WO2013108951A1 - 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇 - Google Patents

캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇 Download PDF

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WO2013108951A1
WO2013108951A1 PCT/KR2012/000970 KR2012000970W WO2013108951A1 WO 2013108951 A1 WO2013108951 A1 WO 2013108951A1 KR 2012000970 W KR2012000970 W KR 2012000970W WO 2013108951 A1 WO2013108951 A1 WO 2013108951A1
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caterpillar
driving
motor
main
wheel
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PCT/KR2012/000970
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English (en)
French (fr)
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김종원
최동규
장도영
김남수
오종균
이석우
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Seoul National University R&DB Foundation
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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a mobile robot capable of overcoming various terrains and obstacles, and includes a caterpillar and a driving wheel that are individually operated, and are capable of various posture control.
  • the driving mechanism of the mobile robot can be largely divided into wheeled, tracked, and legged.
  • the wheeled mobile robot has the advantage of excellent driving performance on flat terrain and the simple mechanical structure and control mechanism.However, the wheeled mobile robot with fixed distance between axes cannot pass through various obstacles such as stairs, pools, and steep slopes. The disadvantage is that it is extremely difficult.
  • the wheel type mobile robot is equipped with a driving mechanism that can adjust the distance between the wheels, which gives the ability to overcome various obstacles such as stairs, but due to the complicated driving mechanism and mechanical elements.
  • a driving mechanism that can adjust the distance between the wheels, which gives the ability to overcome various obstacles such as stairs, but due to the complicated driving mechanism and mechanical elements.
  • track type mobile robot it is used as a robot that can overcome various obstacles such as stairs because the driving mechanism can be easily configured without considering the distance between the wheels. Obstacles that can be overcome depending on the length must be limited, but if the track is made larger than necessary to maximize the ability to overcome the obstacles, the overall weight of the mobile robot increases and excessive power is consumed, which reduces energy efficiency. have.
  • Three links (1, 2, 3) and rotary joints are driven by three wheels (100, 200, 300) independently driving the left and right sides of the mobile robot body (4) having a symmetrical structure of the type shown in FIG. (31, 32, 33) to connect to the body (4) and connect the body and the first link (1), using a joint mechanism (50) to limit the rotation angle of the first link (1)
  • Section 4 linkage driving system of wheel driving robot is constructed.
  • Such a six-wheeled robot can pass high obstacles even with small wheels, and can move while minimizing the shaking of the body 4 even in a terrain with large left and right steps, and in-situ rotation and narrow terrain movement are possible.
  • the present inventors have developed a new type of mobile robot having a new driving mechanism that maximizes various types of obstacle overcoming capabilities.
  • the object of the present invention created to solve the above problems is as follows.
  • Another object of the present invention is to provide a mobile robot capable of loading, firing or deploying a small robot.
  • Another object of the present invention is to provide a mobile robot having a new structure that can increase energy efficiency while driving.
  • FIG. 1 shows a structure of a conventional six wheel driving robot.
  • Figure 2 shows the obstacle overcoming limit of the conventional six-wheel drive robot.
  • Figure 3 shows (a) side structure, and (b) front structure of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a rotational structure of the main wheel rest 200.
  • FIG. 6 illustrates a structure in which the main wheel rest 200 is spread from side to side.
  • FIG 7 shows the internal loading portion 710 structure.
  • FIG 8 shows the structure of the upper loading portion 810.
  • FIG 11 illustrates a state in which the main wheel rest 200 is greatly extended from side to side.
  • control unit 600 control unit
  • Fig. 3 shows (a) the side structure and (b) the front structure of the present invention
  • Fig. 4 shows the driving mechanism of the present invention.
  • the body part 100 is supported by a traveling mechanism of the mobile robot, and the body part 100 is provided with an internal loading part 710, an upper loading part 810, a controller 600, and the like.
  • the main wheel support 200 is rotatably coupled to the left and right sides of the body portion 100, the auxiliary wheel support 300 is rotatably coupled to one end of each of the main wheel support 200, the main wheel support ( 200, the first driving wheel 410 is mounted at the other end of each.
  • a driving caterpillar 430 is rotatably mounted at one end of each of the auxiliary wheel rests 300 rotatably coupled to one end of the main wheel rest 200, and a second travel is performed at the other end of the auxiliary wheel rest 300.
  • Wheel 420 is mounted.
  • the first driving motor 510 is mounted at the other end of each of the main wheel support 200 and serves to drive the first driving wheel 410. That is, the first driving wheels 410 may be driven independently of each other. Therefore, the driving direction (driving direction) of the left and right first driving wheels 410 may be different from each other, and the driving speed may be different from each other.
  • the first driving motor 510 may be a structure engaged with the driving shaft of the first driving wheel 410 by a bevel gear, but is not necessarily limited to such a structure, and is generally known.
  • the driving shaft of the first driving motor 510 and the first driving wheel 410 may be engaged by the power transmission mechanism.
  • the caterpillar rotating motor 540 is mounted at one end of each of the auxiliary wheel rests 300 and serves to rotate the driving caterpillar 430. That is, the traveling caterpillar 430 may be rotated independently of each other to maintain an arbitrary angle.
  • the caterpillar rotating motor 540 is installed to interlock with one side of the traveling caterpillar 430 and is mounted on one side end of the auxiliary wheel support 300 (angle). Randomly adjust to maximize the ability to overcome obstacles.
  • a bevel gear system may be applied.
  • the caterpillar driving motor 530 is mounted inside each of the traveling caterpillar 430 and serves to drive the traveling caterpillar 430. That is, the traveling caterpillar 430 may be driven independently of each other. Therefore, the driving direction (driving direction) of the left and right traveling caterpillar 430 may be different from each other and the traveling speed may be different from each other.
  • the caterpillar drive motor 530 may be a structure that interlocks with a drive wheel of the driving caterpillar 430 by a bevel gear, but is not necessarily limited to such a structure, and generally known power transmission.
  • the driving wheels of the caterpillar driving motor 530 and the driving caterpillar 430 may be engaged by a mechanism.
  • the second driving motor 520 is mounted at the other end of each of the auxiliary wheel support 300 and serves to drive the second driving wheel 420. That is, the second driving wheels 420 may be driven independently of each other. Therefore, the driving direction (driving direction) of the left and right second driving wheels 420 may be different from each other, and the driving speed may be different from each other.
  • the second driving motor 520 may be a structure engaged with the driving shaft of the second driving wheel 420 by a bevel gear, but is not necessarily limited to such a structure, and is generally known.
  • the driving shaft of the second driving motor 520 and the second driving wheel 420 may be engaged by the power transmission mechanism.
  • the control unit 600 is mounted to the body portion 100 and the first drive motor 510, the caterpillar drive motor 540, the caterpillar drive motor 530, the second drive motor 520, the main wheel support motor 550 ), The trolley deployment motor 940, the first shape of the alloy lock spring 730 and the second shape of the alloy lock spring 830 to control the operation.
  • the controller 600 may receive a control signal from an external remote controller to give a necessary control command or may issue a control command by an embedded program.
  • a battery for supplying power for the operation of the mobile robot may be mounted (see the battery box shown between four upper loading portions 810 of FIG. 10 or 11). It can also be powered from the outside.
  • FIG 5 shows a rotation structure of the main wheel support 200
  • the main body 100 is equipped with a main wheel support rotation motor 550 for rotating the main wheel support 200.
  • the main wheel support rotation motor 550 rotates the main rotation shaft 910 by being engaged with the main rotation shaft 910, and thus, the main wheel coupled to the end of the main rotation shaft 910.
  • the pedestal 200 rotates to maintain an arbitrary angle (posture).
  • the main pivot shaft 910 is composed of one axis, the main wheel support 200 provided on the left and right sides of the body portion 100 by the main wheel support pivot motor 550 may rotate at the same time to maintain the same angle, Although not shown in detail as a separate drawing, it is composed of two shafts and does not interfere with each other in the direction of rotation. It is also possible to control only one angle (posture) of the two main wheel support (200).
  • main pivot shaft 910 is composed of two axes do not interfere with each other in the direction of rotation and the main wheel support pivot motor 550 is a two constituting the main pivot shaft 910 It is also possible to select the way in which the individual axes are connected, one for each of the four axes.
  • the main wheel support 200 rotates in the front-rear direction to variously change the posture of the mobile robot to improve the obstacle overcoming ability, and also rotates in the left-right direction as shown in FIG. 6.
  • the first bogie connecting portion 920 is coupled to each of the left and right end portions of the main pivot shaft 910 which rotates in association with the main wheel support pivot motor 550 to rotate together with the main pivot shaft 910.
  • the second balance connecting portion 930 is rotatably coupled to each of the first balance connecting portions 920, and the rotation shaft is coupled to be arranged in the front-rear direction so that the second balance connecting portion 930 may be rotated in the left-right direction to be unfolded.
  • the trolley deployment motor 940 is mounted on each of the first trolley connecting portions 920 to perform a function of rotating the second trolley connecting portion 930.
  • the main wheel support 200 When the main wheel support 200 is coupled to each of the second balance connecting portions 930, and the second balance connecting portion 930 is rotated upward and rightward by the balance-development motor 940, the main wheel support 200 accordingly. It will also be spread from side to side together.
  • the internal loading portion 710 serves to store the load as a loading space provided in the body portion 100.
  • the load may be of various kinds, and a small mobile robot may be loaded if necessary.
  • Deployment door 720 is rotatably coupled to the front end of the body portion 100, and serves to open and close the front of the inner loading portion (710).
  • the first shape-retaining alloy spring 730 is coupled to one side of the development door 720 and is rotated while pulling the deployment door 720 while being rotated when a current is supplied to open the deployment door 720. When the current supply is interrupted, the first shape-retaining alloy spring 730 returns to its original size and the development door 720 is closed again.
  • the upper loading portion 810 shows the structure of the upper loading portion 810, the upper loading portion 810 is provided on the upper portion of the body portion 100 serves to launch the stored load while rotating momentarily. That is, it functions to launch the load to the outside on the same principle as the catapult.
  • the firing spring 820 is coupled to the lower side of the upper loading portion 810 serves to provide a momentary rotational force to the upper loading portion 810.
  • the torsion spring 820 may be a torsion spring installed on the rotational shaft of the upper loading part 810, but is not necessarily limited to the torsion spring. May be used.
  • the trigger 840 rotates the upper loading part 810 to a stowed position so that the firing spring 820 is inserted into one side of the upper loading part 810 in a compressed state to prevent the upper loading part 810 from rotating. It is a kind of lock that plays a role.
  • the second shape-retaining alloy spring 830 is coupled to one side of the trigger 840 and contracts when the current is supplied to pull the trigger 840 to exit the upper loading portion 810.
  • the trigger 840 is released from the upper loading portion 810 in this manner, the upper loading portion 810 is momentarily rotated by the elastic force of the firing spring 820 to fire the load stored therein.
  • the kind of the load loaded on the upper loading part 810 is not limited to a specific object, and a small mobile robot may be loaded as needed.
  • FIG. 9 sequentially shows a process of opening the deployment door 720 after rotating the main wheel support 200 so that the body part 100 is inclined toward the front, and the upper loading part 810 is shown for convenience. Omitted.
  • a load for example, a small mobile robot
  • FIG. 10 shows the load stored in the upper loading part 810 by pivoting the upper loading part 810 after rotating the main wheel support 200 so that the body part 100 is inclined toward the front. The process of firing a small mobile robot forward) is shown.
  • the driving wheel and the caterpillar are mounted on the main wheel support 200 and the auxiliary wheel support 300 capable of active posture control in combination, thereby increasing the obstacle overcoming capacity as compared to the case in which only the general travel wheel is mounted.
  • main wheel rest 200 may not only rotate in the front-rear direction, but also expand in the left-right direction, and thus may pass through various terrains.
  • a small mobile robot may be loaded into the inner loading portion 710 and the upper loading portion 810 to be deployed or launched.
  • the caterpillar and driving wheel systems combine to maximize obstacle avoidance and drive power consumption while driving. Can be reasonably reduced.
  • the angle of the main wheel support () is appropriately changed, it may be possible to drive with only the caterpillar, and even with only the caterpillar and some driving wheels, the operation of the non-grounded driving wheels may be stopped, thereby minimizing unnecessary power usage.

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Description

캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇
본 발명은 다양한 지형과 장애물을 극복할 수 있는 이동로봇에 관한 것으로서 개별적으로 작동되는 캐터필러와 주행휠을 구비하고 다양한 자세 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.
이동로봇의 주행메커니즘은 크게 차륜형 (wheeled), 트랙형 (tracked), 다족형 (legged)으로 구분할 수 있다.
차륜형 이동로봇의 경우 평탄한 지형에서의 주행 성능이 탁월하고 기계적 구조와 제어메커니즘이 단순하다는 장점이 있으나, 축간 거리가 고정된 차륜형 이동로봇의 경우 계단, 웅덩이, 급경사와 같은 다양한 장애물을 통과가 극히 곤란하다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 구동바퀴들 사이의 축간 거리를 조절할 수 있는 주행메커니즘이 구비된 차륜형 이동로봇을 제작하여 계단과 같은 다양한 장애물을 극복할 수 있는 능력을 부여하였으나 복잡한 주행메커니즘와 기계요소로 인해 무게가 많이 나가고, 복잡한 제어시스템을 갖추어야 하는 문제점이 있다.
다족형 이동로봇의 경우 계단 등반과 같이 다양한 지형에 대한 적응성은 우수하나. 이동 속도가 상대적으로 느리고 주행메커니즘이 매우 복잡하며 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
트랙형 이동로봇의 경우 바퀴 간의 간격에 대한 고려 없이 용이하게 주행메커니즘을 구성할 수 있기 때문에 계단과 같은 다양한 장애물을 극복할 수 있는 로봇으로 많이 활용되고 있으나, 이러한 트랙형의 경우에도 트랙의 높이나 전체 길이에 따라 극복할 수 있는 장애물이 제한될 수 밖에 없는데, 장애물 극복 능력을 극대화하기 위하여 트랙을 필요 이상으로 크게 제작할 경우 이동로봇의 전체 중량이 증가하고 과도한 동력이 소요되어 에너지 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서 실내외의 계단과 같은 험준한 지형의 등반이나 통과가 가능하며, 구조가 단순하고 제어가 간단하며, 구동시 에너지 효율이 우수한 이동로봇의 주행메커니즘을 제공할 필요가 있는데, 이러한 요구에 부응하기 위하여 도1에 도시된 형태의 좌우 대칭구조를 가지는 이동로봇 몸체(4)의 좌우 양측에 각각 독립적으로 구동하는 3개의 바퀴(100, 200, 300)를 3개의 링크(1,2,3)와 회전조인트(31, 32, 33)를 이용하여 몸체(4)와 연결하고 몸체와 제1링크(1)를 이어주고, 제1링크(1)의 회전각을 제한하는 조인트 메커니즘(50)을 사용하여 6차륜 주행로봇의 4절 링크기구 주행시스템을 구성하였다.
이러한 6차륜 주행로봇의 경우 작은 바퀴로도 높은 장애물을 통과할 수 있으며, 좌우 단차가 큰 지형에서도 몸체(4)의 흔들림을 최소화하면서 이동이 가능하고, 제자리 회전 및 좁은 지형 이동이 가능하다는 장점과 함께 트랙형에 비하여 주행시 에너지 효율이 높다는 장점이 있으나, 도2에 도시된 바와 같이 우리의 일상 생활에서 흔히 만날 수 있는 다양한 형태의 장애물을 모두 극복하기에는 한계가 존재하게 됨을 알 수 있다.
이에 본 발명자는 다양한 형태의 장애물 극복 능력을 극대화시킨 새로운 주행메커니즘을 구비한 새로운 형태의 이동로봇을 개발하게 되었다.
상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 캐터필러와 주행휠을 겸비한 새로운 주행메커니즘을 제공하여 이동로봇의 장애물 통과 능력을 극대화시키는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 소형로봇을 적재하고 발사하거나 전개시키는 것이 가능한 이동로봇을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
셋째, 주행시 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 구조의 이동로봇을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 몸체부(100); 상기 몸체부(100)의 좌우 양측에 회동가능하게 결합되는 메인차륜받침대(200); 상기 메인차륜받침대(200) 각각의 일측 단부에 회동가능하게 결합되는 보조차륜받침대(300); 상기 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에 각각 장착되는 제1주행휠(410); 상기 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에 회동가능하게 장착되는 주행캐터필러(430); 상기 보조차륜받침대(300) 각각의 타측 단부에 회동가능하게 장착되는 제2주행휠(420); 상기 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에 장착되며 상기 제1주행휠(410)을 구동시키는 제1구동모터(510); 상기 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에 장착되며 상기 주행캐터필러(430)를 회동시키는 캐터필러회동모터(540); 상기 주행캐터필러(430) 각각의 내부에 장착되며 상기 주행캐터필러(430)를 구동시키는 캐터필러구동모터(530); 상기 보조차륜받침대(300) 각각의 타측 단부에 장착되며 상기 제2주행휠(420)을 구동시키는 제2구동모터(520); 및, 상기 몸체부(100)에 장착되며 상기 제1구동모터(510), 상기 캐터필러회동모터(540), 상기 캐터필러구동모터(530) 및 상기 제2구동모터(520)의 작동을 제어하는 제어부(600);를 포함하여 구성되며, 지형에 따라 독립적으로 구동되는 주행캐터필러와 주행휠을 선택적으로 사용하여 주행로봇의 장애물 통과 능력을 극대화시킬 수 있다.
도1은 종래의 6차륜 주행로봇의 구조를 도시한다.
도2는 종래의 6차륜 주행로봇의 장애물 극복 한계를 도시한다.
도3은 본 발명의 (a)측면 구조, 및 (b)정면 구조를 도시한다.
도4는 본 발명의 주행메커니즘을 도시한다.
도5는 메인차륜받침대(200)의 회동 구조를 도시한다.
도6은 메인차륜받침대(200)가 좌우로 펼쳐지는 구조를 도시한다.
도7은 내부적재부(710) 구조를 도시한다.
도8은 상부적재부(810) 구조를 도시한다.
도9는 내부적재부(710)의 전개 과정을 도시한다.
도10은 상부적재부(810)의 발사 과정을 도시한다.
도11은 메인차륜받침대(200)을 좌우로 크게 펼친 상태를 도시한다.
[부호의 설명]
100:몸체부
200:메인차륜받침대
300:보조차륜받침대
410:제1주행휠
420:제2주행휠
430:주행캐터필러
510:제1구동모터
520:제2구동모터
530:캐터필러구동모터
540:캐터필러회동모터
550:메인차륜받침대회동모터
600:제어부
710:내부적재부
720:전개도어
730:제1형상기억합금스프링
810:상부적재부
820:발사용스프링
830:제2형상기억합금스프링
840:트리거
910:메인회동축
920:제1대차연결부
930:제2대차연결부
940:대차전개용모터
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 (a)측면 구조, 및 (b)정면 구조를 도시하고, 도4는 본 발명의 주행메커니즘을 도시한다.
몸체부(100)는 이동로봇의 주행메커니즘에 의하여 지지되며, 몸체부(100)에는 내부적재부(710), 상부적재부(810), 제어부(600) 등이 구비된다.
메인차륜받침대(200)는 몸체부(100)의 좌우 양측에 회동가능하게 결합되고, 메인차륜받침대(200) 각각의 일측 단부에는 보조차륜받침대(300)가 회동가능하게 결합되고, 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에는 제1주행휠(410)이 장착된다.
메인차륜받침대(200)의 일측 단부에 회동가능하게 결합되는 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에는 주행캐터필러(430)가 회동가능하게 장착되고 보조차륜받침대(300)의 타측 단부에는 제2주행휠(420)이 장착된다.
제1구동모터(510)는 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에 장착되며 제1주행휠(410)을 구동시키는 역할을 한다. 즉 제1주행휠(410)은 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서 좌우 제1주행휠(410)의 구동 방향(주행 방향)이 서로 다를 수 있고 주행 속도가 서로 다를 수도 있다.
도4의 단면도에 도시된 바와 같이 제1구동모터(510)는 베벨기어에 의하여 제1주행휠(410)의 구동축에 맞물리는 구조가 될 수 있는데, 반드시 이러한 구조로만 한정되는 것은 아니며 일반적으로 알려진 동력전달 메카니즘에 의하여 제1구동모터(510)와 제1주행휠(410)의 구동축이 맞물릴 수도 있다.
캐터필러회동모터(540)는 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에 장착되며 주행캐터필러(430)를 회동시키는 역할을 한다. 즉 주행캐터필러(430)는 각각 독립적으로 회동되어 임의의 각도를 유지할 수 있다.
도4의 단면도에 도시된 바와 같이 캐터필러회동모터(540)는 주행캐터필러(430)의 일측과 연동하도록 설치되어 보조차륜받침대(300)의 일측 단부에 장착된 주행캐터필러(430)의 자세(각도)를 임의로 조절하여 장애물 극복 능력을 극대화시킨다. 이 경우 도4의 단면도와는 달리 베벨기어 방식이 적용될 수도 있다.
캐터필러구동모터(530)는 주행캐터필러(430) 각각의 내부에 장착되며 주행캐터필러(430)를 구동시키는 역할을 한다. 즉 주행캐터필러(430)는 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서 좌우 주행캐터필러(430)의 구동 방향(주행 방향)이 서로 다를 수 있고 주행 속도가 서로 다를 수도 있다.
도4의 단면도에 도시된 바와 같이 캐터필러구동모터(530)는 베벨기어에 의하여 주행캐터필러(430)의 구동휠과 연동하는 구조가 될 수 있는데, 반드시 이러한 구조로만 한정되는 것은 아니며 일반적으로 알려진 동력전달 메카니즘에 의하여 캐터필러구동모터(530)와 주행캐터필러(430)의 구동휠이 맞물릴 수도 있다.
제2구동모터(520)는 보조차륜받침대(300) 각각의 타측 단부에 장착되며 제2주행휠(420)을 구동시키는 역할을 한다. 즉 제2주행휠(420)은 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서 좌우 제2주행휠(420)의 구동 방향(주행 방향)이 서로 다를 수 있고 주행 속도가 서로 다를 수도 있다.
도4의 단면도에 도시된 바와 같이 제2구동모터(520)는 베벨기어에 의하여 제2주행휠(420)의 구동축에 맞물리는 구조가 될 수 있는데, 반드시 이러한 구조로만 한정되는 것은 아니며 일반적으로 알려진 동력전달 메카니즘에 의하여 제2구동모터(520)와 제2주행휠(420)의 구동축이 맞물릴 수도 있다.
제어부(600)는 몸체부(100)에 장착되며 제1구동모터(510), 캐터필러회동모터(540), 캐터필러구동모터(530), 제2구동모터(520), 메인차륜받침대회동모터(550), 대차전개용모터(940), 제1형상기억합금스프링(730) 및 제2형상기억합금스프링(830)의 작동을 제어한다.
제어부(600)는 외부의 리모트콘트롤러로부터 제어신호를 수신하여 필요한 제어명령을 내릴 수도 있고 내장된 프로그램에 의하여 자체 제어명령을 내릴 수도 있다.
아울러 첨부도면에 별도로 도면부호를 부여하지 않았으나 이동로봇의 작동에 필요한 전원을 공급하는 밧데리가 장착될 수도 있고(도10 또는 도11의 상부적재부(810) 4개 사이에 도시된 밧데리 박스 참조), 외부로부터 전원을 공급받을 수도 있다.
도5는 메인차륜받침대(200)의 회동 구조를 도시하는데, 몸체부(100)에는 메인차륜받침대(200)를 회동시키는 메인차륜받침대회동모터(550)가 장착된다.
이러한 메인차륜받침대회동모터(550)는 도5에 도시된 바와 같이 메인회동축(910)에 맞물려 메인회동축(910)을 회전시키고, 이에 따라 메인회동축(910)의 단부에 결합된 메인차륜받침대(200)가 회동하여 임의의 각도(자세)를 유지하게 된다.
메인회동축(910)은 1개의 축으로 구성되어 메인차륜받침대회동모터(550)에 의하여 몸체부(100)의 좌우에 구비된 메인차륜받침대(200)가 동시에 회동하여 동일한 각도를 유지할 수도 있으며, 별도의 도면으로 자세히 도시하지는 않았으나 2개의 축으로 구성되어 서로 회전 방향에 간섭을 받지 않는 구조이고 메인차륜받침대회동모터(550)는 메인회동축(910)을 구성하는 2개의 축 가운데 어느 하나에만 연결되어 2개의 메인차륜받침대(200) 가운데 어느 하나의 각도(자세)만을 제어할 수도 있다.
이와 같이 2개의 메인차륜받침대(200) 가운데 어느 하나의 각도만을 능동적으로 제어할 경우 나머지 하나는 지면의 형상에 따라 자연스럽게 임의의 각도로 회동된다.
또한 첨부 도면에 별도로 도시하지 않았으나 메인회동축(910)은 2개의 축으로 구성되어 서로 회전 방향에 간섭을 받지 않는 구조이고 메인차륜받침대회동모터(550)는 메인회동축(910)을 구성하는 2개의 축 각각에 하나씩 연결되어 개별적으로 작동되는 방식이 선택될 수도 있다.
메인차륜받침대(200)는 전후 방향으로 회동을 하여 이동로봇의 자세를 다양하게 변화시켜 장애물 극복 능력을 향상시킬 뿐만 아니라, 도6에 도시된 바와 같이 좌우 방향으로도 회동하여 펼쳐질 수 있다.
제1대차연결부(920)는 메인차륜받침대회동모터(550)와 연동하여 회동하는 메인회동축(910) 좌우측 단부 각각에 결합되어 메인회동축(910)과 함께 회동한다.
제2대차연결부(930)는 제1대차연결부(920) 각각에 회동가능하게 결합되는데, 회전축이 전후 방향으로 배열되도록 결합되어 제2대차연결부(930)는 좌우 방향으로 회동하여 펼쳐질 수 있다.
대차전개용모터(940)는 제1대차연결부(920) 각각에 장착되어 제2대차연결부(930)를 회동시키는 기능을 수행한다.
제2대차연결부(930) 각각에는 메인차륜받침대(200)가 결합되고 대차전개용모터(940)에 의하여 제2대차연결부(930)가 상향 회동하면서 좌우로 펼쳐지면 이에 따라 메인차륜받침대(200)도 함께 좌우로 펼쳐지게 된다.
이와 같이 메인차륜받침대(200)가 좌우로 펼쳐지면, "V"자 형태의 지면에서 접지력을 충분히 확보할 수 있으며, 메인차륜받침대(200)를 도11과 같이 90도 가까이 상향 회동하여 크게 펼치는 경우 지면에 닿지 않은 상태로 수직에 가까운 직벽으로 이루어진 협곡 사이를 통과할 수도 있다.
도7은 내부적재부(710)의 구조를 도시한다.
내부적재부(710)는 몸체부(100)의 내부에 구비되는 적재공간으로서 적재물을 보관하는 역할을 한다. 여기서 적재물은 다양한 종류가 될 수 있는데, 필요한 경우 소형 이동로봇이 적재될 수도 있다.
전개도어(720)는 몸체부(100)의 전단에 회동가능하게 결합되며, 내부적재부(710)의 전면을 개폐하는 역할을 한다.
제1형상기억합금스프링(730)은 전개도어(720)의 일측에 결합되어 전류가 공급되면 수축되면서 전개도어(720)를 잡아당기면서 회동시켜 전개도어(720)를 개방한다. 전류 공급이 중단되면 제1형상기억합금스프링(730)은 원래의 크기로 복귀하여 전개도어(720)가 다시 닫히게 된다.
도8은 상부적재부(810)의 구조를 도시하는데, 상부적재부(810)는 몸체부(100)의 상부에 구비되며 순간적으로 회동하면서 보관된 적재물을 발사하는 역할을 한다. 즉 투석기와 같은 원리로 적재물을 외부로 발사하는 기능을 한다.
발사용스프링(820)은 상부적재부(810)의 하부 일측에 결합되어 상부적재부(810)에 순간적인 회동력을 제공하는 역할을 한다.
발사용스프링(820)은 도8에 도시된 바와 같이 상부적재부(810)의 회동축에 설치되는 토션스프링이 사용될 수 있는데, 반드시 토션스프링에 한정되는 것은 아니며 적절한 설계변경을 통하여 다른 종류의 스프링이 사용될 수도 있다.
트리거(840)는 상부적재부(810)를 적재 위치로 회동시켜 발사용스프링(820)이 압축된 상태에서 상부적재부(810)의 일측에 삽입되어 상부적재부(810)의 회동을 방지하는 역할을하는 일종의 잠금장치이다.
제2형상기억합금스프링(830)은 트리거(840)의 일측에 결합되며 전류가 공급되면 수축되면서 트리거(840)를 잡아당겨 상부적재부(810)에서 빠져나오도록 한다. 이와 같은 방식으로 트리거(840)가 상부적재부(810)에서 빠져나오면 발사용스프링(820)의 탄성력으로 상부적재부(810)이 순간적으로 회동하면서 그 내부에 보관된 적재물을 발사하게 된다.
상부적재부(810)에 적재되는 적재물의 종류도 특정 물건으로 한정되지 않으며 필요에 따라 소형 이동로봇이 적재될 수도 있다.
도9는 메인차륜받침대(200)를 회동시켜 몸체부(100)가 전방을 향하여 기울어지도록 한 후 전개도어(720)를 개방하는 과정을 순차적으로 보여주는데, 상부적재부(810)는 편의상 그 도시를 생략하였다. 이와 같이 전개도어(720)가 개방되면 그 내부에 보관된 적재물(예를 들어 소형 이동로봇)이 전개도어(720)를 통하여 외부로 빠져나오게 된다.
도10은 메인차륜받침대(200)를 회동시켜 몸체부(100)가 전방을 향하여 기울어지도록 한 후 상부적재부(810)을 순간적으로 회동시켜 상부적재부(810)에 보관된 적재물(예를 들어 소형 이동로봇)을 전방으로 발사하는 과정을 도시한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 캐터필러와 주행휠을 겸비한 새로운 주행메커니즘을 제공하여 이동로봇의 장애물 통과 능력을 극대화시킬 수 있다.
다시 말하면, 능동적인 자세제어가 가능한 메인차륜받침대(200)와 보조차륜받침대(300)에 주행휠과 캐터필러가 복합적으로 장착되어 일반적인 주행휠만 장착된 경우에 비하여 장애물 극복 능력이 배가된다.
아울러 메인차륜받침대(200)는 전후 방향으로 회동하는 것뿐만 아니라 좌우 방향으로도 펼쳐질 수 있어 보다 다양한 지형을 통과할 수 있다.
둘째, 소형로봇을 적재하고 발사하거나 전개시키는 것이 가능하다.
다시 말하면, 내부적재부(710)와 상부적재부(810)에 소형 이동로봇을 적재하여전개하거나 발사할 수 있다.
셋째, 주행시 불필요한 동력 사용을 방지하여 에너지 효율을 높일 수 있다.
다시 말하면, 캐터필러 방식의 주행 메커니즘만으로 구성될 경우 상대적으로 소음이 심할 뿐 아니라 주행시 동력 소비가 증가하게 되나 캐터필러 방식과 주행휠 방식을 혼합한 구조의 경우 장애물 극복 능력을 극대화함과 동시에 주행시 동력 소비를 합리적으로 줄일 수 있다. 또한 메인차륜받침대()의 각도를 적절히 변경하면 캐터필러만으로 주행이 가능할 수도 있고, 캐터필러와 일부 주행휠만으로도 주행이 가능하여 접지되지 않는 주행휠의 작동을 멈출 수 있어 불필요한 동력 사용을 극소화할 수 있다.

Claims (7)

  1. 몸체부(100);
    상기 몸체부(100)의 좌우 양측에 회동가능하게 결합되는 메인차륜받침대(200);
    상기 메인차륜받침대(200) 각각의 일측 단부에 회동가능하게 결합되는 보조차륜받침대(300);
    상기 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에 각각 장착되는 제1주행휠(410);
    상기 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에 회동가능하게 장착되는 주행캐터필러(430);
    상기 보조차륜받침대(300) 각각의 타측 단부에 회동가능하게 장착되는 제2주행휠(420);
    상기 메인차륜받침대(200) 각각의 타측 단부에 장착되며 상기 제1주행휠(410)을 구동시키는 제1구동모터(510);
    상기 보조차륜받침대(300) 각각의 일측 단부에 장착되며 상기 주행캐터필러(430)를 회동시키는 캐터필러회동모터(540);
    상기 주행캐터필러(430) 각각의 내부에 장착되며 상기 주행캐터필러(430)를 구동시키는 캐터필러구동모터(530);
    상기 보조차륜받침대(300) 각각의 타측 단부에 장착되며 상기 제2주행휠(420)을 구동시키는 제2구동모터(520); 및,
    상기 몸체부(100)에 장착되며 상기 제1구동모터(510), 상기 캐터필러회동모터(540), 상기 캐터필러구동모터(530) 및 상기 제2구동모터(520)의 작동을 제어하는 제어부(600);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  2. 제1항에서,
    상기 몸체부(100)에 장착되어 상기 메인차륜받침대(200)를 회동시키는 메인차륜받침대회동모터(550);
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  3. 제2항에서,
    상기 몸체부(100)의 내부에 구비되며 적재물을 보관하는 내부적재부(710);
    상기 몸체부(100)의 전단에 회동가능하게 결합되며, 상기 내부적재부(710)의 전면을 개폐하는 전개도어(720); 및,
    상기 전개도어(720)의 일측에 결합되어 전류가 공급되면 수축되면서 상기 전개도어(720)를 잡아당겨 상기 전개도어(720)를 개방하는 제1형상기억합금스프링(730);
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  4. 제2항에서,
    상기 몸체부(100)의 상부에 구비되며 순간적으로 회동하면서 보관된 적재물을 발사하는 상부적재부(810);
    상기 상부적재부(810)에 순간적인 회동력을 제공하는 발사용스프링(820);
    상기 상부적재부(810)를 적재 위치로 회동시켜 상기 발사용스프링(820)이 압축된 상태에서 상기 상부적재부(810)의 일측에 삽입되어 상기 상부적재부(810)의 회동을 방지하는 트리거(840); 및,
    상기 트리거(840)의 일측에 결합되어 전류가 공급되면 수축되면서 상기 트리거(840)를 잡아당겨 상기 상부적재부(810)에서 빠져나오도록 하는 제2형상기억합금스프링(830);
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  5. 제2항 내지 제4항 가운데 어느 한 항에서,
    상기 몸체부(100)를 좌우 방향으로 가로지르도록 관통하고 상기 메인차륜받침대회동모터(550)와 연동하여 회동하는 메인회동축(910);
    상기 몸체부(100)의 좌우 양측으로 노출된 상기 메인회동축(910)의 좌우 양측 단부 각각에 결합되어 상기 메인회동축(910)과 함께 회동하는 제1대차연결부(920);
    상기 제1대차연결부(920)에 회전축이 전후 방향으로 배열되도록 회동가능하게 결합되는 제2대차연결부(930); 및,
    상기 제1대차연결부(920) 각각에 장착되어 상기 제2대차연결부(930)를 회동시키는 대차전개용모터(940);
    가 더 포함되고,
    상기 제2대차연결부(930) 각각에 상기 메인차륜받침대(200)가 결합되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  6. 제5항에서,
    상기 메인회동축(910)은 2개의 축으로 이루어져 서로 회전 방향에 간섭을 받지 않도록 결합되어 상기 몸체부(100)의 좌우 양측으로 각각 돌출되는 구조이며,
    상기 메인차륜받침대회동모터(550)는 상기 메인회동축(910)을 구성하는 2개의 축 가운데 어느 하나에만 연결되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
  7. 제5항에서,
    상기 메인회동축(910)은 2개의 축으로 이루어져 서로 회전 방향에 간섭을 받지 않도록 결합되어 상기 몸체부(100)의 좌우 양측으로 각각 돌출되는 구조이며,
    상기 메인차륜받침대회동모터(550)는 상기 메인회동축(910)을 구성하는 2개의 축 각각에 하나씩 연결되어 개별적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 캐터필러와 주행휠을 구비한 이동로봇.
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