KR20200094980A - 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서스펜션에 관한 것으로, 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션에 있어서, 하나의 서스펜션; 상기 서스펜션에 연결되어 하중을 지지하는 제1 롤러; 및 상기 제1 롤러를 통해 상기 서스펜션에 하중을 전달하는 복수의 제2 롤러를 포함함으로써 이동플랫폼의 협소한 내부공간에 설치되어 주행 충격 및 진동을 완화할 수 있다.

Description

궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션{Suspension for caterpillar type mobile platform}

본 발명은 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 협소한 공간에서 이동 플랫폼의 주행 충격 및 진동을 완화하는 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션에 관한 것이다.

소형 지상로봇은 그 크기가 갖는 물리적 한계에 따라 설계 시 공간과 중량의 제약이 크다. 제약에 따라 구조와 메커니즘은 최소한으로 갖추고 대부분은 임무장치나 배터리와 같이 핵심 구성품에 할당된다. 이에 따라 서스펜션 메커니즘을 전혀 적용하지 않고 주행 충격을 궤도의 고무탄성에 의지하는 경우가 일반적이다. 서스펜션을 적용하는 경우 지면을 지지하는 아이들 롤러 각각에 독립 서스펜션을 적용하는 방식이 있다. 이 경우 코일 스프링 방식을 적용하며 전차에 이용되는 토션바는 큰 하중에 적합하기 때문에 소형 지상로봇에는 적용되지 않는다.

서스펜션을 미적용하는 경우, 서스펜션의 기본 기능인 충격과 진동 흡수 역할을 할 수 없기 때문에 악조건의 운용 환경에서 로봇의 파손을 유발할 수 있고 잠재적 고장 원인으로 작용한다. 이를 방지하기 위해서는 구조적으로나 전기적으로 강건하게 설계하게 되면 시스템이 비대해지는 악순환을 만들게 된다.

독립식 서스펜션 적용하는 경우, 진동과 충격 흡수 성능이 우수하지만 그 구조가 복잡하여 중량이 증가하게 된다. 서스펜션은 완충을 위해 변위를 만들어야 하는 메커니즘 특성을 갖는데 이 특성에 따라 여러 개의 서스펜션을 갖는 독립식은 공간을 많이 차지하게 된다. 이 때문에 제어장치와 배터리에 할당할 수 있는 공간이 적어져 소형화에 불리해진다. 또한, 유지보수 측면에서, 복잡해진 구조만큼이나 고장 유발 가능성이 커지고 유지보수 측면에서도 반복 작업이 요구되는 등 어려운 점이 많다. 또한, 요구되는 공간으로 인해 적용할 수 있는 서스펜션의 개수에 한계가 있다. 아이들 롤러의 개수는 서스펜션에 종속되므로 서스펜션이 없는 플랫폼 대비 적용 가능한 수가 현저히 적어질 수 밖에 없다. 롤러의 개수가 적어지면 롤러간 거리가 멀어지고 이는 계단과 같은 모서리 노면 주행 시 궤도의 끼임으로 고착 현상을 발생시킬 수 있다.

한국등록특허공보 제10-0780850호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 궤도형 이동 플랫폼의 협소한 내부공간에 설치되어 주행 충격 및 진동을 완화하는 서스펜션을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션은, 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션에 있어서, 하나의 서스펜션; 상기 서스펜션에 연결되어 하중을 지지하는 제1 롤러; 및 상기 제1 롤러를 통해 상기 서스펜션에 하중을 전달하는 복수의 제2 롤러를 포함한다.

또한, 상기 제1 롤러는, 가해지는 하중을 링크구조를 통해 상기 서스펜션에 전달할 수 있다.

또한, 둘 이상의 상기 제2 롤러를 일체로 연결하고, 상기 제2 롤러에 가해지는 하중을 제1 롤러로 전달하는 가이드를 더 포함할 수 있고, 상기 가이드는, 궤도가 이탈하는 것을 방지하도록 상기 궤도와 밀착되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 서스펜션의 동작에 따른 상기 가이드의 위치 변화에 따라 동작하는 리턴스프링 조립부를 더 포함할 수 있고, 상기 리턴스프링 조립부는, 상기 서스펜션의 동작에 따라 상기 가이드가 상승시 스프링이 수축하고, 상기 서스펜션에 가해지는 하중이 줄어들면, 상기 스프링이 팽창하여 상기 가이드의 위치를 복귀시킬 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따르면 야지/험지 주행 시 주행 충격 및 진동에 대한 대응으로 이동 플랫폼 기동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 운용 환경에 대한 조작성 향상 및 조작자의 피로를 감소시키고, 이동 플랫폼 및 탑재장비의 내충격 조건을 완화시키며, 구조물의 피로에 대한 내구성 품질을 향상시키며, 비교적 협소한 공간의 이동 플랫폼에 적용 가능하다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션이 적용된 이동 플랫폼 및 서스펜션을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션의 이동 플랫폼에 적용된 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서스펜션의 측면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션이 적용된 이동 플랫폼 및 서스펜션을 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 서스펜션은 도 2의 궤도형 이동 플랫폼(200)의 궤도상에 적용되는 서스펜션으로, 궤도의 형상(210, 220)에 따라 구현되는 형상(211, 221)이 달라질 수 있다. 이하, 궤도의 형상에 따른 구체적인 실시예를 도 3 및 도 5를 참조하여 나누어 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션 구조(100)의 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션 구조(100)는 서스펜션(110), 제1 롤러(120), 제2 롤러(130)로 구성되며, 링크구조(140), 가이드(150), 및 리턴스프링 조립부(160)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션 구조(100)는 제1 롤러(120) 및 복수의 제2 롤러(130)로 구성된다.

제1 롤러(120)는 궤도의 회전에 따라 같이 회전하는 롤러로, 서스펜션(110)에 연결되어 서스펜션 궤도에 가해지는 하중을 지지하는 역할을 한다. 제1 롤러(120)에 하중이 가해지면, 제1 롤러(120)에 가해지는 하중은 서스펜션(110)으로 전달된다. 제1 롤러(120)는 도 4와 같이, 서스펜션 구조(100)에서 가장 하부에 위치한다. 도 4를 참조하면, 제1 롤러(120)를 기준으로 앞뒤 구조는 위치가 올라가 있는 것을 확인할 수 있다. 제1 롤러(120)는 서스펜션 구조(100)에서 가장 하부에 위치하기 때문에, 일반적인 이동에 있어서, 궤도에 가해지는 하중을 가장 먼저 지지한다. 제1 롤러(120)는 미들롤러라 할 수 있다.

복수의 제2 롤러(130)는 궤도의 회전방향을 따라 배열되고, 제2 롤러(130)에 하중이 가해지는 경우, 제1 롤러(120)를 통해 서스펜션(110)으로 하중을 전달한다.

서스펜션(110)은 제1 롤러(120)와 연결되어 제1 롤러(120)에 가해지는 하중을 완화한다. 제1 롤러(120)에 직접 가해지는 하중 및 제1 롤러를 통해 전달되는 제2 롤러에 가해지는 하중을 서스펜션의 스프링이 완화한다. 서스펜션의 스프링은 토션 바 또는 판 스프링으로 구현될 수 있다.

제1 롤러(120)에 가해지는 하중은 링크구조(140)를 통해 서스펜션(110)으로 전달된다. 제1 롤러(120)는 서스펜션(110)과 직접 연결하지 않고, 링크구조(140)를 통해 연결된다. 링크구조(140)는 제1 롤러(120)에 가해지는 하중을 서스펜션(110)에 전달함과 동시에 제1 롤러(120)의 이동성을 부여하여, 제1 롤러(120)에 하중이 가해져 제1 롤러(120)가 상승하는 경우, 서스펜션(110)이 그 하중으로 받을 수 있도록 스프링을 수축시키는 역할을 한다.

링크구조(140)는 보다 구체적으로, 두 개의 암(arm)으로 형성될 수 있다. 두 개의 암은 제1 롤러(120)와 일단이 연결되고, 하나의 암의 타단(141)은 고정되고, 다른 암의 타단(142)은 서스펜션(110)에 연결된다. 제1 롤러(120)가 하중을 받아 상승하면, 일단이 고정된 암과 일단이 서스펜션(110)에 연결된 암이 회전하면 제1 롤러(120)에 가해진 하중이 서스펜션(110)으로 전달된다.

서스펜션(110)은 일단이 고정되고, 타단은 링크구조(140)의 두 개의 암 중 하나의 암의 일단(142)과 연결되어, 상기 연결된 암이 회전함에 따라 제1 롤러(120)에 가해지는 하중을 받아, 스프링이 수축한다. 즉, 제1 롤러(120)에 가해지는 하중을 스프링이 수축함으로써 완화한다.

제2 롤러(130)는 제1 롤러와 같이, 궤도의 회전에 따라 같이 회전하며, 평상시 제1 롤러(120)에 가해지는 하중을 분산한다. 제2 롤러(130)는 아이들 롤러라 할 수 있다. 가이드(150)를 통해 제2 롤러(130)에 가해지는 하중을 제1 롤러(120)로 전달한다. 가이드(150)는 둘 이상의 상기 제2 롤러를 일체로 연결한다. 가이드(150)는 궤도의 연장방향을 따라 길게 형성되는 구조로, 제1 롤러(120)를 기준으로 일방향 또는 양방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 가이드(150)의 일단은 제1 롤러(120)와 연결된다. 가이드(150)는 링크구조(140)를 통해 제1 롤러(120)와 연결될 수 있다.

가이드(150)에는 복수의 제2 롤러(130)가 고정연결된다. 가이드(150)에 고정연결되는 제2 롤러(130)는 제2 롤러(130)의 크기 및 궤도의 크기에 따라 달라질 수 있다. 가이드(150)와 제2 롤러(130)는 일체로 이동하고, 제1 롤러(120)와 연결되어 있기 때문에, 제1 롤러(120)가 하중을 받아 상승하는 경우, 제1 롤러(120)와 연결된 쪽이 제1 롤러(120)를 따라 이동하고, 제2 롤러(130)에 하중이 가해지는 경우, 그에 따라 전체가 위로 상승하게 되고, 가이드(150)가 위로 상승함에 따라 그 힘을 제1 롤러(120)로 전달할 수 있다.

가이드(150)는 궤도가 이탈하는 것을 방지하도록 도 4와 같이, 상기 궤도와 밀착되도록 형성된다. 가이드(150)는 복수의 제2 롤러(130)를 고정연결하여 일체화하여 제2 롤러(130)에 가해지는 하중을 제1 롤러(120)에 전달하는 역할과 함께 궤도가 이탈하는 것을 방지하는 역할을 함께 수행할 수 있다. 가이드(150)는 제자리 회전이나 횡경사 주행 시 궤도가 받는 횡방향의 힘에 대응하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 궤도 내부상에 길게 홈이 형성되고, 가이드(150)는 상기 궤도에 형성된 홈에 대응되는 형상으로 형성되어,상기 궤도에 형성된 홈에 끼워짐으로써 궤도와 밀착될 수 있다. 가이드(150)가 궤도에 형성된 홈에 끼워져 밀착되어, 궤도에 가해지는 횡방향 힘에 의해 궤도가 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

제1 롤러(120)에 가해지는 하중에 따라 제1 롤러(120)가 상승하거나, 제2 롤러(130)에 가해지는 하중에 따라 제2 롤러(130)가 상승하는 경우, 가이드(150) 또한 상승하여, 평상시의 위치를 벗어나게 되는데, 가이드(150)는 궤도와 밀착되어야 궤도가 이탈하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 제1 롤러(120) 또는 제2 롤러(130)에 가해지는 하중이 없어지면 다시 제자리로 돌아와야 한다. 이를 위하여, 리턴스프링 조립부(160)를 구현할 수 있다.

리턴스프링 조립부(160)는 서스펜션(110)의 동작에 따른 가이드(150)의 위치 변화에 따라 동작한다. 즉, 제1 롤러(120)의 상승 또는 제2 롤러(130)의 상승에 따라 서스펜션(110)이 동작하고, 그에 따라 가이드(150)가 상승하는 경우, 가이드(150)의 위치 변화에 자유도를 주기 위한 구조(162)와 서스펜션(110)의 스프링이 하중에 의해 수축하였다가 하중이 없어진 후 다시 팽창하는 경우, 가이드(150)의 위치도 제자리로 돌아가도록 하기 위하여 스프링(163), 및 가이드에 자유도를 주는 구조 및 스프링을 연결하는 링크(161)로 구성될 수 있다.

리턴스프링 조립부(160)는 서스펜션(110)의 동작에 따라 가이드(150)가 상승시 스프링이 수축하고, 서스펜션(110)에 가해지는 하중이 줄어들면, 스프링이 팽창하여 가이드(150)의 위치를 복귀시킬 수 있다. 가이드(150)가 상승한 이후 원래 위치로 복위하지 않는 경우, 가이드(150)와 궤도 사이에 틈이 생겨 가이드(150)가 궤도의 이탈을 방지할 수 없게 된다. 따라서, 서스펜션(110)의 동작에 따라 가이드(150)의 위치를 원래 위치로 복귀시켜야 한다.

링크(161)는 하나의 암으로 형성되고, 일단이 고정된 조립부에 연결되고, 타단은 관통홀(162)구조를 따라 이동하도록 형성된다. 서스펜션(110)의 동작에 따라 가이드(150)가 상승하면, 링크(161)가 관통홀(162)을 따라 이동하고, 스프링(163)은 수축한다. 이후, 서스펜션(110)에 가해지는 하중이 줄어들면, 스프링(163)이 팽창하여, 관통홀(162)을 따라 이동한 링크(161)도 제자리로 돌아오고, 가이드(150)의 위치도 복귀된다. 가이드(150)의 위치가 복귀되어 궤도와의 밀착을 유지할 수 있다.

가이드(150)는 앞서 설명한 바와 같이, 제1 롤러(120)를 기준으로 앞뒤로 형성될 수 있다. 가이드(150)는 판 형태로 형성될 수 있고, 복수의 제2 롤러(130)가 양 옆 2열로 형성될 수 있다. 제1 롤러(120)를 기준으로 앞쪽으로 형성되는 가이드(150)와 뒤쪽으로 형성되는 가이드(150)에 연결되는 제2 롤러(130)의 수는 다를 수 있고, 이를 이동 플래폼의 구조상 궤도의 무게중심에 따라 달라질 수 있다.

도 3은 도 2의 궤도형 이동 플랫폼의 앞 궤도에 적용되는 실시예이고, 도 5는 도 2의 궤도형 이동 플랫폼의 뒷 궤도에 적용되는 실시예이다.

도 5의 서스펜션 구조(500)는 서스펜션(510), 제1 롤러(520), 제2 롤러(530), 링크구조(540), 가이드(550), 및 리턴스프링 조립부(560)로 구성될 수 있다.

도 3의 서스펜션 구조(100)와 달리 제1 롤러(520)가 제일 뒤에 형성되고, 제1 롤러(520)의 앞 쪽으로 하나 가이드(550)가 형성된다. 제1 롤러(520)는 궤도를 회전시키는 역할을 하기 때문에, 궤도의 형상에 따라 도 3의 서스펜션 구조(100)에서의 제1 롤러(120)보다 크게 형성된다. 궤도의 구조에 따라 서스펜션(510)도 수직인 아닌 수평으로 형성된다. 링크구조(540)도 두 개의 암은 일단이 고정되고, 하나의 암은 타단이 제1 롤러(520)에 연결되고, 다른 하나의 암은 타단이 서스펜션(510)에 연결되어 제1 롤러(520)에 가해지는 하중을 서스펜션(510)으로 전달한다. 링크구조(540)의 차이에 따라 제1 롤러(520)에 하중이 가해져 상승하면 서스펜션과 연결된 암의 일단(542)은 링크구조에 따른 회전으로 밑으로 내려가게 되어 서스펜션(510)의 스프링이 수축한다.

도 5의 서스펜션 구조(500)의 가이드(550)는 두 개가 아닌 하나로 형성되는 것이 다르고, 다른 구성들을 도 3의 서스펜션 구조의 가이드(150)와 구성 및 동작이 동일하다.

평지에서의 주행 시 지면과 닿는 제1 롤러를 통해 하중 및 충격이 서스펜션으로 전달된다. 낮은 장애물이나 야지와 험지와 같은 불규칙한 지면은 제2 롤러가 먼저 접촉하게 되고 결합된 가이드 및 링크구조를 통해 서스펜션으로 하중 및 충격이 전달된다. 서스펜션의 작동에 따라 가이드와 제2 롤러는 연동되어 움직이게 된다. 이때 가이드의 길이 변화에 대한 자유도를 충족시키기 위해 위치 리턴스프링 조립부의 링크 구조물이 존재한다. 가이드가 자유도를 갖더라도 궤도의 이탈방지 보장을 위해서 위치 리턴스프링 조립부가 궤도와의 밀착 역할을 수행한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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.

110: 서스펜션
120: 제1 롤러
130: 제2 롤러
140: 링크 구조
150: 가이드
160: 리턴스프링 조립체

Claims (6)

1. 궤도형 이동 플랫폼에 적용되는 서스펜션에 있어서,
   하나의 서스펜션;
   상기 서스펜션에 연결되어 하중을 지지하는 제1 롤러; 및
   상기 제1 롤러를 통해 상기 서스펜션에 하중을 전달하는 복수의 제2 롤러를 포함하는 서스펜션.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 롤러는,
   가해지는 하중을 링크구조를 통해 상기 서스펜션에 전달하는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
3. 제1항에 있어서,
   둘 이상의 상기 제2 롤러를 일체로 연결하고, 상기 제2 롤러에 가해지는 하중을 제1 롤러로 전달하는 가이드를 더 포함하는 서스펜션.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드는,
   궤도가 이탈하는 것을 방지하도록 상기 궤도와 밀착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
5. 제3항에 있어서,
   상기 서스펜션의 동작에 따른 상기 가이드의 위치 변화에 따라 동작하는 리턴스프링 조립부를 더 포함하는 서스펜션.
6. 제5항에 있어서,
   상기 리턴스프링 조립부는,
   상기 서스펜션의 동작에 따라 상기 가이드가 상승시 스프링이 수축하고, 상기 서스펜션에 가해지는 하중이 줄어들면, 상기 스프링이 팽창하여 상기 가이드의 위치를 복귀시키는 것을 특징으로 하는 서스펜션.

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