KR20180086001A - 자율적으로 수평을 유지하는 이동 플랫폼 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이동 플랫폼은, 사람이 탑승하거나 화물을 탑재하는 본체, 및 본체에 결합되어 본체의 일 지점을 중심으로 회전하고, 지면에 대해 본체를 지지하고 지면에 닿아 주행하는 복수 개의 주행부로 구성되고, 각각의 주행부는 본체의 일 지점을 중심으로 이동 플랫폼의 진행 방향에 수직하고 지면에 평행한 축선을 중심으로 본체에 대해 회전 가능하게 본체에 결합되고, 지면에 접지되고 회전 구동되어 이동 플랫폼이 주행되게 하는 휘일을 포함하며, 본체 또는 주행부에는 이동 플랫폼의 자세와 주행로 상의 장애물 유무를 센싱하는 센서가 구비되고, 본체와 각각의 주행부 사이에는 이동 플랫폼의 자세 및 장애물 유무에 따라 지면에 대한 본체의 자세를 제어하도록 각각의 주행부의 회전 각도를 조절하는 기구가 마련되는 것이다.

Description

자율적으로 수평을 유지하는 이동 플랫폼{MOVING FLATFORM SELF-MAINTAINING HORIZONTAL POSTURE}

본 발명은 자율적으로 수평을 유지하는 이동 플랫폼에 관한 것으로서, 구체적으로는 이동 중에 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 수평 자세를 유지하는 이동 플랫폼에 관한 것이다.

트랙터와 같이 강한 견인력을 이용하여 다양한 작업을 행하는 차량은 농지나 건설 현장과 같은 평탄하지 않은 환경에서 작업을 수행하므로 지상고가 높아서 차량의 무게 중심이 높게 형성된다.

그러나, 이러한 유형의 차량도 다른 작업 현장으로 이동하는 경우 등에서는 포장된 도로와 같이 주행 조건이 좋은 상황에서는 고속으로 주행을 하지만, 주행하는 노면에 약간의 경사나 장애물이 있거나 선회 반경이 작은 굴곡로에서는 높은 무게 중심으로 인하여 전복의 우려가 크고, 실제로 많은 전복 사고가 발생하고 있다.

사람이나 사물을 운송하는 운송 장치로서 주행 시에 수평을 유지하는 기구에 관한 기술로서, 공개특허공보 제10-2015-0036500호(문헌 1)에 개시된 운송 장치에 관한 발명 및 공개특허공보 제10-2010-0013891호(문헌 2)에 개시된 유모차에 관한 발명이 있다.

그러나 이러한 발명들은 사람이나 다른 힘에 의해 견인되면서 계단 등을 이동할 때에 수평을 유지하도록 하는 것이어서, 이를 고속으로 주행 가능한 트랙터와 같은 이동 플랫폼에 적용하기는 어렵고 이들 발명에서 적용하는 기구는 단지 수평을 유지하는 기구를 제시할 뿐이고 이동 플랫폼의 무게 중심을 낮추어 원심력에 의한 전복 가능성을 낮추는 것에는 적용되지 않는다.

또한, 이러한 발명들에 적용되는 기구들은 그 기구들 자체의 원리에 의하여 이동 플랫폼이 수평을 유지하도록 하는 것이어서 그 기구들의 구성이 매우 복잡하고 이들 기구들이 트랙터와 같은 구동되는 차량과 같은 이동 플랫폼에는 적용되기 어렵다는 문제점이 있다.

문헌 1: 공개특허공보 제10-2015-0036500호 문헌 2: 공개특허공보 제10-2010-0013891호

본 발명은 전술한 문제를 고려하여 주행 중에 장애물이나 경사로에서 수평을 유지할 수 있고 선회로와 같은 곳을 주행할 때에는 무게 중심을 조절하여 전복의 위험을 줄일 수 있는 이동 플랫폼을 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명은 이동 플랫폼의 운전자가 별도의 조작을 하지 않아도 수평을 유지할 수 있는 이동 플랫폼을 제공하려는 것이다

전술한 본 발명의 과제는 본 발명에 따른 이동 플랫폼에 의해 달성된다.

이 명세서 전반에 있어서, 이동 플랫폼이란 사람이나 화물을 적재하고 궤도나 노면을 주행하는 모든 이동체를 의미한다.

본 발명에 따른 이동 플랫폼은, 사람이 탑승하거나 화물을 탑재하는 본체, 및 본체에 결합되어 본체의 일 지점을 중심으로 회전하고, 지면에 대해 본체를 지지하고 지면에 닿아 주행하는 복수 개의 주행부로 구성되고,

각각의 주행부는 본체의 일 지점을 중심으로 이동 플랫폼의 진행 방향에 수직하고 지면에 평행한 축선을 중심으로 본체에 대해 회전 가능하게 본체에 결합되고, 지면에 접지되고 회전 구동되어 이동 플랫폼이 주행되게 하는 휘일을 포함하며,

본체 또는 주행부에는 이동 플랫폼의 자세와 주행로 상의 장애물 유무를 센싱하는 센서가 구비되고, 본체와 각각의 주행부 사이에는 이동 플랫폼의 자세 및 장애물 유무에 따라 지면에 대한 본체의 자세를 제어하도록 각각의 주행부의 회전 각도를 조절하는 기구가 마련되는 것이다.

이러한 본 발명의 이동 플랫폼은, 이동 중에 이동 플랫폼의 자세와 이동 경로 상에 놓인 장애물을 센싱하여 사람이 탑승하거나 화물이 탑재된 본체가 기울어지거나 전복되는 것을 방지하도록 각각의 주행부의 회전 각도를 제어한다.

주행부는 본체에 대해 개별적으로 그 회전 각도가 제어되므로, 예컨대 본체가 주행 방향에 대해 일측 방향으로 기울어지는 경우, 예컨대 그 기울어지는 방향과 반대 방향의 주행부 중에서 본체의 무게 중심의 앞쪽에 배치되는 주행부는 진행 방향 앞쪽으로 회전시키고 주행 방향 뒤쪽에 배치되는 주행부는 진행 방향 뒤쪽으로 회전시킴으로써 본체가 회전하는 주행부 측으로 기울어져 본체가 수평을 유지하게 된다.

만일 주행 경로 상에 상향 돌출되는 장애물이 특정의 주행부 앞에 놓이게 되면, 장애물가 조후하는 주행부를 주행 방향 앞쪽으로 회전시켜 본체에 대한 해당 주행부의 높이를 낮춤으로써, 그 주행부가 장애물 위로 올라타는 순간에 주행부가 장애물에 의해 상향 이동하여 본체가 기울어지는 일이 방지된다.

이와 같이, 본 발명의 이동 플랫폼의 구성에 따르면, 이동 플랫폼은 주행 중에 기울어진 노면이나 궤도 또는 장애물을 지나는 경우에도 본체가 수평을 유지할 수 있게 되어 본체가 전도되거나 적재되는 화물 또는 탑승한 사람이 기울어지는 일이 방지된다.

한편, 각각의 주행부를 본체에 대해 회전시키는 회전 구동 기구가 본체에 구비되어 본체에 대한 주행부의 회전 각도가 조절될 수 있다.

각각의 주행부의 회전 구동 기구는 각각의 주행부에 마련될 수도 있으나, 회전 구동 기구가 본체에 마련되면 회전 구동하는 주행부의 중량이 감소되어 주행부를 회전 구동하는 구동력이 감소되고, 특히 본체와 주행부 사이에 현가 장치가 마련되는 경우에 이동 플랫폼의 전체 중량에 대한 본체의 중량의 비율이 증대되어 현가 장치의 조절 및 제어가 용이하게 된다. 한편, 이동 플랫폼의 자세를 센싱하는 센서로서 자이로 센서가 구비될 수 있으며, 자이로 센서 외에도 속도 센서 및 가속도 센서에 의해 본체의 자세를 측정할 수도 있다.

또한, 본 발명의 부가의 구성으로서, 이동 플랫폼의 주행 속도에 따라 또는 이동 플랫폼의 주행을 조작하는 조작자의 선택에 따라 이동 플랫폼의 무게 중심을 낮추도록 주행부의 회전 각도가 조절 가능하게 구성될 수 있다.

이동 플랫폼이 험지에서 작업을 수행할 때에는 노면에 장애물이 많기 때문에 장애물과 본체의 간섭을 피하기 위하여 주행부를 구동하여 본체의 지상고를 높이는 것이 바람직하지만, 이동 플랫폼이 도로나 궤도를 주행할 때에는 상대적으로 주행에 대한 장애물은 적고 주행 속도가 높아져서 선회 시에 원심력에 의한 전복의 가능성이 높아진다.

따라서, 이동 플랫폼의 속도가 높을 때에는 주행부를 각각 회전시켜서 본체의 지상고를 낮추어 이동 플랫폼의 무게 중심을 낮게 하여 선회 시에 전복 가능성을 낮추고 험지에서 작업을 할 때에는 주행부를 회전시켜서 본체의 지상고를 높여서 장애물과 본체의 간극을 크게 하여 작업의 용이성을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼의 개략적인 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼의 전륜 측을 상세히 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼의 측면도로서, 이동 플랫폼에 작용하는 힘과 운동을 함께 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼이 취할 수 있는 다양한 상태를 보여주는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 이동 플랫폼의 제어 흐름을 보여주는 플로우챠트이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명한다.

이하에서 설명하고 도면에 도시한 이동 플랫폼은 본 발명의 구성을 적용한 실시예로서 시작 모델을 설계 및 제작한 것이며, 이러한 실시예의 이동 플랫폼은 구체적인 용도를 갖지 않고 단지 본 발명의 구성을 적용하여 운송 및 주행이 가능하도록 제작된 베이스 모델에 해당한다.

본 발명의 이동 플랫폼이란 이하에서 설명한 바와 같은 구성을 가지고, 용도에 따라 공장 내의 운송 설비나 궤도 차량, 도로를 주행하는 운송 차량이나 트랙터와 같은 작업 차량으로 사용될 수 있는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 4에는 본 실시예의 이동 플랫폼의 구성이 도시되어 있다.

이동 플랫폼은 우선 본체로서 주 프레임(1)을 갖추고 있다. 주 프레임(1)은 프레임 소재를 격자형으로 형성한 것이다.

주프레임(1)은 이동 플랫폼에서 사람이 탑승하거나 화물을 적재할 수 있는 부분을 구성하는 것이다. 도 2를 참조하면, 주프레임(1)의 저면(2)에는 각종 모터의 구동을 위한 전력원이 되는 배터리(7), 모터 드라이브(6) 및 차량의 제어와 센싱 및 통신을 위한 제어 모듈(8)이 탑재되어 있다.

주프레임(1)에는 주행부로서 4개의 주행 모듈(10, 20)이 결합되어 있다. 주행 모듈(10, 20)은 2개가 좌우의 전륜을 형성하고, 2개가 좌우의 후륜을 형성하는 것이다.

주행 모듈(10, 20)은 서로 실질적으로 동일한 구성 요소 및 주프레임(1)과의 결합 관계를 가지고 있고 좌우에 배치되는 주행 모듈은 서로 대칭으로 형성되므로, 좌측 전륜이 되는 주행 모듈(10)을 중심으로 그 구성을 설명한다.

주행 모듈(10)은 주프레임(1)에 회전 가능하게 결합되어 그 일 지점을 중심으로 회전 가능하게 결합되어 있다. 주프레임(1)에는 각 주행 모듈마다 축 모터(4)가 마련되어 있고, 여기에 주행 모듈 본체(11)가 결합되어, 축 모터(4)의 회전에 따라 주행 모듈(10, 20)이 회전하게 된다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 주행 모듈(10, 20)의 회전 축선은 이동 플랫폼의 주행 방향에 수직하고 지면에 평행한 방향으로 배치되어 있어서, 주행 모듈이 주행 방향의 앞뒤로 회전하게 된다. 이러한 회전에 의해 주프레임(1)에 대한 각각의 주행 모듈(10, 20)의 위치가 가변되며, 특히 지면에 대한 높이 방향에서 각각의 주행 모듈의 높이가 가변되고, 전후 방향으로의 위치도 가변된다.

도 3을 참조하여 보면 주행 모듈(10)의 단부에는 지면에 접촉하여 주행하며 이동 플랫폼의 하중을 지지하는 휘일(12)이 단부에 회전 가능하게 결합되어 있고, 도 2를 참조하여 보면, 휘일(12, 22))의 내측으로는 휘일을 회전 구동하는 구동 모터(13, 23)가 결합되어 있다.

본 실시예의 이동 플랫폼은 각각의 휘일(12, 22)이 모터에 의해 구동되는 전기차의 구성을 가지고 있지만, 이와 달리 본체에 장착되는 내연 기관이나 기타 동력원에 의해 각각의 휘일이 구동되는 구성을 취할 수 있다.

이상과 같은 구성에 따르면, 이동 플랫폼은 좌우의 전륜과 좌우의 후륜이 되는 주행 모듈(10, 20)이 지면에 대해 주프레임(1)을 지지하고 그 휘일들(12, 22)이 회전하여 이동하는 차량의 형태를 갖는 것이다.

이러한 구성에 있어서 주행 모듈(10), 20)은 각각에 대해 결합되어 있는 축 모터(5)에 의해 서로 별개로 주프레임(1)에 대해 회전하여 특정 회전 각도에 배치될 수 있다.

좌우 전륜이 되는 주행 모듈(10)에는 적외선 센서(15)가 부착되어 있고, 주프레임(1)에서 전륜과 후륜 사이에도 적외선 센서(5)가 부착되어 있다.

적외선 센서들(15, 5)는 각각 주행 모듈(10, 20) 전방에 장애물이 있는지 여부를 감지하여, 감지되는 신호를 주프레임(1)의 제어 모듈(8)에 전달하여 이동 플랫폼의 자세 유지 또는 자세 변화를 위해 각각의 주행 모듈(10, 20)을 회전시키는 축 모터(4)에 신호를 보내어 구동한다.

도 5를 참조하여, 이러한 구성의 이동 플랫폼에서 주행 모듈(10, 20)의 회전각도를 조절함으로써 이동 플랫폼이 주행 중에 하게 되는 동작을 설명한다.

도 5에서 (a)에는 이동 플랫폼의 지상고를 높게 한 상태가 도시되어 있다. 각각의 주행 모듈(10, 20)은 직립한 상태를 취하고 있어서, 이 때의 이동 플랫폼의 무게 중심(CG)은 가장 높은 상태가 되고, 지상고 역시 높게 된다.

이러한 상태에서는 주행면이 매우 거칠고 장애물이 많은 환경, 즉 농토나 건설 현장 등에서 작업을 행할 때 이동 플랫폼이 바닥면의 장애물과 간섭이 되지 않는 상태로 작업을 행할 수 있다.

다음으로 (b)에는 각각의 주행 모듈(10, 20)이 그 회전 가능한 최대한의 회전 각도로 회전한 상태를 도시하고 있다. 이와같이 주행 모듈들이 회전함으로써 이동 플랫폼의 무게 중심(CG)의 높이(h2)는 가장 낮은 상태로 된다.

이와 같은 상태는 이동 플랫폼이 궤도나 포장 도로와 같이 평탄한 노면에서 고속으로 주행할 때에 적합한 자세이다. 이동 플랫폼의 무게 중심이 가장 낮은 상태가 되므로, 주행 중의 공기 저항도 최소로 되고 특히 선회로 등에서 원심력에 의한 전복 우려도 감소하게 된다.

(c)는 경사면을 오르는 상태를 도시하고 있다. 전방의 주행 모듈들(10)은 전방으로 큰 각도로 회전하고 후방의 주행 모듈들(20)은 후방으로 약간의 각도로 회전한 상태로 주행함으로써 이동 플랫폼의 주프레임(1)이 수평인 상태를 유지하게 된다.

(d)는 주행 중에 특정한 휘일(12)이 장애물과 조우하여 장애물을 넘어 가는 상황을 도시하고 있다. 전방의 주행 모듈(10) 중에서 좌측의 주행 모듈(10)은 장애물의 높이에 맞추어 우측의 주행 모듈(10)보다 더 큰 각도로 회전함으로써 주프레임(1)이 우측으로 기울지 않고 수평을 유지하면서 장애물을 넘어가게 된다.

이와 같이, 본 실시예의 이동 플랫폼은 주행 모듈들이 각각 개별적으로 제어되어 회전함으로써 이동 플랫폼의 지상고와 무게 중심을 높이거나 낮출 수 있고 경사면이나 장애물을 통과하는 상황에서도 수평을 유지할 수 있게 된다.

이동 플랫폼은 적외선 센서들(15, 5)에 의해 장애물을 인식하여 주행 모듈의 회전 각도를 제어하는 것만이 아니라, 주프레임에 탑재된 제어 모듈(8)에 포함되어 있는 자이로 센서와 속도계 및 가속도계에 의하여 주프레임(1)의 자세와 이동 플랫폼의 이동 속도 및 감가속을 판단하고, 그에 맞추어 이동 플랫폼의 본체인 주프레임이 수평을 유지하거나 무게 중심과 지상고를 조절한다.

이에 더하여 지상고와 무게 중심의 조절은 이동 플랫폼에 탑승하여 이동 플랫폼을 운전하는 운전자 또는 이동 플랫폼이 무인 차량인 경우에는 이동 플랫폼의 조종자에 의해서도 이루어질 수 있다.

운전자 또는 조종자는 작업 상황이나 주행 상황을 고려하여 무게 중심의 높이를 선택할 수 있고, 이러한 선택에 따라 주행 모듈들이 그 회전 각도를 변경함으로써 무게 중심과 지상고가 조절될 수 있다.

도 6은 이러한 작동의 제어 흐름을 보여주는 플로우챠트이다.

중앙처리장치는 제어 모듈(8)에 마련되어 또한 운전자의 높이 선택 버튼이 마련된다. 각종 센서로부터의 측정값과 운전자의 높이 조절 버튼 입력이 입력되고, 이러한 입력 신호에 따라 각각의 주행 모듈(10, 20)의 회전각도를 조절하는 축 모터들이 작동한다.

운전자가 지상고와 무게 중심을 높이거나 낮추기 위해 조절 버톤을 통하여 선택 사항을 입력하면 그러한 입력에 따라 4개의 축 모터가 회전하고, 주행 모듈의 회전 각도가 제어되고 이동 플랫폼의 무게 중심의 높이가 증가하거나 감소하게 된다.

다른 한편으로, 센서들로부터의 입력값, 예컨대 제어 모듈(8)에 마련되어 있는 자이로 센서가 경사를 감지, 즉 주프레임(1)이 어떠한 방향으로 기울어진 것을 감지하면, 그러한 감지 신호에 따라 4개의 축 모터들을 각각 제어하여 회전시킴으로써 주프레임(1)이 수평으로 된 것을 감지할 때까지 축모터들에 대한 회전 제어가 이루어진다.

한편, 이상 설명한 것은 주프레임이 수평을 유지하는 작동만을 설명하였으나, 예컨대 선회로를 고속으로 주행할 때에는 선회로의 곡률 중심 방향으로 주프레임을 기울임으로써 안정된 주행이 가능하며, 본 실시예의 이동 플랫폼의 구성과 작동에서는 그러한 작동을 포함하여 다양한 작동이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시예들을 설명하였는 바, 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않고 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변경과 요소의 부가가 가능하며, 그러한 변경과 부가는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 주프레임 8: 제어 모듈
10, 20: 주행 모듈 5,15: 적외선 센서

Claims (4)

1. 이동 플랫폼으로서,
   사람이 탑승하거나 화물을 탑재하는 본체, 및 본체에 결합되어 본체의 일 지점을 중심으로 회전하고, 지면에 대해 본체를 지지하고 지면에 닿아 주행하는 복수 개의 주행부로 구성되고,
   각각의 주행부는 본체의 일 지점을 중심으로 이동 플랫폼의 진행 방향에 수직하고 지면에 평행한 축선을 중심으로 본체에 대해 회전 가능하게 본체에 결합되고, 지면에 접지되고 회전 구동되어 이동 플랫폼이 주행되게 하는 휘일을 포함하며,
   본체 또는 주행부에는 이동 플랫폼의 자세와 주행로 상의 장애물 유무를 센싱하는 센서가 구비되고, 본체와 각각의 주행부 사이에는 이동 플랫폼의 자세 및 장애물 유무에 따라 지면에 대한 본체의 자세를 제어하도록 각각의 주행부의 회전 각도를 조절하는 기구가 마련되는 것인 이동 플랫폼.
2. 청구항 1에 있어서,
   본체에는 각각의 주행부를 본체에 대해 회전시키는 회전 구동 기구가 구비되어 본체에 대한 주행부의 회전 각도가 조절되는 것인 이동 플랫폼.
3. 청구항 1에 있어서,
   이동 플랫폼의 자세를 센싱하는 센서로서 자이로 센서가 구비되는 것인 이동 플랫폼.
4. 청구항 1에 있어서,
   이동 플랫폼의 주행 속도에 따라 또는 이동 플랫폼의 주행을 조작하는 조작자의 선택에 따라 이동 플랫폼의 무게 중심을 낮추도록 주행부의 회전 각도가 조절 가능한 것인 이동 플랫폼.

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