연결되어 있다.

주행 제어기(100)는 라이더 로봇의 주행에 관련된 모든 제어를 수행한다. 조향 장치(110)는 라이더 로봇에 탑승한 사람이 라이더 로봇의 방향을 결정하기 위해서 사용되는 장치이다.

조향 장치(110)는 라이더 로봇의 방향, 전진, 후진, 사선 진행, 좌 회전 또는 우회전을 나타내는 주행 전기 신호를 생성하고 이를 주행 제어기(100)에 전송한다. 주행 제어기(100)는 이 주행 전기 신호에 따라 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)을 구동한다.

옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)은 라이더 로봇의 전방 및 후방에 각각 두 개씩 배치되어 바퀴의 역할을 담당한다. 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)은 각각 주행 제어기(100)의 명령에 따라 개별적으로 구동된다. 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)은 옴니휠(200) 내에 인휠 모터(100)가 일체로 결합된 구조로서, 구조의 상세에 대해서는 도 3에서 후술한다. 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)은 그 내부에 인 휠 모터(100)가 마련되어 있기 때문에 별도의 전동 모터를 위한 공간이 요구되지 않는다.

옴니인 휠 구동부(190)는 주행 제어기(105)의 명령을 받아서 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150) 각각에 별도의 전기 제어 신호를 입력한다. 옴니인 휠 구동부(190)의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 종래의 인휠 모터를 사용할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 라이더 로봇은 사람이 탑승하여 조향 장치(110)를 이용하여 방향을 결정하고 그 방향에 따라 주행 제어기(105)가 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)을 구동하는 구성으로 되어 있다. 본 발명에 따른 라이더 로봇은 상술한 구성에 부가하여, 라이더 로봇이 진행하는 방향에 대하여 장애물이 있는 경우 이를 경고하거나 속도를 줄이거나 또는 회피하여 진행할 수 있도록 하는 장치를 구비하고 있고, 특히, 장애물이 움직이고 있는 경우 그 장애물의 방향 및 속도를 감지하여 장애물과의 충돌을 예측하고 이를 회피하는 구성을 포함하고 있다.

장애물 검출부(170)는 라이더 로봇이 진행하는 동안 그 진행 방향에 장애물이 있는지의 여부를 판정하고, 특히 장애물이 움직이고 있는지의 여부를 판정한다. 장애물 검출부(170)는 도면에는 도시되어 있지 않지만 각종 센서들을 포함하고 있다. 센서의 예로는 초음파 위치 인신 센서, 레이저 센서, 관성 센서, 모션 센서 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않고, 장애물의 움직임 방향 및 속도를 검출할 수 있기만 하면 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사 선택할 수 있는 센서를 모두 포함한다.

장애물 검출부(170)는 각종 센서를 이용하여 주행 경로 상에 장애물의 유무를 먼저 판정하고, 그 다음 장애물이 정지되어 있는지 움직이고 있는 지를 판정하고, 그 판정 결과를 주행 제어기(105)에 전송한다.

장애물이 주행 경로 상에 존재하지만 움직이지 않고 정지되어 있는 경우, 주행 제어기(105)는 회피 명령 신호를 생성하여 옴니인 휠 구동부(190)에 전송하고 옴니인 휠 구동부(190)에 의해서 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)이 구동된다. 따라서, 라이더 로봇은 고정된 장애물을 회피하여 주행할 수 있게 된다.

한편, 장애물이 주행 경로 상에는 존재하지 않지만 움직이는 경우에는, 경우에 따라서 주행하고 있는 라이더 로봇과 장애물이 충돌할 가능성이 있기 때문에 이를 회피할 수 있어야 한다.

따라서, 장애물 검출부(170)는 내장하고 있는 각종 센서를 통해 장애물을 검출하고, 특히 라이더 로봇의 진행 방향의 근방에 장애물이 있는지도 검출한다. 장애물 검출부(170)가 장애물이 검출되었지만 라이더 로봇의 진행 방향에 존재하지 않는 것으로 판정한 경우 이를 주행 제어기(105)에 전송한다.

주행 제어기(105)는 장애물의 진행 방향 검출부(180)에게 장애물의 현재 진행 방향을 검출하도록 명령한다. 장애물의 진행 방향 검출부(180)는 장애물 검출부(170)와 마찬가지로 도면에는 도시되어 있지 않지만 각종 센서들을 포함하고 있다. 센서의 예로는 초음파 위치 인식 센서, 레이저 센서, 관성 센서, 모션 센서 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않고, 장애물의 진행 방향을 검출할 수 있기만 하면 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사 선택할 수 있는 센서를 모두 포함한다.

장애물의 진행 방향 검출부(180)는 각종 센서를 통해 검출된 장애물의 진행 방향이 라이더 로봇의 진행 방향과 만나는지를 판정하고, 그 결과를 주행 제어기(105)에 전송한다.

장애물의 진행 방향이 라이더 로봇의 진행 방향과 만나는 것으로 판정된 결과가 주행 제어기(105)에 전송된 경우, 주행 제어기(105)는 장애물과의 충돌 예측부(160)에게 장애물의 이동 속도를 고려하여 라이더 로봇과의 충돌 가능성을 예측하도록 명령한다.

장애물과의 충돌 예측부(160)는 장애물 검출부(170)와 마찬가지로 도면에는 도시되어 있지 않지만 각종 센서들을 포함하고 있다. 센서의 예로는 초음파 위치 인식 센서, 레이저 센서, 관성 센서, 모션 센서 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않고, 장애물의 진행 속도와 충돌 예측에 도움이 될 수 있는 정보를 검출할 수 있기만 하면 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사 선택할 수 있는 센서를 모두 포함한다.

장애물과의 충돌 예측부(160)는 각종 센서를 통해 검출된 장애물의 속도와 주행 제어기(105)로부터 전성된 장애물의 진행 방향을 고려하여 라이더 로봇의 진행 방향과 만나는지를 연산하여 판정하고, 그 결과를 주행 제어기(105)에 전송한다.

장애물과 라이더 로봇이 충돌할 가능성이 있는 것으로 판정된 결과가 주행 제어기(105)에 전송된 경우, 주행 제어기(105)는 회피 명령 신호를 생성하여, 예를 들면, 라이더 로봇의 진행 속도 또는 방향을 변경하도록 하는 명령 신호를 생성하여 옴니인 휠 구동부(190)에 전송하고, 이 명령 신호에 따라 옴니인 휠 구동부(190)에 의해서 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)이 구동된다. 따라서, 라이더 로봇은 움직이고 있는 장애물을 회피하여 주행할 수 있게 된다.

이상의 설명은 장애물이 정지 또는 움직이는 경우와 라이도 로봇이 주행 또는 정지 상태에 있는 경우의 조합을 모두 고려한 것은 아니며, 또한 상술한 설명에 한정하고자 하는 것도 아님은 당해 분야에서 숙련된 자들에게 명백하다.

따라서, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 당해 분야에서 숙련된 자들에 의해서 변경 또는 수정이 이루어질 수 있지만, 모두 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않는 것을 의도로 한다.

다음으로, 도 3을 참조하여 옴니인 휠의 구성을 설명한다.

도 3은 도 2의 라이더 로봇에 사용되는 옴니인 휠을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옴니인 휠(200)은 인휠 모터(100), 옴니휠 롤러(210), 롤러 지지부(220) 및 옴니휠 부착부(230)를 포함한다.

인휠 모터(100)는 로터(114)와 동심축을 가지며 로터(114)가 동심축을 중심으로 회전가능하도록 연결되어 있다. 즉, 인휠 모터(100)는 로터(114)의 내부에 존재하고 인휠 모터(100)가 로터(114)를 예를 들면 유도 전동기와 같이 유도 전기에 의해서 회전시킬 수 있도록 연결되어 있다.

로터(114)는 그 내주면은 인휠 모터(100)의 기하학적 형태를 따라 원형으로 되어 있고, 그 외주면은 다각형 형상으로 되어 있지만 이에 한정하지 않고 다양한 형상을 가질 수도 있다.

로터(114)의 외주면에는 옴니휠 롤러(210), 롤러 지지부(220) 및 옴니휠 부착부(230)가 형성되어 있다. 옴니휠 롤러(210)는 본 도면에서는 럭비공 모양으로 형성되어 있지만 이에 한정되지 않고, 그 크기도 본 도면에 도시된 크기로 한정되지 않고 변경이 가능하다. 옴니휠 롤러(210)는 통상 로터(114)의 외주면에 예를 들면 약 45도로 경사져 배치되지만, 이에 한정되지 않고 각종 변경이 가능하다.

옴니휠 롤러(210)는 롤러 지지부(220)에 회전 가능하도록 지지되어 있다. 롤러 지지부(220)의 하단에는 옴니휠 부착부(230)가 일체로 형성되어 있으며, 옴니휠 부착부(230)는 로터(114)의 외주면에 예를 들면 볼트/너트 결합에 의해서 고정된다. 이 고정 방법은 볼트/너트 결합에 한정되지 않고 용접 등 각종 방법이 이용될 수 있다.

상술한 옴니인 휠(200)의 구조에 따르면, 인휠 모터(100)에 의해서 로터(114)가 회전하고, 이에 수반하여 로터(114)의 외주면에 고정된 옴니휠 롤러(210), 롤러 지지부(220) 및 옴니휠 부착부(230)가 함께 회전한다.

디스플레이부(195)는 주행 제어기(105)에 의해서 제어되고 주행 제어기(105)에 의해서 취급되는 각종 센서 정보들 및 탑승자에게 필요한 각종 정보가 표시된다. 디스플레이부(105)는 통상 LCD로 구성되지만 이에 한정되지 않고 각종 표시 장치가 이용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옴니인 휠(200)에 따르면, 종래 기술과 달리 옴니휠을 구동하는 전동 모터를 마련하기 위한 별도의 공간이 요구되지 않는다.

참고로, 도 3의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옴니인 휠(200)은 설명의 편의를 위해 도 2에서는 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)로 도시되어 있으며 동일한 구조를 갖는다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)의 개별 구동에 따른 라이더 로봇의 진행 방향을 설명한다.

도 4는 도 2의 4개의 옴니인 휠의 각각의 구동 방향에 따른 라이더 로봇의 전진, 후진, 사선 및 회전을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)은 라이더 로봇의 전방 및 후방에 각각 두 개씩 배열되어 있다. 설명의 편의를 위해 라이더 로봇의 전방 좌측은 옴니인 휠 1 (120), 전방 우측은 옴니인 휠 2 (130), 후방 좌측은 옴니인 휠 3 (140), 후방 우측은 옴니인 휠 4 (150)으로 하여 설명한다.

라이더 로봇이 전방 또는 후방으로 진행하기 위해서는 옴니인 휠 1 ~ 4 (120 ~ 150)이 모두 동일한 방향으로 회전한다.

라이더 로봇이 좌우로 진행하기 위해서는 옴니인 휠 1 및 2(120 및 130)는 회전 방향이 상이하고 옴니인 휠 3 및 4(140 및 150)도 회전 방향이 상이하지만, 옴니인 휠 1 및 4(120 및 150)은 회전 방향이 동일하고 옴니인 휠 2 및 3(130 및 140)도 회전 방향이 동일하다.

라이더 로봇이 사선으로 진행하기 위해서는 옴니인 휠 1 및 4(120 및 150)은 회전 방향이 동일하고 옴니인 휠 2 및 3(130 및 140)는 회전하지 않고, 옴니인 휠 1 및 3(120 및 150)은 회전하지 않고, 옴니인 휠 2 및 4(130 및 140)는 회전 방향이 동일하다.

라이더 로봇이 회전하기 위해서는 옴니인 휠 1 및 3(120 및 130)은 회전 방향이 동일하고 옴니인 휠 2 및 4(130 및 150)는 회전방향이 동일하고, 옴니인 휠 1 및 2(120 및 130)은 회전 방향이 상이하고, 옴니인 휠 3 및 4(140 및 150)는 회전 방향이 상이하다.

이상 기술된 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 단지 설명을 위한 것으로 본 발명이 청구하고자 하는 범위를 한정하는 것을 의도로 하지 않는다. 당해 분야에서 숙련된 자는 여기에 기술된 실시예를 숙지한 후에 각종 변경 또는 수정을 행할 수 있으나, 이는 모두 본 발명이 청구하고자 하는 범주 또는 정에서 벗어나지 않는 것이 명백하다.

105: 주행 제어기
120 ~ 150, 200 : 옴니인 휠
160: 장애물과의 충돌 예측부
170: 장애물 검출부
180: 장애물의 진행 방향 검출부
190: 옴니인 휠 구동부
195: 디스플레이부
210: 옴니휠 롤러
220: 롤러 지지부
230: 옴니휠 부착부

Claims

옴니휠 및 인휠 모터가 결합된 옴니인 휠(200)을 구비한 라이더 로봇으로서,
상기 라이더 로봇의 진행 방향에 장애물이 있는지를 검출하는 장애물 검출부(170);
상기 장애물 검출부(170)에 의해서, 상기 라이더 로봇의 진행 방향에는 장애물이 없지만, 이 진행 방향의 근방에 움직이는 장애물이 있는 것으로 판정된 경우, 그 장애물의 진행 방향을 검출하는 장애물의 진행 방향 검출부(180); 및
상기 장애물의 진행 방향 검출부(180)에서 상기 장애물과 상기 라이더 로봇의 충돌 가능을 예측하는 장애물과의 충돌 예측부(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이더 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 옴니인 휠을 구성하는 상기 옴니휠은 상기 인휠 모터에 대하여 회전 가능하도록 배치되어, 상기 인휠 모터가 유도 전기에 의해서 상기 옴니휠을 직접 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 라이더 로봇.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 라이더 로봇의 전방 및 후방에 각각 두 개씩 배치된 복수의 옴니인 휠은, 각각 별도로 회전 구동되어 상기 라이더 로봇이 전후좌우, 사선, 회전 주행 중 어느 하나가 수행되는 것을 특징으로 하는 라이더 로봇.