KR20140007230A

KR20140007230A - 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼

Info

Publication number: KR20140007230A
Application number: KR1020120074786A
Authority: KR
Inventors: 박명환; 이동선
Original assignee: 주식회사 로봇밸리
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-17

Abstract

본 발명은 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼에 관한 것으로서, 상기 플랫폼 본체의 주행방향 양측에 각각 배치되며, 각각이 궤도장치프레임과, 상기 궤도장치프레임의 둘레를 따라 연장되며 한 쌍의 평행한 궤도륜과, 상기 궤도장치프레임에 지지되어 상기 궤도륜들을 구동시키는 궤도구동부를 갖는 한 쌍의 궤도장치와; 상기 플랫폼 본체와 상기 궤도장치프레임들을 상호 연결하는 연결부재와; 상기 플랫폼 본체 내에 마련되어 상기 연결부재를 상기 플랫폼 본체에 대해 상하 이동시켜 상기 플랫폼 본체를 상기 궤도장치프레임에 대해 상대적으로 상하 이동시키는 상하이동부와, 상기 궤도구동부 및 상기 상하이동부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼은 플랫폼 본체를 상하 이동가능하게 함으로써 모바일 플랫폼의 주행로에 가로 놓인 장애물을 승월할 수 있으며, 궤도단차를 갖는 이중 궤도륜을 채용함으로써 험지에서 원할한 주행과 방향전환시 에너지 손실이 적으며, 무한궤도 손상에 대처할 수 있는 모바일 플랫폼을 제공할 수 있다.

Description

플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼{MOBILE PLATFORM HAVING PLATFORM BODY CAPABLE OF LIFTING}

본 발명은 모바일 플랫폼(Mobile Platform)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장애물을 극복하기 위해 플랫폼 본체가 상하 이동가능한 모바일 플랫폼에 관한 것이다.

모바일 플랫폼이란 이동 로봇의 골격체로서 서비스를 수행하기 위해 이동 및 무선통신수단을 갖추어 자율적 또는 원격제어로 이동 가능한 로봇을 말한다.

최근 모바일 플랫폼의 작업환경은 실내에서 사용하는 청소 로봇과 같은 웰빙 홈 로봇을 벗어나 화재현장의 상황파악, 보안·감시, 위험지역 탐사 등 보안분야 및 군사분야에 적용되는 험지 이동이 가능한 이동 로봇이 로봇 플랫폼으로 확장되고 있다.

일반적으로 험지를 이동하는 이동 로봇 주행장치는 주행로에 있는 장애물을 인지하여 자율적 또는 원격으로 조종되며, 장애물 인지 시스템은 레이저 스캐너와 카메라를 이용한 영상처리 시스템이나 초음파 거리센서 등이 주로 이용되고 있다. 이동 로봇의 이동수단으로는 무한궤도('캐터필러'라고도 함)나 바퀴가 주로 이용되고 있으며, 이러한 모바일 플랫폼은 일반적으로 그 크기가 백팩(Back Pack) 정도의 소형으로 주행로의 요철이나 장애물에 대한 대응능력이 필수적으로 요구된다.

요철이 심한 지면이나 진흙 바닥 등과 같은 험지를 주행하는 이동 로봇의 이동수단으로 주행속도는 느리지만, 지면에 접촉하는 면적이 넓고, 좌우 구동속도를 조절하는 것에 의해 자유롭게 주행방향을 바꾸는 것이 가능한 무한궤도 주행방식이 많이 이용되고 있다. 그러나, 무한궤도의 폭이 넓을 경우 주행시에 무한궤도에 가해지는 접지저항이 증가하여 동력손실이 크고, 제자리 회전시 지면 마찰저항이 증가하여 구동에너지 손실이 크다는 문제점이 있다.

또한, 특수한 극한 작업환경에서 무한궤도가 절단되는 등의 문제가 발생할 경우, 주행능력을 상실하여 고가의 이동 로봇장비를 회수할 수 없는 등의 심각한 문제가 발생하고 있다.

그리고, 무한궤도의 모바일 플랫폼은 일반적으로 백팩 정도의 크기로 소형이다.따라서, 험지 주행시 전도(顚倒)를 방지하기 위하여 가능한 무게 중심을 낮추어 주행해야 하기 때문에 정상 주행시에는 플랫폼 본체의 바닥 높이가 매우 낮다. 따라서, 주행중 정면으로 조우(遭遇)한 장애물의 높이가 플랫폼 본체의 바닥 높이보다 높고, 또한, 장애물의 폭이 플랫폼 본체 폭보다 작은 경우 모바일 플랫폼이 장애물을 극복 즉 승월하는 것이 거의 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동 로봇의 주행로에 가로 놓인 장애물을 승월할 수 있는 모바일 플랫폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 험지에서 원할한 주행과 방향전환시 에너지 손실이 적고, 무한궤도 손상에 대처할 수 있는 모바일 플랫폼을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 모바일 플랫폼의 플랫폼 본체와, 상기 플랫폼 본체의 주행방향 양측에 각각 배치되며, 각각이 궤도장치프레임과, 상기 궤도장치프레임의 둘레를 따라 연장되며 한 쌍의 평행한 궤도륜과, 상기 궤도장치프레임에 지지되어 상기 궤도륜들을 구동시키는 궤도구동부를 갖는 한 쌍의 궤도장치와, 상기 플랫폼 본체와 상기 궤도장치프레임들을 상호 연결하는 연결부재와, 상기 플랫폼 본체 내에 마련되어 상기 연결부재를 상기 플랫폼 본체에 대해 상하 이동시켜 상기 플랫폼 본체를 상기 궤도장치프레임에 대해 상대적으로 상하 이동시키는 상하이동부와, 상기 궤도구동부 및 상기 상하이동부를 제어하는 제어부에 의해 달성된다.

상기 궤도장치는 정상 주행시나, 제자리 회전시에 지면 마찰저항을 줄이고, 험지 주행시에는 지면접촉면적을 크게 하기 위하여 상기 플랫폼 본체에 근접한 내측 궤도륜와 상기 플랫폼 본체에서 이격된 외측 궤도륜을 포함하며, 상기 내측 궤도륜의 궤적이 상기 외측 궤도륜의 궤적에 비해 더 크게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 궤도장치는 지형 상태에 따라 지면접촉이 이루어지도록 전체 궤도에 걸쳐 지면과 균일한 궤도단차를 둔다.

또한, 궤도장치는 주행장치를 단순화시키기 위하여 내측 궤도륜와 외측 궤도륜의 구동축 및 아이들축을 서로 공유하도록 한다.

상기 상하이동부는 플랫폼 본체을 상하로 이동시키기 위하여 슬라이더와, 상기 슬라이더를 선형이동시키는 슬라이더구동부와, 상기 연결부재를 경사경로를 따라 승강안내하는 승강가이드와, 상기 슬라이더의 상기 연결부재 사이에 개재되어 상기 슬라이더의 선형이동을 상기 연결부재의 승강이동으로 전환하는 전동부를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 플랫폼 본체를 상하 이동가능하게 함으로써 이동 로봇의 주행로에 가로 놓인 장애물을 승월할 수 있으며, 궤도단차를 갖는 이중 궤도륜을 채용함으로써 험지에서 원할한 주행과 방향전환시 에너지 손실이 적으며, 무한궤도 손상에 대처할 수 있는 플랫폼 본체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 플랫폼 개념을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 정면도로서, 장애물 승월시의 상태를 나타낸 개념도.
도 3은 도 1의 우측면도로서, 상하 이동장치의 작동상태를 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 실시에 따른 상하 이동장치 작동상태의 확대 측면도.
도 5는 본 발명의 실시에 따른 일측 궤도구동부의 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 따른 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼이 조립된 상태를 나타낸 전체 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 플랫폼의 전체 구성은 모바일 플랫폼의 골격체를 이루는 플랫폼 본체(10)와, 상기 플랫폼 본체(10)의 주행방향 양측에 각각 배치되는 궤도장치프레임과, 상기 궤도장치프레임의 둘레를 따라 장착되는 한쌍의 궤도륜과, 상기 궤도륜을 구동시키는 궤도장치(30)와, 플랫폼 본체(10)와 궤도장치프레임들을 상호 연결하는 연결부재와, 상기 연결부재를 상기 플랫폼 본체(10)에 대해 상하 이동시켜 상기 플랫폼 본체(10)를 상기 궤도장치프레임에 대해 상대적으로 상하 이동시키는 상하이동부(20)와, 상기 궤도구동부 및 상기 상하이동부를 제어하는 제어부(미 도시)로 구성된다.

상기 플랫폼 본체(10)는, 상기 궤도장치(30) 및 상기 상하이동부(20)와 결합되어 있으며, 상기 궤도장치(30) 및 상하이동부(20)의 제어장치, 장애물 인지 시스템, 서비스를 수행하기 위해 이동 및 무선통신장치 등을 탑재한다.

상기 플랫폼 본체(10)을 주행시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플랫폼 본체(10)의 주행방향의 양측에 상기 궤도장치(30)가 결합된다. 그리고, 상기 각각의 궤도장치(30)는 상기 플랫폼 본체(10)에 근접한 내측 궤도륜(32)과 상기 플랫폼 본체(10)에서 이격된 외측 궤도륜(34)를 갖는다. 또한, 상기 내측 궤도륜(32)의 주행궤적이 상기 외측 궤도륜(34)의 주행궤적에 비해 더 크게 한다.

따라서, 모바일 플랫폼이 요철이 심하지 않는 편평한 지면을 정상 주행 또는 제자리 회전시에는 내측 궤도륜(32)만 지면(R)과 접촉이 이루어지게 하여 지면(R)과의 마찰저항을 감소시켜 구동 또는 회전에너지를 줄이고, 요철이 심한 험지를 자갈길이나 습지를 주행하는 경우에는, 내·외측 궤도륜(32), (34) 양측이 모두 지면(R)에 접촉이 이루어지게 하여 지면(R)과의 접촉저항을 증가시켜 험지 주행능력을 증가시킨다.

또한, 상기 궤도장치(30)를 구동시키는 궤도구동부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 주행 구동부(41)와, 상기 주행 구동부(41)의 회전 출력을 90°방향전환시켜주는 베벨기어(42)와, 상기 베벨기어(42)축의 스프라켓(도번호 미도시)에 체결된 타이밍 벨트(43)와, 상기 타이밍 벨트(43)의 동력을 받는 원동 스프라켓(44)과, 상기 원동 스프라켓(44)의 회전축을 공유하면서 결합된 외륜(44a)과 내륜(44b), 상기 외륜(44a)과 내륜(44b)으로부터 회전동력을 전달받는 아이들 스프라켓 1(45a, 45b), 아이들 스프라켓 2(46a, 46b)으로 구성되어, 상기 내측 및 외측 궤도륜(32), (34)과 결합된다.

상기 궤도구동부(40)는 도시된 바와 같이 회전축이 주행방향과 일치하게 배치되어 상기 베벨기어(42)를 통하여 상기 원동 스프라켓(44)의 회전방향과 일치시키고 있다. 그러나, 상기 궤도구동부(40)의 회전축을 상기 원동 스프라켓(44)의 회전방향과 일치시켜 배치시키면, 상기 베벨기어(42)는 생략될 수 있다.

상기 주행 전동부(41)에서 발생된 회전 토오크는 상기 베벨기어(42)와 상기 베벨기어(42) 축에 결합된 스프라켓에 체결된 상기 타이밍 벨트(43)에 의해 원동 스프라켓(44)에 전달된다. 원동 스프라켓(44)에 전달된 주행 구동부(41)의 회전 토오크는 상기 원동 스프라켓(44)의 회전축에 결합된 외륜(44a)과 내륜(44b)에 전달되고, 상기 외륜(44a)과 내륜(44b)에 전달된 회전 토오크는 내측 및 외측궤도륜(32, 34)을 통하여 상측 아이들 스프라켓 1(45a, 45b))과, 하측 아이들 스프라켓 2(46a, 46b) 전달된다. 상기 외륜(44a)과 내륜(44b)의 동력을 전달받는 아이들 스프라켓 1(45a, 45b)), 아이들 스프라켓 2(46a, 46b)는 내측 및 외측 궤도륜(32), (34)을 동시에 구동시키고, 상기 내측 및 외측 궤도륜(32), (34)이 구동되면 상기 플랫폼 본체가 주행(이동)된다.

다음, 상기 상하이동부(20)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플랫폼 본체 내에서 직선이동하는 슬라이더(25)와, 상기 슬라이더(25)를 선형이동시키는 슬라이더구동부(24)와, 상기 연결부재(15)를 경사경로를 따라 상하이동을 안내하는 승강가이드(27a)와, 상기 슬라이더(25)와 상기 연결부재(15) 사이에 개재되어 상기 슬라이더(25)의 선형이동을 상기 연결부재(15)의 상하이동으로 전환하는 전동부(22, 23)로 구성된다. 상기 전동부(22, 23)는 슬라이더(25)와 함께 선형 이동하는 전동바아(22)와 전동바아(22)와 연결부재(15) 사이에 링크결합된 링크부재(23)로 이루어진다. 상기 슬라이더구동부(24)와 슬라이더(25)는 에어 실린더나 유압 실린더 등을 사용하여 구현할 수 있지만 정밀제어 및 구성, 제어의 간편함을 위해서 볼스크류를 채용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연결부재(15)는 적어도 하나 이상이 상기 플랫폼 본체(10)의 양측면에 소정의 거리를 두고 링크부재(23)와 링크결합시킨다. 하나 이상 상기 플랫폼 본체(10)에 링크결합된 연결부재(15)가 경사진 승강가이드(27a)를 타고 변위하게 되면, 상기 연결부재(15)의 위치에 따라서, 상기 플랫폼 본체(10)가 상·하 어느 방향으로 이동된다.

상기 플랫폼 본체(10)를 상하 어느 방향으로 이동시키기 위하여 상기 슬라이더구동부(24)가 상기 제어부의 제어변수에 따라 정역(正逆) 어느 방향으로 회전하게 되고, 상기 슬라이더구동부(24)가 정역 어느 방향으로 회전하기 시작하면, 상기 볼스크류의 슬라이더(25)가 전·후 어느 방향으로 이동하게 되고, 상기 슬라이더(25)의 이동은 전동바아(22)와 링크부재(23)로 이루어진 전동부를 통해 연결부재(15)에 전달된다. 상기 전동바아(22)가 전·후 어느 방향으로 선형이동하게 되면, 상기 전동바아(22)에 일측이 링크된 링크부재(23)의 타측에 링크된 상기 연결부재(15)는 경사진 승강가이드(27a)를 따라 상·하 어느 방향으로 이동된다.

도 4(a)는 상기 슬라이더(25)에 결합된 전동바아(22)가 우측으로 이동하고, 경사진 승강가이드(27a)를 따라 상방으로 이동하는 상기 링크부재(23)가 대략 수직으로 세워지면서 상기 링크부재(23)의 상단에 링크결합된 상기 연결부재(15)가 승강가이드(27a)의 상단까지 변위시켜 상기 플래폼 몸체(10)를 승월주행 높이(h2)로 최대 이동시킨 상태를 보이고 있다.

도 4(b)는 상기 슬라이더(25)가 좌측으로 최대 이동하고, 이때, 상기 연결부재(15)는 경사진 승강가이드(27a)를 따라 하방으로 이동하여 대략 수평으로 누워지면서 상기 승강가이드(27a)의 하단까지 변위하여 상기 플래폼 몸체(10)를 정상주행 높이(h1)로 이동시킨 상태를 보인 것이다.

다음, 상기 제어부는 장애물 인지 모듈과, 상기 인지 모듈의 데이터를 실시간으로 전송하는 무선송신부와, 로봇 제어변수를 무선수신하는 무선수신부와, 상기 제어변수에 의하여 궤도장치(30)를 구동시키는 궤도구동부(40)와, 작동신호를 전송받아 플랫폼 본체(10)를 상하이동시키는 상하이동부(20) 등을 탑재하여 원격조종 및 자율조종이 가능하게 한다.

상기 인지모듈은 모바일 플랫폼의 주행방향 전면에 펼쳐진 지면(R)을 실시간으로 포착하는 카메라(미도시)와 카메라에서 포착된 영상자료를 대략 실시간으로 처리하여 장애물(O)을 인지하는 영상처리 시스템(미도시)과 인지된 장애물의 높이와 크기를 측정하는 레이저 스캔 시스템(미도시)으로 구성된다.

자율 모바일 플랫폼에서는 플랫폼 본체(10)를 정상주행 높이(h1)로 주행하다가 상기 장애물 인지모듈에서 장애물(O) 크기와 거리 등을 계산하고 승월주행 높이(h2)를 자신이 스스로 파악하여, 제어변수를 상하이동부(20), 궤도구동부(40) 등에 전기 신호로 전달하여 장애물을 통과한다. 그러나, 원격제어 이동 로봇에서는 원격지에서 원격 로봇 조종자가 이동 로봇이 실시간으로 무선전송하는 영상 자료와 레이저 스캔자료를 보면서 장애물(O)을 인지하고, 상기 장애물(O)을 승월할 수 있는 제어변수를 원격전송한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해 장애물(O)을 승월하기 위해 플랫폼 본체(10)를 연결부재(15)에 결합시키고 상기 연결부재(15)를 경사진 승강가이드(27)를 이동시키는 상하이동부(20)에 의해 상하이동을 할 수 있고, 내측 궤도륜(32)과 외측 궤도륜(34)의 궤도장치(30)에 의해 험지에서 이동가능한 모바일 플랫폼을 제공할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 구체적인 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 백팩 타입의 소형 모바일 플랫폼에 있어서 정상 주행시는 플랫폼 본체를 낮추어서 주행하고, 장애물을 조우했을 때는 플랫폼 본체를 높여 이동 로봇을 승월시킨다는 기본적인 기술사상의 범주 내에서, 당업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.

10 : 플랫폼 본체 12 : 플랫폼 바닥
15 : 연결부재 20 : 상하이동부
22 : 전동바아(Bar) 23 : 링크부재
24 : 슬라이더 구동부 25 : 슬라이더
27 : 승강 가이드 30 : 궤도장치
32 : 내측 궤도륜 34 : 외측 궤도륜
40 : 궤도구동부 41 : 주행 전동부
42 : 베벨 기어 43 : 타이밍 벨트
44 : 원동 스프라켓 45 : 아이들 스프라켓 1
46 : 아이들 스프라켓 2 48 : 지지 프레임
h1 : 정상주행 높이 h2 : 승월주행 높이
O : 장애물 R : 지면

Claims

플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼에 있어서,
상기 플랫폼 본체의 주행방향 양측에 각각 배치되며, 각각이 궤도장치프레임과, 상기 궤도장치프레임의 둘레를 따라 연장되며 한 쌍의 평행한 궤도륜과, 상기 궤도장치프레임에 지지되어 상기 궤도륜들을 구동시키는 궤도구동부를 갖는 한 쌍의 궤도장치와,
상기 플랫폼 본체와 상기 궤도장치프레임들을 상호 연결하는 연결부재와,
상기 플랫폼 본체 내에 마련되어 상기 연결부재를 상기 플랫폼 본체에 대해 상하 이동시켜 상기 플랫폼 본체를 상기 궤도장치프레임에 대해 상대적으로 상하 이동시키는 상하이동부와,
상기 궤도구동부 및 상기 상하이동부를 제어하는 제어부를 포함하는 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 궤도륜은 상기 모바일 플랫폼에 근접한 내측 궤도륜의 궤적이 상기 모바일 플랫폼으로부터 이격된 외측 궤도륜의 궤적에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼.
청구항 2에 있어서,
상기 내측 궤도륜과 상기 외측 궤도륜이 균일한 궤도단차를 두고 있는 것을 특징으로 하는 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼.
청구항 2에 있어서,
상기 내측 궤도륜과 상기 외측 궤도륜의 구동축 및 아이들축을 서로 공유하는 것을 특징으로 하는 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼.
청구항 1에 있어서,
상기 상하이동부는 슬라이더와, 상기 슬라이더를 선형이동시키는 슬라이더구동부와, 상기 연결부재를 경사경로를 따라 상·하 이동을 안내하는 승강가이드와, 상기 슬라이더의 상기 연결부재 사이에 개재되어 상기 슬라이더의 선형이동을 상기 연결부재의 승강이동으로 전환하는 전동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫폼 본체의 상하이동이 가능한 모바일 플랫폼.