KR20150121753A - 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇에 관한 것으로, Y자 형태로 결합된 3개의 회전축과 각 회전축의 끝단에 연결된 3개의 전방향 바퀴를 포함하는 전방향 바퀴부, 상기 전방향 바퀴부의 상측에 설치되고 사용자가 탑승하는 안장, 상기 안장의 뒤쪽에 설치되고, 보행자가 손으로 잡고 보행을 가능하게 하는 한 쌍의 보행용 손잡이, 상기 안장에 탑승한 탑승자가 진행 방향을 지시할 수 있게 하며 상기 안장의 전면에 설치되는 조향장치, 상기 탑승자가 상기 전면으로 추락하는 것을 방지하기 위하여 상기 안장의 전면에 설치되고, 추락시 발생하는 충격을 흡수하는 소재가 상면에 구성된 전방쿠션, 그리고 상기 탑승자 또는 보행자가 소지한 식별카드에 포함된 개인식별정보를 판독하는 RF 리더기를 포함한다.

Description

전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇{RIDING ROBOT HAVING OMNIDIRECTIONAL WHEELS}

본 발명은 보행 보조기기에 관한 것으로, 특히 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 보행 보조기기는 보행이 불편한 환자나 노약자의 재활을 돕거나 거동을 보조하기 위하여 사용되고 있다. 이러한 보행 보조기기는 삶의 질과 복지에 대한 관심이 높아지고 현대사회가 노령화 사회로 진입해 감에 따라 관심이 높아지고 사용량이 증가되고 있으며, 실버산업이라 불리는 노인복지 산업에 대한 연구개발의 활성화에 발맞추어 그 수요가 증가하고 있다.

특히, 근력 및 기억력이 저하된 재택 고령자의 경우 실내외 생활지원을 위해 보행 보조뿐만 아니라 실내 생활 작업에 대해 지원까지 가능한 보조기기가 필요하다.

현재 보행 보조기기 중 탑승형 보행 보조기기는 한국등록특허 1272604호에 개시된 바와 같이 사용자가 탑승 후 조이스틱을 이용하여 이동 방향을 조절하도록 되어 있다.

그런데 종래의 탑승형 보행 보조기기는 단순히 노약자나 허약자, 장애인 등이 탑승하여 이동을 할 수 있는 수단으로 개발되어 제공되고 있다. 이에 따라 종래의 보행 보조기기는 공간을 많이 차지하여 가구나 문과 같은 공간을 통과하지 못하고, 세밀한 구동에 어려움이 있어 실내에서 이용하기에 부적합한 문제점이 있다. 또한 종래의 탑승형 보행 보조기기는 탑승자의 안전이나 놀이 등에 대한 세심한 배려가 고려되지 못한 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 근력이 약한 사용자가 가고자 하는 방향 및 위치로의 이동을 손쉽게 하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이동시 발생 가능한 사고의 위험으로부터 안전하게 사용자를 보호할 수 있게 하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇을 제공한다. 이 탑승 로봇은 Y자 형태로 결합된 3개의 회전축과 각 회전축의 끝단에 연결된 3개의 전방향 바퀴를 포함하는 전방향 바퀴부, 상기 전방향 바퀴부의 상측에 설치되고 사용자가 탑승하는 안장, 상기 안장의 뒤쪽에 설치되고, 보행자가 손으로 잡고 보행을 가능하게 하는 한 쌍의 보행용 손잡이, 상기 안장에 탑승한 탑승자가 진행 방향을 지시할 수 있게 하며 상기 안장의 전면에 설치되는 조향장치, 상기 탑승자가 상기 전면으로 추락하는 것을 방지하기 위하여 상기 안장의 전면에 설치되고, 추락시 발생하는 충격을 흡수하는 소재가 상면에 구성된 전방쿠션, 그리고 상기 탑승자 또는 보행자가 소지한 식별카드에 포함된 개인식별정보를 판독하는 RF 리더기를 포함한다.

상기 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇은 안장의 전면에 설치되고, 컴퓨터기기를 거치할 수 있게 하는 거치대를 더 포함한다.

상기에서 안장, 상기 한 쌍의 보행용 손잡이, 상기 조향장치, 상기 전방쿠션, 상기 RF 리더기 및, 상기 거치대는 착탈식으로 설치된다.

상기 3개의 전방향 바퀴 각각은 4개의 옴니휠(omni wheel) 두쌍이 맞닿게 구성된다. 그리고 한 쌍의 보행용 손잡이 중 하나에는 사용자가 눌러서 구동 방향을 입력할 수 있게 하는 조이스틱 장치가 설치된다.

상기 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇은 사용자의 현재 위치를 파악하는 위치정보 파악부, 상기 RF 리더기에 의해 파악된 상기 개인식별정보와 상기 위치정보 파악부에 의해 파악된 상기 현재 위치 중 적어도 하나를 원격지에 무선으로 전송하는 통신부, 그리고 상기 각 구성의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

상기 위치정보 파악부는 GPS 정보를 이용하여 실외에서의 현재 위치를 파악하는 실외용 위치파악부 및, 스타게이저를 이용하여 실내에서의 현재 위치를 파악하는 실내용 위치파악부를 포함한다. 이때 실외용 위치파악부는 상기 거치대에 거치되며 GPS 정보를 이용하여 현재 위치를 파악하는 기능을 가진 컴퓨터기기일 수 있다.

상기 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇은 전면 또는 주변에 위치한 장애물이나 대상의 접근 여부를 감지하고 감지 신호를 상기 제어부에 제공하는 위험 감지부를 더 포함한다.

상기 위험 감지부는 진행 방향의 전방에 위치한 장애물을 감지하기 위한 장애물 감지부와, 탑승 로봇의 전체 주변을 감지하기 위한 복수의 근접센서를 더 포함하며, 이때 상기 장애물 감지부는 전방에 위치한 장애물과의 거리를 파악하고, 상기 복수의 근접센서는 설정 범위 내에 물체 또는 지면이 존재하는지를 파악한다.

상기 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇은 상기 3개의 전방향 바퀴 각각의 상측을 둘러싸듯이 형성되어 전방향 바퀴를 보호하는 3개의 바퀴 커버를 더 포함하며, 상기 복수의 근접센서는 3개의 바퀴 커버 중 제1 바퀴 커버에 설치되는 제1 근접센서, 제2 바퀴커버에 설치되는 제2 근접센서, 및 제3 바퀴커버에 설치되는 제3 근접센서를 포함한다.

상기에서 제1 내지 제3 근접센서 각각은 상측 방향으로부터 탑승 로봇에 접근하는 물체를 감지하는 제1 센서와 하측 방향에 지면이 존재하는지를 감지하는 제2 센서를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 탑승 또는 보행을 통하여 사용자의 보행을 보조하고 간단 조작으로 가고자 하는 방향 및 위치로 손쉽게 이동할 수 있게 하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 기구적 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 좌측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇과 네트워크 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇에서 전자 장비의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇에서 위험감지부를 설명하기 위한 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇에 대하여 설명한다.

우선 도 1을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 기구적 구성을 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)은 전방향(omni-direction) 바퀴부(101), 안장(102), 보행용 손잡이(103), 조향장치(104), 전방쿠션(105), RF(Radio Frequency) 리더기(106)와 거치대(107)를 포함하는 기구적 구성을 가진다.

전방향 바퀴부(101)는 지면과의 마찰을 통해 탑승 로봇(100)의 물리적인 구동을 담당하는 구성으로, 2차원 평면에서 3자유도(전후, 좌우, 회전)의 운동이 가능한 전방향 구동방식으로 구동한다. 이러한 전방향 바퀴부(101)는 일 예로, Y자 형태로 결합된 3개의 회전축과 각 회전축의 끝단에 연결된 3개의 전방향 바퀴를 포함한다. 3개의 전방향 바퀴는 각각의 모터와 기구적으로 연결되어 있으며 모터의 구동에 연동하여 회전한다.

안장(102)는 전방향 바퀴부(101)의 상측에 설치되며, 모터에 의해 높이 조절이 가능한 형태로 설치된다. 또한 안장(102)은 하부에 쇼바 장치 즉, 쿠션 장치를 구비하여 안장(102)에 미치는 외부 충격을 줄이도록 구성할 수 있다.

보행용 손잡이(103)는 한 쌍으로 구성되며, 탑승 로봇(100)의 진행 방향에 반대측 즉, 안장(102)의 뒷쪽에 위치하도록 설치되며, 사용자가 보행용 손잡이(103)를 잡고 보행을 할 수 있게 한다. 보행용 손잡이(103)는 높이 조절이 가능하도록 구성되어 사용자의 신장에 따라 높이 조절을 하여 편하게 잡고 이동할 수 있게 한다.

조향장치(104)는 탑승자가 손으로 탑승 로봇(100)의 진행 방향을 지시할 수 있도록 하는 장치로서, 안장(102)의 전면에 위치하도록 설치된다. 이때 조향장치(104)의 출력은 전방향 바퀴부(101)의 진행 방향을 결정하는 모터의 동작에 영향을 준다. 예컨대 조향장치(104)는 사용자가 방향지시 바를 이용하여 진행 방향을 입력할 수 있게 하는 조이스틱 장치일 수 있다.

전방쿠션(105)은 탑승자가 탑승 로봇(100)에서 추락하는 것을 방지하기 위한 장치로서, 안장(102)의 전면에 설치된다. 전방쿠션(105)은 탑승자가 몸을 기대거나 신체가 앞으로 쏠렸을 때 신체를 지지할 수 있도록 하여 탑승자의 추락을 방지한다. 전방쿠션(105)은 위치 조절이 가능하도록 설치되어 탑승자가 스스로 전방쿠션(105)의 위치를 결정하여 고정시킬 수 있게 한다. 한편 푹신한 소재를 적어도 전방쿠션(105)의 상측면에 형성하여 신체에 가하는 충격을 줄이게 한다.

RF 리더기(106)는 탑승자를 식별할 수 있도록 하는 장치이다. 일반적으로 노령자나 장애인 등에게는 그들을 식별하고 혜택이나 서비스를 제공하도록 할 수 있도록 카드나 증명서(예; 경로우대증, 복지카드, 장애인카드 등)가 발급된다. 이때 카드나 증명서 내에는 RFID 칩이 내장되고 RFID 칩에는 해당자를 식별할 수 있는 식별정보(예; 식별코드)를 저장하고 있다. RF 리더기(106)는 카드나 증명서의 RFID 칩으로부터 RF 신호를 수신하여 RFID 칩에 저장된 해당자의 식별정보를 파악한다.

거치대(107)는 테블릿 PC나 노트북 컴퓨터 또는 스마트폰 등의 컴퓨터 기기가 올려질 수 있도록 구성되며 안장(102)의 전면에 위치하도록 설치된다. 특히 거치대(107)는 탑승자가 거치대에 올려진 컴퓨터기기를 사용할 수 있도록 안장(102)에 근접하여 설치되는 것이 양호하다. 또한 거치대(107)에는 탑승 로봇(100)의 내부 전자장치와 전기적으로 연결되게 하는 전선이 설치될 수 있으며, 전선의 끝단에는 USB 단자 또는 이어폰 단자 또는 전원 단자 중 적어도 하나가 설치된다.

그리고 탑승 로봇(100)을 이루는 각 구성(101 내지 107)은 서로 분리 및 결합이 가능한 형태로 설계되고 제작된다.

이상의 구성을 통해서 보면 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)은 Y자 형태를 가지는 전방향 바퀴부(101)를 통해 좁은 공간에서의 이동을 자유롭게 하고, 가구나 좁은 문과 같은 공간을 쉽게 통과할 수 있게 한다.

그리고 탑승 로봇(100)은 전방 쿠션(105)을 통해 급정거나 방향전환 등의 상황에서 탑승자의 추락을 방지하고, 탑승자가 탑승 상태에서 몸을 기대어 휴식을 취할 수 있도록 한다. 또한 탑승 로봇(100)은 RF 리더기(106)를 통해 원격지의 관제센터(또는 대상자의 모바일 등)에서 탑승자의 개인식별정보를 파악할 수 있으며, 위치정보와 함께 탑승자의 개인식별정보를 제공하는 경우에 관제센터(대상자의 모바일 등)에서 탑승자의 위치 및 이동경로 등을 파악할 수 있게 한다. 대상자의 모바일은 탑승자의 보호자로서 부모 또는 자녀 또는 친척 또는 의사 등의 모바일이다.

그리고 탑승 로봇(100)은 탑승자가 거치대(107)에 컴퓨터기기를 올려 놓고 게임이나 음악, 인터넷 등의 엔터테인먼트를 즐길 수 있게 하며, 컴퓨터기기에서 제공하는 위치정보를 획득하여 RF 리더기(106)에서 획득한 개인식별정보와 함께 원격지에 제공함으로써, 원격지에서 탑승자의 현재 위치를 지도상에 표시할 수 있게 할 수 있다. 그리고 거치대(107)에 탑승 로봇(100)의 내부 전자장치와 전기적으로 연결되는 전선을 마련하는 경우에 탑승 로봇(100)은 컴퓨터기기를 충전시키거나 컴퓨터기기로부터 데이터를 획득하거나 컴퓨터기기로 데이터를 전송하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)은 모터의 구동력으로 이동하는 로봇이므로, 전원 온/오프를 선택할 수 있는 전원 스위치(미도시)를 구비하고 있다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)은 전방향 바퀴(14 내지 18)의 이동을 정지시키기 위한 브레이크부(도 6 참조) 및 브레이크부를 제어하기 위한 클러치부(도 6 참조)를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 구체적인 일 예를 도 2 내지 도 4를 참조로 하여 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전방향 바퀴부(101)는 3개의 회전축(11 내지 13)을 가진다. 이때 3개의 회전축(11 내지 13) 중 제1 회전축(11)은 진행 방향에 나란하고, 제1 회전축의 왼쪽(진행방향을 기준으로 함)에 위치한 제2 회전축(12)과 제1 회전축의 오른쪽에 위치한 제3 회전축(13)은 제1 회전축(11)과 더불어 Y자 형상을 이룬다.

그리고 전방향 바퀴부(101)는 3개의 전방향 바퀴(14 내지 16)를 구비하는데, 제1 전방향 바퀴(14)는 제1 회전축(11)의 끝단에 설치되고, 제2 전방향 바퀴(15)는 제2 회전축(12)의 끝단에 설치되며, 제3 전방향 바퀴(16)는 제3 회전축(13)의 끝단에 설치된다. 이러한 제1 내지 제3 전방향 바퀴(14 내지 16) 각각은 4개의 옴니휠(omni wheel) 두 쌍이 맞닿게 구성된다.

또한 전방향 바퀴부(101)는 바퀴 커버(17 내지 19)를 가진다. 바퀴 커버(17 내지 19) 각각은 해당 전방향 바퀴의 상측을 둘러싸듯이 형성되어 전방향 바퀴(14 내지 16)를 보호하고 센서 등의 전자장비를 설치할 수 있게 한다.

안장(102)은 전방향 바퀴부(101)의 상측에 위치한다. 구체적으로, 안장(102)은 제1 회전축(11)과 나란하게 설치되어, 탑승시 탑승자의 다리가 제1 내지 제3 회전축(11 내지 13)에 자유롭게 움직일 수 있게 한다. 안장(102)은 주축(20)에 연결되어 제1 회전축(11) 또는 제1 내지 제3 회전축(11 내지 13)의 교차 지점 부근에 설치된다. 물론 안장(102)은 하측으로부터 지지하기 위한 안장 지지대(미도시)가 제1 회전축(11)으로부터 설치된다.

안장(102)은 주축(20)에의 연결을 체결 방식으로 하여 주축(20)에 탈, 부착이 가능하도록 하며, 안장 지지대와 탈, 부착 가능하게 하거나 안장 지지대와 일체화되고 안장 지지대가 제1 회전축(11)에 탈, 부착 가능하게 한다.

보행용 손잡이(103)는 2개의 핸들(103a)과 연결 프레임(103b)을 포함하여 구성된다. 각 핸들(103a)은 연결 프레임(103b)의 양끝단에 각각 설치되며, 연결 프레임(103b)은 끝단이 주축(20)의 상측에 연결되는 형태로 설치되고, 높이 조절이 가능하게 구성된다. 예컨대, 주축(20)에 길이 방향으로 복수개의 홈을 형성하고, 보행용 손잡이(130)를 복수개의 홈 중 하나에 볼트로 체결시키는 방법으로 높이 조절을 한다.

한편, 하나의 핸들(103a)에는 보행자가 탑승 로봇(100)의 방향을 조절할 수 있도록 하기 위한 조이스틱 장치(103c)가 설치된다. 조이스틱 장치(103c)는 보행자에 의해 조작되어 탑승 로봇(100)의 이동 방향에 대한 신호를 출력하며, 탑승 로봇(100)은 조이스틱 장치(103c)의 출력 신호에 대응하는 방향으로 이동 방향을 조절한다. 이때 사용자는 조이스틱 장치(103c)에 형성된 버튼을 누르거나 돌려서 진행 방향을 지시한다.

주축(20)의 상측 단부에는 디스플레이 장치(109)가 설치된다. 디스플레이 장치(109)에는 모드 스위치(119)가 설치되어 있으며, 모드 스위치(119)의 동작에 따라 설정된 모드가 표시되거나 기타 정보들이 표시된다. 이러한 디스플레이 장치(109)는 보행용 손잡이(103)의 높이 조절이 가능하도록 보행용 손잡이(103)의 높이 조절과 연동하도록 구성된다. 도 2 내지 도 4에서는 디스플레이 장치(109)와 보행용 손잡이(103)가 기구적으로 연결되어 있는 형태로 도시되어 있다.

조이스틱 장치(103c)가 보행용 손잡이(103)를 이용하여 보행하는 보행자를 위한 것이라면, 조향장치(104)는 탑승자를 위한 것이다. 조향장치(104)는 스틱형 조이스틱(104a)과 팔걸이(104b)를 포함하여 구성되며, 체결 프레임(104c)에 의해 주축(20)에 고정 설치되어 지지된다.

체결 프레임(104c)의 일단은 주축(20)에 체결되어 체결 프레임(104c)을 고정시키고, 체결 프레임(104c)의 타단측에 팔걸이(104b)가 형성된다. 그리고 팔걸이(104b)의 일측 가장자리에 스틱형 조이스틱(104a)이 설치된다. 이에 따라 탑승자는 팔걸이(104b)에 손이나 손목을 올려놓고 손으로 스틱형 조이스틱(104a)을 조작하여 탑승 로봇(100)의 이동 방향을 결정한다.

전방쿠션(105)은 주축(20)에 전방쿠션(105)을 고정시키는 제1 설치 지지대(105a)와 전방쿠션(105)을 하부 방향에서 지지하는 제2 설치 지지대(105b)에 의해 지지된다. 전방쿠션(105)은 탑승자의 체중을 견디도록 설치되어야 하므로, 2개의 설치 지지대(105a, 105b)를 사용하는 것을 일 예로 하였으나, 하나의 설치 지지대만으로 충분히 탑승자의 체중을 견디도록 설계하는 경우에는 하나의 설치 지지대만을 사용할 수 있다.

RF 리더기(106)는 거치대(107)의 후면에 설치된다.

거치대(107)는 제1 및 제2 거치판(107a, 107b)를 포함하여 구성되며, 연결 지지대(107b)에 의해 주축(20)에 고정 설치된다. 여기서 제1 거치판(107a)은 테블릿 PC나 노트북 등의 큰 사이즈의 컴퓨터기기를 위한 것이고, 제2 거치판(107b)은 PDA, 스마트폰 등과 같이 사이즈가 작은 컴퓨터기기를 위한 것이다. 물론 거치대(107)는 하나의 거치판만으로 구성이 가능하다.

한편, 탑승 로봇(100)은 메인보드나 모터 컨트롤러, 배터리 등을 내장하는 장치반(108)을 구비하며, 장치반(108)은 주축(20)을 지지하여 주축(20)이 안정적으로 고정되게 한다.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇의 기능적 동작을 설명한다.

먼저 도 5를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)의 네트워크 구성을 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)은 외부에 위치한 관제센터(200)와의 무선 데이터 통신이 가능하다.

이러한 무선 데이터 통신이 가능한 탑승 로봇(100)은 탑승자의 개인식별정보를 관제서버(200)에 제공하여 탑승자를 원격에서 식별할 수 있게 하고, 위치정보를 제공하여 지도상에서 탑승자의 현재 위치 및 이동 경로를 파악할 수 있게 한다. 또한 탑승 로봇(100)은 탑승자가 응급 상황이나 돌발 상황이 발생하는 경우에 응급 신호(또는 긴급 신호)를 관제서버(200)에 제공하여, 탑승 로봇(100)이 위치한 장소로 119나 의료진이 출동할 수 있게 한다.

또한 지도 상에 표시된 탑승자의 이동이 장시간 멈춘 경우나 설정된 경로를 벗어나는 경우이면, 탑승 로봇(100)이 위치한 장소로 출동하거나, 경로 안내 정보를 탑승 로봇(100)에 제공하여 이동을 안내할 수 있다.

이하에서는 도 6을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇(100)의 기능적 구성을 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇(100)은 RF 리더기(106), 위치정보 파악부(110), 위험 감지부(111), 조향부(112), 배터리(113), 제어부(114), 통신부(115), 모터부(116), 클러치부(117), 브레이크부(118) 및, 모드 스위치(119)를 포함한다.

RF 리더기(106)는 사용자가 보유한 경로우대증이나 장애인 카드 등에서 제공하는 무선 신호를 수신하고 이를 판독하여 사용자의 식별정보를 파악하며, 사용자 식별정보를 출력한다.

위치정보 파악부(110)는 탑승 로봇(100)의 현재 위치를 파악하고 파악한 현재 위치 정보를 출력한다. 위치정보 파악부(110)는 실내 위치를 파악하기 위한 실내용 위치파악부와, 실외 위치를 파악하기 위한 실외용 위치파악부를 포함한다.

실내용 위치파악부는 스타게이저(stargazer)로 구성되어 탑승 로봇(100)의 실내 위치를 파악한다. 스타게이저는 고유 ID(Identification)를 가진 실내의 랜드 마크에서 반사되는 적외선 이미지를 해석해 탑승 로봇(100)의 위치와 회전 방향을 빠르고 정밀하게 인식하는 방식의 위치인식 센서이다. 스타게이저에 탑재된 적외선 프로젝트를 통해 방사된 적외선이 천장에 부착된 랜드 마크에 반사되면 내부에 장착 된 렌즈를 통해 영상이 입력되며, 입력된 영상을 분석하여 실내 위치를 파악한다.

실외용 위치파악부는 GPS 센서로 구성되어 실외에서의 탑승 로봇(100)의 현재 위치를 파악한다. GPS 센서는 스마트폰이나 네비게이션 등에 탑재되어 현재 위치를 파악하는 센서로서, 복수의 GPS 위성으로부터 수신되는 위성 신호를 이용하여 현재 위치를 파악한다. 탑승 로봇(100)은 실외 위치를 파악하기 위하여 별도의 GPS 센서를 탑재할 수 있으나, 거치대(107)에 거치된 컴퓨터기기의 GPS 센서를 이용할 수 있다. 컴퓨터기기의 GPS 센서를 이용하는 경우에, 제어부(114)는 컴퓨터기기의 이어폰 포트나 USB 포트에 연결된 전선을 통하여 설정 주기시간마다 컴퓨터기기에게 GPS 정보를 요청하고 획득하여 현재 위치정보를 파악한다.

위험 감지부(111)는 탑승 로봇(100)의 전면 또는 주변에 위치한 장애물이나 대상의 접근 여부를 감지하고 감지 신호를 출력한다. 위험 감지부(111)에 대한 설명은 하기 도 7을 참조로 하여 보다 상세히 설명한다.

조향부(112)는 보행자 또는 탑승자로부터 탑승 로봇(100)의 이동 방향에 대한 명령을 받고 이를 전기적 신호로 하여 제어부(114)에 제공한다. 조향부(112)는 보행용 손잡이(103)에 설치된 조이스틱 장치(103c)와 안장(102)의 전면에 설치된 조향 장치(104)를 포함한다. 물론 조향부(112)는 조이스틱 장치(103c)와 조향 장치(104) 중 하나만으로 구성이 가능하다.

배터리(113)는 탑승 로봇(100)의 각 구성에 전원을 공급한다.

제어부(114)는 각 구성에 대한 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(114)는 모드설정 스위치(미도시)를 이용하여 사용자가 탑승 모드와 보행 모드 중 하나를 선택하면 선택된 모드를 설정하고, 설정된 모드에 대응하는 동작을 수행한다. 탑승 모드는 사용자가 탑승 로봇(100)에 탑승한 상태에서 이루어지는 동작을 제어하기 위한 모드이고, 보행 모드는 사용자가 탑승 로봇(100)에 탑승하지 않고 보행용 손잡이(103)를 이용하여 보행을 하는 경우에 대응하는 동작을 제어하기 위한 모드이다. 탑승 모드와 보행 모드의 큰 차이점은, 탑승 모드에 따른 탑승 로봇(100)의 이동 속도는 사용자의 조작에 따라 가변되지만, 보행 모드에 따른 탑승 로봇(100)의 이동 속도는 등속도를 유지한다는 것이다.

통신부(115)는 RF 리더기(106)에서 제공한 탑승자 식별정보 또는 위치정보 파악부(110)에서 파악한 현재 위치정보를 무선 통신을 통해 원격지로 전송한다. 통신부(115)는 자체 구비된 이동통신모듈 또는 와이파이모듈 또는 무선랜 모듈 등일 수 있으며, 또는 거치대(107)에 거치된 컴퓨터기기일 수 있다. 통신부(115)가 컴퓨터기기인 경우에는 컴퓨터기기와 제어부(114)는 컴퓨터기기의 USB 포트 또는 이어폰 포트를 통해 제어부(114)와 전기적으로 연결되고, 데이터 통신을 수행한다. 통신부(115)가 컴퓨터기기인 경우에는 컴퓨터기기에 탑승 로봇(100)과의 동작 또는 데이터 통신을 위한 애플리케이션(application)이 탑재되는 것이 양호하다.

모터부(116)는 제어부(114)의 제어에 따라 구동하여 각 전방향 바퀴(17 내지 19)의 진행 속도를 높이거나 낮추며, 또한 각각의 전방향 바퀴(17 내지 19)의 진행 속도를 달리하여 사용자가 원하는 방향으로의 조향이 이루어지게 한다.

클러치부(117)는 제어부(114)의 제어에 따라 구동하여 브레이크부(118)의 동작 유무를 결정하고, 브레이크부(118)는 탑승자의 동작에 따라 브레이크 작동 여부를 결정한다.

모드 스위치(119)는 탑승 로봇(100)의 동작 모드를 설정할 수 있게 하는 사용자 입력수단으로, 버튼이나 터치 패드 등으로 구성된다. 사용자의 조작에 따른 모드 스위치(119)의 출력 신호는 제어부(114)에 입력되고, 이에 따라 제어부(114)는 오토 모드(auto mode), 반자동 모드와, 매뉴얼 모드 중 하나를 설정한다.

오토 모드는 보행자 또는 탑승자(이하 사용자라 함)의 조작없이 탑승 로봇(100)이 설정된 동작 히스토리에 따라 이동하는 모드이다. 오토 모드 설정시 탑승 로봇(100)은 원격지로부터 수신된 목적지 위치정보 또는 사용자가 입력한 목적지 위치정보 또는 기본 설정된 목적지 위치정보의 장소로 현재 위치를 기반으로 파악한 경로를 따라 자동으로 이동한다. 여기서 현재 위치 판단은 위치정보 파악부(110)에 의해 파악된 현재 위치 정보를 이용하고, 경로 파악은 기존의 내비게이션 장치 등에 탑재된 경로 파악 알고리즘을 채용한다.

반자동 모드는 사용자의 명령과 탑승 로봇(100)의 판단에 따라 이동하도록 하는 모드이다. 반자동 모드 설정시 탑승 로봇(100)은 기본적으로 사용자에 의해 지정된 이동 속도, 이동 방향 등에 따라 이동하다가, 장애물이나 낭떠러지 등의 위험 상황 발생시에 자동으로 정지 또는 회피한다. 그리고 매뉴얼 모드는 사용자의 명령에만 탑승 로봇(100)이 동작하는 모드이다. 여기서 장애물이나 낭떠리지 등의 위험 상황 발생에 대한 판단은 위험 감지부(111)를 이용한다.

이하에서는 도 7을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇(100)의 위험감지 동작을 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전방향 보행보조 로봇(100)은 위험 감지를 위하여 복수의 센서가 설치된다. 즉, 위험 감지부(111)는 복수의 센서를 이용하여 위험을 감지한다.

구체적으로 위험 감지부(111)는 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)와 장애물 감지부(111d)를 포함한다. 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)는 탑승 로봇(100)의 주변 즉, 탑승 로봇(100)을 중심으로 설정 범위 내의 반경 내의 물체를 파악(감지)하기 위한 것으로, 예컨대 탑승 로봇(100)으로 접근하는 물체를 파악하거나 탑승 로봇(100) 주변의 지면의 존재 여부를 파악한다. 탑승 로봇(100)으로 접근하는 물체를 파악하는 것은 외부 물체와 탑승 로봇(100)간의 충돌을 미리 예측하기 위한 것이고, 탑승 로봇(100) 주변의 지면의 상태를 파악하는 것은 계단이나 낭떠러지 등 탑승 로봇(100)이 진입하는 경우에 전복되거나 사고가 발생하는 것을 예측하기 위한 것이다.

제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)는 한 종류의 센서로 구성될 수 있으나, 다양한 정보를 파악하기 위하여 적어도 2개의 서로 다른 종류의 센서로 구성하는 것이 양호하다. 예컨대, 상측 방향에 대한 정보를 감지하기 위한 센서와, 지면 등의 하측 방향에 대한 정보를 감지하기 위한 센서로 구성할 수 있다. 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)로는 초음파 센서, 피에스디(PSD, position sensitive detector) 센서, 씨씨디(CCD, charge coupled device) 센서, 소나 어레이(sonar array) 등 중 적어도 하나를 이용한다.

이러한 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 3개의 바퀴커버(14 내지 17)에 각각 설치되어 360도 방향의 정보를 감지할 수 있도록 한다. 도 3 내지 도 5에서 상측에 위치한 센서는 상측 방향에 대한 정보를 감지하기 위한 센서이고, 상측의 바로 및에 위치한 센서는 하측 방향에 대한 정보를 감지하기 위한 센서이다.

장애물 감지부(111d)는 진행하는 방향(즉, 전방)에 위치한 장애물과의 거리를 측정하기 것으로, 제1 전방향 바퀴(14)의 바퀴 커버(17)에 설치된다. 장애물 감지부(111d)는 일 예로 레이저 스캐너(laser scanner)로 구성된다. 장애물 감지부(111d)는 전방 180도 범위 내의 장애물을 감지하도록 설치된다.

이와 같이 구성된 위험 감지부(111)를 이용한 탑승 로봇(100)에서의 위험 감지 대응 동작을 설명한다. 제어부(114)는 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)로부터 수신되는 주변에 대한 정보를 이용하여 물체의 접근 또는 주변의 낭떠러지 유무를 감지한다.

그리고 제어부(114)는 제1 내지 제3 근접센서(111a 내지 111c)로부터 수신되는 주변에 대한 정보를 통해 탑승 로봇(100)으로 물체가 접근하거나 진행하는 방향 전면이 낭떠러지라고 판단하면 브레이크부(118)를 제어하여 탑승 로봇(100)의 이동을 정지시키거나, 제1 내지 제3 모터(16a 내지 16c)를 제어하여 위험으로부터 회피되도록 탑승 로봇(100)을 이동시킨다. 예컨대, 물체가 접근하는 경우에는 탑승 로봇(100)을 물체가 접근하는 방향에서 벗어나도록 정지 또는 빠른 이동을 시키고, 낭떠러지인 경우에는 탑승 로봇(100)을 정지시키거나 후진시킨다.

또한 제어부(114)는 장애물 감지부(111d)로부터 수신되는 신호를 통해 전방에 위치한 장애물과의 거리를 파악하고 장애물과의 거리가 설정치 이내이면(즉 장애물과 근접하면) 장애물을 회피하는 방향으로 진행하게 한다. 물론 설정된 경로에 따라 탑승 로봇(100)을 이동시키는 경우이면 제어부(114)는 장애물을 회피하면서 이동 경로를 따라 이동하게 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 탑승 로봇 101 : 전방향 바퀴부
102 : 안장 103 : 보행용 손잡이
104 : 조향장치 105 : 전방쿠션
106 : RF 리더기 107 : 거치대
108 : 장치반 110 : 위치정보 파악부
111 : 위험 감지부 112 : 조향부
113 : 배터리 114 : 제어부
115 : 통신부 116 : 모터부
117 : 클러치부 118 : 브레이크부
119 : 모드 스위치
11 내지 13 : 제1 내지 제3 회전축
14 내지 16 : 제1 내지 제3 전방향 바퀴
17 내지 19 : 바퀴 커버

Claims (12)

1. Y자 형태로 결합된 3개의 회전축과 각 회전축의 끝단에 연결된 3개의 전방향 바퀴를 포함하는 전방향 바퀴부,
   상기 전방향 바퀴부의 상측에 설치되고 사용자가 탑승하는 안장,
   상기 안장의 뒤쪽에 설치되고, 보행자가 손으로 잡고 보행을 가능하게 하는 한 쌍의 보행용 손잡이,
   상기 안장에 탑승한 탑승자가 진행 방향을 지시할 수 있게 하며 상기 안장의 전면에 설치되는 조향장치,
   상기 탑승자가 상기 전면으로 추락하는 것을 방지하기 위하여 상기 안장의 전면에 설치되고, 추락시 발생하는 충격을 흡수하는 소재가 상면에 구성된 전방쿠션, 그리고
   상기 탑승자 또는 보행자가 소지한 식별카드에 포함된 개인식별정보를 판독하는 RF 리더기
   를 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
2. 제1항에서,
   상기 안장의 전면에 설치되고, 컴퓨터기기를 거치할 수 있게 하는 거치대를 더 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
3. 제2항에서,
   상기 안장, 상기 한 쌍의 보행용 손잡이, 상기 조향장치, 상기 전방쿠션, 상기 RF 리더기 및, 상기 거치대는 상기 안장의 뒤쪽에 설치된 주축에 착탈식으로 설치되는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
4. 제1항에서,
   상기 3개의 전방향 바퀴 각각은 4개의 옴니휠(omni wheel) 두쌍이 맞닿게 구성되는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
5. 제1항에서,
   상기 한 쌍의 보행용 손잡이 중 하나에는 사용자가 눌러서 구동 방향을 입력할 수 있게 하는 조이스틱 장치가 설치되는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
6. 제1항에서,
   사용자의 현재 위치를 파악하는 위치정보 파악부,
   상기 RF 리더기에 의해 파악된 상기 개인식별정보와 상기 위치정보 파악부에 의해 파악된 상기 현재 위치 중 적어도 하나를 원격지에 무선으로 전송하는 통신부, 그리고
   상기 각 구성의 전반적인 동작을 제어하는 제어부
   를 더 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
7. 제6항에서,
   상기 위치정보 파악부는 GPS 정보를 이용하여 실외에서의 현재 위치를 파악하는 실외용 위치파악부 및, 스타게이저를 이용하여 실내에서의 현재 위치를 파악하는 실내용 위치파악부를 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
8. 제7항에서,
   상기 안장의 전면에 설치되고 컴퓨터기기를 거치할 수 있게 하는 거치대를 더 포함하며, 상기 실외용 위치파악부는 상기 거치대에 거치되며 GPS 정보를 이용하여 현재 위치를 파악하는 기능을 가진 컴퓨터기기인 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
9. 제6항에서,
   전면 또는 주변에 위치한 장애물이나 대상의 접근 여부를 감지하고 감지 신호를 상기 제어부에 제공하는 위험 감지부를 더 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
10. 제9항에서,
    상기 위험 감지부는 진행 방향의 전방에 위치한 장애물을 감지하기 위한 장애물 감지부와, 탑승 로봇의 전체 주변을 감지하기 위한 복수의 근접센서를
    더 포함하며,
    상기 장애물 감지부는 전방에 위치한 장애물과의 거리를 파악하고, 상기 복수의 근접센서는 설정 범위 내에 물체 또는 지면이 존재하는지를 파악하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
11. 제10항에서,
    상기 3개의 전방향 바퀴 각각의 상측을 둘러싸듯이 형성되어 전방향 바퀴를 보호하는 3개의 바퀴 커버를 더 포함하며,
    상기 복수의 근접센서는 3개의 바퀴 커버 중 제1 바퀴 커버에 설치되는 제1 근접센서, 제2 바퀴커버에 설치되는 제2 근접센서, 및 제3 바퀴커버에 설치되는 제3 근접센서를 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
12. 제11항에서,
    상기 제1 내지 제3 근접센서 각각은 상측 방향으로부터 탑승 로봇에 접근하는 물체를 감지하는 제1 센서와 하측 방향에 지면이 존재하는지를 감지하는 제2 센서를 포함하는 전방향 바퀴를 채용한 탑승 로봇.
    

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