KR20190028371A - 모바일 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 베이스 엘리먼트(1) 및 상기 이동식 베이스 엘리먼트(1)에 배치되는 몸통(2)을 갖고, 상기 몸통(2)은 적어도 두 개의 조작부들(4)을 포함하고, 상기 조작부들은 기단 베이스(6) 및 선단 자유 단부(7)를 포함하고, 상기 각자의 기단 베이스(6)를 갖는 상기 조작부들(4)은 상기 몸통(2)의 양측에 서로 맞은 편에 배치되고, 상기 조작부들(4)의 기단 베이스(6)는 상기 몸통(2)에 이동가능하게 안내되는 이동식 로봇에 관한 것이다.

Description

모바일 로봇

본 발명은 이동식 베이스 엘리먼트 및 상기 베이스 엘리먼트에 배치되는 몸통을 갖는 이동식 로봇에 관한 것이다.

이동식 로봇들의 다양한 구조들이 알려져 있다. 예를 들어, German Aerospace center(DLR)에 의해 개발되어 “Justin”이라 불리는 이동식 로봇이 알려져 있다. 휴머노이드로서 개념화되어온 이 로봇은 이동식 베이스를 포함하며, 이는 휠(wheel)에 의해 이동하고 그 위에 트렁크(trunk) 또는 몸통(torso)가 배치되는 플랫폼을 형성한다. 인간과 유사하게, 상기 몸통은 그것의 상측 어께 영역의 양측에 왼쪽 및 오른쪽에서 로봇암 또는 조작부(manipulator)를 각각 지지하고, 상기 로봇암 또는 조작부는 복수의 축을 포함한다. 상기 몸통은 그 자체로 여러 시그먼트로 형성되며, 이들은 수평 힌지들에 의해 상호 연결되며 사실상 척추를 형성한다. 이에 의해, 상기 몸통은, 작업 장소들의 특정 높이(level)들에 스스로를 맞출 수 있도록, 똑바로 서고(erect), 숙이고(bow), 굽힐(bend) 수 있다. 이러한 방식으로, 특정 높이에서 대상들(objects)을 움켜쥐거나 다루는 것이 가능하며, 이러한 높이는 몸통의 가능한 직립 상한 및 조작부들의 길이에 의해 제한된다. 힌지에 의해 상호 연결되어 액추에이터들에 의해 작동되는 시그먼트들을 갖는 몸통의 형태는 구조나 제어 기술에 있어 상당한 노력이 요구되며, 이는 무시할 수 있는 수준이 아니다. 상기 로봇이 각 종류의 작업 중 안정성을 유지하기 위해, 휠을 갖는 플랫폼으로 구성되는 상기 베이스는 상기한 종류의 작업으로부터 야기되는 무게 중심의 이동에 적응할 수 있어야만 한다. 이러한 목적으로, 상기 플랫폼의 휠들은 연장가능한 축들에 지지되어, 몸통이 직립되거나 연장되어 무게 중심이 높은 레벨에 위치하면 각 정 반대편의 휠들 사이의 거리가 증가되며, 이는 역으로도 마찬가지이다.

선행 기술로부터 더 나아간 이동식 로봇은 Willow garage에 의한 “PR2”로 알려져 있다. 이 로봇은 마찬가지로 트렁크 또는 몸통을 포함하고, 그 어깨 영역의 양 측에 힌지 연결되어 복수의 축을 포함하는 로봇 암들을 지지한다. 상기 몸통은, 전체 유닛으로서, 이동 가능한 베이스 엘리먼트를 상대로 높이에 대하여 조절할 수 있어, 로봇암들이 특정 높이에서 대상들을 다룰 수 있도록 특정 작업 높이에 도달할 수 있다.

본 발명의 목적은, 단순화된 구성을 포함하고, 의도한 목적 및 적용 영역 모두에서 높은 다양성 및 유연성을 줄 수 있는 이동식 로봇을 제공하기 위함이다.

이러한 목적은 청구항 1에 따른 이동식 로봇에 의해 해결된다.

따라서, 상기 발명의 핵심은, 이동식 베이스 엘리먼트를 갖고 상기 이동식 베이스 엘리먼트 상에 배치되는 몸통을 갖고, 상기 몸통은 적어도 두 개의 조작부들을 포함하고, 상기 조작부들은 기단 베이스(proximal base) 및 선단 자유 단부(distal free end)를 포함하고, 자신의 기단 베이스를 갖는 상기 조작부들은 몸통의 양측에 서로 반대되도록 배치되며, 상기 조작부들의 기단 베이스는 몸통에 이동 가능하게(movably), 즉, 위치가 변할 수 있게(displacably) 안내된다. 따라서, 각 조작부의 상기 베이스는 상기 몸통에 대해 상대적으로 위치가 변할 수 있다.

일반적으로, 제1 축 또는 암 부재(arm member)는 조작부의 베이스에 따르고, 암 부재는 상기 베이스에 대하여 회전 가능하게 지지된다. 따라서, 이에 의해 실현되는 회전 조인트(rotary joint)는 심지어 나아가, 필요하다면, 상기 발명에 의해 제안되는 해결 수단에 의해 상기 몸통에 대해 이동할 수 있으며, 특히 바람직한 실시예에 따르면, 선형 축, 바람직하게는 상기 몸통의 길이 방향의 연장을 따른 이동이 제공될 수 있다. 이에 의해, 조작부의 상측 방향 및 하측 방향의 이동이 이루어질 수 있으며, 상기 조작부들의 선형 유도(linear guidance)는 바람직하게는 상기 몸체의 양측에서 일치된 방식으로 동작된다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 조작부의 기단 베이스와 다른 조작부의 기단 베이스는 서로 독립적으로 분리되어 이동할 수 있다. 이러한 차등 작동 제어(differential actuated control)는, 자유 선단부가 서로 멀어지도록 이동할 수 있고 이에 의해 자유 선단부들 사이에 대각선의(diagonal) 작업 영역을 포괄(span)할 수 있기 때문에, 상기 이동식 로봇의 조작부들이 전체적으로 넓은 작업 영역을 커버할 수 있어, 큰 치수를 갖는 대상들 또한 조작부들에 의해 처리될 수 있다. 그러한 차등 제어를 구현하기 위해, 독립적이고 개별적인 자체의 제어는 각 조작부와 결부될 수 있다.

각 조작부들의 기단 베이스의 선형 제어와 관련하여, 조작부들의 기단 베이스의 이동을 위한 공통 구동부가 구비되거나, 또는 각 조작부의 기단 베이스는 독립적인 구동부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 벨트 구동부(belt drive)가 적절하다.

상기 이동식 로봇의 각 조작부는, 서로에 대하여 이동 가능한 복수의 암 부재로 구성될 수 있으며, 이에 의해 상응하는 자유도(degrees of freedom)를 정의한다.

게다가, 암 부재들은 설정되며, 즉, 수치 가공되고, 서로에 대해 상대적으로 힌지 연결되어, 자신의 자유 선단부가 각각 측면 영역, 배면 영역 및/또는 등 영역, 그리고 몸통의 표면에 근접하여 직접적으로 이동할 수 있는 방식으로 액추에이터에 의해 작동되게 구성된다. 조작부들에 의해 형성되는 상기 로봇의 암들은, 예를 들어 서포트 또는 몸통의 후측에 배치된 박스로부터 대상들을 가져오기 위해, 상기 몸통 뒤쪽에서 움켜줄 수 있다. 심지어 나아가 조작부들의 이동성은 전방, 후방 또는 로봇의 측면의 바닥으로부터 직접 대상물들을 들어올리게 할 수 있다.

상기 발명에 따르면, 그러한 이동성은, 그중에서도, 상기 조작부가 회복력이 있고(resilient)/또는 감도가 좋게(sensitive) 구성된다는 점에서 실현된다. 다시 말해서, 상기 로봇암의 제어는 상응하는 임피던스 제어(impedance control)에 의해 동작된다. 나아가, 그러한 임피던스 제어는 힘 제어(force control)와도 조합될 수 있으며, 이는 선형 축에 대하여 및/또는 이동식 베이스 엘리먼트에 대하여 설계되며, 상응하는 힘 센서들을 포함할 수 있다.

상기 몸통의 길이 방향의 연장을 따라 상호 개별적으로 독립적으로 이동할 수 있는 조작부들의 본질적인 장점은, 또한, 이동식 로봇의 전체 무게 중심의 위치가, 상기 로봇에 의해 수행되는 움직임, 상기 조작부에 의해 수행되는 동작들의 종류 및/또는 조작부들에 의해 처리되는 대상의 무게가 고려되어 구체적으로 영향을 받거나 결정된다는 사실에 있다. 상기 이동식 베이스 엘리먼트의 무게는, 그러한 무게 중심에 대한 보다 정확한 조절 능력에 기인하여 로봇의 안정성에 영향을 주지 않고 보다 가볍게 규정될 수 있다.

양측 암들(arms)의 작동 및 제어뿐만 아니라 이동식 베이스 엘리먼트에 배치되는 휠들의 작동 및 제어도 무게 중심을 다시 참조하도록 차례로 수행될 수 있으며, 이는 조작부들에 의해 수행되는 동작 중 상기 동작에 따라 변화할 수 있으며, 이동식 로봇의 정적 평형 상태는 항상 조정될 수 있다.

나아가, 상기 발명의 장점 및 특징은 하기 첨부된 도면에 도시된 실시예의 설명으로부터 명확해진다.

도 1은 본 발명에 따른 이동식 로봇의 사시도,
도 2는 그러한 이동식 로봇의 정면도이고,
도 3은 그러한 이동식 로봇의 측면도이다.

본 발명에 따른 일 실시예에서 이동식 로봇은 도 1 내지 도 3에 도시되며, 예로서, 서비스 로봇(servicing robot)으로 이용될 수 있다.

상기 이동식 로봇은, 상기 로봇이 지면상을 이동하기 위한 구동 플랫폼으로서 의도된 이동식 베이스 엘리먼트(1)로 구성된다. 그러한 목적을 위해, 모터 구동 휠들(미도시)은 상기 베이스 엘리먼트 내에 배치될 수 있다.

이동식 베이스 엘리먼트(1)의 상측에, 트렁크(trunk) 또는 몸통(2)이 배치되며, 상기 베이스 엘리먼트(1)에 대해 그 길이 방향 축을 중심으로 회동할 수 있도록 배치될 수 있다. 나아가, 헤드(3)는 상기 몸통(2) 상에 구비될 수 있으며, 상기 몸통에 대해 회동 가능하도록 배치될 수 있다.

로봇 암들 또는 조작부들(4)은 상기 몸통의 양 측에 구비되며, 서로 힌지 연결된 복수의 암 부재(5)로 구성된다. 상기 암 부재들(5)와 조인트들의 수는, 전체적으로 상기한 조작부(4)에 의해 제공되는 자유도(degree of number) 수를 각각 정의한다. 상기 조작부(4)들은 각각 상응하는 회복 제어(resilience control)가 제공된다.

각 조작부(4)는 상기 몸통에 배치되는 기단 베이스(6)와 그리퍼(gripper)와 같은 자유 선단부(7)를 포함한다.

상기 기단 베이스(6)는 상기 몸통(2)에 대하여 그의 길이 방향으로 선형적으로 변위가 발생하는 방식(linear displacable manner)으로 이동하며, 즉, 상기 발명에 따르면, 각 조작부(4)의 기단 베이스(6)는 서로 독립적이다.

측면으로 상기 몸통은 선형 슬라이드 가이딩 또는 가이딩 트랙(8)을 포함하고, 바람직하게는 링 엘리먼트로 형성되는 기단 베이스(6)는, 상기 기단 베이스(6)의 더 나은, 특히 보다 안정된 유도(guidance)를 갖을 수 있도록 상기 선형 슬라이드 가이딩 또는 상기 선형 가이딩 트랙에서 이를 따라 이동할 수 있다. 상기 슬라이드 가이딩(8)은 상기 몸통(2)의 하우징 내 상응하는 리세스에 의해 형성될 수 있다.

상기 베이스(6)와 그로 인한 조작부들(4)의 변위 모션(displacement motion)을 위한 구동부는 상기 몸통(2) 내측에 위치하며, 바람직하게는, 각 조작부(4)에 대한 별도의 구동부들이 구비된다.

상기 몸체의 후측에, 예를 들어 트레이들(10)이나 대상들(11)을 위한 박스를 갖는 백팩 형태의 지지부(9)가 구비된다. 본 발명에 따른 지지부들(9)의 설계 및 설정은 상기 트레이(10) 및 대상(11)들이 각각 자유 선단 그리퍼(7)에 의해 직접적으로 쥐어지는 것이 가능하게 한다.

Claims (8)

1. 이동식 베이스 엘리먼트(1); 및
   상기 모바일 베이스 엘리먼트에 배치되는 몸통(2);을 갖고,
   상기 몸통(2)은 적어도 두 개의 조작부들(4)을 포함하고, 상기 조작부들은 기단 베이스(6) 및 선단 자유 단부(7)를 포함하고,
   상기 각자의 기단 베이스(6)를 갖는 상기 조작부들(4)은 상기 몸통(2)의 양측에 서로 맞은편에 배치되고,
   상기 조작부들(4)의 상기 기단 베이스(6)는 상기 몸통(2)에 이동 가능한 방식으로 안내되는 것을 특징으로 하는 이동식 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조작부(4)들의 상기 기단 베이스(6)는 상기 몸통(2)에 선형적으로 이동 가능한 이동식 로봇.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하나의 조작부(4)의 상기 기단 베이스(6)와 상기 다른 조작부(4)의 상기 기단 베이스(6)는 서로 개별적으로 이동가능한 이동식 로봇.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 조작부들(4)의 상기 기단 베이스(6)의 이동을 위한 공통 구동부가 구비되거나, 또는 상기 각 조작부(4)의 상기 기단 베이스(6)는 독립 구동부를 포함하는 이동식 로봇.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조작부들(4)은 서로에 대해 이동 가능한 복수의 암 부재(5)들로 구성되고,
   상기 암 부재(5)는, 상기 조작부들(4)이 상기 각자의 선단 자유 단부가 상기 몸통(2)의 측면 영역, 배면 영역 및/또는 등 영역에 근접하여 직접적으로 이동 가능한 움직임이 가능하도록 구성되는 이동식 로봇.
6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조작부(4)는 회복력 있고/또는 감도가 좋은 이동식 로봇
7. 제1항 내지 제6항에 있어서,
   독립 제어는 상기 각 조작부(4)에 연관되는 이동식 로봇.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조작부들(4)은, 상기 이동식 로봇의 전체 무게 중심의 위치가, 상기 로봇의 움직임, 상기 조작부(4)들에 의해 수행되는 동작들의 종류, 및/또는 상기 조작부들(4)에 의해 다뤄지는 대상의 무게를 고려하여 구체적으로 영향을 받거나 결정되도록 구성되는 이동식 로봇.

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