KR20230112286A - A mode-changing robot to overcome various terrain and move - Google Patents

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KR20230112286A
KR20230112286A KR1020220008360A KR20220008360A KR20230112286A KR 20230112286 A KR20230112286 A KR 20230112286A KR 1020220008360 A KR1020220008360 A KR 1020220008360A KR 20220008360 A KR20220008360 A KR 20220008360A KR 20230112286 A KR20230112286 A KR 20230112286A
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주백석
문선우
김현우
최현지
이재백
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금오공과대학교 산학협력단
문선우
김현우
최현지
이재백
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Abstract

The present invention relates to a variable robot capable of moving by overcoming various terrain features and comprises: a frame open at the top so that various members can be mounted; four driving units formed on both front and rear sides of the frame to move the frame between a driving mode and walking mode using wheels and links; a sensing unit formed on the frame and configured to recognize obstacles or terrain features in front and control the operation of the driving unit; and a control unit formed in the frame and operating the driving unit according to information detected by the sensor unit or a control signal transmitted through wireless communication with an external terminal.

Description

다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇{A mode-changing robot to overcome various terrain and move}A mode-changing robot to overcome various terrain and move}

본 발명은 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바퀴로 이동이 가능하고 장애물이 감지되면 사족보행을 통해 장애물을 넘을 수 있도록 형성되는 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a transformable robot that can move by overcoming various terrain features, and more particularly, to a transformable robot that can move by overcoming various terrain features formed to be able to move on wheels and overcome obstacles through quadrupedal walking when an obstacle is detected.

현재 우리 주변에는 다양한 로봇들이 존재한다. 가장 기본적인 둥근 바퀴를 가진 로봇, 2개, 4개 또는 그 이상의 다리를 가진 족형 로봇 등이 있으며, 이러한 족형 로봇들이 극복할 수 있는 지형은 한정적이며 계단과 같은 험한 지형을 극복하기 위해서는 많은 모션이 필요하며, 제어가 복잡해짐에 따라 시스템이 불안정해질 수 있는 가능성이 존재한다.Currently, there are various robots around us. There are robots with the most basic round wheels, robots with two, four or more legs, and the terrain that these robots can overcome is limited, and many motions are required to overcome rough terrain such as stairs. As control becomes more complex, there is a possibility that the system may become unstable.

특히, 소형 로봇은 무너진 건물더미와 같이 인간이 진입하기에는 어려운 작은 틈새를 통과할 수 있는 장점을 가지고 있어 많은 수의 소형 로봇들은 이러한 곳에서 구조나, 탐사, 정찰 등의 임무를 효과적으로 수행할 수 있다.In particular, small robots have the advantage of being able to pass through small gaps that are difficult for humans to enter, such as collapsed piles of buildings, and many small robots can effectively perform missions such as rescue, exploration, and reconnaissance in such places.

하지만, 로봇의 크기가 작아질수록 주변환경의 상대적인 평탄도가 낮아지고, 거칠기가 증가하는 "사이즈 그레인 가설(Size Grain Hypothesis)" 문제가 발생한다.However, as the size of the robot decreases, the relative flatness of the surrounding environment decreases and the roughness increases, causing a problem called “size grain hypothesis”.

일반적으로, 원형바퀴를 사용하는 소형 로봇은 평지에서는 바퀴와 지면 간의 안정적인 접지를 유지하며 높은 주행 성능을 보이지만, 바퀴의 반지름보다 높은 장애물을 넘을 수 없는 근본적인 문제를 가지고 있다. In general, small robots using circular wheels maintain a stable contact between the wheels and the ground on flat ground and show high driving performance, but have a fundamental problem in that they cannot overcome obstacles higher than the radius of the wheels.

원형바퀴의 대안으로 제시된 족형 바퀴(legged wheel)는 추가적인 구조 없이 바퀴의 형상만으로 같은 직경의 원형 바퀴가 넘을 수 있는 장애물보다 높은 장애물을 넘을 수 있다. A legged wheel, proposed as an alternative to a circular wheel, can overcome an obstacle higher than that of a circular wheel of the same diameter with only the shape of the wheel without any additional structure.

그러나 모든 종류의 족형 로봇은 바퀴 중심으로부터 바퀴의 둘레까지의 거리가 일정하지 않아 평지 주행 시 로봇의 무게중심이 지면과 수직한 방향으로 계속 변하는 현상이 발생한다.However, since the distance from the center of the wheel to the circumference of the wheel is not constant in all types of foot robots, the center of gravity of the robot continues to change in a direction perpendicular to the ground when driving on a flat surface.

따라서 일정속도 이상으로 가속시킬 경우, 지면과의 안정적인 접지가 불가능하여 원형바퀴와 비교하여 평지 주행성능이 떨어지게 된다.Therefore, when accelerating beyond a certain speed, stable contact with the ground is impossible, resulting in poor level driving performance compared to circular wheels.

한편, 변형 바퀴는 원형바퀴의 평지 주행능력과 족형 바퀴의 장애물 극복 능력을 모두 이용한 바퀴이다. On the other hand, the deformable wheel is a wheel that uses both the ability to drive on a flat surface of a circular wheel and the ability to overcome obstacles of a foot type wheel.

즉, 평지 주행 시에는 변형 바퀴가 원 형상을 유지하며 안정적으로 지면과 접지하여 주행 성능을 높이고, 장애물을 만나게 되면 족형 바퀴로 변형하여 원 형상의 반지름보다 높은 장애물을 넘어갈 수 있게 된다. That is, when driving on flat ground, the deformable wheel maintains a circular shape and stably contacts the ground to improve driving performance, and when it encounters an obstacle, it is transformed into a foot-type wheel to overcome an obstacle higher than the radius of the circular shape.

변형 바퀴를 이용한 로봇은 마이크로 서보 모터를 이용하여 바퀴의 형상을 바꾸는 변형바퀴를 사용하고 있어 로봇의 설계, 제어방법이 매우 복잡하다는 문제점이 있었다.A robot using a deformable wheel has a problem in that the design and control method of the robot are very complicated because the deformable wheel is used to change the shape of the wheel using a micro servo motor.

또한 바퀴를 변형하는 것만으로는 로봇보다 높은 장애물을 극복하기 어렵다는 문제점이 있었으며, 경사로가 형성되거나 울퉁불퉁한 길을 따라 주행할 때 로봇이 흔들리면서 충격이 발생되는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that it is difficult to overcome obstacles higher than the robot only by transforming the wheels, and there is a problem that shock is generated when the robot shakes when a ramp is formed or travels along a bumpy road.

특히 사족보행 로봇의 경우 장애물 극복에는 용이하나 바퀴 주행로봇에 비해 주행속도가 저속으로 이루어지기 때문에 상대적으로 느리다는 문제점이 있었다.In particular, in the case of a quadrupedal robot, it is easy to overcome obstacles, but there is a problem that it is relatively slow because the running speed is made at a low speed compared to a wheeled robot.

한국특허 공개번호 제10-2020-0057429호Korean Patent Publication No. 10-2020-0057429

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 군사훈련, 재해현장, 산업현장 등에서 고속주행을 통해 신속한 이동이 가능하고 장애물 극복이 가능한 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇을 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a deformable robot capable of moving quickly through high-speed driving and overcoming various terrain features capable of overcoming obstacles in military training, disaster sites, industrial sites, etc.

또한 본 발명의 다른 목적은 지형지물에 관계없이 수평상태로 유지하여 이동할 수 있어 각종 물품을 운반할 수 있고 안정적인 자세로 시야 및 데이터를 확보하여 사고를 방지할 수 있는 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a deformable robot that can move by moving in a horizontal state regardless of terrain features, can transport various items, and can prevent accidents by securing sight and data in a stable posture.

또한 본 발명의 다른 목적은 외부 단말기를 이용하여 작동상태 및 수동제어가 가능하고, 이동 방향에 장애물이 감지되면 자동으로 장애물을 극복하도록 제어될 수 있는 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features, which can be operated and manually controlled using an external terminal, and which can be automatically controlled to overcome an obstacle when an obstacle is detected in a moving direction.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇은 상부가 개구되어 있어 각종 부재가 장착될 수 있도록 형성되는 프레임과, 상기 프레임의 양측 전면과 후면에 각각 형성되어 바퀴 및 링크를 이용하여 주행모드와 보행모드로 상기 프레임을 이동시킬 수 있도록 형성되는 4개의 구동부와, 상기 프레임에 형성되며 전방에 존재하는 장애물 또는 지형지물을 인식하여 상기 구동부의 동작을 제어하도록 형성되는 감지부와, 상기 프레임에 형성되며 상기 감지부에 의해 감지된 정보 또는 외부 단말기와 무선 통신하여 전송된 제어신호에 따라 상기 구동부를 동작시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the transformable robot capable of moving over various terrain features of the present invention has a frame having an open top so that various members can be mounted thereto, four drive units formed on both front and rear surfaces of the frame to move the frame in a driving mode and a walking mode using wheels and links, a sensing unit formed on the frame and configured to recognize an obstacle or a feature in front and controlling the operation of the driving unit, and information formed on the frame and sensed by the sensing unit. or a control unit for operating the driving unit according to a control signal transmitted through wireless communication with an external terminal.

또한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 상기 구동부는 일단은 상기 프레임의 측면에 축 결합되어 상기 프레임 내부에 형성된 제1회동모터에 의해 회동될 수 있도록 형성되는 제1회동링크와, 일측은 상기 제1회동링크의 타단에 내측에 축 결합되어 회동될 수 있도록 형성되는 제2회동링크와, 상기 제1회동링크의 타단 내부에 형성되며 상기 제2회동링크를 회동시킬 수 있도록 형성되는 제2회동모터와, 상기 제2회동링크의 타측 내부에 형성되며 양측에는 각각 바퀴가 결합되어 바퀴를 회전시킬 수 있도록 형성되는 구동모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the drive unit of the variable robot capable of moving over various terrain features of the present invention includes a first rotational link having one end shaft coupled to a side surface of the frame and formed to be rotated by a first rotational motor formed inside the frame, a second rotational link formed so as to rotate by being shaft-coupled to the inside of the other end of the first rotational link, and a second rotational motor formed inside the other end of the first rotational link and formed to rotate the second rotational link. And, it is formed on the inside of the other side of the second pivoting link, characterized in that consisting of a driving motor formed to rotate the wheel by coupling the wheels on both sides.

또한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 상기 프레임의 상부 양측에서 외면으로 각각 돌출되어 상기 제1회동링크가 상기 제1회동모터에 의해 회동되는 각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a stopper protruding outward from both sides of the upper portion of the frame of the deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features of the present invention to limit an angle at which the first rotational link is rotated by the first rotational motor It is characterized by further comprising a stopper.

또한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇은 상기 주행모드에서는 상기 제1회동링크와 상기 제2회동링크가 서로 포개어 지거나 회동에 의해 서로 이격되어 상기 프레임의 높낮이를 조절할 수 있도록 형성되며, 상기 보행모드에서는 상기 제1회동링크와 상기 제2회동링크의 회동에 의해 4개의 상기 구동부가 각각 순차적으로 상기 장애물의 상부로 이동되어 상기 장애물을 넘어갈 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in the deformable robot capable of moving over various terrain features of the present invention, in the driving mode, the first pivoting link and the second pivoting link are overlapped with each other or separated from each other by pivoting to adjust the height of the frame. In the walking mode, the four driving units are sequentially moved to the top of the obstacle by the rotation of the first pivoting link and the second pivoting link, so that the four driving units can move over the obstacle in sequence.

또한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 상기 제어부는 상기 보행모드를 통해 상기 장애물을 넘어가기 위해 전면에 형성된 어느 하나의 구동부가 장애물 위로 회동되면 무게중심 이동량에 따라 해당 구동부의 후면에 형성된 구동부를 전면방향으로 이동시켜 균형을 유지시켜 쓰러지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the deformable robot capable of moving over various terrain features according to the present invention is characterized in that when one of the drive units formed on the front side is rotated over the obstacle to overcome the obstacle through the walking mode, the drive unit formed on the rear side of the corresponding drive unit is moved in the front direction according to the movement amount of the center of gravity to maintain balance and prevent falling.

또한 본 발명의 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 상기 감지부는 상기 프레임의 전면에 형성된 장애물이나 지형지물을 촬영할 수 있도록 형성되는 카메라와, 상기 프레임의 전면 및 하부면에 형성되어 상기 장애물과의 거리 및 장애물의 높이를 측정하여 상기 구동부가 상기 장애물을 극복하기 위한 데이터를 제공하는 레이저센서와, 상기 프레임의 내부에 형성되어 상기 프레임이 이동되면서 발생되는 기울기 또는 각도 변화를 측정하여 상기 구동부를 통해 상기 프레임이 수평상태로 유지되도록 데이터를 제공하는 IMU센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensing unit of the variable type robot capable of overcoming and moving over various terrain features of the present invention includes a camera formed to photograph an obstacle or a feature formed on the front of the frame, a laser sensor formed on the front and bottom surfaces of the frame to measure the distance to the obstacle and the height of the obstacle, and providing data for the drive unit to overcome the obstacle, and an IMU sensor formed inside the frame to measure an inclination or angle change generated while the frame is moved and providing data through the drive unit to maintain the frame in a horizontal state. It is characterized in that it includes.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 의하면, 군사훈련, 재해현장, 산업현장 등에서 고속주행을 통해 신속한 이동이 가능하고 장애물 극복이 가능한 효과가 있다.As described above, according to the deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention, it is possible to move quickly through high-speed driving and overcome obstacles in military training, disaster sites, industrial sites, and the like.

또한 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 의하면, 지형지물에 관계없이 수평상태로 유지하여 이동할 수 있어 각종 물품을 운반할 수 있고 안정적인 자세로 시야 및 데이터를 확보하여 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the transformable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention, it can move while maintaining a horizontal state regardless of the terrain features, so it can transport various items and secure sight and data in a stable posture. There is an effect of preventing accidents.

또한 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 의하면, 외부 단말기를 이용하여 작동상태 및 수동제어가 가능하고, 이동 방향에 장애물이 감지되면 자동으로 장애물을 극복하도록 제어될 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the variable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention, an operating state and manual control are possible using an external terminal, and when an obstacle is detected in the moving direction, it can be automatically controlled to overcome the obstacle.

도 1은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 주행모드를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 보행모드를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부 구조를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부가 장애물에 따라 변형되는 모습을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부가 장애물을 극복하는 모습을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇을 외부 단말기로 제어하는 모습을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇이 경사면을 따라 수평상태로 유지하는 모습을 나타낸 예시도.
1 is a perspective view illustrating a driving mode of a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention;
2 is a perspective view illustrating a walking mode of a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention;
3 is a perspective view showing the structure of a drive unit of a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features according to the present invention;
4 is a side view illustrating a state in which a driving unit of a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features is deformed according to an obstacle according to the present invention;
5 is an exemplary view showing a state in which a driving unit of a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features overcomes obstacles according to the present invention;
6 is an exemplary diagram showing a state in which a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features is controlled by an external terminal according to the present invention.
7 is an exemplary view showing a state in which a deformable robot capable of moving by overcoming various terrain features is maintained in a horizontal state along an inclined surface according to the present invention;

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Prior to this, if it is determined that the detailed description of functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바퀴로 이동이 가능하고 장애물이 감지되면 사족보행을 통해 장애물을 넘을 수 있도록 형성되는 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a transformable robot that can move by overcoming various terrain features, and more particularly, to a transformable robot that can move by overcoming various terrain features formed to be able to move on wheels and overcome obstacles through quadrupedal walking when an obstacle is detected.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 주행모드를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 보행모드를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부 구조를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a driving mode of a deformable robot capable of moving by overcoming various geographical features according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a walking mode of a deformable robot capable of moving by overcoming various geographical features according to the present invention, and FIG.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇은 상부가 개구되어 있어 각종 부재가 장착될 수 있도록 형성되는 프레임(100)과, 프레임(100)의 양측 전면과 후면에 각각 형성되어 바퀴(260) 및 링크를 이용하여 주행모드와 보행모드로 프레임(100)을 이동시킬 수 있도록 형성되는 4개의 구동부(200)와, 프레임(100)에 형성되며 전방에 존재하는 장애물 또는 지형지물을 인식하여 구동부(200)의 동작을 제어하도록 형성되는 감지부(300)와, 프레임(100)에 형성되며 감지부(300)에 의해 감지된 정보 또는 외부 단말기(500)와 무선 통신하여 전송된 제어신호에 따라 구동부(200)를 동작시키는 제어부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 1 to 3 , the variable type robot capable of moving over various terrain features according to the present invention has a frame 100 having an open top so that various members can be mounted thereto, four drive units 200 formed on the front and rear surfaces of both sides of the frame 100 to move the frame 100 in driving mode and walking mode using wheels 260 and links, and formed on the frame 100 to the front. It is characterized in that it includes a sensing unit 300 formed to recognize an existing obstacle or feature and to control the operation of the driving unit 200, and a control unit 400 formed on the frame 100 and operating the driving unit 200 according to information sensed by the sensing unit 300 or a control signal transmitted through wireless communication with the external terminal 500.

프레임(100)은 직사각형 형태로 이루어져 있으며 상부가 개구되어 있어 내부에 각종 부재를 장착하거나 보관할 수 있도록 형성되어 있고, 개구된 상부에는 각 부재의 동작을 제어하고 전원을 공급하기 위한 제어부(400)가 마련되어 있다.The frame 100 has a rectangular shape and has an open top so that various members can be mounted or stored therein, and a control unit 400 for controlling the operation of each member and supplying power is provided at the open top.

프레임(100)은 로봇의 몸통에 해당되는 부위로 프레임(100)의 개구된 상부는 개폐식으로 형성되어 내부에 이물질이 유입되거나 외부 충격에 의해 프레임(100) 내부가 파손되지 않도록 방지하는 것이 바람직하다.The frame 100 is a part corresponding to the body of the robot, and the open top of the frame 100 is formed in a retractable manner to prevent foreign substances from entering the inside or the inside of the frame 100 from being damaged by external impact. It is preferable to prevent.

또한 프레임(100)의 상부가 개폐되도록 형성되어 있는 경우 프레임(100)의 상부에는 물품을 적재하여 운반할 수 있는 적재공간이 마련될 수 있으며, 적재공간을 통해 각종 임무를 수행할 때 필요한 자재를 운반하거나 재해현장에서 피난민에게 필요한 식음료를 운반할 수 있게 된다.In addition, when the upper part of the frame 100 is formed to be opened and closed, a loading space for loading and transporting goods may be provided on the upper part of the frame 100, and through the loading space, materials necessary for performing various missions may be transported or food and beverages necessary for refugees at a disaster site may be transported.

구동부(200)는 프레임(100)의 양측 전면과 후면에 4개가 각각 독립적으로 형성되어 있으며, 구동부(200)에 형성된 바퀴(260)의 회전에 의해 프레임(100)이 이동되거나 방향을 전환할 수 있게 된다.Four drive units 200 are independently formed on both front and rear sides of the frame 100, and the frame 100 is moved or changed by rotation of wheels 260 formed on the drive unit 200. It is possible to change.

이때 구동부(200)는 주행모드와 보행모드로 변환될 수 있도록 형성되어 있는데 주행모드는 바퀴(260)의 회전에 의해 고속으로 이동하는 상태를 의미하며, 보행모드는 장애물이 존재하거나 계단과 같은 다단형태의 지형지물을 4족보행으로 이동하는 것을 의미한다.At this time, the drive unit 200 is formed to be able to be converted into a driving mode and a walking mode. The driving mode means a state of moving at high speed by the rotation of the wheel 260, and the walking mode is an obstacle or stairs.

감지부(300)는 프레임(100)이 이동하는 방향에 존재하는 장애물이나 지형지물의 크기, 형태, 종류를 판단하며, 판단된 정보를 기반으로 구동부(200)의 모드를 변경하거나 4개의 구동부(200)를 개별적으로 제어하기 위한 데이터로 활용하기 위해 사용된다.The sensing unit 300 determines the size, shape, and type of an obstacle or feature in the direction in which the frame 100 moves, and changes the mode of the driving unit 200 based on the determined information. It is used to utilize data for individually controlling the four driving units 200.

제어부(400)는 감지부(300)를 통해 측정된 데이터를 이용하여 4개의 구동부(200)에 대한 동작을 결정하고, 장애물이나 지형지물에 따라 프레임(100)이 이동할 수 있는 상태나 자세를 제어하기 위해 사용된다.The control unit 400 determines the operation of the four driving units 200 using the data measured by the sensing unit 300, and controls the state or posture in which the frame 100 can move according to obstacles or landmarks. Used to control.

이때 제어부(400)는 내부에 통신모듈(410)이 형성되어 있어 블루투스, 와이파이 및 4G, 5G의 통신망을 이용하여 외부 단말기(500)와 통신할 수 있도록 형성되며, 감지부(300)에서 측정된 정보나 프레임(100)의 현재위치를 실시간으로 외부 단말기(500)로 전송할 수 있게 된다.At this time, the control unit 400 has a communication module 410 formed therein so that it can communicate with the external terminal 500 using Bluetooth, Wi-Fi, and 4G and 5G communication networks, and the information measured by the sensing unit 300 or the current position of the frame 100 can be transmitted to the external terminal 500 in real time.

또한 외부 단말기(500)에서 전송되는 제어신호를 기반으로 프레임(100)의 이동방향이나 자세가 변경되도록 구동부(200)를 제어할 수도 있게 된다.In addition, the driving unit 200 can be controlled so that the moving direction or posture of the frame 100 is changed based on a control signal transmitted from the external terminal 500 .

또한 구동부(200)는 일단은 프레임(100)의 측면에 축 결합되어 프레임(100) 내부에 형성된 제1회동모터(230)에 의해 회동될 수 있도록 형성되는 제1회동링크(210)와, 일측은 제1회동링크(210)의 타단에 내측에 축 결합되어 회동될 수 있도록 형성되는 제2회동링크(220)와, 제1회동링크(210)의 타단 내부에 형성되며 제2회동링크(220)를 회동시킬 수 있도록 형성되는 제2회동모터(240)와, 제2회동링크(220)의 타측 내부에 형성되며 양측에는 각각 바퀴(260)가 결합되어 바퀴(260)를 회전시킬 수 있도록 형성되는 구동모터(250)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the drive unit 200 has one end shaft coupled to the side of the frame 100 and a first rotational link 210 formed to be rotated by a first rotational motor 230 formed inside the frame 100, and one side is shaft-coupled to the other end of the first rotational link 210 to the inside to be rotated. It is formed inside the second rotational link 220 and the other end of the first rotational link 210, The second rotational motor 240 formed to rotate the second rotational link 220, and formed inside the other side of the second rotational link 220, and wheels 260 are coupled to each side to rotate the wheel 260. Characterized in that it consists of a drive motor 250 formed to rotate.

구동부(200)는 회동되는 각도에 따라 자세나 모양이 변형되도록 형성되어 있어 프레임(100)의 높낮이를 조절하거나 사족보행에 의해 장애물을 넘을 수 있도록 형성된다.The driving unit 200 is formed to change its posture or shape depending on the rotational angle, so that it can adjust the height of the frame 100 or cross obstacles by walking on four legs.

제1회동링크(210)는 프레임(100)의 측면에 형성되어 있으며, 일단은 프레임(100) 내부에 형성된 제1회동모터(230)와 축 결합되어 제1회동모터(230)의 회전력에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 회동될 수 있도록 형성되어 있다.The first rotational link 210 is formed on the side surface of the frame 100, and one end is shaft-coupled with the first rotational motor 230 formed inside the frame 100 according to the rotational force of the first rotational motor 230. It is formed to be rotated clockwise or counterclockwise.

제2회동링크(220)는 일측이 제1회동링크(210)의 타단에 형성된 제2회동모터(240)에 의해 축 결합되어 제1회동모터(230)에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전될 수 있도록 형성되어 있다.The second rotational link 220 has one side axially coupled by the second rotational motor 240 formed at the other end of the first rotational link 210 and rotated in a clockwise or counterclockwise direction by the first rotational motor 230. It is formed to be.

즉, 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)는 축 결합에 의해 서로 다른 방향으로 회동될 수 있도록 형성되며, 제1회동모터(230)와 제2회동모터(240)에 의해 각도가 조절되면서 사족보행이 가능해진다.That is, the first rotational link 210 and the second rotational link 220 are formed so as to be rotated in different directions by shaft coupling, and the angle is adjusted by the first rotational motor 230 and the second rotational motor 240, enabling quadrupedal walking.

또한 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)는 두 개의 판이 서로 이격되고 그 사이를 연결하는 지지대가 마련되어 있는 형상으로 이루어져 있으며, 제1회동링크(210)에 형성된 지지대에는 제2회동모터(240)가 결합되고, 제2회동링크(220)에 형성된 지지대에는 구동모터(250)가 결합된다.In addition, the first rotational link 210 and the second rotational link 220 are formed in a shape in which two plates are spaced apart from each other and a support connecting therebetween is provided, and the support formed on the first rotational link 210 has a second The rotation motor 240 is coupled, and the drive motor 250 is coupled to the support formed on the second rotation link 220 .

즉, 제2회동모터(240)는 제1회동링크(210)의 두 판 사이에 위치되어 외부로 노출되지 않도록 방지되며, 구동모터(250)는 제2회동링크(220)의 두 판 사이에 위치되어 외부로 노출되지 않게 된다.That is, the second rotational motor 240 is located between the two plates of the first rotational link 210 and is prevented from being exposed to the outside, and the driving motor 250 is located between the two plates of the second rotational link 220 and is not exposed to the outside.

또한 제1회동링크(210)에 형성된 두 판의 폭은 제2회동링크(220)에 형성된 두 판의 폭보다 넓게 형성되어 있으며, 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 서로 포개어지는 방향으로 회동되면 제2회동링크(220)가 제1회동링크(210) 내부로 삽입될 수 있게 된다.In addition, the width of the two plates formed on the first pivoting link 210 is wider than the width of the two plates formed on the second pivoting link 220, and the first pivoting link 210 and the second pivoting link 220 are mutually overlapping. When rotated in the direction, the second pivoting link 220 can be inserted into the first pivoting link 210.

이를 통해 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 서로 포개어진 상태로 형성되면 프레임(100)의 높낮이가 지면으로부터 가깝게 위치되므로 주행모드에서 고속주행을 할 때도 안정된 자세로 이동될 수 있게 된다.Through this, when the first pivoting link 210 and the second pivoting link 220 are formed in a state of being overlapped with each other, the height of the frame 100 is positioned close to the ground, so that even when driving at high speed in the driving mode, it can be moved in a stable posture.

또한 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)는 직선 형태의 링크가 아닌 양 끝이 동일한 방향으로 절곡된 형태를 가지고 있으며, 이를 통해 프레임(100)이 장애물이나 지형지물을 극복하기 위한 자세가 다양하게 구현될 수 있게 된다.In addition, the first rotational link 210 and the second rotational link 220 have both ends bent in the same direction rather than a straight link, and through this, the frame 100 overcomes an obstacle or a feature. Various postures can be implemented.

도 3-A와 같이 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)는 서로 이격되도록 회동되면 절곡된 방향이 서로 다른 방향으로 위치되게 되며, 이를 통해 지형지물이나 장애물을 극복할 때 바퀴(260)의 위치를 다양하게 변형할 수 있게 된다.As shown in FIG. 3-A, when the first rotational link 210 and the second rotational link 220 are rotated to be spaced apart from each other, the bent directions are positioned in different directions, and through this, when overcoming a feature or obstacle, the position of the wheel 260 can be varied in various ways.

또한 도 3-B와 같이 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 서로 겹쳐지는 방향으로 회동되면 절곡된 방향이 동일하게 형성되므로 포개어질 때 제2회동링크(220)가 제1회동링크(210) 내부로 일부가 삽입되면서 안정된 형태로 유지될 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 3-B, when the first pivoting link 210 and the second pivoting link 220 are rotated in the overlapping direction, the bent directions are formed in the same way, so that the second pivoting link 220 is partially inserted into the first pivoting link 210 and maintained in a stable form.

구동모터(250)는 제2회동링크(220)에 형성된 지지대에 결합되어 고정되게 되며, 양측에는 제2회동링크(220)의 외면에 위치되는 바퀴(260)가 형성되어 있어 바퀴(260)를 회전시킬 수 있게 된다.The driving motor 250 is coupled to and fixed to the support formed on the second pivoting link 220, and wheels 260 positioned on the outer surface of the second pivoting link 220 are formed on both sides. The wheels 260 can be rotated.

이때 구동모터(250)는 내부에 차동기어가 형성되어 있어 양측에 형성된 바퀴(260)의 회전속도가 지면과 접촉되면서 발생되는 저항에 따라 서로 다른 회전속도로 회전되도록 구성될 수 있다.At this time, the drive motor 250 may be configured such that a differential gear is formed therein so that the rotational speed of the wheels 260 formed on both sides rotate at different rotational speeds according to resistance generated while contacting the ground.

이를 통해 프레임(100)의 양측 전면, 양측 후면에 형성된 4개의 구동부(200)는 프레임(100)이 좌회전 우회전과 같이 방향을 전환할 때 구동부(200)의 위치에 따라 각각의 구동부(200)에 형성된 바퀴(260)의 회전속도가 가변되면서 설정된 방향을 따라 프레임(100)이 주행될 수 있게 되고, 지면과의 마찰에 의한 바퀴(260) 손상도 최소화할 수 있게 된다.Through this, the four driving units 200 formed on both front and rear sides of the frame 100 are each driving unit 200 according to the position of the driving unit 200 according to the position of the driving unit 200 when the frame 100 changes direction, the frame 100 can be driven along the set direction while the rotational speed of the wheels 260 formed on 200 is varied, and damage to the wheel 260 due to friction with the ground can be minimized.

또한 구동모터(250)는 보행모드로 이동될 때 바퀴(260)가 회전되지 않도록 방지하는 브레이크 기능이 구비되어 있을 수 있으며, 이를 통해 장애물의 상부로 올라가거나 계단과 같은 지형지물을 극복할 때 바퀴(260)가 회전되지 않아 사족보행으로 이동할 수 잇게 된다.In addition, the driving motor 250 may have a brake function that prevents the wheels 260 from rotating when moving in walking mode, and through this, when climbing to the top of an obstacle or overcoming a terrain feature such as stairs, the wheels 260 are not rotated, so it is possible to move in a quadrupedal walking mode.

물론 보행모드 중에 평지 구간이 존재하는 경우 구동모터(250)는 바퀴(260)를 회전시켜 바퀴(260)로 이동할 수 있도록 제어될 수도 있다.Of course, when a flat section exists in the walking mode, the driving motor 250 may be controlled to rotate the wheel 260 so that the vehicle can move on the wheel 260 .

또한 프레임(100)의 상부 양측에서 외면으로 각각 돌출되어 제1회동링크(210)가 제1회동모터(230)에 의해 회동되는 각도를 제한하는 스토퍼(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized by further comprising a stopper 110 protruding outward from both sides of the upper portion of the frame 100 to limit an angle at which the first rotational link 210 is rotated by the first rotational motor 230.

스토퍼(110)는 프레임(100)의 양측 상부에서 외면으로 돌출되는 사각형 형태의 판상형 구조로 이루어져 있으며, 프레임(100)의 양측 전면과 양측 후면에 각각 형성된 4개의 구동부(200)가 회동되는 각도를 한정하기 위해 사용된다.The stopper 110 is composed of a rectangular plate-like structure protruding outward from the upper portions of both sides of the frame 100, and the four driving units 200 respectively formed on both front and rear surfaces of the frame 100 are rotated. It is used to limit the angle.

보다 정확하게는 스토퍼(110)는 각각의 구동부(200) 상부에 형성되어 상부에서 낙하되는 이물질이나 눈, 비를 차단할 수 있도록 형성되며, 제1회동모터(230)에 의해 제1회동링크(210)가 회전되는 각도를 차단하게 된다.More precisely, the stopper 110 is formed on the top of each drive unit 200 to block foreign substances, snow, and rain falling from the top, and the first rotational link 210 is rotated by the first rotation motor 230. It blocks the angle.

이를 통해 제1회동링크(210)의 움직임이 제한되므로 구동 오류나 오작동으로 인해 제1회동링크(210)나 제2회동링크(220)의 불필요한 움직임이 발생하는 것을 방지하고 안전사고를 예방할 수 있게 된다.Through this, since the movement of the first pivoting link 210 is restricted, unnecessary movement of the first pivoting link 210 or the second pivoting link 220 due to a driving error or malfunction is prevented from occurring and safety accidents can be prevented.

즉, 스토퍼(110)를 이용하여 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 움직일 때 동작되는 범위가 한정되어 설계된 범위 내에서만 동작되도록 할 수 있으므로 보행모드에서 안정적으로 동작될 수 있게 된다.That is, when the first pivoting link 210 and the second pivoting link 220 move using the stopper 110, the operating range is limited so that they can be operated only within the designed range, so that they can be stably operated in the walking mode.

또한 감지부(300)는 프레임(100)의 전면에 형성된 장애물이나 지형지물을 촬영할 수 있도록 형성되는 카메라(310)와, 프레임(100)의 전면 및 하부면에 형성되어 장애물과의 거리 및 장애물의 높이를 측정하여 구동부(200)가 장애물을 극복하기 위한 데이터를 제공하는 레이저센서(320)와, 프레임(100)의 내부에 형성되어 프레임(100)이 이동되면서 발생되는 기울기 또는 각도 변화를 측정하여 구동부(200)를 통해 프레임(100)이 수평상태로 유지되도록 데이터를 제공하는 IMU센서(330)(도6 참조)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensing unit 300 includes a camera 310 formed on the front surface of the frame 100 to capture an obstacle or a feature, a laser sensor 320 formed on the front and lower surfaces of the frame 100 to measure the distance from the obstacle and the height of the obstacle to provide data for the driving unit 200 to overcome the obstacle, and a laser sensor 320 formed inside the frame 100 to measure the tilt or angle change generated as the frame 100 moves to drive the driving unit. It is characterized in that it includes an IMU sensor 330 (see FIG. 6) that provides data so that the frame 100 is maintained in a horizontal state through 200.

카메라(310)는 프레임(100)의 전면에 위치되어 있으며, 프레임(100)의 전방에 존재하는 각종 장애물이나 지형지물을 촬영하여 외부 단말기(500)에서 이를 확인할 수 있도록 시각정보를 제공하기 위해 사용된다.The camera 310 is located in front of the frame 100, and is used to provide visual information so that the external terminal 500 can check it by taking pictures of various obstacles or landmarks existing in front of the frame 100.

또한 카메라(310)는 프레임(100)의 전면, 후면, 양측에 각각 형성될 수 있으며, 필요에 따라 프레임(100)의 상부에 카메라(310)가 형성되고, 360도로 촬영하여 주위 영상을 한 번에 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다.In addition, the camera 310 may be formed on the front, rear, and both sides of the frame 100, respectively, and if necessary, the camera 310 is formed on the upper part of the frame 100, and takes 360-degree images to view surrounding images at once.

레이저센서(320)는 프레임(100)의 전면과 하부면에 각각 형성되며 장애물과의 거리와 장애물의 높이를 측정하기 위해 사용되며, 이를 통해 장애물의 유무와 극복가능성을 판단할 수 있게 된다.The laser sensors 320 are formed on the front and lower surfaces of the frame 100, respectively, and are used to measure the distance to the obstacle and the height of the obstacle, and through this, it is possible to determine the presence or absence of the obstacle and the possibility of overcoming the obstacle.

먼저 프레임(100)의 전면에 형성된 레이저센서(320)는 프레임(100)이 주행할 때 전방에 존재하는 장애물을 감지하고 거리를 측정하여 프레임(100)이 장애물과 충돌하지 않도록 방지하게 된다.First, the laser sensor 320 formed on the front of the frame 100 detects an obstacle in front while the frame 100 is driving and measures the distance to prevent the frame 100 from colliding with the obstacle.

전방에 장애물이 존재하는 경우 구동부(200)의 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 펼쳐지면서 프레임(100)의 높이를 변화시키게 되는데, 전방에 형성된 레이저센서(320)가 프레임(100)의 높이 변화에 따라 장애물보다 상부 방향에 위치되어 장애물이 감지되지 않은 상태에서 프레임(100)의 하부에 형성된 레이저센서(320)가 지면과 프레임(100) 사이의 거리를 측정하게 된다.When there is an obstacle in front, the first pivoting link 210 and the second pivoting link 220 of the driving unit 200 change the height of the frame 100 while unfolding. The laser sensor 320 formed in the front is located in the upper direction than the obstacle according to the height change of the frame 100, so that the laser sensor 320 formed at the lower part of the frame 100 measures the distance between the ground and the frame 100 in a state where no obstacle is detected It becomes.

즉, 전방에 형성된 장애물이 감지되지 않는 위치까지 프레임(100)이 상승되고, 상장애물이 감지되지 않는 위치에서 프레임(100)과 지면 사이의 거리를 측정함으로써 장애물의 높이를 측정할 수 있게 된다.That is, the frame 100 is raised to a position where an obstacle formed in front is not detected, and the height of the obstacle can be measured by measuring the distance between the frame 100 and the ground at a position where the obstacle is not detected.

이를 통해 주행모드로 장애물을 극복할 수 있는지 판단할 수 있게 되며, 주행모드로 극복이 어려운 경우 보행모드로 전환되어 각각의 구동부(200)가 순차적으로 장애물의 상부로 이동되어 장애물을 극복할 수 있게 된다.Through this, it is possible to determine whether the obstacle can be overcome in the driving mode, and if it is difficult to overcome the obstacle in the driving mode, it is switched to the walking mode, and each driving unit 200 is sequentially moved to the top of the obstacle to overcome the obstacle.

IMU센서(330)는 프레임(100) 내부에 형성되어 있으며 프레임(100)의 기울기 상태를 측정하여 프레임(100)이 다양한 지형지물이나 장애물을 극복할 때 프레임(100)이 수평상태로 유지되도록 제어하기 위해 사용된다.The IMU sensor 330 is formed inside the frame 100 and measures the inclination state of the frame 100 so that the frame 100 is kept in a horizontal state when the frame 100 overcomes various terrain features or obstacles. It is used to control.

이때 제어부(400)는 IMU센서(330)를 통해 측정된 3차원 기울기를 이용하여 구동부(200)를 통해 프레임(100)이 수평상태로 유지되도록 실시간으로 제어할 수 있게 되며, 프레임(100)의 상부에 적재된 물품이 낙하되거나 흔들림에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.At this time, the control unit 400 can control in real time so that the frame 100 is maintained in a horizontal state through the driving unit 200 using the three-dimensional inclination measured through the IMU sensor 330, and the frame 100 It is possible to prevent the items loaded on the top from being damaged by falling or shaking.

또한 프레임(100)이 수평상태로 유지될 수 있기 때문에 전방의 지형지물이나 장애물의 거리 및 높이를 측정할 때 오차 발생을 줄일 수 있으며, 외부 단말기(500)로 프레임(100)의 전방 상황을 카메라(310)로 확인할 때에도 일정한 자세로 영상이 제공되므로 사용자의 피로도를 감소시킬 수 있게 된다.In addition, since the frame 100 can be maintained in a horizontal state, it is possible to reduce the occurrence of errors when measuring the distance and height of a feature or obstacle ahead, and when checking the situation in front of the frame 100 with the camera 310 through the external terminal 500, the image is provided in a constant posture, so the user's fatigue can be reduced.

또한 GPS가 내장되어 있어 프레임(100)의 현재위치를 세부적으로 판단할 수도 있게 되며, 이를 통해 목표지점까지 자동주행이 가능해질 수 있게 된다.In addition, since the GPS is built-in, the current position of the frame 100 can be determined in detail, and through this, it is possible to automatically drive to the target point.

도 4는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부(200)가 장애물에 따라 변형되는 모습을 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 구동부(200)가 장애물을 극복하는 모습을 나타낸 예시도이다.4 is a side view showing how the driving unit 200 of the deformable robot capable of moving by overcoming various geographical features according to the present invention is deformed according to an obstacle, and FIG.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇은 주행모드에서는 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 서로 포개어 지거나 회동에 의해 서로 이격되어 프레임(100)의 높낮이를 조절할 수 있도록 형성되며, 보행모드에서는 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)의 회동에 의해 4개의 구동부(200)가 각각 순차적으로 장애물의 상부로 이동되어 장애물을 넘어갈 수 있는 것을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 4 and 5, the variable robot capable of moving over various terrain features according to the present invention is formed so that the height of the frame 100 can be adjusted by the first rotational link 210 and the second rotational link 220 being overlapped or spaced apart from each other by rotation in the driving mode, and in the walking mode, the first rotational link 210 and the second rotational link 220 are rotated. 200) is characterized in that each of them is sequentially moved to the top of the obstacle and can cross the obstacle.

제어부(400)는 보행모드를 통해 장애물을 넘어가기 위해 전면에 형성된 어느 하나의 구동부(200)가 장애물 위로 회동되면 무게중심 이동량에 따라 해당 구동부(200)의 후면에 형성된 구동부(200)를 전면방향으로 이동시켜 균형을 유지시켜 쓰러지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 한다.The control unit 400 moves the driving unit 200 formed on the rear side of the corresponding driving unit 200 in the front direction according to the amount of movement of the center of gravity when one of the driving units 200 formed on the front side is rotated over the obstacle to cross the obstacle through the walking mode.

구동부(200)는 주행모드와 보행모드로 전환하여 프레임(100)을 이동시킬 수 있도록 형성되어 있는데, 주행모드는 바퀴(260)를 이용하여 고속으로 이동하기 위한 것으로 프레임(100)의 높이를 지면과 가깝게 유지되도록 구동부(200)에 형성된 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)가 포개어진 상태로 회동시킨다.The driving unit 200 is formed to move the frame 100 by switching between a driving mode and a walking mode. The driving mode is for moving at high speed using the wheels 260, and the height of the frame 100 is maintained close to the ground.

주행모드의 경우 지형지물의 형태나 돌, 자갈에 의해 낮은 자세로 이동이 어려운 경우 구동부(200)를 이용하여 프레임(100)이 지면으로부터 승강시킴으로써 다양한 지형에서도 고속 이동될 수 있도록 구성된다.In the driving mode, when it is difficult to move in a low posture due to the shape of a terrain feature or stones or gravel, the frame 100 is lifted from the ground using the driving unit 200 so that it can be moved at high speed in various terrains.

이때 프레임(100)이 이동되는 전방에 장애물이 존재하는 경우 레이저센서(320)가 이를 감지하게 되고, 제어부(400)는 구동부(200)의 바퀴(260)가 회전되지 않도록 정지시켜 추돌을 방지하게 된다.At this time, if there is an obstacle in front of the movement of the frame 100, the laser sensor 320 detects it, and the control unit 400 stops the wheels 260 of the driving unit 200 from rotating to prevent a collision.

장애물과 이격된 상태에서 제어부(400)는 구동부(200)에 형성된 제1회동링크(210)와 제2회동링크(220)를 각각 독립적으로 회동시켜 프레임(100)이 장애물보다 높은 위치에 위치되도록 승강시키게 된다.In a state of separation from the obstacle, the control unit 400 independently rotates the first rotational link 210 and the second rotational link 220 formed in the driving unit 200 so that the frame 100 is higher than the obstacle.

또한 제어부(400)는 프레임(100) 전방에 형성된 레이저센서(320)는 장애물이 감지되지 않게 되면 구동부(200)를 정지시키고 프레임(100) 하부에 형성된 레이저센서(320)를 통해 현재 프레임(100)이 지면으로부터 프레임(100)의 하부면까지의 높이를 측정하여 장애물의 높이를 측정하게 된다.In addition, the controller 400 stops the driving unit 200 when the obstacle is not detected by the laser sensor 320 formed in front of the frame 100, and measures the height of the current frame 100 from the ground to the lower surface of the frame 100 through the laser sensor 320 formed below the frame 100 to measure the height of the obstacle.

장애물의 높이가 바퀴(260)가 주행모드로 통과될 수 있을 정도로 낮은 상태인 경우 구동부(200)를 이용하여 프레임(100)의 높이를 상승시킨 상태에서 바퀴(260)의 회전력에 의해 장애물을 통과하게 된다.When the height of the obstacle is low enough for the wheel 260 to pass in the driving mode, the obstacle is passed by the rotational force of the wheel 260 in a state in which the height of the frame 100 is raised using the drive unit 200.

만약 장애물의 높이가 바퀴(260)가 통과하지 못할 정도로 높은 경우 제어부(400)는 보행모드로 전환하여 프레임(100)을 장애물보다 높은 위치로 상승시킨 후 4개의 구동부(200)가 각각 장애물 상부로 순차적으로 이동되도록 제어하게 된다.If the height of the obstacle is high enough that the wheel 260 cannot pass through, the control unit 400 switches to the walking mode, raises the frame 100 to a position higher than the obstacle, and then controls the four driving units 200 to sequentially move to the top of the obstacle.

예를 들어 전면 좌측 구동부(200)를 회동시켜 바퀴(260)가 장애물의 상부면 보다 높은 위치로 위치시킨 후 바퀴(260)가 장애물 상부면에 밀착되도록 전면 하부 방면으로 다시 회동시키게 된다.For example, by rotating the front left drive unit 200 to position the wheel 260 at a higher position than the upper surface of the obstacle, the wheel 260 rotates again to the lower front surface so that the wheel 260 adheres to the upper surface of the obstacle.

이후 장애물 위로 올라간 구동부(200)는 바퀴(260)가 회전되지 않도록 정지된 상태로 유지되며, 우측 구동부(200)를 회동시켜 바퀴(260)가 장애물의 상부면 보다 높은 위치로 위치시킨 후 장애물의 상부면에 밀착되도록 회동시키게 된다.Thereafter, the driving unit 200 that has risen above the obstacle remains stationary so that the wheel 260 does not rotate, and rotates the right driving unit 200 so that the wheel 260 is positioned higher than the upper surface of the obstacle.

프레임(100)의 전면 양측에 형성된 구동부(200)가 모두 장애물의 상부로 이동되면 4개의 구동부(200)의 바퀴(260)가 회전되어 프레임(100) 전면 양측에 형성된 구동부(200)는 장애물의 상부를 따라 전방으로 이동되고, 프레임(100) 후면 양측에 형성된 구동부(200)는 장애물의 전면을 향해 이동되어 대기하게 된다.When all the drive units 200 formed on both sides of the front side of the frame 100 are moved to the top of the obstacle, the wheels 260 of the four drive units 200 are rotated, and the drive units 200 formed on both sides of the front side of the frame 100 are moved forward along the top of the obstacle, and the drive units 200 formed on both sides of the rear side of the frame 100 move toward the front side of the obstacle and stand by.

이후 프레임(100)의 후면 좌측과 우측에 각각 형성된 구동부(200)는 앞서 설명한 바와 동일한 방식으로 순차적으로 장애물 상부로 이동하게 되며, 모든 구동부(200)가 장애물 상부로 이동되면 주행모드로 전환되어 바퀴(260)를 통해 고속으로 이동할 수 있게 된다.Thereafter, the driving units 200 formed on the left and right sides of the rear surface of the frame 100 sequentially move to the top of the obstacle in the same manner as described above.

또한 4개의 구동부(200) 중 어느 하나가 장애물의 상부로 이동하기 위해 회동되면, 지면에 접촉된 3개의 구동부(200)에 의해 프레임(100)을 지지하게 되는데 무게중심의 이동에 의해 프레임(100)이 쓰러지거나 기울어지면서 자세가 변형되어 구동부(200)가 안정적으로 장애물의 상부에 안착되지 않는 문제점이 발생되게 된다.In addition, when any one of the four driving units 200 is rotated to move to the top of the obstacle, the frame 100 is supported by the three driving units 200 in contact with the ground. As the frame 100 collapses or tilts due to the movement of the center of gravity, the posture is deformed, resulting in a problem that the driving unit 200 does not stably settle on the top of the obstacle.

이를 위해 전면 양측에 형성된 어느 하나의 구동부(200)가 장애물의 상부를 향해 회동되는 경우 IMU센서(330)를 통해 기울기를 측정하고, 회동된 구동부(200)의 후방에 형성된 구동부(200)를 전방으로 이동시켜 지지다각형을 형성하게 된다.To this end, when one of the driving units 200 formed on both sides of the front side rotates toward the top of the obstacle, the slope is measured through the IMU sensor 330, and the driving unit 200 formed at the rear of the rotated driving unit 200 is moved forward to form a support polygon.

지지다각형은 균형을 유지하기 위한 필수조건으로서 구동부(200)와 지면이 접촉한 점을 연결하여 생기는 다각형을 의미하며, 프레임(100)의 무게중심이 지지다각형 내부에 위치할 때 균형을 유지할 수 있게 된다.The support polygon is a necessary condition for maintaining balance, and means a polygon created by connecting the contact points between the drive unit 200 and the ground, and when the center of gravity of the frame 100 is located inside the support polygon, balance can be maintained.

예를 들어 전면 좌측 구동부(200)가 전방 상부를 향해 회동되는 경우 무게중심도 전방으로 변경되고, 이로 인해 지지다각형 내부에 무게중심이 위치가 벗어나면서 프레임(100)이 쓰러지거나 기울어지면서 자세가 틀어지게 된다.For example, when the front left driving unit 200 is rotated toward the front upper part, the center of gravity is also changed forward, and as a result, the center of gravity moves out of position inside the support polygon, and the frame 100 collapses or tilts.

이때 제어부(400)는 전면 좌측 구동부(200)가 회동될 때 후면 좌측 구동부(200)가 전면 방향으로 이동되도록 제어함으로써 무게중심이 지지다각형 내부에 위치되도록 제어하여 프레임(100)이 쓰러지지 않도록 방지하고, 전면 좌측 구동부(200)가 안정적인 자세로 장애물 상부에 위치되도록 지지할 수 있게 된다.At this time, the control unit 400 controls the rear left driving unit 200 to move in the front direction when the front left driving unit 200 is rotated so that the center of gravity is located inside the support polygon to prevent the frame 100 from collapsing, and the front left driving unit 200 can be supported so as to be positioned above the obstacle in a stable posture.

도 6은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇을 외부 단말기(500)로 제어하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇이 경사면을 따라 수평상태로 유지하는 모습을 나타낸 예시도이다.6 is an exemplary diagram showing how a deformable robot capable of moving by overcoming various geographical features according to the present invention is controlled by an external terminal 500, and FIG.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇의 제어부(400)는 통신모듈(410)을 통해 외부 단말기(500)로 데이터를 송수신할 수 있고, 사용자는 외부 단말기(500)를 통해 무선으로 제어부(400)에 제어신호를 전송하여 수동조작이 가능해진다.As shown in FIGS. 6 and 7 , the control unit 400 of the deformable robot capable of moving over various terrain features according to the present invention can transmit and receive data to and from the external terminal 500 through the communication module 410, and the user wirelessly transmits a control signal to the control unit 400 through the external terminal 500, enabling manual operation.

이때 외부 단말기(500)와 제어부(400)는 블루투스를 이용하여 무선통신 할 수 있으며, 이외에도 와이파이, 4G, 5G를 통해 제어부(400)로부터 전송되는 데이터를 보거나 수동으로 제어할 수 있게 된다.At this time, the external terminal 500 and the controller 400 can communicate wirelessly using Bluetooth, and in addition, data transmitted from the controller 400 through Wi-Fi, 4G, and 5G can be viewed or manually controlled.

또한 사용자가 수동으로 제어부(400)를 제어하는 경우 외부 단말기(500)에는 프레임(100)의 전방에 형성된 카메라(310)를 통해 현재 프레임(100)의 위치와 전방상황을 눈으로 확인할 수 있게 되며, 외부단말기에 형성된 조작버튼을 이용하여 수동으로 구동부(200)를 동작시킬 수 있게 된다.In addition, when the user manually controls the control unit 400, the external terminal 500 can check the position of the current frame 100 and the front situation through the camera 310 formed in front of the frame 100, and can manually operate the drive unit 200 using the operation buttons formed on the external terminal.

또한 제어부(400)는 현재 구동부(200)의 회동상태에 대한 정보를 외부 단말기(500)로 출력할 수 있으며, 사용자는 외부 단말기(500)에 3차원으로 표시된 프레임(100) 및 구동부(200)의 자세, 동작상태를 시각적으로 확인하여 보다 쉽게 제어할 수 있게 된다.In addition, the control unit 400 may output information on the current rotation state of the driving unit 200 to the external terminal 500, and the user can easily control the frame 100 and the driving unit 200 by visually checking the posture and operating state displayed in three dimensions on the external terminal 500.

프레임(100)의 전방에 장애물이 존재하는 경우 사용자가 수동으로 제어할 수 있으나, 외부 단말기(500)에서 장애물을 극복하기 위한 오토파일럿기능을 활성 시키면 장애물을 극복하는 동작까지만 자동으로 동작이 수행되도록 형성될 수도 있다.When an obstacle exists in front of the frame 100, the user can manually control it, but when the autopilot function for overcoming the obstacle is activated in the external terminal 500, the operation is performed automatically only up to the operation to overcome the obstacle. It can also be formed.

물론 오토파일럿 기능을 통해 지정된 경로나 목표지점으로 자동으로 탐색할 수도 있다.Of course, the autopilot function can also be used to automatically navigate to a designated route or destination.

또한 제어부(400)는 IMU센서(330)를 통해 프레임(100)의 기울기를 실시간으로 측정하여 프레임(100)이 수평상태로 유지되도록 구동부(200)를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit 400 measures the tilt of the frame 100 in real time through the IMU sensor 330 and controls the driving unit 200 so that the frame 100 is maintained in a horizontal state.

제어부(400)는 4개의 구동부(200)를 독립적으로 제어할 수 있도록 형성되어 있으며, 프레임(100) 내부 중앙에 위치된 IMU센서(330)를 이용하여 프레임(100)의 기울기 상태를 3차원으로 확인할 수 있게 된다.The control unit 400 is formed to independently control the four driving units 200, and the tilt state of the frame 100 is three-dimensionally confirmed using the IMU sensor 330 located in the center of the frame 100. It is possible to check.

프레임(100)이 구동부(200)에 의해 주행모드로 고속 이동할 때 지면에 형성된 울퉁불퉁한 면, 낮은 턱, 돌, 자갈이 형성된 지형지물에 의해 프레임(100)이 흔들릴 수 있게 된다.When the frame 100 moves at high speed in the driving mode by the driving unit 200, the frame 100 can be shaken by the terrain features formed on the ground, such as uneven surfaces, low ridges, stones, and gravel.

이때 제어부(400)는 IMU센서(330)를 통해 측정된 기울기를 기반으로 기울기가 발생된 부위의 구동부(200)를 회동시켜 프레임(100)이 수평상태로 유지시켜 이동시킬 수 있게 된다.At this time, the control unit 400 rotates the driving unit 200 at the part where the tilt is generated based on the tilt measured through the IMU sensor 330 so that the frame 100 can be moved while maintaining it in a horizontal state.

또한 구동부(200) 중 어느 하나가 턱에 걸리거나 낮은 경사면을 따라 이동하게 되는 경우에도 제어부(400)는 해당 구동부(200)를 지형지물에 맞게 회동되도록 제어함으로써 프레임(100)을 수평상태로 유지할 수 있게 된다.In addition, even when one of the driving units 200 is caught on a chin or moves along a low slope, the control unit 400 controls the driving unit 200 to rotate in accordance with the feature, thereby keeping the frame 100 in a horizontal state.

이를 통해 다양한 경사면이 존재하는 상태에서도 프레임(100)은 수평상태를 유지하여 각종 물자를 운반할 때 물자가 낙하되지 않도록 방지할 수 있으며, 수평상태로 유지됨에 따라 카메라(310)를 통해 촬영되는 영상이 일정한 각도로 촬영될 수 있어 외부 단말기(500)로 보고 있는 사용자의 피로감을 감소시킬 수 있게 된다.Through this, even in the presence of various inclined surfaces, the frame 100 can maintain a horizontal state to prevent materials from falling when transporting various materials, and as it is maintained in a horizontal state, the image taken through the camera 310 can be taken at a certain angle, thereby reducing the fatigue of the user watching with the external terminal 500.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇에 의하면, 군사훈련, 재해현장, 산업현장 등에서 고속주행을 통해 신속한 이동이 가능하고 장애물 극복이 가능하고, 지형지물에 관계없이 수평상태로 유지하여 이동할 수 있어 각종 물품을 운반할 수 있고 안정적인 자세로 시야 및 데이터를 확보하여 사고를 방지할 수 있으며, 외부 단말기를 이용하여 작동상태 및 수동제어가 가능하고, 이동 방향에 장애물이 감지되면 자동으로 장애물을 극복하도록 제어될 수 있는 효과가 있다.As described above, according to a variable robot that can overcome and move various features according to the present invention, it is possible to move through high speeds through high -speed driving in military training, disaster site, industrial site, etc. It is possible to prevent accidents, and the external terminal can be used to operate and manual control, and when the obstacle is detected in the direction of movement, there is an effect that can be controlled to overcome the obstacle automatically.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.As described above, the present invention has been described with a focus on preferred embodiments, but those skilled in the art to which the present invention pertains do not deviate from the technical spirit and scope described in the claims of the present invention. Various modifications or variations of the present invention can be implemented. Accordingly, the scope of the present invention should be construed by the claims which are written to include examples of these many variations.

100 : 프레임
110 : 스토퍼
200 : 구동부
210 : 제1회동링크
220 : 제2회동링크
230 : 제1회동모터
240 : 제2회동모터
250 : 구동모터
260 : 바퀴
300 : 감지부
310 : 카메라
320 : 레이저센서
330 : IMU센서
400 : 제어부
410 : 통신모듈
500 : 외부 단말기
100: frame
110: stopper
200: driving unit
210: 1st rotation link
220: 2nd rotation link
230: 1st rotation motor
240: 2nd rotation motor
250: drive motor
260: wheel
300: sensing unit
310: camera
320: laser sensor
330: IMU sensor
400: control unit
410: communication module
500: external terminal

Claims (6)

상부가 개구되어 있어 각종 부재가 장착될 수 있도록 형성되는 프레임과;
상기 프레임의 양측 전면과 후면에 각각 형성되어 바퀴 및 링크를 이용하여 주행모드와 보행모드로 상기 프레임을 이동시킬 수 있도록 형성되는 4개의 구동부와;
상기 프레임에 형성되며 전방에 존재하는 장애물 또는 지형지물을 인식하여 상기 구동부의 동작을 제어하도록 형성되는 감지부와;
상기 프레임에 형성되며 상기 감지부에 의해 감지된 정보 또는 외부 단말기와 무선 통신하여 전송된 제어신호에 따라 상기 구동부를 동작시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
A frame having an open upper portion to which various members can be mounted;
four driving units formed on both front and rear surfaces of the frame to move the frame in a driving mode and a walking mode using wheels and links;
a sensing unit formed on the frame and configured to recognize an obstacle or a feature in front and to control an operation of the driving unit;
and a control unit formed in the frame and configured to operate the driving unit according to information detected by the sensing unit or a control signal transmitted through wireless communication with an external terminal.
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
제 1항에 있어서,
상기 구동부는
일단은 상기 프레임의 측면에 축 결합되어 상기 프레임 내부에 형성된 제1회동모터에 의해 회동될 수 있도록 형성되는 제1회동링크와;
일측은 상기 제1회동링크의 타단에 내측에 축 결합되어 회동될 수 있도록 형성되는 제2회동링크와;
상기 제1회동링크의 타단 내부에 형성되며 상기 제2회동링크를 회동시킬 수 있도록 형성되는 제2회동모터와;
상기 제2회동링크의 타측 내부에 형성되며 양측에는 각각 바퀴가 결합되어 바퀴를 회전시킬 수 있도록 형성되는 구동모터;로 이루어지는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
According to claim 1,
the drive unit
a first rotational link having one end coupled to a side surface of the frame so as to be rotated by a first rotational motor formed inside the frame;
a second pivoting link, one side of which is formed to be axially coupled to the inside of the other end of the first pivoting link and rotated;
a second rotational motor formed inside the other end of the first rotational link and configured to rotate the second rotational link;
It is formed on the inside of the other side of the second rotation link and a drive motor formed to rotate the wheel by coupling wheels to both sides; characterized in that it consists of
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
제 2항에 있어서,
상기 프레임의 상부 양측에서 외면으로 각각 돌출되어 상기 제1회동링크가 상기 제1회동모터에 의해 회동되는 각도를 제한하는 스토퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
According to claim 2,
And a stopper protruding outward from both sides of the upper portion of the frame to limit an angle at which the first rotational link is rotated by the first rotational motor.
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
제 2항에 있어서,
상기 주행모드에서는 상기 제1회동링크와 상기 제2회동링크가 서로 포개어 지거나 회동에 의해 서로 이격되어 상기 프레임의 높낮이를 조절할 수 있도록 형성되며,
상기 보행모드에서는 상기 제1회동링크와 상기 제2회동링크의 회동에 의해 4개의 상기 구동부가 각각 순차적으로 상기 장애물의 상부로 이동되어 상기 장애물을 넘어갈 수 있는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
According to claim 2,
In the driving mode, the first pivot link and the second pivot link are overlapped with each other or separated from each other by rotation to adjust the height of the frame,
In the walking mode, the four driving parts are sequentially moved to the upper part of the obstacle by the rotation of the first pivoting link and the second pivoting link, so that the obstacle can be crossed.
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 보행모드를 통해 상기 장애물을 넘어가기 위해 전면에 형성된 어느 하나의 구동부가 장애물 위로 회동되면 무게중심 이동량에 따라 해당 구동부의 후면에 형성된 구동부를 전면방향으로 이동시켜 균형을 유지시켜 쓰러지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
According to claim 1,
The control unit
When one of the drive units formed on the front side to cross the obstacle through the walking mode is rotated over the obstacle, the drive unit formed on the rear side of the corresponding drive unit is moved in the front direction according to the amount of movement of the center of gravity to maintain balance and prevent falling down. Characterized in that
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
제 1항에 있어서,
상기 감지부는
상기 프레임의 전면에 형성된 장애물이나 지형지물을 촬영할 수 있도록 형성되는 카메라와;
상기 프레임의 전면 및 하부면에 형성되어 상기 장애물과의 거리 및 장애물의 높이를 측정하여 상기 구동부가 상기 장애물을 극복하기 위한 데이터를 제공하는 레이저센서와;
상기 프레임의 내부에 형성되어 상기 프레임이 이동되면서 발생되는 기울기 또는 각도 변화를 측정하여 상기 구동부를 통해 상기 프레임이 수평상태로 유지되도록 데이터를 제공하는 IMU센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
다양한 지형지물을 극복하여 이동할 수 있는 가변형 로봇.
According to claim 1,
the sensing unit
a camera configured to capture obstacles or landmarks formed on the front surface of the frame;
laser sensors formed on the front and lower surfaces of the frame to measure distances and heights of the obstacles and to provide data for the drive unit to overcome the obstacles;
An IMU sensor formed inside the frame to measure an inclination or angle change generated while the frame is moved and to provide data so that the frame is maintained in a horizontal state through the driving unit.
A transformable robot that can move by overcoming various terrain features.
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