WO2010013935A2

WO2010013935A2 - 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇

Info

Publication number: WO2010013935A2
Application number: PCT/KR2009/004214
Authority: WO
Inventors: 이소영; 강정호; 김민규
Original assignee: 호야로봇(주)
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-02-04
Also published as: KR20100013905A; CN102099157B; WO2010013935A4; US20110132671A1; US8162351B2; TWI377144B; JP2011529799A; JP4819982B1; EP2319663A2; TW201006715A; WO2010013935A3; KR101017924B1; EP2319663A4; CN102099157A

Abstract

본 발명은 두 개의 바퀴로 자세를 유지하면서 전후좌우 움직임을 갖는 소형 모바일로봇으로서, 내부에 보조바퀴를 두어 지형적 단차를 극복하도록 구성한 소형 모바일로봇 시스템이다. 본 발명의 소형 모바일로봇에 구비된 보조바퀴는 서보모터에 부착된 형태로 원격조정에 의해서 서보모터를 구동하고 바퀴가 필요한 위치로 이동하는 형태로, 평상 시 주행 때는 로봇 내부에 숨겨져 있다가, 단차가 있는 지형이 나타나면 보조바퀴는 바닥과 접촉이 되도록 내려진 후, 주 바퀴가 높은 지형을 오를 때 뒤쪽에서 받치는 지지대 역할을 수행하게 된다. 또한, 본 발명의 소형 모바일로봇은 장애물 감지를 위한 센서와 제어모듈을 구축하여 목표 지점까지 이동하는데, 장애물을 회피하여 이동 가능한 특징을 가지고 있으며, 이동 중 로봇 간의 무선 통신을 통하여 위치를 파악할 수 있는 기능과, 카메라를 통한 환경정보를 전달하는 기능을 포함하고 있다. 본 발명의 소형 모바일로봇은 보조바퀴를 부착한 형태로 약간의 변화를 통하여 단차 지형에서도 이동을 원활하게 할 수 있으며, 그에 따라서 간단한 구조를 통하여 경제적인 측면에서 큰 장점이 될 수 있다.

Description

지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇

본 발명은 현재까지의 산업용 로봇과는 달리 인간에게 고차원의 다양한 서비스를 제공하기 위한 소형 모바일로봇에 관한 것으로, USN (Ubiquitous Sensor Network)이나 URC (Ubiquitous Robotic Companion)용 최하부장치로 활용 가능하고, 평상시에는 본체 내부에 보조바퀴가 숨겨져 있다가, 단차 지형에서는 보조 바퀴가 지면으로 내려져서 지면과 접촉하면서 지지대로서 역할을 수행하며, 보조바퀴는 진행 방향으로만 회전이 가능하고, 역방향으로는 구속되어 단차 지형을 쉽게 넘어가도록 된 지형극복을 위한 보조바퀴가 내장된 소형 모바일로봇에 관한 것이다.

최근 세계적으로 로봇산업의 급성장과 연구지원 정책에 힘입어 지능형 서비스로봇 및 산업용, 특수 목적용으로 사용하기 위한 지능형로봇 개발이 많이 이루어지고 있으며, 고기능의 다양한 서비스를 제공하기 위해 로봇기능과 로봇의 움직임에 대한 연구를 비중 있게 진행하고 있다. 특히 탐사, 관찰, 경계 등의 목적으로 개발된 로봇들의 경우 원하는 위치에서 목적하는 기능을 수행하도록 하기 위해서 감지 시스템 구축 및 통신기술, 네트워크 기술, 다양한 움직임 기능, 장애물 및 극한지형 극복의 기능을 추가하여 신뢰성 있는 정보 획득과 활동 영역의 확대 등 고기능을 갖는 로봇을 만들어내야 한다.

보통 2바퀴 모바일로봇은 2족 로봇 및 특수형태의 이동로봇에 비해 움직임 메커니즘이 간단하고 속도 및 경제성에 큰 장점이 있지만 특수한 지형에서 이동의 한계를 가짐으로 이동이 용이한 2족 로봇, 다 바퀴로봇 및 특수한 형태의 구동 장치를 부착한 로봇에 대한 연구를 하고 있다. 또한 2바퀴 모바일 로봇 또는 2바퀴 서비스로봇은 기존의 휴모노이드 및 다양한 이동형 로봇에 비해 저가격으로 제작이 가능하며, 메커니즘이 간단한 것에 비해 이동성이 좋은 특징을 가진다.

이와 같은 2바퀴 모바일 로봇(1)의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 이와 같은 2바퀴 모바일 로봇(1)은 일반적인 기존의 USN 센서노드와는 달리 이동하면서 통신이 가능하고 원하는 위치에서의 각종 정보를 실시간으로 전달할 수 있는 이동 가능한 2바퀴 소형 지능형로봇이다. 이와 같은 2바퀴 소형 지능형 로봇(1)은 본체(10)의 양측에 2개의 바퀴(20a)(20b)를 구비한 것으로서, 블루투스를 이용한 PDA(30)와 로봇 간 무선통신방식으로 PDA(30) 화면의 제어 창에서 로봇의 이동(전진, 후진, 회전 등)/정지, 카메라 영상정보 모니터링 등을 확인 및 조정을 할 수 있고, 추가적으로 DC 모터의 속도 조절을 통하여 로봇의 이동 속도 조절 및 각종 센서의 정보를 감지할 수도 있다. 그리고 리모트 컨트롤러(40)를 사용한 제어기능도 추가 가능하며, 사용할 경우에는 로봇의 이동에 관련된 버튼(전진, 후진, 회전 등)/정지 및 추가적으로 속도 조절 버튼 등이 있어서 협소한 공간 이동과 이동을 방해하는 요인인 장애물을 쉽게 피해갈 수 있는 것이다.

일반 USN 시스템에서는 넓은 영역에서의 정확하고 안정적인 환경정보를 확보하기 위해 다수의 센서노드 시스템이 요구된다. 그러나 이와 같은 2바퀴 소형 모바일로봇(1)의 경우는 서로 간의 통신도 가능하며 이동이 가능하여 감지 환경 영역의 확대가 가능한 장점을 가지고 있으며, 원하는 위치에 최대한 도달하여 감지하지고 자 하는 목표 값을 정확하게 측정 가능하다.

이와 같은 2바퀴 소형 모바일로봇(1)은 시스템의 원활한 이동과 모션 제어를 위해서 자이로 센서, 가속도센서 및 엔코더를 이용하여 기울어짐과 관성에 의한 발생 토크를 감지하고 피드백 보상회로를 구성하여 자세유지 및 균형유지를 한다. 또한, 장애물 및 물체 감지를 위한 센서를 내장하고 있어 실시간으로 전후방 상황의 감지가 가능하고 회피를 위한 정보를 제공한다.

또한 시스템의 소형화를 위해서 영상 및 통신을 위한 통합 모듈을 내장하고 있으며, 이것은 로봇 간의 통신 및 서버와의 통신을 수행하고 로봇의 이동 중에 위치 정보 교환도 가능하다. 그러나 이와 같은 우수한 기능의 2바퀴 소형 지능형 로봇(1)은 감지 목표 지점으로 이동 중에 만나게 될 특별한 지형 중에서 문턱과 같은 단차가 존재하는 지형에서는 단차를 넘어가지 못하고 2바퀴가 뒤로 밀리는 현상이 발생한다. 따라서 단차 지형에서는 장해물을 극복하지 못하고 뒤로 밀려서 목표지점으로 전진하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은종래의 지능형로봇 연구의 기초기술 마련 및 리버스 엔지니어링용, 고차원의 개인 서비스용, 고기능의 산업 서비스를 제공하기 위한 것으로, 단차 지형을 쉽게 극복하여 종래 지능형로봇의 기술적 향상과 USN 및 URC 산업에 활용 가능한 고기능의 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공하는 데 있다.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 평상시에는 보조 바퀴가 숨겨져 있다가 단차가 있는 지형이 나타나면 보조바퀴가 내려져서 단차를 극복하므로써 소형으로 좁은 지형에서 이동이 용이하고, 새로운 고기능을 구비한 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이동하면서 통신이 가능하고 원하는 위치에서의 각종 정보를 실시간으로 전달할 수 있는 이동 가능한 2바퀴 소형 모바일 로봇에 있어서,

2개의 주 바퀴가 양측에 배치된 본체;

상기 본체에 탑재되어 그 회전축이 정역회전가능한 서보 모터;

상기 서보 모터의 회전축에 링크 부를 통하여 연결된 보조 바퀴; 및

상기 보조 바퀴에 부착되어 보조 바퀴의 진행 순방향으로만 회전이 가능하고, 역방향으로의 회전을 방지하는 일 방향 회전수단;을 포함하여 평상시에는 본체 내에 보조바퀴가 내장되어 있다가, 단차 지형에서는 보조바퀴가 내려져 지면에 접촉을 하면서 역방향으로는 지지대의 역할을 하고, 순방향으로는 회전 보조바퀴로 작용하여 단차를 넘어 이동하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 링크 부는 상기 서보 모터의 회전축에 일측 단부가 연결된 제1 링크와, 상기 제1 링크의 타측 단부에 그 일측 단부가 회전가능하도록 연결되고, 타측 단부에는 상기 보조 바퀴가 회전가능하도록 장착된 제2 링크를 포함하며, 상기 제2 링크는 상기 본체에 마련된 힌지 축에 회전가능하도록 연결된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 제2 링크는 중간에 긴 구멍을 형성하여 힌지 축에 연결되며, 상기 힌지 축은 긴 구멍을 따라서 이동가능한 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 링크 부는 서보 모터의 제1 방향 회전시, 보조 바퀴를 본체의 상부측 공간으로 상향 회전시켜 본체의 내부에 내장시키고, 상기 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향 회전시 보조 바퀴를 본체의 상부측 공간으로부터 하향 회전시켜 지면에 밀착시키는 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 보조 바퀴는 링크 부의 끝단에 회전가능하도록 장착된 휠을 갖추고, 그 휠의 일 측면에 일 방향 회전수단이 장착된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 보조 바퀴는 링크 부의 끝단에 회전가능하도록 장착된 복수의 휠을 갖추고, 그 일 측면에 일 방향 회전수단이 장착된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 일 방향 회전수단은 휠의 일측면에 고정된 톱니 부재와, 상기 톱니 부재에 단부가 걸리는 제동 바를 포함하고, 상기 제동 바는 톱니 부재에 걸리는 그 끝단 위치가 상기 휠의 중심축 전방에 위치됨으로써 보조 바퀴의 순방향 회전을 허용하고 역방향 회전을 방지하는 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 일 방향 회전수단은 링크 부의 끝단 상부측으로 돌출부를 형성하고 제동 바를 회전가능하도록 장착하며, 상기 돌출부는 휠의 외측으로 돌출된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 휠은 그 외주 면에 톱니 형의 거친 면이 형성된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 제공한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 장점을 가진다.

먼저, 종래의 모바일로봇의 경우 단차 및 지형 극복을 위해 복잡한 구조 설계를 하거나 보조 장치들이 추가적으로 필요로 하지만, 본 발명의 소형 모바일로봇은 평상시에는 보조 바퀴가 본체 내부에 숨겨져 있다가 단차가 있는 지형이 나타나면 보조바퀴가 내려져서 쉽게 단차를 극복하므로써 약간의 구조적 변화를 통하여 단차 지형에서도 이동을 원활하게 할 수 있으며, 그에 따라서 간단한 구조를 통하여 소형의 지능적인 모바일 로봇을 구성할 수 있어서 경제적인 측면에서 큰 장점이 될 수 있다.

또한 다양한 형태의 보조바퀴를 부착할 수 있어서 지형에 따라 적합한 보조 바퀴를 선택할 수 있으며, 이것으로 다양한 이동 영역으로의 이동이 가능한 것이다.

뿐만 아니라 단차 및 특수 지형에서 원활한 이동이 가능하도록 보조바퀴를 부착하고, 목표 위치로의 이동 중 통신을 통한 환경정보 및 장애물 정보를 제공하도록 함으로서 모바일로봇 분야에 다양하게 응용 가능한 효과가 얻어지는 것이다.

따라서 본 발명에 의하면 기존의 2바퀴 지능형 모바일 로봇의 단점을 보완하고 단차 지형을 쉽게 극복하도록 함으로써 새로운 고기능의 보조바퀴 내장형 소형 모바일 로봇을 제시할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 2바퀴 소형 모바일로봇의 전체 구조를 도시한 사시도;

도 2는 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇을 도시한 사시도;

도 3은 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇의 상세도로서, a)도는 본체와 보조 바퀴의 분해 사시도, b)도는 링크 부의 동작을 상세히 도시한 동작 설명도;

도 4는 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇의 측면도로서, a)도는 후방 측면도, b)도는 우측면도;

도 5는 본 발명의 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇에서 톱니 구조의 휠을 장착한 구조를 도시한 사시도;

도 6은 본 발명의 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇이 단차 지형을 넘어가는 과정을 도시한 설명도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1..... 종래의 2바퀴 모바일 로봇 10,110.... 본체

20a,20b,112a,112b.... 바퀴 30.... PDA

40.... 리모트 컨트롤러

100... 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇

120... 보조바퀴 122.... 서보 모터

122a... 회전축 130.... 링크 부

132.... 제1 링크 135.... 제2 링크

140.... 힌지 축 142.... 긴 구멍

151,151'.... 휠 160.... 일 방향 회전수단

162.... 톱니 부재 164.... 제동 바

170.... 돌출부 K.... 단차 지형

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 단차 지형을 쉽게 극복할 수 있도록 보조 바퀴(120)를 구비하고 있다. 먼저 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇(100)의 기본 동작원리에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇(100)은 다양한 센서와 영상장치를 로봇 플랫폼에 탑재한 상태에서 이동하고, 목적하는 위치에서의 환경 정보를 감지하여 무선통신을 통해 정보를 전송하는 시스템이다. 기본적으로 이동을 위해 본체(110)에 2개의 주 바퀴(112a)(112b)를 가지고 있으며, 특별히 단차가 형성된 지형을 극복할 수 있도록 후방에는 보조바퀴(120)를 구비하고 있다.

이와 같은 보조바퀴(120)는 본체(110) 후방에 배치된 서보 모터(122)의 회전축(122a)에 연결되어 단차가 있는 지형에서 보조바퀴(120)가 내려져서 지면과 접촉하면서 지지대로서 역할을 수행하는 것이다. 이 보조바퀴(120)는 진행 방향으로만 회전되고, 역방향으로는 회전이 구속되는 형태를 취하고 있다. 이와 같은 보조바퀴(120)는 본체(110)의 후면에 장착되는데, 상기 본체(110)에 탑재된 서보 모터(122)에 의해서 작동한다. 상기 서보 모터(122)는 그 회전축(122a)이 정,역회전 가능한 것으로서, 그 회전축(122a)에 링크 부(130)를 통하여 보조바퀴(120)가 연결된다.

상기 링크 부(130)는 도 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 상기 서보 모터(122)의 회전축(122a)에 일측 단부가 연결된 제1 링크(132)와, 상기 제1 링크(132)의 타측 단부에 그 일측 단부가 회전가능하도록 연결되고, 타측 단부에는 상기 보조바퀴(120)가 회전가능하도록 장착된 제2 링크(135)를 포함한다. 그리고 상기 제2 링크(135)는 도시된 바와 같이 제1 링크(132)보다는 그 길이가 길게 형성되고 상기 본체(110)에 마련된 힌지 축(140)에 회전가능하도록 연결되는데, 이와 같은 구조를 통하여 상기 링크 부(130)는 서보 모터(122)의 회전축(122a)이 제1 방향 회전시, 예를 들면 정회전시 제1 링크(132)를 회전시키고, 제2 링크(135)를 통하여 보조바퀴(120)를 본체(110)의 상부측 공간으로 상향 회전시켜, 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이, 본체(110)의 내부에 내장시킨다.

이와는 다르게 상기 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향 회전시, 예를 들면 역회전시 제1 링크(132)를 반대방향으로 회전시키고, 제2 링크(135)를 통하여 보조바퀴(120)를 본체(110)의 상부측 공간으로부터 하향 회전시켜 도 2에 실선으로 도시된 바와 같이, 지면에 밀착시키도록 작동한다.

그리고 상기 제2 링크(135)는 중간에 긴 구멍(142)을 형성하여 힌지 축(140)에 연결되는데, 이와 같은 긴 구멍(142)에는 상기 힌지 축(140)이 긴 구멍(142)을 따라서 이동가능하도록 연결된다. 이와 같은 구조가 도 3b에 도시되어 있으며, 이와 같은 구조를 통하여 서보 모터(122)의 회전축(122a)과 상기 힌지 축(140)이 서로 동일 축 상으로부터 벗어나서 위치되어도 서보 모터(122)의 작동으로 제2 링크(135)의 회전이 가능하게 된다. 즉 서보 모터(122)가 보조바퀴(120)를 지면에 내린 도 2의 실선과 도 3b의 실선 위치에서는 긴 구멍(142)에서 보조 바퀴(120)에 인접한 측에 힌지 축(140)이 위치되고, 서보 모터(122)가 보조바퀴(120)를 본체(110)의 내부에 내장시킨 도 2 및 도 3b의 점선 위치에서는 긴 구멍(142)에서 보조 바퀴(120)에 멀리한 측에 힌지 축(140)이 위치된다.

한편 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조바퀴가 내장된 소형 모바일로봇(1)은 상기 보조바퀴(120)가 링크 부(130)의 끝단에 회전가능하도록 장착된 휠(151)을 갖추고, 그 휠(151)의 일 측면에 일 방향 회전수단(160)이 장착된 구조이다. 이와 같은 경우 상기 휠(151)은 둥근 원판 구조로 이루어질 수 있고, 도 2 및 도 4a, 4b에 도시된 바와 같이 복수의 휠(151)을 갖출 수도 있다.

이와 같은 보조바퀴(120)는 진행 순 방향, 즉 본체(110)의 전진방향으로만 회전이 가능하고, 역방향, 즉 본체(110)의 후진방향으로의 회전이 방지되도록 일 방향 회전수단(160)이 구비되어 있는데, 이와 같은 일 방향 회전수단(160)으로 인하여 보조바퀴(120)가 내려져 지면에 접촉을 하면 역방향으로는 지지대의 역할을 하고, 순방향으로는 회전 보조바퀴의 작용을 하게 된다. 상기 일 방향 회전수단(160)은 도 4b에 상세히 도시된 바와 같이, 휠(151)의 일 측면에 고정된 톱니 부재(162)와, 상기 톱니 부재(162)에 단부가 걸리는 제동 바(164)를 포함한다.

또한 상기 제동 바(164)는 톱니 부재(162)에 걸리는 그 끝단 위치가 상기 휠(151)의 중심축 전방에 위치됨으로써 보조바퀴(120)의 순방향 회전을 허용하고, 역방향 회전을 방지하게 된다.

한편 본 발명은 상기 일 방향 회전수단(160)이 도 5에 도시된 바와 같이 링크 부(130)의 끝단 상부측으로 돌출부(170)를 형성하고 제동 바(164)를 회전가능하도록 장착할 수 있는데, 이와 같은 구조에서는 상기 돌출부(170)가 휠(151')의 외측으로 돌출된 것이다. 특히 이와 같은 구조에서는 상기 보조바퀴(120)를 이루는 휠(151')의 직경이 작은 것으로서, 그 외주 면에는 톱니 형의 거친 면이 형성된 구조일 수 있다. 이와 같이 톱니형의 거친 면이 형성되면, 앞에서 설명한 둥근 휠(151)에 비해 표면이 고르지 않는 지형이나 일반 지형에서 마찰 면을 늘림으로서 뒤쪽으로 밀리는 현상을 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명은 서보 모터(122)가 원격으로 제어 가능한 형태로 메인 마이크로 컨트롤러(미 도시)에 연결되어 외부에서 제어 가능하도록 연결이 되고, 필요한 상황, 즉 단차 지형이 발생한 경우에만 원격제어를 통하여 바닥으로 내려지고 평소에는 내장되는 형태로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지형극복을 위한 보조바퀴(120)가 내장된 소형 모바일로봇(100)은 도 6에 도시된 바와 같이, 본체(110)에 마련된 2개의 주 바퀴(112a)(112b)를 이용하여 목표지점으로 이동한다. 이와 같은 경우 사용자는 종래와 같이 블루투스를 이용한 PDA와 로봇 간 무선통신방식으로 PDA 화면의 제어창에서 로봇의 이동(전진, 후진, 회전 등)/정지, 카메라 영상정보 모니터링 등을 확인 및 조정할 수 있고, 추가적으로 DC 모터의 속도 조절을 통하여 로봇의 이동 속도 조절 및 각종 센서의 정보를 감지할 수도 있다.

뿐만 아니라 리모트 컨트롤러를 사용할 경우에는 로봇의 이동에 관련된 버튼(전진, 후진, 회전 등)/정지 및 추가적으로 속도 조절 버튼 등이 있어서 협소한 공간 이동과 이동을 방해하는 요인인 장애물을 쉽게 피해갈 수 있다.

이와 같은 이동 과정에서 도 6에 도시된 바와 같이, 단차 지형(K)이 발생할 경우, 보조바퀴(120)가 내려져 지면에 접촉을 하면서 역방향으로는 지지대의 역할을 하면서 순 방향으로는 회전 보조바퀴로 작용하도록 하여 단차 극복을 하게 된다.

이와 같은 경우, 단차 지형의 확인은 본체(110)에 내장된 카메라(미 도시)를 통하여 원격의 PDA상에서 사용자가 쉽게 알 수 있다. 즉 사용자는 카메라 영상을 통하여 미리 진행 방향 쪽으로 단차 지형(K)이 있는 영상이 감지될 경우, 보조바퀴(120)를 꺼내게 되며, 보조바퀴(120)를 본체(110)에 넣은 상태에서 로봇을 후진하게 되면 전체적으로 앞으로 약간 기울어진 상태로 이동을 하게 되는데, 이때 카메라 방향은 약간 아랫 방향을 지시하게 됨으로써 조작자는 단차 지형(K)을 잘 감지할 수 있고 이를 근거로 PDA 또는 리모트 콘트롤러를 통하여 원격으로 서보 모터(122)를 작동시켜 보조바퀴(120)를 지면으로 내리게 된다. 한편, 조작자는 컨트롤러 등을 이용하여 보조바퀴를 임의로 지면으로 내릴 수 있음은 물론이다.

보다 바람직하게는, 상기 카메라를 통하여 단차 지형(K)을 감지할 경우, 서보 모터(122)가 작동하여 본체(110)의 후단부에 내장에 된 보조바퀴(120)를 미리 후면 바닥으로 내려지게 한 다음, 보조바퀴(120)가 내려진 상태에서 단차 지형에 접근하게 된다. 이때, 일 방향 회전수단(160)에 의해서 진행 방향으로만 회전이 가능하도록 설계된 보조바퀴(120)는 수직 단차 지형(K)에 의해서 2개의 주 바퀴(112a)(112b)가 후방으로 밀려나올 때, 후면에서 지지대의 역할을 수행하게 된다. 즉 2개의 주 바퀴(112a)(112b)가 수직 단차 면에 최대 접근할 때 최종적으로 보조바퀴(120)는 2개의 주 바퀴(112a)(112b)가 후방으로 밀려나오는 반력을 지탱하는 지지대로 작용을 하고, 이것에 의해서 2개의 주 바퀴(112a)(112b)는 단차 수직면을 오르게 되는 원리이다.

상기에서 일 방향 회전수단(160)은 2개의 주 바퀴(112a)(112b)가 단차에 접촉하여 후방으로 밀리는 경우, 제동 바(164)가 톱니 부재(162)에 걸려서 보조바퀴(120)의 역회전을 방지한다. 따라서 본체(110)는 후방으로 밀리지 않고, 단차에 밀착되며, 주 바퀴(112a)(112b)의 회전에 의해서 단차를 타고 넘어가는 것이다.

이때 2개의 주 바퀴(112a)(112b)의 진행 방향에 대한 힘에 의해서 반대 방향으로 반력이 발생되고, 이 반력 성분에 의해서 보조바퀴(120)와 지면의 접점 부분에서 힘의 관계를 형성한다. 즉 보조바퀴(120)에서 지면으로 작용하는 힘의 성분에 의해서 반대 방향으로 반력 성분이 형성이 되는데, 이것은 본체(110)를 진행하는 방향 쪽으로 작용함으로써 추진력으로 작용이 되는 것이다. 따라서 보조바퀴(120)는 소형 모바일로봇의 후면에서 로봇을 밀어주는 역할을 담당하여 단차 극복에 필요한 힘을 보조하는 기능을 수행하는 것이다.

상기와 같이 본 발명은 종래의 모바일로봇의 경우 단차 및 지형 극복을 위해 복잡한 구조 설계를 하거나 보조 장치들이 추가적으로 필요로 하지만 본 발명은 평상시에는 보조 바퀴(120)가 본체(110) 내부에 숨겨져 있다가 단차 지형(K)이 나타나면 보조바퀴가 내려져서 쉽게 단차를 극복할 수 있다. 따라서 본 발명은 보조바퀴(120)를 부착한 간단한 형태로 약간의 변화를 통하여 단차 지형(K)에서도 이동을 원활하게 할 수 있으며, 그에 따라서 소형 구조로 제작이 가능하여 경제적인 측면에서 큰 장점이 얻어진다.

또한 본 발명은 톱니 형과 같은 다양한 형태의 보조바퀴(120)를 부착할 수 있어서 지형에 따라 적합한 보조바퀴(120)를 선택할 수 있으며, 이것을 통하여 다양한 영역으로의 이동이 가능한 것이다.

뿐만 아니라 본 발명은 상기와 같이 단차 및 특수 지형에서 원활한 이동이 가능할 뿐만 아니라, 목표 위치로의 이동 중, 통신을 통한 환경정보 및 장애물 정보를 제공하도록 함으로서 모바일로봇 분야에 다양하게 응용 가능하다. 또한 본 발명에 의하면 기존의 2바퀴 지능형 모바일 로봇의 단점을 보완하고, 단차 지형(K)을 쉽게 극복할 수 있어서 새로운 고기능의 보조바퀴(120) 내장형 소형 모바일 로봇을 제시하는 것이다.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 예를 들면 보조 바퀴의 휠에 슬립을 방지하기 위한 마찰계수가 높은 라이닝층을 부착하던가 또는 너어링(Knuling)과 같은 거친 면을 형성할 수도 있으며, 휠의 수를 여러 개로 조합할 수도 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.

Claims

이동하면서 통신이 가능하고 원하는 위치에서의 각종 정보를 실시간으로 전달할 수 있는 이동 가능한 2바퀴 소형 모바일 로봇에 있어서,

2개의 주 바퀴가 양측에 배치된 본체;

상기 본체에 탑재되어 그 회전축이 정역회전가능한 서보 모터;

상기 서보 모터의 회전축에 링크 부를 통하여 연결된 보조 바퀴; 및

상기 보조 바퀴에 부착되어 보조 바퀴의 진행 순방향으로만 회전이 가능하고, 역방향으로의 회전을 방지하는 일 방향 회전수단;을 포함하여 평상시에는 본체 내에 보조바퀴가 내장되어 있다가, 단차 지형에서는 보조바퀴가 내려져 지면에 접촉을 하면서 역방향으로는 지지대의 역할을 하고, 순방향으로는 회전 보조바퀴로 작용하여 단차를 넘어 이동하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제1항에 있어서, 상기 링크 부는 상기 서보 모터의 회전축에 일측 단부가 연결된 제1 링크와, 상기 제1 링크의 타측 단부에 그 일측 단부가 회전가능하도록 연결되고, 타측 단부에는 상기 보조 바퀴가 회전가능하도록 장착된 제2 링크를 포함하며, 상기 제2 링크는 상기 본체에 마련된 힌지 축에 회전가능하도록 연결된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제2항에 있어서, 상기 제2 링크는 중간에 긴 구멍을 형성하여 힌지 축에 연결되며, 상기 힌지 축은 긴 구멍을 따라서 이동가능한 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제2항에 있어서, 상기 링크 부는 서보 모터의 제1 방향 회전시, 보조 바퀴를 본체의 상부측 공간으로 상향 회전시켜 본체의 내부에 내장시키고, 상기 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향 회전시 보조 바퀴를 본체의 상부측 공간으로부터 하향 회전시켜 지면에 밀착시키는 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제1항에 있어서, 상기 보조 바퀴는 링크 부의 끝단에 회전가능하도록 장착된 휠을 갖추고, 그 휠의 일 측면에 일 방향 회전수단이 장착된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제1항에 있어서, 상기 보조 바퀴는 링크 부의 끝단에 회전가능하도록 장착된 복수의 휠을 갖추고, 그 일 측면에 일 방향 회전수단이 장착된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 일 방향 회전수단은 휠의 일측면에 고정된 톱니 부재와, 상기 톱니 부재에 단부가 걸리는 제동 바를 포함하고, 상기 제동 바는 톱니 부재에 걸리는 그 끝단 위치가 상기 휠의 중심축 전방에 위치됨으로써 보조 바퀴의 순방향 회전을 허용하고 역방향 회전을 방지하는 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.
제8항에 있어서, 상기 휠은 그 외주 면에 톱니 형의 거친 면이 형성된 것임을 특징으로 하는 지형극복을 위한 보조 바퀴가 내장된 소형 모바일로봇.