WO2023243867A1 - 로봇의 충전 스테이션 및 로봇의 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 충전 스테이션 및 로봇의 충전 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예인 충전 스테이션은, 내부에 공간을 구비하고 상기 로봇이 접근하여 등반할 수 있도록 지면에 놓여지는 스테이션 본체; 상기 스테이션 본체에 배치되며, 상기 스테이션 본체에 상대 회전 가능하게 결합되는 회전부; 및 상기 회전부의 상부에 결합되어 상기 회전부의 회전에 의해 함께 회전하며, 상기 로봇을 충전하기 위한 전원공급 단자가 구비되는 충전부;를 포함할 수 있다.

Description

로봇의 충전 스테이션 및 로봇의 충전 방법

본 발명은 로봇의 충전 스테이션 및 로봇의 충전 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 로봇이 충전 스테이션에 등반 시 전진 이동으로 진입하고, 충전이 완료된 이후 로봇이 충전 스테이션으로부터 벗어나는 경우에도 전진 이동으로 벗어날 수 있도록 구성된 충전 스테이션과, 이를 이용한 로봇의 충전 방법에 관한 것이다.

최근에는 로봇 기술의 발전에 따라 산업 분야뿐만 아니라 가정에도 로봇의 사용이 증가되고 있다.

가정용 로봇은 청소 등의 가사를 돕거나 가전 기기를 제어하는 등 사람의 집안 내의 일을 대신 수행하는 로봇, 또는 인공 지능(AI)을 이용하여 사용자의 비서 역할을 수행하거나 사용자에게 교육을 제공하는 로봇, 또는 반려 동물을 대신하는 로봇 등이 있다.

가정용 로봇은 특정 위치에 고정된 상태로 기능을 수행하는 로봇은 물론, 이동 가능한 이동형 로봇도 존재한다. 특히, 가정에서 사용하는 로봇의 경우에는 사용자를 대신하거나 사용자를 따라 집안을 이동하는 이동형 로봇이 주로 사용된다. 이동형 로봇 중에서도, 2개의 바퀴를 갖는 이륜형 로봇은 적은 지면 면적을 차지하는 장점이 있다.

가정용 로봇은, 종래 청소 전용 이동 로봇과 마찬가지로 내장된 배터리를 이용하여 구동되며, 따라서 배터리에 대한 주기적인 충전이 필요하다. 이를 위해 종래의 청소 로봇의 충전 스테이션에 유사한 충전 스테이션이 가정용 로봇에도 구비될 수 있다.

선행문헌인 한국등록특허 제0575703호에는, 로봇청소기의 충전대 복귀시스템 및 방법에 대해 개시하고 있다.

선행문헌에 개시된 충전대 복귀시스템은, 서포터 센서에 의해 로봇청소기가 충전대 감지영역까지 인도되고, 로봇청소기가 특정 위치로 인도된 이후에는 서포터 센서와 충전대 센서를 이용하여 3차원적으로 충전대를 인식함으로써 충전대에 도킹하도록 구성된다.

이때, 특정 위치까지 인도된 로봇청소기는 180도 회전하여 후진 이동으로 충전대에 도킹된다.

그러나, 2개의 바퀴와 본체가 구비되고 본체와 바퀴가 레그를 통해 연결되는 구조의 가정용 로봇은, 높은 위치에 무게 중심이 구성되고 2개의 바퀴 이외에는 지면과의 지지점이 별도로 마련되지 않으므로 상기 선행문헌의 로봇청소기와 같은 제자리 회전이 용이하지 않으며, 제자리 회전을 시도하여도 중심점의 위치가 어긋나게 되어 버리는 문제가 있다.

이를 개선하기 위해서, 로봇이 충전 스테이션에 전진 이동을 통해 등반하도록 구성한다면, 반대로 충전이 완료된 이후에는 후진 이동을 통해서만 충전 스테이션을 벗어날 수 있다는 문제가 생기게 된다.

본 발명은, 로봇이 충전 스테이션에 진입하는 동작 및 충전 스테이션으로부터 벗어나는 동작 모두가 전진 이동으로 가능한 충전 스테이션 및 이를 이용한 로봇의 충전 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 충전 중에 로봇과 고정 결합되는 충전 스테이션 및 이를 이용한 로봇의 충전 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 로봇에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션으로서, 내부에 공간을 구비하고 상기 로봇이 접근하여 등반할 수 있도록 지면에 놓여지는 스테이션 본체; 상기 스테이션 본체에 배치되며, 상기 스테이션 본체에 상대 회전 가능하게 결합되는 회전부; 및 상기 회전부의 상부에 결합되어 상기 회전부의 회전에 의해 함께 회전하며, 상기 로봇을 충전하기 위한 전원공급 단자가 구비되는 충전부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 스테이션 본체는, 상기 로봇이 등반하는 입구에 배치되며, 상기 로봇이 진입하는 방향의 전방을 향해 상향된 경사를 갖는 경사부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 경사부에는, 상기 로봇의 휠에 대한 이동을 가이드하도록 홈이 형성된 휠 가이드부가 마련될 수 있다.

이때, 상기 휠 가이드부는, 상기 로봇이 등반하는 입구는 상기 휠의 폭보다 상기 홈의 폭이 더 크도록 형성되고, 상기 로봇의 등반 경로의 전방으로 향할수록 상기 입구 대비 상기 홈의 폭이 좁아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 회전부는, 상기 로봇의 휠이 안착되고 모터의 회전에 의해 회전되는 안착판; 및 상기 모터와 함께 상기 스테이션 본체의 내부 공간에 수용되며, 상기 모터의 회전에 의해 생성된 동력을 상기 안착판에 전달하는 동력 전달부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 안착판은, 상기 로봇이 정 위치에 정지하도록 상기 로봇의 좌우측 휠의 정지 위치에 배치되는 휠 삽입 홈; 및 상기 휠 삽입 홈에 배치되며 상기 로봇의 무게를 감지하는 로봇 감지 버튼;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 동력 전달부는, 상기 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하는 제1 전달부; 상기 제1전달부에 연결되는 벨트; 및 상기 안착판과 서로 동축 결합되며, 상기 벨트에 연결되어 상기 제1 전달부의 회전력을 전달받아 상기 안착판을 회전시키는 제2 전달부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 동력 전달부는, 상기 벨트의 장력을 조절하는 텐셔너;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 회전부는, 상기 제2 전달부의 원주방향 외측으로 돌출되도록 상기 제2 전달부의 외주면에 연결되는 돌기부; 및 상기 제2 전달부의 회전에 의해 상기 돌기부와 접촉되는 위치에 배치되는 마이크로 스위치;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 충전부는, 상기 로봇이 상기 회전부에 등반한 상태를 기준으로 상기 로봇의 좌우측 휠 사이에 배치되는 충전부 본체; 및 상기 충전부 본체의 상부에 배치되고 상기 로봇의 결합부재가 삽입되는 결합 홈;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 충전부는, 상기 결합 홈에 배치되며, 삽입된 상기 로봇의 결합부재와 걸림 결합되는 결합 후크;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션에 있어서, 상기 충전부는, 일 단이 상기 결합 후크에 인접하고, 상기 결합 후크의 일 단이 상기 로봇의 결합부재에 걸리면 상기 결합 후크의 타 단이 상기 일 단에 걸리는 후크 링크; 및 상기 후크 링크의 타 단에 인접하고, 상기 후크 링크의 타 단을 가압하여 상기 결합 후크의 걸림을 해제하는 후크 스위치;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 로봇과, 상기 로봇에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션이 포함된 로봇 시스템에 의해 수행되는 로봇의 충전 방법으로서, 상기 로봇의 휠이 상기 충전 스테이션의 회전부에 올라서는 등반 단계; 상기 로봇에 전원이 공급되도록 상기 로봇의 충전 단자와 상기 충전 스테이션의 전원공급 단자가 서로 전기적으로 결합하는 결합 단계; 및 상기 충전 스테이션의 회전부가 상기 로봇과 함께 회전하여 상기 로봇의 전면이 바라보는 방향을 180도로 전환하는 회전 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충전 방법에 있어서, 상기 로봇은, 상기 충전 단자가 구비되는 로봇 본체; 상기 로봇 본체의 좌우측 면에 각각 배치되며, 지면 위를 구름 이동하는 상기 휠과 결합되는 레그부; 및 상기 로봇 본체에 수용되고 상기 레그부에 구동력을 제공하도록 상기 좌우측 레그부에 각각 연결되는 서스펜션 모터;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충전 방법에 있어서, 상기 결합 단계는, 상기 서스펜션 모터의 구동을 통해 상기 레그부가 상기 로봇 본체를 하측으로 이동시켜, 상기 충전 단자와 상기 전원공급 단자가 서로 접촉 결합되는 로봇 본체 하강 단계; 및 상기 로봇 본체의 하측에 배치된 결합부재와 상기 충전 스테이션의 상측에 배치된 결합 후크가 서로 걸림 결합되는 로봇 본체 고정 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충전 방법에 있어서, 상기 충전 단자와 상기 전원공급 단자의 결합이 해제되는 해제 단계; 및 상기 로봇이 상기 충전 스테이션을 벗어난 이후, 상기 회전부가 최초 위치로 되돌아가도록 회전하는 복귀 회전 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 로봇 시스템에 의해 수행되는 로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예는, 로봇이 상기 충전 스테이션에 접근하도록 이동하여 상기 충전 스테이션의 스테이션 본체를 등반하는 진입 단계; 상기 로봇에 구비된 충전 단자와 상기 충전 스테이션에 구비된 전원공급 단자가 서로 전기적으로 접촉하는 충전 단계; 및 상기 로봇이 상기 충전 스테이션을 벗어나도록 이동하는 이탈 단계;를 포함할 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 진입 단계는, 상기 휠 모터 및 상기 단자 회전 모터 중 적어도 하나 이상의 모터가 구동될 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 충전 단계는, 상기 로봇 본체가 지면으로부터 가까운 방향을 향해 이동될 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 충전 단계는, 상기 로봇 본체와 상기 휠 사이의 거리가 가까워지도록 상기 서스펜션 모터가 구동할 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 이탈 단계는, 상기 로봇 본체가 지면으로부터 먼 방향을 향해 이동될 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 진입 단계, 상기 충전 단계 및 상기 이탈 단계에 걸쳐 상기 로봇 본체의 자세 변경이 적어도 1회 이상 발생할 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 진입 단계 및 상기 이탈 단계는, 상기 휠 모터가 한방향으로 회전 구동될 수 있다.

로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예에 있어서, 상기 진입 단계에서의 상기 서스펜션 모터의 회전 방향과 상기 이탈 단계에서의 서스펜션 모터의 회전 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.

본 발명에 따르면, 로봇이 충전 스테이션에 결합된 이후 안착판이 180도 회전하도록 구성되므로, 로봇이 충전 스테이션에 진입하는 동작 및 충전 스테이션으로부터 벗어나는 동작 모두가 전진 이동으로 가능하게 된다. 따라서, 로봇의 충전 스테이션으로의 진입 및 이탈이 모두 용이하게 되는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 로봇이 충전 스테이션에 결합될 때, 충전 스테이션의 결합 후크와 로봇의 결합부재가 서로 걸림 결합되므로, 로봇과 충전 스테이션 간의 고정 결합이 가능하게 된다. 따라서, 충전 중 로봇으로의 전력 공급이 안정적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 로봇을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명 실시예에 따른 로봇의 정면도이다.

도 4는 본 발명 실시예에 따른 로봇의 배면도이다.

도 5는 본 발명 실시예에 따른 로봇의 측면도이다.

도 6은 본 발명 실시예에 따른 로봇의 저면도이다.

도 7은 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 상부 기능 모듈을 제거한 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 레그부를 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 레그부의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 제2 링크를 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 전선을 숨기기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 12 및 도 13은 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 레그부의 이동에 따른 횔의 위치 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 본 발명 실시예에 따른 로봇에서 휠의 배치 및 하부 기능 모듈과의 결합을 위한 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 블록도이다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 로봇에서 로봇 본체와 하부 기능 모듈이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 사시도이다.

도 18은 도 17에서 일부 부품을 분해한 전개도이다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 동력 전달부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 20은 도 19에 대한 사시도이다.

도 21은 동력 전달부를 스테이션 본체로부터 분해한 전개도이다.

도 22은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 평면도이다.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 로봇과 충전 스테이션간의 걸림 결합 해제를 설명하기 위한 도면이다.

도 24는 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 로봇과 충전 스테이션간의 걸림 결합을 설명하기 위한 도면이다.

도 25는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 충전 방법에 대한 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 26 및 도 27은 도 25의 S100단계에 대응하는 동작을 나타낸 도면이다.

도 28은 도 25의 S200단계에 대응하는 동작을 나타낸 도면이다.

도 29은 도 25의 S300단계에 대응하는 동작을 나타낸 도면이다.

도 30는 도 25의 S400단계에 대응하는 동작을 나타낸 도면이다.

도 31은 도 25의 S500단계에 대응하는 동작을 나타낸 도면이다.

도 32는 로봇의 충전 방법에 대한 다른 실시예의 흐름을 나타낸 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 설명하기 위한 사시도가 도시되고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 도시되며, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 정면도가 도시되고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 배면도가 도시되며, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 측면도가 도시되고, 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 저면도가 도시되며, 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 상부 기능 모듈을 제거한 상태를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은 바닥에 놓여 바닥면(B)을 따라 이동하도록 이루어진다. 이에 따라, 이하에서는 로봇(1)이 바닥에 놓인 상태를 기준으로 상하방향을 정하여 설명하도록 한다.

그리고 배터리(600)를 기준으로, 후술할 매핑 카메라(531)가 배치되는 쪽을 전방으로 정하여 설명한다. 또한, 배터리(600)를 기준으로 전방의 반대 방향을 후방으로 정하여 설명한다.

본 발명의 실시예에서 설명되는 각 구성의 '가장 낮은 부분'은, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)이 바닥에 놓여 사용될 때, 각 구성에서 가장 낮게 위치하는 부분일 수 있고, 또는 바닥과 가장 가까운 부분일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 로봇 본체(100), 레그부(200) 및 휠부(300)를 포함하여 이루어진다. 이때, 로봇 본체(100)의 양 측면에는 레그부(200)가 결합되고, 레그부(200)에는 휠부(300)가 결합된다.

로봇 본체

로봇 본체(100)는, 로봇(1)의 외형을 이룰 수 있다. 로봇 본체(100)에는 로봇(1)을 이루는 각 부품들이 결합될 수 있다.

예를 들어, 로봇 본체(100)의 양 측면 프레임(130)에는 각각 레그부(200)가 결합된다. 그리고, 로봇 본체(100)의 전면에 구비된 전방 커버(110)에는 범퍼(112)가 결합될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 본체(100)에는 기능 모듈(700, 800)이 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 여기에서 기능 모듈(700, 800)은 로봇 본체(100)의 상부에 결합되는 상부 기능 모듈(700) 및 한 쌍의 휠(310) 사이 공간에 결합되는 하부 기능 모듈(800)을 포함할 수 있다.(도 1 및 도 16 참조)

따라서, 로봇 본체(100)의 상측에 배치된 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)이 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 로봇 본체(100)의 하측에 배치된 하면 커버(150)에는 하부 기능 모듈(800)이 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 로봇 본체(100)에 기능 모듈(700, 800)을 결합시켜 다양한 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다. 또한, 기능 모듈(700, 800)을 교체하여 사용 중인 기능을 새로운 기능으로 변경하거나, 기능 모듈(700, 800)을 추가 장착하여 사용 중인 기능에 새로운 기능을 추가할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서, 로봇 본체(100)는 상하방향 높이보다 수평방향의 폭(또는 직경)이 더 큰 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 로봇 본체(100)는, 로봇(1)이 안정된 구조를 이루도록 돕고, 로봇(1)이 이동(주행)함에 있어서 균형을 잡는 데에 유리한 구조를 제공할 수 있다.

로봇(1)을 이루는 일부 부품들은 로봇 본체(100)의 내부에 수용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 본체(100)의 내부 공간에는 서스펜션 모터(MS)를 포함한 하나 이상의 모터, 하나 이상의 센서 및 배터리(600)를 수용할 수 있다.

로봇 본체(100)는 전방 커버(110)를 포함한다. 전방 커버(110)는 로봇(1)의 전방 외관을 구성한다. 즉, 전방 커버(110)는 로봇(1)이 전진 주행할 경우, 로봇(1)의 가장 전방에 배치될 수 있다.

예를 들어, 로봇 본체(100)의 전방 커버(110)는 평판 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 전방 커버(110)는 곡면을 갖는 판 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 전방 커버(110)는 소정 각도로 벤딩된 판 형태일 수 있다.

전방 커버(110)에는 윈도우(111)가 구비될 수 있다. 윈도우(111)는 빛이 투과할 수 있는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 윈도우(111)는 적외선(IR) 또는 가시광선 또는 자외선(UV)이 투과할 수 있는 소재로 형성될 수 있다.

전방 커버(110)는 로봇(1)의 외부에 노출되는 외측면과 상기 외측면의 이면에 배치되는 내측면을 포함한다.

전방 커버(110)의 외측면에는 범퍼(112)가 결합될 수 있다. 즉, 범퍼(112)는 로봇 본체(100)의 전방에 배치될 수 있다. 예를 들어, 범퍼(112)는 전방 커버(110)의 외측면 양측 단부에 구비되고, 상하 방향을 따라 나란하게 한 쌍 배치될 수 있다.

범퍼(112)는, 로봇 본체(100)에 대하여 상대이동 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 범퍼(112)는, 로봇 본체(100)의 전후 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 로봇 본체(100)에 결합될 수 있다.

범퍼(112)는 전방 커버(110)의 전면 테두리 일부를 따라 결합될 수 있다. 또는 범퍼(112)는 전방 커버(110)의 테두리 전체를 따라 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇(1)이 다른 사물 또는 사람과 충돌할 경우, 범퍼(112)는 로봇 본체(100)에 인가되는 충격을 흡수하여 로봇 본체(100) 및 로봇 본체(100)의 내부에 수용된 부품을 보호할 수 있다.

전방 커버(110)의 내측면 후방에는 매핑 카메라(531)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 윈도우(111)의 바로 후방에는 매핑 카메라(531)가 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 매핑 카메라(531)가 로봇(1)의 전방에 배치된 사물 또는 사람을 감지할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 전방 커버(110)에는 사용자로부터 제어명령이 입력되는 입력부, 로봇(1)의 작동 상태에 관한 정보를 사용자에게 시각적으로 전달하기 위한 디스플레이부 등이 구비될 수 있다. 예를 들어, 전방 커버(110)에는 로봇(1)의 작동 상태를 시각적으로 보여주고, 사용자로부터 제어명령이 입력되는 터치스크린이 구비될 수 있다.

로봇 본체(100)는 후방 커버(120)를 포함한다.

후방 커버(120)는 로봇(1)의 후방 외관을 구성한다. 예를 들어, 후방 커버(120)는 평판 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 후방 커버(120)는 곡면을 갖는 판 형태일 수 있다.

후방 커버(120)에는 로봇(1)의 전원을 조절하기 위한 조작부(553)가 배치될 수 있다.

조작부(553)는 사용자가 조작할 수 있으며, 조작부(553)의 조작에 의해서 로봇(1)의 전원을 켜거나 끄도록 조작할 수 있다.

조작부(553)는 후방 커버(120)에 좌우 방향으로 피봇되도록 구비되거나, 실시예에 따라 상하 방향으로 피봇되도록 구비될 수 있다.

예를 들어, 사용자가 조작부(553)의 일측을 푸시하여 조작부(553)가 일측으로 피봇되면 로봇(1)의 전원이 켜질 수 있다. 그리고, 사용자가 조작부(553)의 타측을 푸시하여 조작부(553)가 타측으로 피봇되면 로봇(1)의 전원이 꺼질 수 있다.

후방 커버(120)의 외측면에는 후방 범퍼(122)가 결합될 수 있다. 즉, 후방 범퍼(122)는 로봇 본체(100)의 후방에 배치될 수 있다. 예를 들어, 후방 범퍼(122)는 후방 커버(120)의 외측면에 구비되고, 수평 방향을 따라 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇(1)이 다른 사물 또는 사람과 충돌할 경우, 후방 범퍼(122)는 로봇 본체(100)에 인가되는 충격을 흡수하여 로봇 본체(100) 및 로봇 본체(100)의 내부에 수용된 부품을 보호할 수 있다.

로봇 본체(100)는 측면 프레임(130)을 포함한다.

측면 프레임(130)은 로봇(1)의 양 측면 외관을 구성한다. 예를 들어, 측면 프레임(130)은 로봇(1)의 양 측면에 각각 배치되어 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측면 프레임(130)은 평판 형태로 형성될 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)의 양 측면은, 평판 형태로 형성되어 서로 나란하게 배치될 수 있다. 다른 예로, 측면 프레임(130)의 적어도 일부는 곡면 형태로 형성될 수 있다.

측면 프레임(130)은 전방 커버(110) 및 후방 커버(120)와 결합된다. 측면 프레임(130)은 전방 커버(110)와 후방 커버(120)를 연결시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇 본체(100)는 전방 커버(110), 후방 커버(120) 및 2개의 측면 프레임(130)으로 둘러싸인 내부 공간이 형성될 수 있다.

측면 프레임(130)의 외측에는 레그부(200)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 측면 프레임(130)의 외측에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 회전 가능하게 결합될 수 있다.

일반적으로, 이륜형 로봇에서는 로봇의 하중을 지지하기 위해서, 로봇 본체의 연직 하방에 지지를 위한 구조를 배치시킨다. 그러나, 로봇 본체의 연직 하방에 지지 구조를 가질 경우, 로봇의 하측 공간을 사용할 수 없는 한계가 있다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)은 측면 프레임(130)에 레그부(200)가 결합된다.

측면 프레임(130)의 내측에는 서스펜션 모터(MS)가 배치될 수 있다.

측면 프레임(130)에는 링크 결합홀(131, 132)이 형성된다. 링크 결합홀은 제1 링크 결합홀(131)과 제2 링크 결합홀(132)을 포함한다.

제1 링크 결합홀(131)은 측면 프레임(130)에 원형 홀 형태로 형성된다. 제1 링크 결합홀(131)에는 제1 링크(210)의 적어도 일부가 회전 가능하게 수용될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(210)의 일측 단부는 제1 링크 결합홀(131)을 통과하여 서스펜션 모터(MS)의 샤프트와 결합될 수 있다.

제2 링크 결합홀(132)은 측면 프레임(130)에 원형 홀 형태로 형성된다. 제2 링크 결합홀(132)에는 제2 링크(220)의 적어도 일부가 회전 가능하게 수용될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크(220)의 일측에 형성된 샤프트는 제2 링크 결합홀(132)에 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다.

한편, 제1 링크 결합홀(131)은 제2 링크 결합홀(132)보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

제1 링크 결합홀(131)과 제2 링크 결합홀(132)은 소정 간격을 두고 형성될 수 있다. 예를 들어, 원형 홀 형태의 제1 링크 결합홀(131)의 중심과 원형 홀 형태의 제2 링크 결합홀(132)의 중심은 소정 간격을 두고 배치될 수 있다.

제1 링크 결합홀(131)과 제2 링크 결합홀(132)은 지면을 기준으로 하여 소정 경사를 두고 배치될 수 있다. 예를 들어, 로봇(1)이 지면 위에 놓인 상태에서, 제1 링크 결합홀(131)은 측면 프레임(130)의 하측에 배치되고, 제2 링크 결합홀(132)은 측면 프레임(130)의 상측 후방에 배치될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 링크 결합홀(131, 132)이 형성된 측면 프레임(130)은 일종의 링크 역할을 수행할 수 있다.

한편, 실시예에 따라, 측면 프레임(130)에는 핸들홀(133)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 핸들홀(133)은 측면 프레임(130)의 상측 전방에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 사용자는 핸들홀(133)에 손을 집어넣은 후 측면 프레임(130)을 파지하여 로봇 본체(100)를 위로 들어올릴 수 있다.

상면 커버(140)는 로봇(1)의 상측 외관을 구성한다. 상면 커버(140)는 전방 커버(110), 후방 커버(120) 및 2개의 측면 프레임(130)과 결합된다. 따라서, 상면 커버(140)는 전방 커버(110), 후방 커버(120) 및 2개의 측면 프레임(130)으로 둘러싸인 내부 공간의 상측을 덮을 수 있다.

로봇(1)이 지면 위에 놓인 상태에서, 상면 커버(140)는 지면을 기준으로 하여 소정 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상면 커버(140)는 후측 단부보다 전측 단부가 지면에 가깝게 배치될 수 있다.

상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)이 결합될 수 있다. 상부 기능 모듈(700)은 상면 커버(140)의 상측에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)과 후크 결합되도록 후크 수용 홈(141)이 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 사용자가 상부 기능 모듈(700)의 후크를 후크 수용 홈(141)에 맞추어 밀어 넣는 간단한 동작만으로 상부 기능 모듈(700)을 로봇 본체(100)에 결합시킬 수 있다.

로봇 본체(100)는 상부 기능 모듈(700)로 전원을 공급할 수 있다. 구체적으로, 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)로 전원을 공급할 수 있는 단자가 구비될 수 있다.

그리고, 로봇 본체(100)는 상부 기능 모듈(700)로 신호를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)로 신호를 송수신할 수 있는 단자가 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)로 전원을 공급할 수 있는 단자와 상부 기능 모듈(700)로 신호를 송수신할 수 있는 단자가 모여서 배치될 수 있다. 예를 들어, 상면 커버(140)에는 2개의 전원 핀(pin)과 4개의 신호 핀(pin)이 포함된 포고핀(pogo pin, 142)이 구비될 수 있다.

상면 커버(140)에는 적어도 하나 이상의 가이드홈(143)이 형성될 수 있다. 가이드홈(143)에는 상부 기능 모듈(700)의 하측 면이 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 가이드홈(143)은 상부 기능 모듈(700)의 결합 위치를 가이드할 수 있다.

하면 커버(150)는 로봇(1)의 하측 외관을 구성한다. 하면 커버(150)는 전방 커버(110), 후방 커버(120) 및 2개의 측면 프레임(130)과 결합된다. 따라서, 하면 커버(150)는 전방 커버(110), 후방 커버(120) 및 2개의 측면 프레임(130)으로 둘러싸인 내부 공간의 하측을 덮을 수 있다.

하면 커버(150)에는 하부 기능 모듈(800)이 결합될 수 있다. 하부 기능 모듈(800)은 하면 커버(150)의 하측에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 구체적으로, 하면 커버(150)에는 하부 기능 모듈(800)과 레치 결합되도록 결합바(151)가 구비될 수 있다.

결합바(151)는 원기둥 형태로 형성되고, 로봇(1)의 좌우 방향을 따라 배치될 수 있다. 그리고, 하면 커버(150)에는 결합바(151)와 연결되는 한 쌍의 돌기가 돌출 형성될 수 있다.

하면 커버(150)에는 충전 단자(152)가 구비될 수 있다. 충전 단자(152)는 하면 커버(150)의 하측 면에 배치될 수 있다.

이때, 충전 단자(152)의 위치는 충전 스테이션(900)에 구비된 전원공급 단자(936)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다. 충전 단자(152)는 충전 스테이션(900)에 구비된 전원공급 단자(936)와 전기적으로 연결될 수 있다. 로봇(1)은 충전 단자(152)를 통하여 충전 스테이션(900)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 그리고, 충전 단자(152)로 공급된 전원은 배터리(600)로 공급될 수 있다.

한편, 일반적으로, 이륜형 로봇에서는 로봇의 하중을 지지하기 위해서, 로봇 본체의 연직 하방에 지지를 위한 구조를 배치시킨다. 그러나, 로봇 본체의 연직 하방에 지지 구조를 가질 경우, 로봇의 하측 공간을 사용할 수 없는 한계가 있다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)은 로봇 본체(100)의 양 측면에 레그부(200)가 배치된다. 따라서, 하면 커버(150)의 하측에는 하부 기능 모듈(800)이 결합되는 모듈 결합 공간(153)이 형성된다.

모듈 결합 공간(153)은 한 쌍의 레그부(200)의 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 결합 공간(153)은 결합바(151)의 연직 하방 공간을 의미할 수 있다. 즉, 모듈 결합 공간(153)은 좌우 방향을 따라 소정 폭(△S)을 갖는 공간일 수 있다.

따라서, 하부 기능 모듈(800)이 로봇 본체(100)의 하부 및 한 쌍의 레그부(200) 사이의 공간에 결합되므로, 하부 기능 모듈(800)이 장착된 상태에서 로봇(1)이 차지하는 부피를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 실시예에 따라 로봇 본체(100)는 외부케이스를 더 포함할 수 있다. 외부케이스는 로봇 본체(100)의 전체적인 외관을 구성할 수 있다. 외부케이스는 전방 커버(110), 후방 커버(120), 측면 프레임(130), 상면 커버(140) 및 하면 커버(150)의 외부를 덮을 수 있다. 예를 들어, 외부케이스는 좌우 방향을 따라 연장되어 형성된 타원체 형태로 형성될 수 있다.

레그부

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 레그부를 설명하기 위한 도면이 도시되고, 도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 레그부의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 제2 링크를 설명하기 위한 도면이 도시되고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 전선을 숨기기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 8 내지 도 11을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)의 레그부(200)를 설명하면 다음과 같다.

레그부(200)는, 로봇 본체(100)와 결합되고, 로봇 본체(100)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 레그부(200)는 한 쌍 구비되어, 각각 로봇 본체(100)의 측면 프레임(130)에 결합된다. 이때, 레그부(200)의 적어도 일부는 로봇 본체(100)보다 지면에 가깝게 배치된다. 따라서, 로봇 본체(100)는 한 쌍의 레그부(200)에 의하여 지면을 딛고 서 있는 형태로 주행할 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)에 인가되는 중력은 레그부(200)에 의하여 지지될 수 있고, 로봇 본체(100)의 높이가 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)은, 로봇 본체(100)의 양 측면에만 레그부(200)가 결합된다. 즉, 로봇 본체(100)의 하면 및 후면에는 레그부(200)가 결합되지 않는다.

따라서, 도 3 및 도 14에 도시된 바와 같이, 하면 커버(150)의 하측 및 한 쌍의 레그부(200) 사이에는 공간이 형성된다. 예를 들어, 하면 커버(150)의 하측 및 한 쌍의 레그부(200) 사이에는 직육면체 형태의 하부 기능 모듈(800)이 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

레그부(200)는 제1 링크(210), 제2 링크(220) 및 제3 링크(230)를 포함한다. 이때, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 각각 측면 프레임(130)과 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 즉, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 각각 측면 프레임(130)과 제3 링크(230)에 링크 결합된다.

제1 링크(210)는 로봇 본체(100)의 측면에 링크 결합된다. 예를 들어, 제1 링크(210)는 측면 프레임(130)에 링크 결합될 수 있다.

제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)와 연결된다. 예를 들어, 제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)의 샤프트와 직접 또는 기어를 통하여 연결될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)로부터 구동력을 전달 받는다.

제1 링크(210)는 제1 링크 바디(211), 모터 결합부(212) 및 링크 결합부(213)를 포함한다.

제1 링크 바디(211)는 모터 결합부(212)와 링크 결합부(213) 사이를 연결하며 연장되는 프레임 형태로 형성된다. 제1 링크 바디(211)의 길이 방향 일측에는 모터 결합부(212)가 구비되며, 길이 방향 타측에는 링크 결합부(213)가 구비된다. 이때, 모터 결합부(212)는 링크 결합부(213)보다 지면으로부터 멀게 배치될 수 있다.

제1 링크 바디(211)는 적어도 1회 벤딩된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크 바디(211)는, 모터 결합부(212)가 구비된 일측보다 링크 결합부(213)가 구비된 타측이 로봇 본체(100)에서부터 멀게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 링크 바디(211)는 수직 방향 상측에서 하측으로 갈수록 한 쌍의 제1 링크 바디(211) 사이의 거리가 멀어진다. 이와 같은 구성으로, 제1 링크(210)는 로봇 본체(100)를 안정적으로 지지할 수 있다.

제1 링크 바디(211)에는 리브(211a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크 바디(211)에는 길이 방향을 따라 리브가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 리브(211a)는 제1 링크 바디(211)가 벤딩된 영역에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 리브(211a)는 제1 링크(210)를 보강하여 내구성을 증가시키는 효과가 있다.

모터 결합부(212)는 제1 링크 바디(211)의 일측 단부에 연결 형성된다.

모터 결합부(212)는 측면 프레임(130)의 제1 링크 결합홀(131)에 회전 가능하게 수용된다. 예를 들어, 모터 결합부(212)는 디스크 형태 또는 원판 형태로 형성될 수 있다. 이때, 모터 결합부(212)의 최대 직경은 제1 링크 결합홀(131)의 최대 직경과 동일하거나 작을 수 있다. 따라서, 모터 결합부(212)는 제1 링크 결합홀(131)을 관통하여 서스펜션 모터(MS)와 연결될 수 있다.

모터 결합부(212)는 서스펜션 모터(MS)와 연결된다. 예를 들어, 모터 결합부(212)는 서스펜션 모터(MS)의 샤프트와 고정 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 서스펜션 모터(MS)가 구동되면, 서스펜션 모터(MS)의 샤프트의 회전과 연동하여 모터 결합부(212)가 회전될 수 있다.

링크 결합부(213)는 제1 링크 바디(211)의 타측 단부에 형성된다.

링크 결합부(213)는 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 링크 결합부(213)는 제1 링크 샤프트(214)를 통하여 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 링크 결합부(213)는 디스크 형태로 형성될 수 있고, 링크 결합부(213)의 중심에는 제1 링크 샤프트(214)가 관통 결합될 수 있다. 그리고, 제1 링크 샤프트(214)는 제3 링크(230)에 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제1 링크(210)와 제3 링크(230)는 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제1 링크 샤프트(214)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230)를 연결시키도록 구비된다. 예를 들어, 제1 링크 샤프트(214)는 제1 링크(210)의 링크 결합부(213) 및/또는 제3 링크(230)를 관통하여 결합될 수 있다. 이때, 제1 링크 샤프트(214)는 링크 결합부(213) 및/또는 제3 링크(230)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제1 링크 샤프트(214)는 제3 링크(230)가 회전되는 축이 될 수 있다.

중력 보상부(215)는 중력에 의하여 로봇 본체(100)가 연직 하방으로 내려오는 것을 보상한다. 즉, 중력 보상부(215)는 로봇 본체(100)를 떠받치도록 힘을 제공한다.

예를 들어, 중력 보상부(215)는 토션 스프링일 수 있다. 중력 보상부(215)는 제1 링크 샤프트(214)의 외주면 외측을 감싸도록 권선될 수 있다. 그리고, 중력 보상부(215)의 일측 단부는 제1 링크(210)에 삽입되어 고정 결합되고, 중력 보상부(215)의 타측 단부는 제3 링크(230)에 삽입되어 고정 결합된다.

중력 보상부(215)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 각도가 커지는 방향으로 힘을 인가한다. 예를 들어, 중력 보상부(215)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 사잇각이 커지는 방향으로 복원력을 인가하도록 미리 중력 보상부(215)의 양측 단부의 각도가 오므려져 있다. 따라서, 로봇(1)이 지면에 놓여 로봇 본체(100)에 중력이 인가되더라도 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 사잇각을 소정 각도 범위 내로 유지시킬 수 있다.

이와 같은 구성으로, 서스펜션 모터(MS)가 구동되지 않더라도 로봇 본체(100)가 지면 쪽으로 하강되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 중력 보상부(215)에 의하여 서스펜션 모터(MS) 구동에 따른 에너지 손실을 방지하면서, 로봇 본체(100)의 높이를 지면으로부터 소정 거리 이상으로 유지시키는 효과가 있다.

제2 링크(220)는 로봇 본체(100)의 측면에 링크 결합된다. 예를 들어, 제2 링크(220)는 측면 프레임(130)에 링크 결합될 수 있다. 즉, 제2 링크(220)는 제1 링크(210)가 결합된 측면 프레임(130)에 함께 결합될 수 있다.

제2 링크(220)는 제2 링크 바디(221), 프레임 결합부(222) 및 링크 결합부(223)를 포함한다. 이때, 프레임 결합부(222)는 링크 결합부(223)보다 지면으로부터 멀게 배치될 수 있다.

제2 링크 바디(221)는 프레임 결합부(222)와 링크 결합부(223) 사이를 연결하며 연장되는 프레임 형태로 형성된다. 제2 링크 바디(221)의 길이 방향 일측에는 프레임 결합부(222)가 구비되며, 길이 방향 타측에는 링크 결합부(223)가 구비된다.

제2 링크 바디(221)는 적어도 1회 벤딩된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크 바디(221)는, 프레임 결합부(222)가 구비된 일측보다 링크 결합부(223)가 구비된 타측이 로봇 본체(100)에서부터 멀게 배치될 수 있다. 따라서, 제2 링크 바디(221)는 수직 방향 상측에서 하측으로 갈수록 한 쌍의 제2 링크 바디(221) 사이의 거리가 멀어진다. 이와 같은 구성으로, 제2 링크(220)는 로봇 본체(100)를 안정적으로 지지할 수 있다.

제2 링크 바디(221)는 로봇 본체(100)를 바라보는 내측 면과 로봇 본체(100)에서 멀어지는 방향을 향하는 외측 면을 포함한다.

제2 링크 바디(221)에는 리브(221a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크 바디(221)의 외측 면에는 길이 방향을 따라 리브(221a)가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 리브(221a)는 제2 링크 바디(221)가 벤딩된 영역에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 리브(221a)는 제2 링크(220)를 보강하여 내구성을 증가시키는 효과가 있다.

제2 링크 바디(221)에는 전선 수용벽(221b)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크 바디(221)의 내측 면에는 길이 방향을 따라 한 쌍의 전선 수용벽(221b)이 돌출 형성될 수 있다. 이때, 한 쌍의 전선 수용벽(221b)은 소정 간격을 두고 나란하게 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제2 링크 바디(221)와 전선 수용벽(221b)으로 둘러싸인 공간 내에 전선이 수용될 수 있다. 따라서, 전선이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 제2 링크(220)에는 전선 지지핀(221c)이 구비될 수 있다. 전선 지지핀(221c)은 한 쌍의 전선 수용벽(221b)을 관통할 수 있다. 전선 지지핀(221c)은 한 쌍의 전선 수용벽(221b)을 가로지르는 방향으로 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 전선 수용벽(221b)은 제2 링크 바디(221)와 전선 수용벽(221b)으로 둘러싸인 공간 중에서 개방된 영역 중 일부를 막을 수 있다. 따라서, 제2 링크 바디(221)와 전선 수용벽(221b)으로 둘러싸인 공간에서 전선이 빠져나오는 것을 방지할 수 있다.

프레임 결합부(222)는 제2 링크 바디(221)의 일측 단부에 연결 형성된다.

프레임 결합부(222)는 측면 프레임(130)의 제2 링크 결합홀(132)에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 프레임 결합부(222)에는 측면 프레임(130)에 관통 결합되는 결합 샤프트(222a)가 구비될 수 있다.

결합 샤프트(222a)는 원통 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 측면 프레임(130)에 결합되는 결합 샤프트(222a)의 축 방향(길이 방향) 일측 단부의 외경보다 결합 샤프트(222a)의 타측 단부의 외경이 크게 형성될 수 있다.

결합 샤프트(222a)에는 중공(222b)이 형성될 수 있다. 중공(222b)에는 전선이 통과할 수 있다. 이와 같은 구성으로, 배터리(600)에서 휠 모터(MW)로 전원을 공급하는 전선이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 결합 샤프트(222a)에는 전선 통과 홀(222c)이 형성될 수 있다. 전선 통과 홀(222c)은 결합 샤프트(222a)의 축 방향 타측 단부 외주면 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇 본체(100)에서 중공(222b)을 통과한 전선이 전선 통과 홀(222c)을 통과하여 제2 링크 바디(221)에 수용될 수 있다.

결합 샤프트(222a)는 회전 연결판(222d)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 회전 연결판(222d)은 원판 형태로 형성될 수 있고, 회전 연결판(222d)의 직경은 결합 샤프트(222a)의 축 방향 타측 단부의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 회전 연결판(222d)은 결합 샤프트(222a)의 축 방향 타측 단부 내에 수용되어 결합될 수 있다.

회전 연결판(222d)은 제2 링크 바디(221)와 일체로 형성될 수 있다. 회전 연결판(222d)의 반경 방향 외측 단부는 제2 링크 바디(221)와 연결 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 회전 연결판(222d)은 제2 링크 바디(221)와 결합 샤프트(222a)를 결합시킬 수 있다.

링크 결합부(223)는 제2 링크 바디(221)의 타측 단부에 형성된다.

링크 결합부(223)는 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 링크 결합부(223)는 제2 링크 샤프트(224)를 통하여 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 링크 결합부(223)는 디스크 형태로 형성될 수 있고, 링크 결합부(223)의 중심에는 제2 링크 샤프트(224)가 관통 결합될 수 있다. 그리고, 제2 링크 샤프트(224)는 제3 링크(230)에 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제2 링크(220)와 제3 링크(230)는 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제2 링크 샤프트(224)는 제2 링크(220)와 제3 링크(230)를 연결시키도록 구비된다. 예를 들어, 제2 링크 샤프트(224)는 제2 링크(220)의 링크 결합부(223) 및/또는 제3 링크(230)를 관통하여 결합될 수 있다. 이때, 제2 링크 샤프트(224)는 링크 결합부(223) 및/또는 제3 링크(230)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제2 링크 샤프트(224)는 제3 링크(230)가 회전되는 축이 될 수 있다.

제3 링크(230)는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)와 링크 결합되고, 휠부(300)와 결합된다.

제3 링크(230)는 제3 링크 바디(231)를 포함한다. 제3 링크 바디(231)는 제4 링크 결합홀(233)과 휠 결합부(234) 사이를 연결하며 연장되는 프레임 형태로 형성된다. 제3 링크(230)의 길이 방향 일측에는 제3 링크 결합홀(232) 및 제4 링크 결합홀(233)이 형성되며, 길이 방향 타측에는 휠 결합부(234)가 형성된다.

제3 링크 바디(231)는 적어도 1회 벤딩된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제3 링크 바디(231)는, 제3 링크 결합홀(232)과 제4 링크 결합홀(233)이 형성된 일측 사이의 거리보다 휠 결합부(234)가 형성된 타측 사이의 거리가 짧다.

제3 링크 바디(231)에는 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 리브(rib, 231a)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 리브(231a)는 제3 링크 바디(231)의 벤딩된 영역에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 상기 리브는 제3 링크 바디(231)를 보강할 수 있다.

제3 링크 바디(231)에는 제3 링크 결합홀(232)이 형성된다. 구체적으로, 제3 링크 바디(231)의 길이 방향 일측에는 제3 링크 결합홀(232)이 형성된다. 제3 링크 결합홀(232)에는 제1 링크 샤프트(214)가 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다. 예를 들어, 제3 링크 결합홀(232)은 원형 홀 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제3 링크(230)는 제1 링크 샤프트(214)를 통하여 제1 링크(210)와 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제3 링크 바디(231)에는 중력 보상부(215)가 결합되는 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 홀에는 토션 스프링의 타측 단부가 삽입 결합될 수 있다.

제3 링크 바디(231)에는 제4 링크 결합홀(233)이 형성된다. 구체적으로, 제3 링크 바디(231)의 길이 방향 일측에는 제4 링크 결합홀(233)이 형성된다. 제4 링크 결합홀(233)에는 제2 링크 샤프트(224)가 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다. 예를 들어, 제4 링크 결합홀(233)은 원형 홀 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제3 링크(230)는 제2 링크 샤프트(224)를 통하여 제2 링크(220)와 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제4 링크 결합홀(233)은 휠 결합부(234)를 기준으로 제3 링크 결합홀(232)보다 멀게 배치될 수 있다.

제3 링크(230)는 휠부(300)와 결합된다. 이때, 제3 링크 바디(231)의 내측 면(로봇 본체(100)를 향하는 면)에는 휠 하우징(320)이 결합되고, 제3 링크 바디(231)의 외측 면(내측 면의 이면)에는 휠(310)이 회전 가능하게 결합된다.

한편, 제3 링크 바디(231)에는 휠 결합부(234)가 형성된다. 구체적으로, 제3 링크 바디(231)의 길이 방향 타측에는 휠 결합부(234)가 형성된다.

예를 들어, 휠 결합부(234)는 원형의 홀 형태로 형성될 수 있다. 휠 결합부(234)에는 휠 모터(MW)가 수용될 수 있다.

한편, 로봇(1)이 지면에 세워진 상태에서, 휠 결합부(234)는 로봇 본체(100)의 연직 하방에 배치될 수 있다. 예를 들어, 로봇(1)이 지면에 세워진 상태에서, 휠 결합부(234)는 서스펜션 모터(MS)의 연직 하방에 배치될 수 있다.

서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(1) 내에 수용된 부품 중에서 상대적으로 무게가 무겁다. 따라서, 로봇 본체(1)의 전체적인 무게는 서스펜션 모터(MS)의 연직 하방에 집중될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 휠 결합부(234)에 결합된 휠(310)은 로봇 본체(1)의 무게 중심 바로 하측을 받쳐 로봇 본체(1)의 균형을 유지할 수 있다.

휠부

도 1 내지 도 7을 참조하면, 휠부(300)는 레그부(200)에 회전 가능하게 결합되고, 지면 위를 굴러 로봇 본체(100) 및 레그부(200)를 이동하게 할 수 있다.

휠부(300)는 지면과 접촉하여 지면 위를 구름 이동하는 하는 휠(310) 및 휠 모터(MW)가 내부에 수용되는 휠 하우징(320)을 포함한다.

휠(310)은 소정 반경을 갖도록 구비되고, 축 방향을 따라 소정 폭을 갖도록 구비된다. 도 3과 같이, 로봇(1)을 정면에서 바라볼 때, 휠(310)의 연직 상측에 측면 프레임(130) 및 레그부(200)가 배치될 수 있다. 그리고, 도 2를 참조하면, 휠(310)의 연직 상측에 서스펜션 모터(MS), 제1 링크 결합홀(131) 및 제2 링크 결합홀(132)이 배치될 수 있다.

휠(310)은 원형으로 형성된 휠 프레임(311)을 포함한다. 휠 프레임(311)은 휠 모터(MW)의 샤프트를 향하는 일 측이 개구된 원통형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 휠 프레임(311)의 무게가 저감될 수 있다.

다만, 휠 프레임(311)을 원통형으로 형성 시 휠 프레임(311)의 전체 강성이 저하될 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 휠 프레임(311)의 내측 면과 외측 면에는 강성을 보강하는 리브(미도시)가 각각 형성될 수 있다.

휠 프레임(311)의 외주면에는 휠 타이어(312)가 결합된다. 휠 타이어(312)는 휠 프레임(311)의 외주면에 끼워질 수 있는 직경을 갖는 환형으로 형성될 수 있다.

휠 타이어(311)의 외주면에는 휠 타이어(312)의 접지력을 향상시킬 수 있도록 소정 패턴의 홈들이 함몰 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 휠 타이어(312)는 탄성을 가진 고무 재질로 형성될 수 있다.

휠 하우징(320)은 내부에 휠 모터(MW)가 수용되도록 축 방향 일측이 개방된 원통 형태일 수 있다. 이때, 휠 하우징(320)의 폐쇄된 부분은 제3 링크(230)의 내측 면에 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로 외부의 이물질이 휠 하우징(320) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 휠 하우징(320)에는 지면과의 거리를 측정할 수 있는 센서가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 센서는 ToF 센서(Time of Flight sensor)일 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제어부(500)는 휠(310)이 지면에 접촉하고 있는 지 여부를 판단할 수 있다.

휠(310)은 레그부(200)에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 휠(310)은 제3 링크(230)의 외측 면(로봇(1)의 바깥 쪽을 바라보는 면)에 회전 가능하게 결합된다.

휠 모터(MW)는 휠(310)에 구동력을 제공할 수 있다. 휠 모터(MW)는 배터리(600)로부터 전원을 공급받아 회전력을 발생시킬 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠 하우징(320)에 수용될 수 있다. 그리고, 휠 모터(MW)는 제3 링크(230)의 휠 결합부(234)를 관통할 수 있으며, 휠 모터(MW)의 샤프트는 휠(310)의 휠 프레임(311)에 결합될 수 있다. 즉, 휠 모터(MW)는 인휠 모터(In-Wheel Motor)일 수 있다.

이와 같은 구성으로, 휠 모터(MW)가 구동되면, 휠(310)이 회전하면서 지면을 따라 구를 수 있으며, 로봇(1)은 지면을 따라 이동할 수 있다.

4절 링크에 의한 로봇의 균형

도 12 및 도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 레그부의 이동에 따른 횔의 위치 변화를 설명하기 위한 도면이 도시되고, 도 14에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 휠의 배치 및 하부 기능 모듈과의 결합을 위한 배치 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 12 내지 도 14를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)의 균형을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은 4절 링크 구조를 통하여 로봇 본체(100)를 지지하고, 로봇 본체(100)의 균형을 유지시킬 수 있다.

도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)의 전후 방향 균형을 설명하면 다음과 같다.

로봇 본체(100)의 양 측면에는 각각 레그부(200)가 구비된다. 구체적으로, 로봇 본체(100)의 양 측에 구비된 측면 프레임(130)에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 회전 가능하게 결합되고, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 제3 링크(230)와 링크 결합된다. 즉, 로봇(1)은 측면 프레임(130), 제1 링크(210), 제2 링크(220) 및 제3 링크(230)로 이루어진 4절 링크를 통하여 로봇 본체(100)를 지지한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 중력 보상부(215)가 로봇 본체(100)를 들어 올리는 방향으로 복원력을 발생시킨다. 따라서, 서스펜션 모터(MS)가 구동되지 아니한 상태에서도 한 쌍의 레그부(200)가 지면으로부터 소정 높이만큼 로봇 본체(100)를 들어올린 상태를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 장애물을 넘기 위하여 한 쌍의 휠(310) 중 어느 하나를 들어올리거나, 충전 등을 위하여 로봇 본체(100)의 높이를 낮출 때, 서스펜션 모터(MS)를 구동시켜 균형을 유지시킬 수 있다.

서스펜션 모터(MS)가 구동되면, 모터 결합부(212)를 축으로 하여 제1 링크(210)가 회전하면서 링크 결합부(213)가 상측으로 이동된다. 그리고, 제3 링크(230)는 제1 링크(210)의 회전에 따라 이동된다. 그리고, 제2 링크(220)는 제3 링크(230)에 의하여 밀려 회전 운동된다. 결과적으로, 제3 링크(230)의 일측 단부는 후방으로 이동되고, 제3 링크(230)의 타측 단부는 상측으로 이동될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 휠(310)을 상하 방향으로 이동시키더라도, 휠(310)의 전후 방향 이동 범위를 제한할 수 있다. 따라서, 로봇(1)이 안정적으로 균형을 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 로봇(1)에 의하면, 4절 링크 구조를 이용하여 다양한 높이의 장애물을 넘어갈 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 제1 링크 결합홀(131)의 중심(C1)과 제2 링크 결합홀(132)의 중심(C2)은 소정 제1 거리(d1)의 간격을 두고 배치될 수 있다. 그리고, 제1 링크(210)의 모터 결합부(212)의 중심(C1)과 제1 링크(210)의 링크 결합부(213)의 중심(C3)은 소정 제2 거리(d2)의 간격을 두고 배치될 수 있다. 그리고, 제2 링크(220)의 프레임 결합부(222)의 중심(C2)과 제2 링크(220)의 링크 결합부(223)의 중심(C4)은 소정 제3 거리(d3)의 간격을 두고 배치될 수 있다. 그리고, 제3 링크(230)의 제3 링크 결합홀(232)의 중심(C3)과 제3 링크(230)의 제4 링크 결합홀(233)의 중심(C4)은 소정 제4 거리(d4)의 간격을 두고 배치될 수 있다. 그리고, 제3 링크(230)의 제3 링크 결합홀(232)의 중심(C3)과 제3 링크(230)의 휠 결합부(234)의 중심(C5)은 소정 제5 거리(d5)의 간격을 두고 배치될 수 있다.

이때, 제1 거리(d1)와, 제2 거리(d2), 제3 거리(d3), 제4 거리(d4) 및 제5 거리(d5)는 소정 길이 비를 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 거리(d1)는 제5 거리(d5)의 0.5배 이상, 0.6배 이하일 수 있다. 제2 거리(d2)는 제5 거리(d5)의 0.95배 이상, 1.05배 이하일 수 있다. 제3 거리(d3)는 제5 거리(d5)의 1.1배 이상, 1.2배 이하일 수 있다. 제4 거리(d4)는 제5 거리(d5)의 0.2배 이상, 0.3배 이하일 수 있다.

이와 같은 구성으로, 서스펜션 모터(MS)가 구동되어, 제3 링크(230)가 이동되더라도 휠 결합부(234)의 전후 방향 이동 거리는 소정 편차(△D) 이내로 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 제3 링크(230)가 이동되더라도 휠 결합부(234)의 중심(C5)의 전후 방향 이동 거리를 제5 거리(d5)의 2% 이내로 유지시킬 수 있다.

따라서, 로봇(1)의 이동 중, 로봇 본체(100)의 무게 중심이 휠(310)의 연직 상방에 배치될 수 있다. 그러므로, 로봇(1)이 이동 중, 전후 방향으로 흔들리는 것을 방지하고, 균형을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 로봇(1)에 의하면, 장애물을 넘어가면서 휠(310)이 상측으로 들어 올려지더라도 휠(310)의 전후 방향 위치가 변화되지 않고 균형을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 14를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)의 좌우 방향 균형을 설명하면 다음과 같다.

도 14에 도시된 바와 같이, 로봇 본체(100)는 한 쌍의 레그부(200) 및 휠부(300)에 의하여 지지된다.

로봇 본체(100)의 하중은 레그부(200)를 통하여 휠(310)로 전달될 수 있고, 휠(310)은 레그부(200) 및 로봇 본체(100)를 지지할 수 있다.

이때, 한 쌍의 레그부(200)는 서로 대칭(선대칭)적으로 배치될 수 있다. 특히, 한 쌍의 레그부(200)에서 링크 결합되는 부분은 서로 나란하게 배치될 수 있다.

구체적으로, 한 쌍의 제1 링크(210)의 모터 결합부(212)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 링크(210)의 링크 결합부(213)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 제2 링크(220)의 프레임 결합부(222)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 제2 링크(220)의 링크 결합부(223)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 제3 링크(230)의 휠 결합부(234)는 서로 나란하게 배치될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 로봇 본체(100)의 하측에는 소정 폭(△S)을 갖는 모듈 결합 공간(153)이 형성된다. 모듈 결합 공간(153)은 한 쌍의 레그부(200)와 나란하게 형성될 수 있다. 그리고, 모듈 결합 공간(153)은 한 쌍의 휠(310)과 나란하게 형성될 수 있다.

로봇 본체(100)의 내부에는 서스펜션 모터(MS)를 포함한 적어도 하나 이상의 모터 및 배터리(600)가 구비되고, 로봇(1)이 지면 상에 놓이면 모터 및 배터리(600)가 수용된 상태의 로봇 본체(100)의 전체적인 하중은 레그부(200)에 가해질 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)은 로봇 본체(100)의 양 측면에 레그부(200)가 구비되므로, 로봇 본체(100)의 하중이 한 쌍의 측면 프레임(130) 및 한 쌍의 레그부(200)에 집중된다.

이때, 도 14에 도시된 바와 같이, 로봇(1)의 전방에서 로봇(1)의 정면을 보았을 때를 기준으로, 측면 프레임(130) 및 레그부(200)는 모두 휠(310)의 연직 상측에 배치될 수 있다.

즉, 도 14와 같이, 휠(310)의 축 방향 외측 단부를 연직 방향을 따라 연장한 가상의 선(a1)과 휠(310)의 축 방향 내측 단부를 연직 방향을 따라 연장한 가상의 선(a2) 사이에 측면 프레임(130) 및 레그부(200)가 모두 배치될 수 있다.

그리고, 레그부(200) 및 측면 프레임(130)의 두께(로봇(1)의 좌우 방향 길이)는 휠(310)의 두께(로봇(1)의 좌우 방향 길이, △W)보다 작다.

이와 같은 구성으로, 측면 프레임(130) 및 레그부(200)에 인가되는 로봇 본체(100)의 전체 하중은 중력 방향 하측에 배치되는 휠(310)에 의하여 안정적으로 지지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)에 의하면, 한 쌍의 휠(310)의 연직 상측에 로봇 본체(100)의 하중을 집중시켜 로봇 본체(100)의 균형을 안정적으로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 로봇 본체(100)의 하중에 의하여 레그부(200)를 연직 하방으로 가압할 수 있고, 로봇(1)의 좌우 방향으로 하중이 인가되는 것을 방지하여, 로봇(1)이 좌우 방향으로 흔들리는 것을 방지할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)의 블록도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 로봇(1)은 제어부(510), 모터부(520), 센서부(530), 인터페이스부(550), 배터리(560), 메모리(570) 및 통신부(580)를 포함할 수 있다.

도 15의 블록도에 도시된 구성요소들은 로봇(1)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 로봇(1)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

먼저, 제어부(510)는, 로봇(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(510)는 후술할 메모리(570)에 저장된 설정 정보에 따라 로봇(1)이 다양한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.

제어부(510)는, 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(510)는 좌측 휠(310)과 우측 휠(310)의 사이에 배치된 PCB 상에 장착, 구비될 수 있다.

제어부(510)는, 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크(551)로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(510)는, 후술할 센서부(530)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성으로부터 로봇(1)의 외부 환경에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 외부 환경에 대한 정보는 예를 들어, 로봇(1)이 주행하는 실내의 온도, 습도, 먼지량 등의 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 낭떠러지 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 실내 맵 정보일 수 있다. 물론, 외부 환경에 대한 정보는 상술한 예시에 한정되지 않는다.

제어부(510)는, 후술할 센서부(530)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성으로부터 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 현재 상태는 예를 들어, 로봇 본체(100)의 기울기 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 휠(310)과 지면 사이의 이격 상태에 대한 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 휠 모터(MW)의 위치 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 서스펜션 모터(MS)의 위치 정보일 수 있다. 물론, 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보는 상술한 예시에 한정되지 않는다.

제어부(510)는, 후술할 모터부(520)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성에 구동 제어 명령을 전달할 수 있다. 예를 들어, 로봇(1)의 주행을 위해 휠 모터(MW)의 회전을 제어할 수 있다. 또는 예를 들어, 로봇(1)의 수평 자세 유지를 위해 휠 모터(MW)의 회전을 제어할 수 있다. 또는 예를 들어, 로봇(1)의 수평 자세 유지를 위해 서스펜션 모터(MS)의 회전을 제어할 수 있다. 또는 예를 들어, 로봇(1)의 상부 기능 모듈(700)의 각도 조절을 위해 상판 모터(525)의 회전을 제어할 수 있다.

제어부(510)는, 후술할 인터페이스부(550)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성을 통해 사용자의 명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 명령은 로봇(1)을 온/오프(on/off)하기 위한 명령일 수 있다. 또는 예를 들어, 상기 명령은 로봇(1)의 각종 기능을 수동으로 제어하기 위한 명령일 수 있다.

제어부(510)는, 후술할 인터페이스부(550)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성을 통해 로봇(1)과 관련된 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력되는 정보는 시각적 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 상기 출력되는 정보는 청각적 정보일 수 있다.

모터부(520)는, 적어도 하나의 모터를 포함하며, 각 모터와 연결되는 구성에 구동력을 제공할 수 있다.

모터부(520)는, 좌우측 휠(310)에 구동력을 제공하는 휠 모터(MW)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 모터부(520)는 좌측 휠(310)에 구동력을 전달하는 좌측 휠 모터(MW_L)와 우측 휠(310)에 구동력을 전달하는 우측 휠 모터(MW_R)를 포함할 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠부(300)에 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 휠 모터(MW)는 휠 하우징(320)에 수용될 수 있다. 휠 모터(MW)는 휠 결합부(234)에 수용될 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠(310)과 연결된다. 보다 구체적으로, 좌측 휠 모터(MW_L)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌측 휠(310)과 연결된다. 우측 휠 모터(MW_R)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 우측 휠(310)과 연결된다. 좌우측 각각의 휠 모터(MW)는 제어부(510)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 휠 모터(MW)의 회전에 따른 휠(310)의 회전으로 로봇(1)이 지면을 따라 주행하게 된다.

모터부(520)는, 좌우측 레그부(200)에 구동력을 제공하는 서스펜션 모터(MS)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 모터부(520)는 좌측 레그부(200)에 구동력을 전달하는 좌측 서스펜션 모터(MS_L)와 우측 레그부(200)에 구동력을 전달하는 우측 서스펜션 모터(MS_R)를 포함할 수 있다.

서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 서스펜션 모터(MS)는 측면 프레임(130)의 내측에 각각 배치될 수 있다.

서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 연결된다. 보다 구체적으로, 좌측 서스펜션 모터(MS_L)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌측 제1 링크(210)와 연결된다. 우측 서스펜션 모터(MS_R)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 우측 제1 링크(210)와 연결된다. 좌우측 각각의 서스펜션 모터(MS)는 제어부(510)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 서스펜션 모터(MS)의 회전에 따라 제1 링크(210)가 회전하고 제1 링크(210)와 연결된 제3 링크(230)가 회전하면서 결과적으로 제3 링크(230)와 연결된 휠(310)이 상승 또는 하강하게 된다.

이를 통해, 로봇(1)은, 휠(310)을 들어올리거나 내리는 동작이 가능하게 되며, 장애물을 등반하거나 굴곡이 있는 지면을 주행할 때 수평 자세를 유지할 수 있다. 이에 대한 자세한 제어 방법에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하기로 한다.

모터부(520)는, 상부 기능 모듈(700)에 구동력을 제공하는 상판 모터(525)를 포함할 수 있다. 상판 모터(525)는 서보 모터일 수 있다. 서보 모터는 회전각 제어가 필요한 곳에 사용되는 공지의 모터로서 동작 범위가 제한적이되 정확한 위치 제어가 가능한 장점을 가진다.

상술한 바와 같이, 로봇 본체(100)의 상면 커버(140)에는 상부 기능 모듈(700)이 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 상부 기능 모듈(700)은 기능에 따라 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상부 기능 모듈(700)은 휴대폰 등의 물건을 그 위에 올려둘 수 있도록 평판 형태일 수 있다. 예를 들어, 상부 기능 모듈(700)은 유체가 수용된 캔, 병, 컵 등을 올려두고 운반할 수 있도록 수용 홈이 구비된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상부 기능 모듈(700)은 사용자와의 감정적 상호작용을 위한 로봇(1)의 반응을 시각적, 청각적으로 표시 가능하게 구비된 인터렉션 상부 기능 모듈(700)일 수 있다.

이때, 인터렉션 상부 기능 모듈(700)은 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이에는 사용자가 로봇(1)과 서로 교감한다고 느낄 수 있도록 얼굴 표정 또는 눈동자 모양이 표시될 수 있다. 이때, 인터렉션 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이는 기 설정된 각도로 회전할 수 있다.

상판 모터(525)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이에 구동력을 제공할 수 있다. 상판 모터(525)는 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상판 모터(525)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 디스플레이와 연결된다. 상판 모터(525)는 제어부(510)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 상판 모터(525)의 회전에 따라 디스플레이가 회전할 수 있다.

센서부(530)는, 적어도 하나의 센서를 포함하며, 각 센서는 로봇(1)의 외부 환경에 대한 정보 및/또는 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보를 측정하거나 감지할 수 있다.

센서부(530)는, 제1 카메라(531)를 포함할 수 있다.

제1 카메라(531)는 전술한 매핑 카메라일 수 있다. 제1 카메라(531)는 로봇(10)이 주행하는 실내를 매핑(mapping)하기 위해 구비된다.

이를 위해, 제1 카메라(531)는 로봇 본체(100)의 전방에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 카메라(531)는 전방 커버(110)의 내측면 후방에 배치될 수 있다. 제1 카메라(531)는 윈도우(111)의 후방에 배치될 수 있다.

제1 카메라(531)는 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)의 수행을 위해 주행 중 실내를 촬영할 수 있다. 제어부(510)는 제1 카메라(531)가 촬영한 주변 환경에 대한 정보와 로봇(1)의 현재 위치에 대한 정보를 토대로 SLAM을 구현할 수 있다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 로봇(1)이 SLAM을 구현하는 방식은 제1 카메라(531)만으로 구현되는 방식일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 로봇(1)은 추가로 구비되는 센서를 더 활용하여 SLAM을 구현할 수도 있다. 추가 센서는 예를 들어 LDS(Laser Distance Sensor)일 수 있다.

센서부(530)는, 제2 카메라(532)를 포함할 수 있다.

제2 카메라(532)는 사용자의 위치 및/또는 얼굴을 인식하기 위해 구비되는 구성이다.

이를 위해, 제2 카메라(532)는 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 카메라(532)는 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이에 인접하여 배치될 수 있다. 제2 카메라(532)는 상기 디스플레이의 상부에 배치될 수 있다. 제2 카메라(532)는 좌우측 스피커(552)의 사이에 배치될 수 있다.

제2 카메라(532)는 디스플레이의 전방을 촬영하여 사용자의 위치를 인식할 수 있다. 이를 위해, 제2 카메라(532)는 Depth 모듈과 RGB 모듈을 각각 구비할 수 있다.

Depth 모듈은 영상의 깊이(Depth) 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 깊이 정보는 촬영되는 영상의 모든 픽셀에 대한 변조된 광 신호의 지연 또는 위상 시프트를 측정하여 이동 시간 정보를 획득하는 방식으로 이루어질 수 있다.

RGB 모듈은 색 영상(이미지 영상)을 획득할 수 있다. 색 영상으로부터 경계특성(edge), 색분포(color distribution) 주파수 특성(frequency characteristics or wavelet transform) 등이 추출될 수 있다.

이처럼, 제2 카메라(532)가 촬영하는 전방의 영상에서 깊이 정보를 통해 인식 대상 물체에 대한 거리 정보를 획득하고 색 영상에서 추출된 경계특성 등을 함께 연산하여 전방에 사용자가 존재하는지 여부 및/또는 그 위치가 인식될 수 있다.

센서부(530)는, 적외선 감지를 위한 IR 센서(533)를 포함할 수 있다.

IR 센서(533)는 적외선(Infrared) 광을 감지하는 IR 카메라일 수 있다.

IR 센서(533)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, IR 센서(533)는 전방 커버(110)의 내측면 후방에 배치될 수 있다. IR 센서(533)는 윈도우(111)의 후방에 배치될 수 있다. IR 센서(533)는 제1 카메라(532)와 좌우로 또는 상하로 배치될 수 있다.

IR 센서(533)는 특정 모듈에 구비된 IR LED가 방출하는 적외선 광을 감지하여 상기 모듈에 접근할 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈은 로봇(1)의 충전을 위한 충전 스테이션(900)일 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈은 로봇(1)의 하면 커버(150)에 탈착 가능하게 마련되는 하부 기능 모듈(800)일 수 있다.

제어부(510)는, 로봇(1)의 충전 상태가 기 설정된 수준 이하인 경우에 IR 센서(533)가 IR LED의 감지를 시작하도록 제어할 수 있다. 제어부(510)는, 사용자로부터 특정 모듈을 찾아가라는 명령이 수신되는 경우에 IR 센서(533)가 IR LED의 감지를 시작하도록 제어할 수 있다.

센서부(530)는, 휠 모터 센서(534)를 포함할 수 있다.

휠 모터 센서(534)는 휠 모터(MW)의 위치를 측정할 수 있다. 예를 들어, 휠 모터 센서(534)는 엔코더(Encoder)일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 엔코더는 모터의 위치를 검출할 수 있고 모터의 회전 속도 또한 검출할 수 있다.

휠 모터 센서(534)는 좌우측 휠 모터(MW)에 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 휠 모터 센서(534)는 휠 모터(MW)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단에 연결되어 휠 모터(MW)와 함께 휠 하우징(320)의 내부에 수용될 수 있다.

센서부(530)는, 상판 모터 센서(535)를 포함할 수 있다.

상판 모터 센서(535)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이가 회전한 각도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상판 모터 센서(535)는 회전각을 측정하는 가변 저항(Potentiometer)일 수 있다.

상판 모터 센서(535)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상판 모터 센서(535)는 상판 모터(525)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단에 연결되어 상판 모터(525)와 함께 디스플레이의 후방에 배치될 수 있다.

센서부(530)는, 기울기 감지 센서(536)를 포함할 수 있다.

기울기 감지 센서(536)는 로봇 본체(100)의 기울임 각도를 측정할 수 있다.

기울기 감지 센서(536)는 예를 들어, 3축 가속도 센서일 수 있다. 가속도 센서는 정지한 상태에서 물체의 중력 가속도를 감지하는 센서이다. 물체가 기울어진 각도에 따라 중력 가속도가 달라지므로 중력 가속도를 측정하면 기울기 각도가 얻어진다. 다만, 정지 상태가 아닌 움직이는 가속 상태에서는 올바른 값을 얻을 수 없는 단점이 있다.

기울기 감지 센서(536)는 예를 들어, 3축 자이로 센서일 수 있다. 자이로 센서는 각속도를 측정하는 센서이다. 각속도를 전체 시간에 대해 적분하면 기울기 각도가 얻어진다. 다만, 자이로 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈 등 이유로 지속적인 에러가 생기는데 이러한 에러로 인해 적분값에 대한 오차가 시간의 흐름에 따라 누적, 발생하게 된다.

결과적으로, 정지된 대기 상태로 긴 시간이 흐르는 경우 로봇(1)은 가속도 센서에 의해서는 기울기가 정확히 측정될 수 있으나 자이로 센서에 의해서는 오차가 생긴다. 주행하는 경우 로봇(1)은 자이로 센서에 의해서는 정확한 기울기 값이 측정될 수 있으나 가속도 센서로는 올바른 값을 얻을 수 없다.

바람직하게는, 기울기 감지 센서(536)는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서일 수 있다. IMU 센서는 잘 알려진 바와 같이, 3축 가속도 센서와 3축 자이로 센서와 지자기 센서를 함께 내장한 센서로서 관성측정센서로도 지칭된다. IMU 센서를 사용하면 상술한 가속도 센서, 자이로 센서의 단점을 보완할 수 있다.

본 명세서는 이하, 기울기 감지 센서(536)로서 IMU 센서가 구비되는 실시예를 설명한다.

IMU 센서는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, IMU 센서는 제어부(510)에 인접하여 배치될 수 있다. IMU 센서는 로봇 본체(100) 내부의 PCB 상에 장착, 구비될 수 있다. 기울임 각도와 방향의 측정 정확도 향상을 위해 IMU 센서는 로봇 본체(100)의 중앙 영역에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.

IMU 센서는 로봇 본체(100)의 3측 가속도, 3축 각속도 및 3축 지자기 데이터 중 적어도 하나를 측정하여 제어부(510)로 전달할 수 있다.

제어부(510)는, IMU 센서로부터 수신한 가속도, 각속도 및 지자기 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 로봇 본체(100)가 기울어진 방향 및 기울어진 각도를 산출할 수 있다. 제어부(510)는 이를 기초로 후술할 로봇 본체(100)의 수평 자세 유지 제어를 수행할 수 있다.

센서부(530)는, 낭떠러지를 감지하기 위한 추락 방지 센서(537)를 포함할 수 있다.

추락 방지 센서(537)는 로봇(1)이 주행하는 전방 지면과의 거리를 감지하도록 이루어질 수 있다. 추락 방지 센서(537)는, 추락 방지 센서(537)가 형성된 지점과 지면과의 상대적인 거리를 감지할 수 있는 범위 내에서 다양하게 이루어질 수 있다.

예를 들어, 추락 방지 센서(537)는 빛을 조사하는 발광부 및 반사된 빛이 입사되는 수광부를 포함하여 이루어질 수 있다. 추락 방지 센서(537)는 적외선 센서로 이루어질 수 있다. 추락 방지 센서(537)는 클리프 센서(Cliff Sensor)로 칭하여 질 수 있다.

추락 방지 센서(537)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 추락 방지 센서(537)는 로봇 본체(100)의 전방 커버(110) 내측에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 전방 커버(110)에 마련된 하향 경사면의 내측에 배치될 수 있다. 이를 통해, 추락 방지 센서(537)는 로봇(1)의 전방 바닥면을 향하여 빛을 조사할 수 있다. 즉, 전방의 경사면 내측에 배치되는 추락 방지 센서(537)는 로봇(1)의 진행 방향 전방에 낭떠러지가 존재하는지 미리 감지할 수 있게 한다.

추락 방지 센서(537)의 발광부는 전방 바닥면을 향해 비스듬하게 빛을 조사할 수 있다. 추락 방지 센서(537)의 수광부는 상기 바닥면에서 반사되어 입사되는 빛을 수신할 수 있다. 빛의 조사 시점과 수신 시점과의 차이를 기초로 전방 지면과 추락 방지 센서(537) 간의 거리가 측정될 수 있다.

추락 방지 센서(537)에 의해 측정된 상기 거리가 기 설정된 소정의 값을 초과하는 경우, 또는 소정의 범위를 초과하는 경우는, 전방 지면이 갑자기 낮아지는 경우일 수 있다. 이러한 원리로 낭떠러지가 감지될 수 있다.

제어부(510)는, 전방에 낭떠러지가 감지되는 경우 로봇(1)이 감지된 낭떠러지를 회피하여 주행하도록 휠 모터(MW)를 제어할 수 있다. 이때, 휠 모터(MW)의 제어는 정지 제어일 수 있다. 또는, 휠 모터(MW)의 제어는 회전 방향의 전환 제어일 수 있다.

추락 방지 센서(537)는 로봇 본체(100)의 후방 커버(120) 내측에 추가로 배치될 수 있다. 바람직하게는, 후방 커버(120)에 마련된 하향 경사면의 내측에 배치될 수 있다. 이를 통해, 추락 방지 센서(537)는 로봇(1)의 후방 바닥면을 향하여 빛을 조사할 수 있다. 즉, 후방의 경사면 내측에 배치되는 추락 방지 센서(537)는 로봇(1)이 후진하는 경우 후방에 낭떠러지가 존재하는지 미리 감지할 수 있게 한다.

센서부(530)는, 접촉 감지 센서(538)를 포함할 수 있다.

접촉 감지 센서(538)는 휠(310)이 지면에 접촉했는지 여부를 감지할 수 있다.

접촉 감지 센서(538)는 로봇(1)의 휠(310)과 지면 사이의 이격 거리를 측정하는 TOF 센서(538a)를 포함할 수 있다. TOF 센서(538a)는 TOF(Time OF Flight) 기술이 적용된 3차원 카메라일 수 있다. TOF 기술이란, 잘 알려진 바와 같이, 대상체를 향해 조사한 빛이 반사되어 돌아오는 왕복 비행 시간을 기초로 대상체와의 거리를 측정하는 기술이다.

TOF 센서(538a)는 휠부(300)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 접촉 감지 센서(538)는 좌우측 휠 하우징(320)에 각각 배치될 수 있다. TOF 센서(538a)가 측정한 지면과의 거리를 통해 휠(310)이 지면에 접촉한 상태인지가 판단될 수 있다. TOF 센서(538a)가 측정한 거리가 기 설정된 거리 미만인 경우(또는 기 설정된 거리 범위의 하한값 미만)라면 휠(310)이 지면에 접촉한 상태이다. TOF 센서(538a)가 측정한 거리가 기 설정된 거리 이상(또는 기 설정된 거리 범위의 상한값 이상)인 경우라면 휠(310)이 지면으로부터 이격된 상태이다.

접촉 감지 센서(538)는 로봇(1)의 일부 구성에 대해 가해지는 힘의 크기를 측정하는 로드셀(Load Cell)(538b)을 포함할 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 로드셀(538b)은 힘이 가해지면 표면에 구비된 스트레인게이지(Strain Gauge)의 저항값이 변하게 된다. 이때, 상기 저항값의 변화를 통해 로드셀(538b)에 가해진 힘의 크기를 측정할 수 있다.

로드셀(538b)은 레그부(200)에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 로드셀(538b)은 좌우측 제3 링크 바디(231)에 각각 배치될 수 있다. 휠(310)이 바닥에 접촉된 상태에서 제3 링크(230)는 지면으로부터 수직항력이 가해져 변형된다. 로드셀(538b)의 측정값은 제3 링크(230)의 변형에 따라 초기값과는 상이한 값으로 나타난다. 이를 통해, 휠(310)이 지면과 접촉한 상태인지 여부가 판단될 수 있다.

센서부(530)는, 환경 센서(539)를 포함할 수 있다.

환경 센서(539)는 로봇(1)의 외부 즉, 로봇(1)이 주행하는 집안의 다양한 환경 상태를 측정하도록 이루어질 수 있다. 환경 센서(539)는 온도 센서(539a), 습도 센서(539b) 및 먼지 센서(539c) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

환경 센서(539)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 환경 센서(539)는 로봇 본체(100)의 후방에 배치될 수 있다. 가능한 실시예로서, 환경 센서(539)에 의해 측정된 정보는 디스플레이부(554)에 시각적으로 표시될 수 있다.

인터페이스부(550)는, 사용자와 로봇(1) 간의 상호작용을 위한 적어도 하나의 구성을 포함하며, 각 구성은 사용자로부터 명령을 입력 및/또는 사용자에게 정보를 출력하도록 구비될 수 있다.

인터페이스부(550)는, 마이크(551)를 포함할 수 있다.

마이크(551)는 사용자의 음성을 인식하는 구성으로서, 복수개 구비될 수 있다. 마이크(551)는, 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크(551)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 마이크(551)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이에 인접하게 배치될 수 있다. 바람직하게는 상기 디스플레이 상부와 하부에 각각 2개가 배치되어 총 4개의 마이크(551)가 배치될 수 있다.

마이크(551)가 수신하는 음성 신호는 사용자의 위치 추적에 사용될 수 있다. 이때, 공지의 음원 추적 알고리즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 음원 추적 알고리즘은 복수의 마이크(551)가 음성 신호를 수신하는 시간차를 이용한 3점 측정 방식(삼각 측량 방식)일 수 있다. 각 마이크(551)의 위치와 음파의 속도를 이용하면 음성 소스의 위치가 산출되는 원리이다.

한편, 마이크(551)와 상술한 제2 카메라(532)가 서로 협력하면, 사용자가 멀리 떨어진 곳에서 로봇(1)을 부르는 경우에도 로봇(1)이 사용자의 위치를 찾아오도록 구현될 수 있다.

인터페이스부(550)는, 스피커(552)를 포함할 수 있다.

스피커(552)는 상부 기능 모듈(700)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스피커(552)는 인터렉션 상부 기능 모듈(700)의 디스플레이에 인접하여 배치될 수 있다. 스피커(552)는 디스플레이의 상부에 배치되되 좌측과 우측에 각각 구비될 수 있다.

스피커(552)는 로봇(1)의 정보를 소리로 송출할 수 있다. 스피커(552)가 송출하는 소리의 소스는 로봇(1)에 기 저장된 소리 데이터일 수 있다. 예를 들어, 기 저장된 소리 데이터는 로봇(1)의 음성 데이터일 수 있다. 예를 들어, 기 저장된 소리 데이터는 로봇(1)의 상태를 안내하는 알림음일 수 있다.

인터페이스부(550)는, 조작부(553)를 포함할 수 있다.

조작부(553)는 로봇(1)의 전원을 온/오프 전환 제어하는 명령을 사용자로부터 입력 받을 수 있다.

전원의 온(on) 동작은 제어부(510)로의 전원 공급을 의미할 수 있다. 전원의 오프(off) 동작은 제어부(510)로의 전원 공급 차단을 의미할 수 있다. 전원의 공급은 배터리(560)로부터 제공된다.

조작부(553)를 통한 로봇(1)의 전원 오프는 완전한 전원 차단을 의미하는 것으로서 각 기능 모듈로의 전원 공급을 일시적으로 정지시키는 절전 모드와는 그 의미가 상이할 수 있다. 절전 모드의 제어는 전원의 온 상태에서 제어부(510)에 의해 이루어질 수 있다.

한편, 펫 또는 집사의 역할을 수행하는 로봇(1)에 대해 완전한 전원 차단을 하는 경우는 드물 것이므로 조작부(553)는 로봇 본체(100)의 후방에 배치되는 것이 바람직하다.

조작부(553)에 대한 사용자의 명령은 조작부(553)를 상하 방향 또는 좌우 방향으로 피봇시키는 동작일 수 있다. 조작부(553)가 사용자에 의해 일측으로 피봇되면 로봇(1)의 전원이 온 동작될 수 있다. 조작부(553)가 사용자에 의해 상기 일측과 반대방향인 타측으로 피봇되면 로봇(1)의 전원이 오프 동작될 수 있다.

다만, 조작부(553)의 형태는 한정되는 것이 아니다. 다른 예로, 조작부(553)는, 사용자의 푸쉬(push) 동작으로 온/오프 명령을 입력 받는 버튼(button)일 수도 있다. 또 다른 예로, 조작부(553)는, 사용자의 슬라이딩(sliding) 동작으로 온/오프 명령을 입력 받는 슬라이딩 버튼일 수도 있다. 또 다른 예로, 조작부(553)는, 사용자의 터치(touch) 동작으로 온/오프 명령을 입력 받는 터치 스크린일 수도 있다.

인터페이스부(550)는, 디스플레이부(554)와 입력부(555)를 포함할 수 있다.

디스플레이부(554)는, 하나 이상의 모듈에 배치되는 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이부(554)는 로봇 본체(100)의 전방 커버(110)에 배치되는 제1 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이부(554)는 상부 기능 모듈(700)에 배치되는 제2 디스플레이를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 디스플레이는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

제1 디스플레이 또는 제2 디스플레이에는 로봇(1)의 작동 시간 정보, 배터리(560) 전력 정보 등의 정보가 표시될 수 있다.

제2 디스플레이에는 로봇(1)의 얼굴 표정이 표시될 수 있다. 또는, 제2 디스플레이에는 로봇(1)의 눈동자가 표시될 수 있다. 제2 디스플레이에 표시되는 얼굴의 모양 또는 눈동자의 모양을 통해 로봇(1)의 현재 상태가 감정으로 의인화되어 표현될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 외출했다가 귀가하는 경우 제2 디스플레이에는 웃는 얼굴 표정 또는 웃는 눈 모양이 표시될 수 있다. 이로써, 사용자는 로봇(1)과 교감하는 느낌을 받는 효과가 있다.

입력부(555)는, 사용자로부터 로봇(1)을 제어하기 위한 제어 명령을 입력 받도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 명령은 로봇(1)의 다양한 설정을 변경하는 명령일 수 있다. 예를 들어, 상기 설정은 음성 크기, 디스플레이 밝기, 절전 모드 설정 등일 수 있다.

입력부(555)는 로봇 본체(100)의 전방 커버(110)에 배치될 수 있다. 입력부(555)는 제1 디스플레이에 인접하게 배치되거나 제1 디스플레이 상에 배치될 수 있다.

입력부(555)는 사용자가 로봇(1)의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 이를 위해, 입력부(555)는, 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전) 등으로 구성될 수 있다. 특히, 터치 패드가 제1 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치스크린(touch screen)이라 부를 수 있다.

배터리(560)는, 로봇(1)을 이루는 다른 구성들에 전원을 공급하도록 이루어진다.

배터리(560)는, 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리(560)는 로봇 본체(100)의 후방측에 배치될 수 있다. 배터리(560)는 서스펜션 모터(MS)보다 후방에 배치될 수 있다.

배터리(560)는, 외부의 전원에 의하여 충전될 수 있으며, 이를 위하여 로봇 본체(100)의 일측, 또는 배터리(560) 자체에는 배터리(560)의 충전을 위한 충전 단자(152)가 구비될 수 있다. 본 발명 실시예와 같이 충전 단자(152)는 로봇 본체(100)의 하면 커버(150)에 배치될 수 있다. 이로써, 로봇(1)은 충전 스테이션(900)에 다가가 충전 단자(152)를 상부에서부터 충전 스테이션(900)의 전원공급 단자(936)에 안착시키는 방식으로 쉽게 충전 스테이션(900)과 결합될 수 있다.

메모리(570)는, 로봇(1)의 구동 및 동작을 위한 다양한 데이터들이 저장되는 구성이다.

메모리(570)에는 로봇(1)이 자율 주행하기 위한 응용 프로그램 및 관련된 다양한 데이터가 저장될 수 있다. 메모리(570)에는 또한 센서부(530)에서 센싱되는 각각의 데이터들이 저장될 수 있으며, 사용자가 선택 또는 입력한 다양한 설정들에 대한 설정 정보 등이 저장될 수 있다.

메모리(570)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(570)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.

메모리(570)는 제어부(510)에 포함될 수도 있고 별도의 구성으로 구비될 수도 있다.

통신부(580)는, 로봇(1) 내부 각 구성 간의 신호 전달을 위해 구비될 수 있다. 통신부(580)는 예를 들어, CAN(Controller Area Network) 통신을 지원할 수 있다. 상기 신호는 예를 들어, 제어부(510)로부터 다른 구성으로 전달되는 제어 명령일 수 있다.

통신부(580)는, 로봇(1) 외부에 존재하는 타 기기와의 무선 통신을 지원할 수 있다. 무선 통신의 지원을 위한 무선 통신 모듈로서 근거리 통신 모듈 또는 원거리 통신 모듈이 구비될 수 있다.

근거리 통신은 예를 들어, Bluetooth 통신, NFC(Near Field Communication) 통신 등이 될 수 있다.

원거리 통신은 예를 들어, 무선랜(Wireless LAN: WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTEA(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS), BLE(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee), RF(Radio Frequency), LoRa(Long Range) 등이 될 수 있다.

이하에서는, 도 17 이하의 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충전 스테이션(900)에 대해 설명한다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 사시도이고, 도 18은 도 17에서 일부 부품을 분해한 전개도이다.

도 17 및 도 18을 참조하면 충전 스테이션(900)은, 로봇(1)에 전원을 공급하여 충전시키기 위해 구비되며, 스테이션 본체(910), 회전부(920) 및 충전부(930)를 포함할 수 있다.

각 구성에 대해 설명하기 전에 먼저 충전 스테이션(900)의 방향에 대해 정의하자면, 후술할 경사부(911)가 배치되는 방향 또는 로봇(1)이 충전 스테이션(900)에 등반하기 위해 진입하는 입구가 배치되는 방향을 전방으로 정의할 수 있다. 또한, 후술할 제2 수용부(915)가 배치되는 방향은 후방으로 정의할 수 있다.

스테이션 본체(910)는, 내부에 공간을 구비하고 로봇(1)이 접근하여 등반할 수 있도록 지면에 놓여진다.

스테이션 본체(910)는, 로봇(1)이 등반하는 입구에 배치되는 경사부(911)를 포함할 수 있다.

경사부(911)는, 로봇(1)이 진입하는 방향의 전방을 향해 상향된 경사를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 경사부(911)는, 상기 입구측의 전방측 단부는 지면과 높이차가 없도록 연결되되, 로봇(1)이 진입하는 방향의 전방을 향할수록 상향되는 경사를 가질 수 있다. 이때, 로봇(1)이 진입하는 방향의 전방이란, 충전 스테이션(900)을 기준으로 했을 때의 후방을 의미한다. 이로써, 로봇(1)이 지면에서 충전 스테이션(900)으로 쉽게 올라설 수 있다.

경사부(911)에는, 휠 가이드부(911a)가 마련될 수 있다.

휠 가이드부(911a)는, 로봇(1)의 휠(310)에 대한 이동을 가이드하도록 홈의 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 휠 가이드부(911a)는, 로봇(1)이 등반하는 입구는 휠(310)의 폭보다 홈의 폭이 더 크도록 형성되고, 로봇(1)의 등반 경로의 전방으로 향할수록 입구 대비 홈의 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 이로써, 로봇(1)의 휠(310)이 충전 스테이션(900)에 진입은 쉽게 하되, 점점 폭이 좁아지는 홈에 의해 좌우 이동이 제한되어 휠(310)이 정위치로 안내될 수 있다.

스테이션 본체(910)는, 제1 수용부(913)를 포함할 수 있다.

제1 수용부(913)는, 경사부(911)와 연결되며 내부에 형성된 공간에 후술할 동력 전달부(923)의 일부 구성을 수용할 수 있다. 제1 수용부(913)의 상부에는 후술할 안착판(921) 및 충전부(930)가 배치될 수 있다.

스테이션 본체(910)는, 제2 수용부(915)를 포함할 수 있다.

제2 수용부(915)는, 제1 수용부(913)와 연결되며 내부에 형성된 공간에 충전 스테이션(900)의 제어부(940)를 수용할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제2 수용부(915)의 후면으로는 가정 내의 콘센트와 연결되는 플러그가 인출될 수 있다. 일반적으로 가정 내에서는 벽면에 콘센트가 구비되므로 제2 수용부(915)는 그 후면이 벽면과 마주보도록 배치될 수 있다.

회전부(920)는, 스테이션 본체(910)에 배치될 수 있고, 스테이션 본체(910)에 상대 회전 가능하게 결합될 수 있다.

회전부(920)는, 로봇(1)의 휠(310)이 안착되는 안착판(921)을 포함할 수 있다.

안착판(921)은 제1 수용부(913)의 상부에 배치되어 제1 수용부(913)의 외관 일부를 형성할 수 있다. 안착판(921)의 상면은 제1 수용부(913)의 상면에 단차 없이 연결될 수 있다. 일 예로, 안착판(921)은 원형의 평판 형태로 형성될 수 있다.

안착판(921)에는 로봇(1)의 휠(310)에 대한 이동을 가이드하도록 홈의 형태로 휠 가이드부(921a)가 형성될 수 있다. 안착판(921)의 휠 가이드부(921a)는 경사부(911)의 휠 가이드부(911a)와 단차 없이 연결될 수 있다. 이로써, 로봇(1)은 경사부(911)를 지나 안착판(921)까지 쉽게 이동할 수 있다.

안착판(921)은 모터(9231)의 회전에 의해 회전될 수 있다. 안착판(921)은, 안착판(921)의 중심에 상하방향으로 배치되는 회전축(A1)을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향을 향해 회전할 수 있다. 후술할 충전부(930)에 로봇(1)이 결합된 상태에서 안착판(921)은 충전부(930)와 함께 180도 회전할 수 있다. 이로써, 로봇(1)은 충전을 위해 충전 스테이션(900)을 등반하는 때에도 전진 이동으로 쉽게 등반할 수 있고, 충전이 완료된 이후 충전 스테이션(900)에서 벗어날 때에도 전진 이동으로 쉽게 벗어날 수 있다. 즉, 로봇(1)의 충전 스테이션(900)에 대한 진입 및 이탈이 모두 용이한 이점이 있다.

안착판(921)은 좌우에 각각 배치되는 휠 삽입 홈(921b)을 포함할 수 있다. 휠 삽입 홈(921b)은 로봇(1)이 정 위치에 정지하도록 로봇(1)의 좌우측 휠(310)의 정지 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 휠(310)의 정지 위치란, 로봇(1)이 충전부(930)에 결합하기 위해서 정지하도록 정해진 위치를 의미한다.

일 예로, 휠 삽입 홈(921b)은 대략 휠 가이드부(921a)의 중앙에 배치될 수 있다. 휠 삽입 홈(921b)의 홈의 깊이는 휠 가이드부(921a)의 홈의 깊이보다 깊게 형성되며, 로봇(1)의 휠(310) 형상에 대응하는 형태 즉, 아치 형태로 형성된다. 이러한 구성을 통해, 로봇(1)은 휠 가이드부(921a)를 따라 이동하다가 휠 삽입 홈(921b)에 휠(310)이 삽입됨과 동시에 정지할 수 있고 아치 형태의 휠 삽입 홈(921b)에 휠(310)이 안정적으로 안착될 수 있다.

안착판(921)은 로봇 감지 버튼(921c)을 포함할 수 있다. 로봇 감지 버튼(921c)은 좌우측의 휠 삽입 홈(921b)에 각각 배치될 수 있다. 로봇 감지 버튼(921c)은 로봇(1)의 자중에 의해 가압되어 눌려질 수 있다.

로봇 감지 버튼(921c)이 로봇(1)의 무게를 감지하여 눌려지면 충전 스테이션(900)의 제어부(940)에는 로봇 감지 버튼(921c)의 온(on) 상태에 대응하는 전기적 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 로봇이 충전을 위해 충전 스테이션(900)에 등반한 상태임이 판단될 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 동력 전달부의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 도 19에 대한 사시도이며, 도 21은 동력 전달부를 스테이션 본체로부터 분해한 전개도이다.

회전부(920)는, 안착판(921)을 회전시키기 위한 동력을 전달하는 동력 전달부(923)를 더 포함할 수 있다.

도 19 내지 도 21을 참조하면 동력 전달부(923)는, 안착판(921)의 하부에 배치되되, 스테이션 본체(910)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 보다 구체적으로, 동력 전달부(923)는 안착판(921)의 회전 동력을 생성하는 모터(9231)와 함께 제1 수용부(913)의 내부 공간 및 제2 수용부(915)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 동력 전달부(923)의 적어도 일부 구성은 안착판(921)에 의해 외부로 노출되지 않도록 커버될 수 있다. 여기서, 모터(9231)는 로봇(1)에 구비되는 다른 모터들과의 구별을 위해 단자 회전 모터(9231)로 지칭될 수 있다.

동력 전달부(923)는 모터(9231)의 회전에 의해 생성된 동력을 안착판(921)에 전달하도록 다수의 동력 전달 부재로 구성될 수 있다. 동력 전달부(923)는 본 명세서에 도시된 실시예와 같이 벨트와 풀리로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 서로 직접 기어물림되는 기어 부품들의 조합으로 구성될 수도 있다.

동력 전달부(923)는, 제1 전달부(9232), 벨트(9233) 및 제2 전달부(9234)를 포함할 수 있다.

제1 전달부(9232)는 모터(9231)의 회전 동력을 전달받아 회전할 수 있다.(도 20 참조) 제1 전달부(9232)는 모터(9231)측에 배치되는 벨트 풀리일 수 있다. 제1 전달부(9232)는 모터(9231)의 배치에 따라 모터(9231)의 회전축에 동축 연결될 수도 있고, 모터(9231)의 회전축의 방향을 전환하도록 마련된 다른 기어 부품을 통해 모터(9231)와 간접적으로 연결될 수도 있다.

제2 전달부(9234)는 제1 전달부(9232)의 회전력을 전달받아 안착판(921)을 회전시킬 수 있다. 제2 전달부(9234)는 안착판(921)측에 배치되는 벨트 풀리일 수 있다. 제2 전달부(9234)는 안착판(921)과 동축 연결되어 안착판(921)을 회전시킬 수 있다. 즉, 제2 전달부(9234)는 안착판(921)의 회전축(A1)을 중심으로 회전할 수 있다.

벨트(9233)는 제1 전달부(9232) 및 제2 전달부(9234)에 연결될 수 있다. 벨트(9233)는 제1 전달부(9232)에서 제2 전달부(9234)로 동력을 전달하는 매개체로서, 일 예로 타이밍 벨트일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 벨트(9233)는 V벨트 또는 평벨트일 수도 있다. 벨트(9233)의 종류에 따라 제1 전달부(9232)와 제2 전달부(9234)의 형상도 그에 대응하여 변형 가능하며 예를 들어, 벨트(9233)가 타이밍 벨트(9233)인 경우 제1 전달부(9232)와 제2 전달부(9234)의 외주면에는 기어 이가 구비된다.

동력 전달부(923)는, 텐셔너(9235)(tensioner)를 더 포함할 수 있다. 텐셔너(9235)는 구동 풀리에 해당하는 제1 전달부(9232)에 인접하여 배치될 수 있다. 텐셔너(9235)는 벨트(9233)의 외측에서 텐션을 가하도록 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 텐셔너(9235)는 벨트(9233)의 장력 변화를 흡수할 수 있고, 벨트(9233)의 장력을 항상 일정하게 조절할 수 있다.

회전부(920)는, 제2 전달부(9234)의 외주면에 연결되는 돌기부(925)를 더 포함할 수 있다.

돌기부(925)는 제2 전달부(9234)의 원주방향 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 돌기부(925)는 벨트(9233)와 제2 전달부(9234)의 연결에 간섭되지 않도록 제2 전달부(9234) 외주면의 하단부를 통해 연결될 수 있다. 일 예로, 돌기부(925)는 상하방향으로 연장된 핀(pin) 형태일 수 있다.

회전부(920)는, 마이크로 스위치(927)를 더 포함할 수 있다.

마이크로 스위치(927)는 제1 수용부(913)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 마이크로 스위치(927)는 제2 전달부(9234)에 인접하여 배치되되, 제2 전달부(9234)의 회전반경보다 바깥쪽에 배치될 수 있다. 마이크로 스위치(927)는 잘 알려진 바와 같이 리미트(limit) 스위치라고도 불리는 공지의 전기 스위치이다. 마이크로 스위치(927)는 타 구성의 기계적 동작에 의해 동작 레버가 가압되면 온(on) 동작한다.

마이크로 스위치(927)는 제2 전달부(9234)를 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 각각 배치될 수 있다. 즉, 회전부(920)에는 마이크로 스위치(927)가 2개 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 마이크로 스위치(927)의 동작 레버는 제2 전달부(9234)의 회전에 의해 돌기부(925)와 접촉되는 위치에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제2 전달부(9234)가 회전함에 따라 돌기부(925)가 마이크로 스위치(927)의 동작 레버와 접촉할 수 있고 동작 레버가 돌기부(925)에 의해 가압될 수 있다.

한편, 돌기부(925)와 접촉하게 되는 각각의 마이크로 스위치(927)에 대해 동작 레버의 접점간을 연결하는 가상의 직선(a5)을 가정하였을 때, 상기 직선(a5)은 제2 전달부(9234)의 회전축(A1)을 통과할 수 있다.(도 19 참조)

이러한 구성은, 각각의 마이크로 스위치(927)를 하나는 제1 마이크로 스위치(927a)로, 다른 하나는 제2 마이크로 스위치(927b)로 지칭하는 경우에, 제1 마이크로 스위치(927a)와 제2 마이크로 스위치(927b)가 돌기부(925)의 180도 회전을 감지할 수 있게 한다.

보다 구체적으로, 돌기부(925)가 제1 마이크로 스위치(927a)의 동작 레버를 가압하면 제1 마이크로 스위치(927a)가 온 동작한다. 이후, 돌기부(925)가 180도 회전하여 제2 마이크로 스위치(927b)의 동작 레버를 가압하면 제2 마이크로 스위치(927b)가 온 동작한다.

제1 마이크로 스위치(927a)와 제2 마이크로 스위치(927b)가 온 동작하면 충전 스테이션(900)의 제어부(940)에는 마이크로 스위치(927a, 927b)의 온 동작에 대응하는 전기적 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 안착판(921)이 180도 회전한 상태임이 감지될 수 있다.

도 22은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 평면도이다.

충전부(930)는, 로봇(1)을 충전하기 위한 전원공급 단자(936)가 구비되는 구성이다.

도 22와 함께 도 17 및 도 18을 다시 참조하면 충전부(930)는, 회전부(920)의 상부에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 충전부(930)는 안착판(921)의 상면에 결합 및 배치될 수 있다. 이로써, 회전부(920)의 안착판(921)이 회전하면 충전부(930)가 함께 회전될 수 있다. 나아가, 충전부(930)와 로봇(1)이 결합하면 안착판(921)의 회전에 의해 로봇(1)도 함께 회전될 수 있다.

충전부(930)는, 충전부 본체(931) 및 결합 홈(932)을 포함할 수 있다.

충전부 본체(931)는 충전부(930)의 외관을 형성한다. 일 예로, 충전부 본체(931)는 내부에 공간이 형성된 육면체 형태로 구성될 수 있다. 전원공급 단자(936)는 충전부 본체(931)의 상면에 마련될 수 있다. 충전부 본체(931)는 로봇(1)이 회전부(920)에 등반한 상태 즉, 로봇(1)이 안착판(921)에 올라서서 정지된 상태를 기준으로 로봇(1)의 좌우측 휠(310)의 사이에 배치된다.

또한, 로봇(1)이 주행중인 상태를 기준으로 했을 때, 안착판(921)의 상면으로부터 전원공급 단자(936)가 배치된 충전부 본체(931)의 상면까지의 높이는, 지면으로부터 로봇(1)의 결합바(151) 하단까지의 높이보다 낮게 구성된다.

로봇(1)이 안착판(921)에 올라서고 로봇(1)의 휠이 휠 삽입 홈(921b)에 삽입된 후 로봇(1)의 이동이 정지되면, 로봇(1)의 충전 단자(152)와 충전부(930)의 전원공급 단자(936)는 서로 상하로 마주보는 상태가 된다.

이때, 로봇(1)이 전원공급 단자(936)에 내려 앉는 형태의 구동을 통해 충전 단자(152)를 전원공급 단자(936)에 결합시킬 수 있다.

결합 홈(932)은, 로봇(1)의 충전 단자(152)와 충전 스테이션(900)의 전원공급 단자(936)가 서로 결합될 때, 로봇(1)의 결합부재가 삽입되는 구성으로서, 충전부 본체(931)의 상부에 배치된다. 이때 본 발명의 실시예에서, 로봇(1)의 결합부재는 로봇(1)의 하면 커버(150)에 마련된 결합바(151)를 의미할 수 있다.

결합 홈(932)의 형태는 V자 형태 또는 U자 형태로 형성될 수 있으나, 로봇(1)의 결합부재(151)가 삽입될 수 있도록 대응되는 형태인 한도 내에서 변형 가능한 것이며 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예에서와 같이, 로봇(1)의 결합부재(151)가 원형의 바(bar) 형태인 경우, 결합 홈(932)은 결합부재(151)가 안정적으로 삽입될 수 있도록 U자 형태인 것이 바람직하다.

본 발명의 충전 스테이션(900)은, 결합 홈(932)이 구비되고 결합부재(151)가 결합 홈(932)에 삽입되도록 구성됨으로써, 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)간의 접촉이 정 위치에서 이루어지도록 안내될 수 있다.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 로봇과 충전 스테이션간의 걸림 결합 해제를 설명하기 위한 도면이고, 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션에서, 로봇과 충전 스테이션간의 걸림 결합을 설명하기 위한 도면이다.

충전부(930)는, 결합 후크(933)를 더 포함할 수 있다.

결합 후크(933)는, 결합 홈(932)에 배치된다. 결합 후크(933)는, 삽입된 결합부재(152)와 걸림 결합되는 구성이며, 결합부재(151)를 결합 홈(932)에 고정시키는 역할을 한다. 즉, 하면 커버(150)의 결합부재(151)가 충전 스테이션(900)의 결합 후크(933)에 걸림으로써, 충전 스테이션(900)과 로봇 본체(100)가 물리적으로 결합된다.

결합 후크(933)는, 결합 홈(932)에 회전 가능하게 결합된다. 결합 후크(933)는 충전 스테이션(900)이 로봇 본체(100)에 결합된 때 로봇 본체(100)의 결합부재(151)에 걸린다. 보다 구체적으로, 결합 후크(933)의 일 단은 결합부재(151)에 걸려 고정된다. 결합 후크(933)의 타 단에는, 후크 링크(934)에 걸리는 걸림턱이 형성된다.

충전부(930)는, 후크 링크(934)를 더 포함할 수 있다.

후크 링크(934)는, 결합 후크(933)가 로봇(1)의 결합부재(151)에 걸린 때에 결합 후크(933)와 결합부재(151)간의 걸림 결합이 풀리는 것을 방지하는 역할을 한다. 후크 링크(934)는 충전부 본체(931)의 내부 공간에 배치된다. 보다 구체적으로 후크 링크(934)는, 충전부 본체(931)의 내부에서 회전 가능하게 배치된다.

후크 링크(934)의 일 단에는 결합 후크(933)의 걸림턱에 걸리는 걸림턱이 형성된다. 다시 말해, 결합 후크(933)의 걸림턱은 후크 링크(934)의 걸림턱에 걸린다. 후크 링크(934)의 타 단은 후술할 후크 스위치(935)에 인접하게 배치된다.

충전부(930)는, 후크 스위치(935)를 더 포함할 수 있다.

후크 스위치(935)는, 결합 후크(933)와 결합부재(151) 사이의 걸림 결합을 해제하는 역할을 한다. 후크 스위치(935)의 일 단은 충전부 본체(931)의 외부로 노출되고 후크 스위치(935)의 타 단은 충전부 본체(931)의 내부 공간에 수용되도록 배치된다. 보다 구체적으로 후크 스위치(935)는, 일 단이 외력에 의해 가압되면 타 단이 충전부 본체(931)의 내부에서 직선 이동 가능하도록 배치된다. 후크 스위치(935)의 타 단은 후크 링크(934)의 타 단에 인접한다.

도 23을 참조하여 로봇(1)과 충전 스테이션(900)의 결합 해제에 대해 설명하면 다음과 같다.

후크 스위치(935)의 일 단이 가압되면 후크 링크(934)의 타 단이 밀리면서 후크 링크(934)가 반시계방향으로 회전한다. 이때, 후크 링크(934)의 걸림턱과 결합 후크(933)의 걸림턱간의 걸림 결합이 해제되면서, 결합 후크(933)도 반시계방향으로 회전하게 된다. 이로써, 결합 후크(933)와 결합부재(151)간의 걸림 결합 또한 해제되며, 로봇(1)은 충전 스테이션(900)으로부터 분리될 수 있다.

도 24를 참조하여 로봇(1)과 충전 스테이션(900)의 걸림 결합에 대해 설명하면 다음과 같다.

결합부재(151)와 결합 후크(933)간의 걸림 결합은 상술한 결합 해제와는 반대의 과정으로 진행된다. 결합부재(151)가 결합 홈(932)에 삽입되면서 결합 후크(933)의 일 단을 가압한다. 결합 후크(933)의 일 단에 형성된 U자 홈에 결합부재(151)가 삽입되면서 결합 후크(933)는 시계 방향으로 회전한다. 결합부재(151)는 결합 후크(933)의 U자 홈에 걸린 상태로 충전부(930)의 결합 홈(932)에 삽입된다.

결합부재(151)가 더 이상 삽입이 불가능한 상태에서, 결합 후크(933)의 U자 홈은 측면을 향해 개방되어 있고 결합 홈(932)은 상부를 향해 개방되어 있다. 따라서, 결합부재(151)는 상부로는 결합 후크(933)에 의해 이동이 차단되고 측면으로는 결합 홈(932)에 의해 이동이 차단되며 결국 결합 홈(932)에 고정되게 된다. 이때, 결합 후크(933)의 타 단에 형성된 걸림턱과 후크 링크(934)의 걸림턱이 서로 걸림 결합된다.

로봇(1)의 결합부재(151)가 충전 스테이션(900)의 결합 홈(932)에 삽입 및 고정됨과 동시에 로봇(1)의 충전 단자(152)와 충전 스테이션(900)의 전원공급 단자(936)는 서로 접촉된다. 즉, 로봇(1)과 충전 스테이션(900)은 전기적으로 연결되며 충전 스테이션(900)으로부터 로봇(1)으로 전력이 공급된다. 다시 말해, 로봇(1)의 배터리(600)가 충전된다.

한편 도 22를 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 전원공급 단자(936)가 결합 홈(932) 보다 후방에 배치되는 것(로봇(1)의 진입 방향을 기준으로 했을 시, 전방)으로 도시되었으나, 전원공급 단자(936)는 결합 홈(932) 보다 전방에 배치될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 후크 스위치(935)의 물리적 가압에 의해서만 결합 후크(933)와 결합부재(151)간의 걸림 결합이 해제되는 것으로 설명하였으나, 결합 후크(933)와 결합부재(151)간의 걸림 결합은 전기적 신호에 의해 해제될 수도 있다. 이러한 경우, 결합 후크(933)를 회전시킬 수 있도록 별도의 동력 전달 부재가 충전부 본체(931)의 내부 공간에 구비 및 배치되어 결합 후크(933)와 연결될 수 있다. 걸림 결합을 해제하는 전기적 신호는 제어부(940)에 의해 생성될 수 있다.

도 18을 다시 참조하면, 충전부(930)는, 광 방출부(937)를 더 포함할 수 있다.

광 방출부(937)는 충전부 본체(931)의 내부 공간에 배치되되, 광 방출부(937)에서 조사하는 광은 충전부 본체(931)의 외부를 향해 조사될 수 있다. 광 방출부(937)는 적외선을 조사하는 IR LED일 수 있다. 이때, IR LED는 충전부 본체(931)의 전면에 노출될 수 있다.

로봇의 IR 센서(533)는 광 방출부(937)가 조사하는 적외선을 감지할 수 있다. IR 센서(533)가 적외선을 감지하면 로봇(1)은 적외선이 감지된 방향으로 이동하여 충전 스테이션(900)에 접근할 수 있다.

로봇(1)은 제1 카메라(531) 또는 제2 카메라(532)에 충전 스테이션(900)이 인식될 때까지는 IR 센서(533)에 의존하여 충전 스테이션(900)에 접근할 수 있다. 로봇(1)의 제1 카메라(531) 또는 제2 카메라(532)에 충전 스테이션(900)이 인식된 이후에는 제1 카메라(531) 또는 제2 카메라(532)를 통해 로봇(1)의 자세가 정교하게 정렬되어 충전 스테이션(900)을 등반할 수 있다.

이로써, 카메라의 비전(vision)에만 의존하여 충전 스테이션(900)을 감지하는 경우 대비 충전 스테이션(900)을 탐색하는 시간이 절약될 수 있다.

도 19와 도 20을 다시 참조하면, 충전 스테이션(900)은, 제어부(940)를 더 포함할 수 있다.

제어부(940)는, 제2 수용부(915)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 제어부(940)는, 제2 수용부(915)의 내부 공간에 배치된 PCB 상에 설치될 수 있다. 제어부(940)는, 충전 스테이션(900)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

일 예로 제어부(940)는, 안착판(921)을 회전시키기 위해 모터(9231)의 구동을 제어할 수 있다. 제어부(940)는, 전원공급 단자(936)에 로봇의 충전 단자(152)가 전기적으로 연결되면 안착판(921)이 회전하도록 제어할 수 있다. 제어부(940)는, 안착판(921)이 180도 회전하여 마이크로 스위치(927)가 온 동작하면 안착판(921)의 회전을 정지 제어할 수 있다.

한편, 제어부(940)는, 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크(551)로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 도 25 이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예인 로봇의 충전 방법에 대해 단계별로 설명한다.

도 25는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 충전 방법에 대한 흐름을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 일 실시예인 로봇의 충전 방법은, 로봇(1)과, 로봇(1)에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션(900)이 포함된 로봇 시스템에 의해 수행될 수 있다.

도 25를 참조하면, 로봇의 충전 방법은, 등반 단계(S100), 결합 단계(S200) 및, 회전 단계(S300)를 포함할 수 있다.

등반 단계(S100)는, 로봇(1)의 휠(310)이 충전 스테이션(900)의 회전부(920)에 올라서는 단계이다.(S100)

로봇(1)은, 사용자의 명령에 의해, 또는 정해진 일정 수준 이하의 충전 잔량에 의해 충전 스테이션(900)의 탐색을 시작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 충전 스테이션(900)의 탐색은 IR 센서(533)와 제1 카메라(531) 또는 제2 카메라(532)의 협력에 의해 이루어진다. 충전 스테이션(900)의 위치는 로봇(1)에 대한 방향 벡터로 구해질 수 있다. 이를 이용하여 로봇(1)은, 자신의 정면에 충전 스테이션(900)이 배치되도록 자세를 정렬할 수 있다.(도 26 참조)

로봇(1)은, 전진 이동하여 충전 스테이션(900)을 등반할 수 있다. 상술한 바와 같이, 충전 스테이션(900)의 등반은 경사부(911) 및 안착판(921)에 마련된 휠 가이드부(911a, 921a)에 의해 안내되며, 로봇(1)의 휠(310)이 안착판(921)의 휠 삽입 홈(921b)에 삽입될 때까지 계속된다.

가능한 실시예에서, 로봇(1)은 휠 삽입 홈(921b)에 휠(310)이 삽입될 때의 진동을 감지할 수 있다. 이 경우, 로봇 본체(100)에는 휠(310)의 진동을 감지하기 위한 센싱 수단이 더 구비될 수 있다.

다른 가능한 실시예에서, 휠 삽입 홈(921b)에 배치된 로봇 감지 버튼(921c)이 눌리면 충전 스테이션(900)이 로봇(1)에 대응하는 제어 신호를 전송할 수 있다.

이처럼, 로봇(1)은 스스로 또는 제어 신호에 의해 제어되어 휠 삽입 홈(921b)에서 정지될 수 있다.(도 27 참조)

다음으로, 결합 단계(S200)는, 로봇(1)에 전원이 공급되도록 로봇(1)의 충전 단자(532)와 충전 스테이션(900)의 전원공급 단자(936)가 서로 전기적으로 결합하는 단계이다.(S200)

보다 구체적으로, 본 단계(S200)는 로봇 본체 하강 단계(S210)와 로봇 본체 고정 단계(S220)를 포함할 수 있다.

로봇 본체 하강 단계(S210)는, 로봇(1)이 휠 삽입 홈(921b)에서 정지한 이후, 로봇 본체(100)가 하부로 이동하여 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)가 서로 접촉 결합되는 단계로서, 로봇 본체(100)의 하강은 서스펜션 모터(MS)의 구동을 통해 이루어진다.

이때, 서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 이루는 사이각이 감소하도록 회전 구동된다. 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 이루는 사이각이 감소한다는 것은, 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리가 가까워지는 것, 즉 로봇 본체(100)가 하강하는 것을 의미한다.

서스펜션 모터(MS)의 회전 구동은 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)가 서로 접촉 결합될 때까지 계속된다. 이로써, 로봇(1)과 충전 스테이션(900)은 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 로봇(1)의 배터리(600)가 충전될 수 있다.

한편, 본 단계(S210)에서 로봇(1)의 하면 커버(150)는 충전부(930)의 상면과 맞닿게 되고, 로봇(1)은 충전부(930)에 기대어 쉬는 형태로 충전부(930)에 놓여지게 된다.(도 29 참조)

로봇 본체 고정 단계(S220)는, 로봇(1)의 결합부재(151)와 충전 스테이션(900)의 결합 후크(933)가 서로 걸림 결합되는 단계이다.

상술한 바와 같이, 로봇 본체(100)가 하강하면 로봇(1)의 결합부재(151)는 충전 스테이션(900)의 결합 홈(932)에 삽입되고 결합 후크(933)에 걸림 결합된다. 이로써, 중력 보상부(215)의 복원력에도 불구하고 로봇(1)은 충전 스테이션(900)에 고정될 수 있다. 로봇(1)과 충전 스테이션(900)이 고정되므로 서스펜션 모터(MS)는 더 이상 구동할 필요가 없어 전력 사용이 절감된다. 또한, 로봇(1)과 충전 스테이션(900)이 고정되는 경우 로봇(1)과 충전 스테이션(900) 간의 전기적 연결이 흔들림없이 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 본 단계(S220)에서는, 로봇(1)의 디스플레이부(554)가 후방을 향해 젖혀질 수 있다. 이처럼 로봇(1)이 충전중인 경우에 로봇 본체(100)가 충전부(930)에 내려앉아 기대는 형태가 되는 것 및/또는 로봇(1)의 디스플레이부(554)가 뒤로 기울어진 형태가 되는 것에 의해, 로봇(1)이 현재 명령을 수행하지 않고 대기중인 상태라는 것이 사용자에게 직관적으로 이해될 수 있다.

다음으로, 회전 단계(S300)는, 충전 스테이션(900)의 회전부(920)가 로봇(1)과 함께 회전하여 로봇(1)의 전면이 바라보는 방향을 180도로 전환하는 단계이다.

보다 구체적으로 본 단계(S300)에서, 충전 스테이션(900)의 제어부(940)는 안착판(921)이 회전되도록 모터(9231)를 구동 제어한다. 안착판(921)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하다가 이전 상태 기준으로 180도의 회전이 완료되면 정지된다. 180도의 회전 여부는 상술한 바와 같이 돌기부(925)가 마이크로 스위치(927)를 가압하는 것에 의해 감지될 수 있다.

안착판(921)이 회전되는 시점에 대해서 설명하자면, 로봇(1)의 휠(310)이 휠 삽입 홈(921b)에 삽입되는 것이 감지되면 안착판(921)의 회전이 수행될 수 있다. 안정적인 회전을 위해 바람직하게는, 로봇(1)의 휠(310)이 휠 삽입 홈(921b)에 삽입되고 로봇(1)이 충전 스테이션(900)에 고정된 이후에 안착판(921)의 회전이 수행되는 것이 바람직하다.(도 29 참조)

한편, 로봇(1)의 전면이란, 디스플레이부(554)가 향하는 방향을 의미한다. 또는, 제1 카메라(531)가 향하는 방향을 의미한다. 앞에서도 설명하였지만, 일반적으로 가정 내에서 충전 스테이션(900)은, 제2 수용부(915)가 벽면을 향하도록 배치된다. 즉, 안착판(921)이 회전하기 전에는 로봇(1)의 전면이 벽을 바라보게 되고, 안착판(921)이 회전한 이후에는 로봇(1)의 전면이 벽을 등지게 된다. 이로써, 로봇(1)의 충전이 완료되면 충전 스테이션(900)에서 후진 이동으로 나올 필요 없이 전진 이동으로 나올 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 충전 방법은, 해제 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.

본 단계(S400)에서는, 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)의 결합이 해제된다. 즉, 로봇(1)과 충전 스테이션(900)간의 전기적 연결이 해제된다. 여기서 해제는, 사용자가 후크 스위치(935)를 가압하여 이루어질 수 있다. 또는, 제어부(940)가 생성한 전기적 신호에 의해 해제가 이루어질 수도 있다.

로봇(1)과 충전 스테이션(900)간의 걸림 결합이 해제되면, 중력 보상부(215)의 복원력에 의해 로봇 본체(100)가 상측으로 이동하게 된다. 이와 동시에 또는 순차적으로 뒤로 젖혀진 상태였던 디스플레이부(554)가 전방을 향해 회전하게 된다.(도 30 참조)

로봇의 충전 방법은, 복귀 회전 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.

로봇(1)이 충전을 완료하여, 또는 사용자의 명령에 의해 충전 스테이션(900)을 벗어나게 되면, 회전부(920)는 최초 위치로 되돌아가도록 회전한다. 다시 말해, 회전부(920)는 원래의 위치로 되돌아가도록 180도 회전한다.(도 31 참조)

180도의 회전 여부는 상술한 바와 같이 돌기부(925)가 마이크로 스위치(927)를 가압하는 것에 의해 감지될 수 있다. 이때, 회전 단계(S400)에서 회전을 감지하는 마이크로 스위치(927)와 복귀 회전 단계(S500)에서 회전을 감지하는 마이크로 스위치(927)는 서로 마주보는 위치에 배치된 관계이다.

이로써, 로봇(1)이 충전을 위해 다시 충전 스테이션(900)에 진입할 때 전진 이동으로 진입할 수 있게 된다.

도 32는 충전 방법에 대한 다른 실시예의 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 32의 실시예는, 로봇(1)과, 로봇(1)에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션(900)이 포함된 로봇 시스템에 의해 수행될 수 있다.

도 32를 참조하면, 로봇의 충전 방법은, 진입 단계(S1000), 충전 단계(S2000) 및, 인출 단계(S3000)를 포함할 수 있다.

진입 단계(S1000)는, 로봇(1)이 충전 스테이션(900)에 접근하도록 이동하여 충전 스테이션(900)의 스테이션 본체(910)를 등반하는 단계이다.(도 26 및 도 27 참조)

본 단계(S1000)에서는 로봇 시스템에 포함된 휠 모터(MW) 및 단자 회전 모터(9231) 중 적어도 하나 이상의 모터가 구동될 수 있다.

휠 모터(MW)는, 로봇(1)이 충전 스테이션(900)에 접근하는 이동, 로봇(1)이 스테이션 본체(910)를 등반하는 이동을 함에 따라 구동될 수 있다.

가능한 실시예에서 단자 회전 모터(9231)의 구동은, 로봇(1)이 충전 스테이션(900)에 접근하는 동작과 동시에, 또는 이보다 먼저 이루어질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 단자 회전 모터(9231)의 구동에 따라 회전부(920) 및 충전부(930)가 회전하며, 충전부(930)에 배치된 전원공급 단자(936)의 방향이 전환된다. 전원공급 단자(936)의 회전으로 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)는 결합이 가능한 방향으로 서로 정렬될 수 있다.

로봇이 충전 스테이션에 접근하는 동작과 동시에, 또는 이보다 먼저 이루어지는 충전부(930)의 회전은, 후방을 바라보던 광 방출부(937)가 전방(충전 스테이션 기준)을 바라보도록 회전하는 것을 의미한다.(제1 회전)

이러한 제1 회전에 의해, 로봇(1)은 충전 스테이션(900)을 쉽게 탐색할 수 있다.

가능한 실시예에서 단자 회전 모터(9231)의 구동은, 로봇(1)이 충전 스테이션(900)을 등반한 이후에 이루어질 수 있다. 단자 회전 모터(9231)의 구동에 따라 회전부(920) 및 충전부(930)가 회전하게 되고, 전방을 바라보던 광 방출부(937)는 후방을 바라보도록 회전하게 된다.(제2 회전)

앞서 상술한 바와 같이, 안착판(921)과 충전부(930)는 함께 회전한다. 제2 회전은 로봇(1)이 안착판(921)에 등반한 이후 이루어지므로 제2 회전에 의해 로봇(1) 또한 충전부(930)와 함께 회전할 수 있다.

이러한 구성을 통해 로봇(1)은 충전 스테이션(900) 기준 전방을 바라보게 되므로, 후술할 이탈 단계(S3000)에서 로봇(1)은 전진 이동으로 충전 스테이션(900)을 벗어날 수 있게 된다.

또한, 이러한 구성을 통해 충전부(930)와 로봇(1)이 함께 한 방향으로 회전하므로, 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)의 결합 방향은 정렬된 상태를 유지하게 된다.

충전 단계(S2000)는, 로봇(1)에 구비된 충전 단자(152)와 충전 스테이션(900)에 구비된 전원공급 단자(936)가 서로 전기적으로 접촉하는 단계이다. 즉, 본 단계(S2000)에서 로봇(1)의 배터리(600)로 전원이 공급되고 로봇(1)이 충전된다.

본 단계(S2000)에서는, 로봇 본체(100)가 지면에 가까운 방향을 향해 이동될 수 있다. 로봇 본체(100)가 지면에 가까운 방향을 향해 이동한다는 것은, 로봇 본체(100)의 높이가 낮아진다는 것, 즉 로봇 본체(100)의 상면 또는 하면의 지면 대비 상대 높이가 낮아진다는 것을 의미한다. 이는, 다른 관점에서 로봇 본체(100)의 '충전부(930)에 앉는 동작'으로 지칭될 수 있다.(도 28 참조)

로봇 본체(100)의 높이가 낮아지면 로봇 본체(100)의 하면에 배치된 충전 단자(152)와 충전부(930)의 상면에 배치된 전원공급 단자(936)가 점점 가까워지다가 결국에는 서로 접촉될 수 있다.

로봇 본체(100)가 충전부(930)에 앉는 동작은, 서스펜션 모터(MS)에 의해 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 이루는 사이각이 감소하도록 회전 구동할 수 있다. 다른 관점에서, 서스펜션 모터(MS)는 휠(310)과 로봇 본체(100)가 가까워지도록 회전 구동할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 제2 회전은 본 단계(S2000)에서 이루어질 수도 있다.

즉, 로봇 본체(100)의 높이가 낮아져서 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)가 서로 접촉한 이후에 제2 회전이 이루어질 수 있다.(도 29 참조)

이러한 구성을 통해 로봇(1)은 충전부(930)와 결합된 상태에서 회전하므로, 회전에 따른 로봇 본체(100)의 흔들림이 감소되는 효과가 있다.

이탈 단계(S3000)는, 로봇(1)이 충전 스테이션(900)을 벗어나도록 이동하는 단계이다.

로봇(1)의 충전 스테이션(900)을 벗어나는 이동은, 로봇(1)의 충전이 완료된 직후에 이루어질 수 있다. 또는, 로봇(1)의 충전이 완료된 후 로봇(1)은 충전 스테이션(900)에 대기하다가 사용자의 호출에 의해 충전 스테이션(900)을 벗어날 수 있다. 또는, 로봇(1)의 충전이 완료된 후 로봇(1)은 충전 스테이션(900)에 대기하다가 일정 시간이 지나면 충전 스테이션(900)을 벗어날 수 있다. 또는, 로봇(1)의 충전이 완료된 후 로봇(1)은 충전 스테이션(900)에 대기하다가 특정 이벤트의 발생에 의해 충전 스테이션(900)을 벗어날 수 있다. 이때, 사용자에 의한 호출, 외출한 사용자의 복귀 감지 등이 이러한 특정 이벤트에 해당할 수 있다.

로봇(1)이 충전 스테이션(900)을 벗어나기 위해서는 접촉 중이던 충전 단자(152)와 전원공급 단자(936)의 전기적 결합이 해제되어야 한다. 상기 전기적 결합의 해제를 위해 로봇 본체(100)는 지면으로부터 먼 방향을 향해 이동될 수 있다.

로봇 본체(100)가 지면으로부터 먼 방향을 향해 이동한다는 것은, 로봇 본체(100)의 높이가 높아진다는 것, 즉 로봇 본체(100)의 상면 또는 하면의 지면 대비 상대 높이가 높아진다는 것을 의미한다. 이는, 다른 관점에서 로봇 본체(100)의 '충전부(930)로부터 일어나는 동작'으로 지칭될 수 있다.(도 30 참조)

로봇 본체(100)의 높이가 높아지면 로봇 본체(100)의 하면에 배치된 충전 단자(152)와 충전부(930)의 상면에 배치된 전원공급 단자(936)는 멀어지면서 서로 간의 전기적 접촉이 해제된다.

로봇 본체(100)가 충전부(930)로부터 일어나는 동작은 서스펜션 모터(MS)에 의해 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 이루는 사이각이 증가하도록 회전 구동할 수 있다. 다른 관점에서, 서스펜션 모터(MS)는 휠(310)과 로봇 본체(100)가 멀어지도록 회전 구동할 수 있다.

로봇 본체(100)가 충전부(930)로부터 일어나는 동작은 중력 보상부(215)의 복원력에 의해 이루어질 수 있다. 이때에도 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 이루는 사이각이 증가하게 되므로 서스펜션 모터(MS)는 회전 구동할 수 있다.

도 32의 실시예에서, 진입 단계(S1000), 충전 단계(S2000) 및 이탈 단계(S3000) 전체에 걸쳐 로봇 본체(100)의 자세 변경은 적어도 1회 이상 발생할 수 있다.

이때, 로봇 본체(100)의 자세 변경이란, 로봇 본체(100)의 높이 변경을 포함할 수 있다. 로봇 본체(100)의 높이 변경은 충전 단계(S2000) 또는 이탈 단계(S3000)에서 이루어질 수 있다. 이벤트 없이 지면을 주행 중인 경우의 로봇 본체(100)의 높이를 기준 높이라고 할 때, 로봇 본체(100)의 높이 변경은 기준 높이 대비 높아지는 것 또는 기준 높이 대비 낮아지는 것을 포함할 수 있다.

로봇 본체(100)의 자세 변경이란, 로봇 본체(100)의 회전을 포함하는 의미할 수 있다. 여기서, 로봇 본체(100)의 회전은, 진입 단계(S1000)에서 이루어질 수 있다. 또는 로봇 본체(100)의 회전은, 충전 단계(2000)에서 이루어질 수 있다.(도 29 참조)

로봇 본체(100)의 자세 변경이란, 로봇 본체(100)의 디스플레이부(554) 회전을 의미할 수 있다. 여기서, 디스플레이부(554)의 회전은 디스플레이부(554)가 후방을 향해 회전하여 젖혀지는 것을 의미할 수 있다. 또는 젖혀진 상태였던 디스플레이부(554)가 전방을 향해 회전하여 일어나는 것을 의미할 수 있다. 디스플레이부(554)의 회전은 충전 단계(S2000) 또는 인출 단계(S3000)에서 이루어질 수 있다.(도 28 및 도 30 참조)

진입 단계(S1000) 및 이탈 단계(S3000)에서의 휠 모터(MW)의 회전 방향은 한방향일 수 있다.

이때, 진입 단계(S1000) 및 이탈 단계(S3000) 모두에서 휠 모터(MS)는 로봇 본체(100)가 전진 이동하는 방향으로 회전할 수 있다. 이러한 한 방향 회전은, 진입 단계(S1000) 또는 충전 단계(S2000)에서 이루어진 로봇 본체(100)의 회전(제2 회전)에 의해 구현될 수 있다.

진입 단계(S1000)에서의 서스펜션 모터(MS)의 회전 방향과 이탈 단계(S3000)에서의 서스펜션 모터(MS)의 회전 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.

보다 구체적으로, 진입 단계(S1000)에서 서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(100)의 앉는 동작을 구현하는 방향으로 회전하고 이탈 단계(S3000)에서 서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(100)의 일어나는 동작을 구현하는 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 가능한 다른 실시예로서, 진입 단계(S1000)에서는 서스펜션 모터(MS)가 로봇 본체(100)의 일어나는 동작을 구현하는 방향으로 회전하고 이탈 단계(S3000)에서는 서스펜션 모터(MS)가 로봇 본체(100)의 앉는 동작을 구현하는 방향으로 회전할 수 있다. 로봇(1)의 휠(310)이 안착판(921)에 등반한 상태를 기준으로, 전원공급 단자(936)의 지면에 대한 상대 높이가 충전 단자(152)의 지면에 대한 상대 높이보다 높은 경우에 이러한 실시예가 구현될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 로봇이 충전 스테이션에 결합된 이후 안착판이 180도 회전하도록 구성되므로, 로봇이 충전 스테이션에 진입하는 동작 및 충전 스테이션으로부터 벗어나는 동작 모두가 전진 이동으로 가능하게 된다. 따라서, 로봇의 충전 스테이션으로의 진입 및 이탈이 모두 용이하게 되는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 로봇이 충전 스테이션에 결합될 때, 충전 스테이션의 결합 후크와 로봇의 결합부재가 서로 걸림 결합되므로, 로봇과 충전 스테이션 간의 고정 결합이 가능하게 된다. 따라서, 충전 중 로봇으로의 전력 공급이 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 본 개시에서 개시된 블록도들은 본 개시의 원리들을 구현하기 위한 회로를 개념적으로 표현한 형태라고 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 해석될 수 있을 것이다. 유사하게, 임의의 흐름 차트, 흐름도, 상태 전이도, 의사코드 등은 컴퓨터 판독가능 매체에서 실질적으로 표현되어, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되든지 아니든지 간에 이러한 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타낸다는 것이 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 것이다.

따라서, 상술한 본 개시의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함할 수 있다.

도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 적절한 소프트웨어와 관련되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이런 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다.

또한, 용어 "프로세서" 또는 "제어부"의 명시적 이용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 제한 없이, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장장치를 묵시적으로 포함할 수 있다.

앞에서는 본 발명의 특정한 일 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.

Claims (21)

1. 로봇에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션으로서,

   내부에 공간을 구비하고 상기 로봇이 접근하여 등반할 수 있도록 지면에 놓여지는 스테이션 본체;

   상기 스테이션 본체에 배치되며, 상기 스테이션 본체에 상대 회전 가능하게 결합되는 회전부; 및

   상기 회전부의 상부에 결합되어 상기 회전부의 회전에 의해 함께 회전하며, 상기 로봇을 충전하기 위한 전원공급 단자가 구비되는 충전부;를 포함하는

   충전 스테이션.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스테이션 본체는,

   상기 로봇이 등반하는 입구에 배치되며, 상기 로봇이 진입하는 방향의 전방을 향해 상향된 경사를 갖는 경사부;를 포함하는,

   충전 스테이션.
3. 제2항에 있어서,

   상기 경사부에는,

   상기 로봇의 휠에 대한 이동을 가이드하도록 홈이 형성된 휠 가이드부가 마련되고,

   상기 휠 가이드부는,

   상기 로봇이 등반하는 입구는 상기 휠의 폭보다 상기 홈의 폭이 더 크도록 형성되고, 상기 로봇의 등반 경로의 전방으로 향할수록 상기 입구 대비 상기 홈의 폭이 좁아지는,

   충전 스테이션.
4. 제1항에 있어서,

   상기 회전부는,

   상기 로봇의 휠이 안착되고 모터의 회전에 의해 회전되는 안착판; 및

   상기 모터와 함께 상기 스테이션 본체의 내부 공간에 수용되며, 상기 모터의 회전에 의해 생성된 동력을 상기 안착판에 전달하는 동력 전달부;를 포함하는,

   충전 스테이션.
5. 제4항에 있어서,

   상기 안착판은,

   상기 로봇이 정 위치에 정지하도록 상기 로봇의 좌우측 휠의 정지 위치에 배치되는 휠 삽입 홈; 및

   상기 휠 삽입 홈에 배치되며 상기 로봇의 무게를 감지하는 로봇 감지 버튼;을 포함하는,

   충전 스테이션.
6. 제4항에 있어서,

   상기 동력 전달부는,

   상기 모터의 회전 동력을 전달받아 회전하는 제1 전달부;

   상기 제1 전달부에 연결되는 벨트; 및

   상기 안착판과 서로 동축 결합되며, 상기 벨트에 연결되어 상기 제1 전달부의 회전력을 전달받아 상기 안착판을 회전시키는 제2 전달부;를 포함하는,

   충전 스테이션.
7. 제6항에 있어서,

   상기 동력 전달부는,

   상기 벨트의 장력을 조절하는 텐셔너;를 더 포함하는,

   충전 스테이션.
8. 제6항에 있어서,

   상기 회전부는,

   상기 제2 전달부의 원주방향 외측으로 돌출되도록 상기 제2 전달부의 외주면에 연결되는 돌기부; 및

   상기 제2 전달부의 회전에 의해 상기 돌기부와 접촉되는 위치에 배치되는 마이크로 스위치;를 더 포함하는,

   충전 스테이션.
9. 제1항에 있어서,

   상기 충전부는,

   상기 로봇이 상기 회전부에 등반한 상태를 기준으로 상기 로봇의 좌우측 휠 사이에 배치되는 충전부 본체; 및

   상기 충전부 본체의 상부에 배치되고 상기 로봇의 결합부재가 삽입되는 결합 홈;을 포함하는,

   충전 스테이션.
10. 제9항에 있어서,

    상기 충전부는,

    상기 결합 홈에 배치되며, 삽입된 상기 로봇의 결합부재와 걸림 결합되는 결합 후크;를 더 포함하는,

    충전 스테이션.
11. 제10항에 있어서,

    상기 충전부는,

    일 단이 상기 결합 후크에 인접하고, 상기 결합 후크의 일 단이 상기 로봇의 결합부재에 걸리면 상기 결합 후크의 타 단이 상기 일 단에 걸리는 후크 링크; 및

    상기 후크 링크의 타 단에 인접하고, 상기 후크 링크의 타 단을 가압하여 상기 결합 후크의 걸림을 해제하는 후크 스위치;를 더 포함하는

    충전 스테이션.
12. 로봇과, 상기 로봇에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션이 포함된 로봇 시스템에 의해 수행되는 로봇의 충전 방법으로서,

    상기 로봇의 휠이 상기 충전 스테이션의 회전부에 올라서는 등반 단계;

    상기 로봇에 전원이 공급되도록 상기 로봇의 충전 단자와 상기 충전 스테이션의 전원공급 단자가 서로 전기적으로 결합하는 결합 단계; 및

    상기 충전 스테이션의 회전부가 상기 로봇과 함께 회전하여 상기 로봇의 전면이 바라보는 방향을 180도로 전환하는 회전 단계;를 포함하는,

    로봇의 충전 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 로봇은,

    상기 충전 단자가 구비되는 로봇 본체;

    상기 로봇 본체의 좌우측 면에 각각 배치되며, 지면 위를 구름 이동하는 상기 휠과 결합되는 레그부; 및

    상기 로봇 본체에 수용되고 상기 레그부에 구동력을 제공하도록 상기 좌우측 레그부에 각각 연결되는 서스펜션 모터;를 포함하고,

    상기 결합 단계는,

    상기 서스펜션 모터의 구동을 통해 상기 레그부가 상기 로봇 본체를 하측으로 이동시켜, 상기 충전 단자와 상기 전원공급 단자가 서로 접촉 결합되는 로봇 본체 하강 단계; 및

    상기 로봇 본체의 하측에 배치된 결합부재와 상기 충전 스테이션의 상측에 배치된 결합 후크가 서로 걸림 결합되는 로봇 본체 고정 단계;를 포함하는,

    로봇의 충전 방법.
14. 제12항에 있어서,

    상기 충전 단자와 상기 전원공급 단자의 결합이 해제되는 해제 단계; 및

    상기 로봇이 상기 충전 스테이션을 벗어난 이후, 상기 회전부가 최초 위치로 되돌아가도록 회전하는 복귀 회전 단계;를 더 포함하는,

    로봇의 충전 방법.
15. 로봇과, 상기 로봇에 전원을 공급하여 충전하는 충전 스테이션이 포함된 로봇 시스템에 의해 수행되는 로봇의 충전 방법으로서,

    상기 로봇이 상기 충전 스테이션에 접근하도록 이동하여 상기 충전 스테이션의 스테이션 본체를 등반하는 진입 단계;

    상기 로봇에 구비된 충전 단자와 상기 충전 스테이션에 구비된 전원공급 단자가 서로 전기적으로 접촉하는 충전 단계; 및

    상기 로봇이 상기 충전 스테이션을 벗어나도록 이동하는 이탈 단계;를 포함하되,

    상기 로봇은,

    상기 충전 단자가 배치되는 로봇 본체; 및

    지면 위를 구름 이동하는 휠에 구동력을 제공하도록 연결되는 휠 모터;를 포함하고,

    상기 충전 스테이션은,

    내부에 공간을 구비하고 상기 로봇이 접근하여 등반할 수 있도록 지면에 놓여지는 스테이션 본체;

    상기 스테이션 본체에 배치되고 상기 전원공급 단자가 구비되는 충전부; 및

    상기 충전부를 회전시켜 상기 전원공급 단자의 방향을 전환하는 단자 회전 모터;를 포함하며,

    상기 진입 단계는,

    상기 휠 모터 및 상기 단자 회전 모터 중 적어도 하나 이상의 모터가 구동되는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 충전 단계는,

    상기 로봇 본체가 지면으로부터 가까운 방향을 향해 이동되는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
17. 제15항에 있어서,

    상기 로봇은,

    상기 휠과 상기 로봇 본체를 연결하는 링크 구조와 연결되어 상기 로봇 본체의 상하 방향 이동에 대한 구동력을 제공하는 서스펜션 모터;를 더 포함하며,

    상기 충전 단계는,

    상기 로봇 본체와 상기 휠 사이의 거리가 가까워지도록 상기 서스펜션 모터가 구동하는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
18. 제15항에 있어서,

    상기 이탈 단계는,

    상기 로봇 본체가 지면으로부터 먼 방향을 향해 이동되는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
19. 제15항에 있어서,

    상기 진입 단계, 상기 충전 단계 및 상기 이탈 단계에 걸쳐 상기 로봇 본체의 자세 변경이 적어도 1회 이상 발생하는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
20. 제15항에 있어서,

    상기 진입 단계 및 상기 이탈 단계는,

    상기 휠 모터가 한방향으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.
21. 제15항에 있어서,

    상기 휠과 상기 로봇 본체를 연결하는 링크 구조와 연결되어 상기 로봇 본체의 상하 방향 이동에 대한 구동력을 제공하는 서스펜션 모터;를 더 포함하며,

    상기 진입 단계에서의 상기 서스펜션 모터의 회전 방향과 상기 이탈 단계에서의 상기 서스펜션 모터의 회전 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는,

    로봇의 충전 방법.

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