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KR20130008891A - 이동 로봇의 휠 조립체 - Google Patents

이동 로봇의 휠 조립체 Download PDF

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KR20130008891A
KR20130008891A KR1020110069563A KR20110069563A KR20130008891A KR 20130008891 A KR20130008891 A KR 20130008891A KR 1020110069563 A KR1020110069563 A KR 1020110069563A KR 20110069563 A KR20110069563 A KR 20110069563A KR 20130008891 A KR20130008891 A KR 20130008891A
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KR
South Korea
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wheel
mobile robot
wheel assembly
gear box
rotating shaft
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KR1020110069563A
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KR101311295B1 (ko
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신경철
박성주
이노수
Original Assignee
주식회사 유진로봇
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Priority to PCT/KR2012/005432 priority patent/WO2013009060A2/ko
Priority to CN201280033820.XA priority patent/CN103747928B/zh
Priority to EP12811115.0A priority patent/EP2732939B1/en
Priority to US14/232,248 priority patent/US9033079B2/en
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Abstract

본 발명은 휠이 로봇 몸체에 대하여 승강 가능한 구조로 장착되는 이동 로봇에 관한 것이다.
본 발명은 구동 모터에 의해 구동되는 구동 기어 및 상기 구동 기어에 의해 구동되는 종동 기어가 내부에 수용되고, 일측에 구비된 회동축을 중심으로 로봇 몸체에 대하여 전방 및 후방으로 회동 가능하게 설치되고, 제1 고정부를 구비하는 기어 박스; 상기 종동 기어의 회전축에 결합되어 상기 종동 기어와 일체로 회전하며, 상기 기어 박스의 회동 시 상기 로봇 몸체에 대하여 상승 또는 하강하는 휠; 및 일단이 상기 제1 고정부에 고정되고 타단이 상기 로봇 몸체에 대하여 위치가 고정되는 제2 고정부에 고정되며, 상기 제1 고정부를 상기 제2 고정부 측으로 당겨서 상기 휠을 상기 로봇 몸체에 대하여 하강시키는 방향으로 상기 기어 박스를 회동시키는 당김 부재를 포함한다.

Description

이동 로봇의 휠 조립체{Wheel assembly for moving robot}
본 발명은 이동 로봇의 휠 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠이 로봇 몸체에 대하여 승강 가능한 구조로 장착되는 이동 로봇에 장착되는 휠 조립체에 관한 것이다.
이동 로봇은 스스로 주행하거나 외부의 제어에 의해 주행하면서 특정 작업을 수행하는 로봇으로서, 수행하는 작업의 종류에 따라 청소로봇, 감시로봇 등이 있다. 이와 같은 이동 로봇은 지시된 작업, 예컨대 청소 또는 감시 등을 스스로 수행할 수 있는 기능을 갖고 있는 것이 일반적이다.
청소용 이동 로봇을 예로 들면, 청소용 이동 로봇은 주택 또는 사무실과 같은 일정한 청소구역을 스스로 이동하면서, 먼지 또는 이물질을 흡입한다. 이를 위하여, 이동 로봇은 먼지 또는 이물질을 흡입하는 일반적인 진공 청소기의 구성 이외에 이동 로봇을 주행시키는 휠 조립체와, 청소구역 내에 있는 다양한 장애물과 충돌하지 않고 주행할 수 있도록 장애물을 감지하는 다수의 감지 센서와, 전원을 공급하는 배터리 및 장치 전반을 제어하는 마이크로프로세서 등으로 구성되어 있다.
이동 로봇을 주행시키는 휠 조립체는, 휠과 휠에 구동력을 제공하는 구동모터와 같은 동력원을 포함한다. 동력원으로부터 제공되는 구동력에 의하여 휠이 회전함으로써 이동 로봇이 주행할 수 있다. 그러나, 일반적으로 휠은 이동 로봇의 로봇 몸체에 대하여 고정된 상태에서 회전하도록 구성된다. 그러나, 이동 로봇은 편평한 주행면에서만 주행하는 것이 아니라 울퉁불퉁한 주행면과 같이 균일하지 않은 주행면에서 주행할 수도 있고, 문턱과 같은 장애물을 통과할 수도 있으며, 미끄러운 주행면에서 주행할 수도 있다.
이동 로봇이 울퉁불퉁한 주행면에서 주행할 때 주행면이 불균일하여 일측의 휠만이 주행면에 접지되고, 다른 측의 휠은 오목하게 함몰된 부위에 놓여져서 주행면과 접지되지 않는 경우, 이동 로봇은 주행면에 접지되지 않은 휠을 축으로 하여 같은 자리에서 계속적으로 회전한다. 즉, 이동 로봇이 전진하지 못하고 한 곳에서 계속적으로 맴도는 현상이 발생하는 문제점이 발생한다.
또한, 이동 로봇이 문턱과 같은 장애물을 통과하는 경우 휠이 로봇 몸체로부터 돌출된 높이보다 장애물의 높이가 더 높은 경우 휠이 주행면에 접지되지 않아 로봇 몸체이 하단이 장애물에 걸려서 이동 로봇이 전진 또는 후진이 불가능해질 수 있다.
또한, 마찰력이 작은 미끄러운 주행면에서는 주행면과 휠간에 작용하는 마찰력이 작아서 휠의 접지력이 떨어지므로 구동력이 손실되며 이동 로봇이 의도한 방향으로 주행할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 휠이 로봇 몸체에 대하여 고정된 상태로 장착되므로, 이동 로봇이 주행 중에 문턱과 같은 장애물을 통과하거나 울퉁불퉁한 주행면에서 주행할 때 주행면으로부터 휠에 발생되는 충격이나 진동이 로봇 몸체로 그대로 전달된다. 이동 로봇에는 센서와 같이 충격에 민감한 부품들이 장착되는데, 휠로부터 전달되는 진동에 의하여 센서 등에 이상이 발생함으로써 이동 로봇의 오작동이 발생할 수 있고, 심한 경우 작동이 멈출 수도 있다.
또한, 이동 로봇의 휠 조립체는 이동 로봇의 로봇 몸체에 조립할 때 쉽게 조립될 수 있는 것이 요구된다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 로봇이 불균일한 주행면이나 문턱과 같은 장애물의 통과 시 모든 휠이 주행면에 접지된 상태를 유지할 수 있는 이동 로봇의 휠 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 불균일하거나 미끄러운 주행면에서 구동력의 손실 없이 원활하게 주행할 수 있고, 문턱과 같은 장애물을 원활하게 통과할 수 있는 하는 이동 로봇의 휠 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 이동 로봇이 문턱과 같은 장애물을 통과하거나 울퉁불퉁한 주행면에서 주행할 때 휠로부터 로봇 몸체에 전달되는 충격이나 진동을 감쇠시켜줄 수 있는 이동 로봇의 휠 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 이동 로봇의 로봇 몸체에 쉽게 장착할 수 있는 이동 로봇의 휠 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 구동 모터에 의해 구동되는 구동 기어 및 상기 구동 기어에 의해 구동되는 종동 기어가 내부에 수용되고, 일측에 구비된 회동축을 중심으로 로봇 몸체에 대하여 전방 및 후방으로 회동 가능하게 설치되고, 제1 고정부를 구비하는 기어 박스; 상기 종동 기어의 회전축에 결합되어 상기 종동 기어와 일체로 회전하며, 상기 기어 박스의 회동 시 상기 로봇 몸체에 대하여 상승 또는 하강하는 휠; 및 일단이 상기 제1 고정부에 고정되고 타단이 상기 로봇 몸체에 대하여 위치가 고정되는 제2 고정부에 고정되며, 상기 제1 고정부를 상기 제2 고정부 측으로 당겨서 상기 휠을 상기 로봇 몸체에 대하여 하강시키는 방향으로 상기 기어 박스를 회동시키는 당김 부재를 포함하는 이동 로봇의 휠 조립체를 제공한다.
상기 당김 부재는 코일 스프링 또는 판 스프링일 수 있다.
상기 회동축은 외주면의 적어도 일부가 원형을 이루고, 상기 회동축의 외주면의 형상에 부합하는 형상의 회동축 안착부에 안착되어 지지되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 이동 로봇의 휠 조립체는, 내부에 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 휠의 적어도 일부가 수용되고 상부가 개방되며 하면 중에서 상기 휠이 상승 및 하강하는 경로가 놓이는 부분은 개방되며, 상기 로봇 몸체에 결합되어 고정되는 하부 케이스를 더 포함하고, 상기 회동축 안착부는 상기 하부 케이스에 구비되며, 상기 제2 고정부는 상기 하부 케이스에 구비되는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 이동 로봇의 휠 조립체는, 상기 하부 케이스의 상부에 결합되고 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 상기 휠의 적어도 일부가 수용되는 수용 공간을 형성하는 상부 케이스를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 상부 케이스는, 상기 회동축을 사이에 두고 상기 회동축 안착부의 맞은 편에 구비되어 상기 회동축이 상기 회동축 안착부로부터 이탈하는 것을 방지하는 회동축 덮개를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 회동축은 힌지 결합될 수 있으며, 이때 상기 이동 로봇의 휠 조립체는, 내부에 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 휠의 적어도 일부가 수용되고 상부가 개방되며 하면 중 상기 휠이 상승 및 하강하는 경로가 놓이는 부분은 개방되며, 상기 로봇 몸체에 결합되어 고정되는 하부 케이스를 더 포함하고, 상기 회동축은 상기 하부 케이스에 힌지 결합될 수 있다.
한편, 상기 기어 박스에는 측 방향으로 연장되는 돌출부가 구비되고, 상기 이동 로봇 휠 조립체는, 접촉식 센서로서 상기 돌출부가 접촉하는 센서를더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 센서는, 마이크로 스위치로서 하부 케이스에 구비되는 센서 고정부에 삽입되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 휠이 로봇 몸체에 대하여 승강 가능한 구조로 구성되고 휠이 탄성 부재의 탄성력에 의하여 주행면 측으로 가압되도록 구성됨으로써, 이동 로봇이 불균일한 주행면이나 문턱과 같은 장애물의 통과 시 모든 휠이 주행면에 접지된 상태를 유지할 수 있고 접지력이 향상되므로, 불균일하거나 미끄러운 주행면에서 구동력의 손실 없이 원활하게 주행할 수 있고 문턱과 같은 장애물을 원활하게 통과할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 휠에 충격이 가해질 경우 휠이 로봇 몸체의 내부로 삽입되며 당김 부재가 휠이 로봇 몸체로 삽입될 때 저항으로 작용하여 휠에서 발생되는 충격이 감쇠됨으로써 이동 로봇에 장착되는 각종 부품의 손상 및 오작동을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이동 로봇의 휠 조립체가 하나의 모듈로 구성됨으로써 이동 로봇의 로봇 몸체에 쉽게 장착될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 이동 로봇의 로봇 몸체에 결합되는 예를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 이동 로봇의 로봇 몸체에 결합된 예를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체를 일 방향에서 바라본 분해사시도이다.
도 5는 도 4의 휠 조립체를 다른 방향에서 바라본 분해사시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 상승된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 하강된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 상승된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 하강된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 장착된 이동 로봇의 저면 부분을 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 장착된 이동 로봇이 문턱을 통과하는 예를 순차적으로 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 이동 로봇의 로봇 몸체에 결합되는 예를 분해하여 도시하는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 이동 로봇의 로봇 몸체에 결합된 예를 도시하는 사시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체를 일 방향에서 바라본 분해사시도이고, 도 5는 도 4의 휠 조립체를 다른 방향에서 바라본 분해사시도이다. 그리고, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 상승된 상태를 도시하는 사시도이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 하강된 상태를 도시하는 사시도이다. 그리고, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 상승하여 휠이 로봇 몸체 내부로 최대한으로 삽입된 상태를 도시하는 측면도이며, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체에 있어서 휠이 하강하여 휠이 로봇 몸체로부터 최대한으로 인출된 상태를 도시하는 측면도이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 장착된 이동 로봇의 저면 부분을 도시하는 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 장착된 이동 로봇이 문턱을 통과하는 예를 순차적으로 도시하는 도면이다.
본 발명에 따른 이동 로봇의 휠 조립체(이하 간단히 '휠 조립체'라 함)는 스스로 또는 외부로부터의 제어에 의하여 주행을 하면서 특정한 임무를 수행하는 다양한 이동 로봇에 설치되어 작동할 수 있다. 이하의 설명에서는 본 발명에 따른 이동 로봇의 휠 조립체가 청소용 이동 로봇에 설치되는 것을 예로 들어 설명한다.
로봇 몸체(200)는 이동 로봇의 외관을 형성하며, 대략 원형의 평면 형상을 가진다. 로봇 몸체(200)에는 전원을 공급하는 배터리(220) 및 장치 전반을 제어하는 마이크로프로세서와 같은 제어부(미도시) 등이 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체(100)는 로봇 몸체(200)의 바닥면에, 특히 로봇 몸체(200)의 중심을 기준으로 대칭적으로 적어도 두 개가 설치된다. 이동 로봇의 휠 조립체(100)는 배터리(220)로부터 전원을 공급받아 휠(120)이 정회전 또는 역회전하여 이동 로봇을 전후 방향을 포함한 각 방향으로 주행시킨다. 이때, 각각의 휠(120)은 제어부의 제어에 의하여 독립적으로 구동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체(100)는, 기어 박스(110), 휠(120), 당김 부재(130), 상부 케이스(140), 하부 케이스(150) 및 센서(160)를 포함한다. 기어 박스(110)는 일측에 구비된 회동축(112)을 중심으로 로봇 몸체(200)에 대하여 전방 및 후방으로 회동 가능하게 설치되고, 제1 고정부(114)를 구비한다. 휠(120)은 기어 박스(110)에 결합되어 기어 박스(110)의 회동 시 로봇 몸체(200)에 대하여 상승 또는 하강하도록 구성된다. 당김 부재(130)는 일단이 제1 고정부(114)에 고정되고 타단이 제2 고정부(154)에 고정되어 제1 고정부(114)를 제2 고정부(154) 측으로 당겨서 기어 박스(110)를 회동시킨다. 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150)는 서로 결합되고 하부 케이스(150)가 로봇 몸체(200)에 결합됨으로써 휠 조립체(100)는 로봇 몸체(200)에 결합된다. 센서(160)는 기어 박스(110)가 최대한으로 회동된 상태를 감지한다.
기어 박스(110)의 내부에는 구동 기어(미도시) 및 종동 기어(미도시)를 포함한 감속 기어가 수용된다. 구동 기어는 구동 모터(170)의 회전축에 결합되어 구동 모터(170)에 의해 구동되고, 종동 기어의 회전축에는 휠(120)이 결합된다. 구동 기어와 종동 기어 사이에는 구동 기어의 구동력을 종동 기어에 전달시키는 전달 기어(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기와 같은 구성을 가지는 감속 기어는 구동 모터(170)의 구동력을 휠(120)에 전달한다. 본 실시예에서 휠(120)의 구동을 위한 구동력을 제공하는 구동 모터(170)는 휠 조립체(100)의 모듈화를 위하여 상부 케이스(140) 및 하부 케이스(150)에 수용되어 휠 조립체(100)와 함께 일체로 모듈화 되는 것으로 도시되었으나, 구동 모터(170)는 본 발명에 따른 휠 조립체의 필수 구성요소는 아니며, 구동 모터(170)의 구동축에 구동 기어가 결합될 수 있는 구조라면 구동 모터(170)의 설치 위치 및 휠 조립체(100)와의 결합 구조는 다양하게 변경 가능하다.
회동축(112)은 기어 박스(110)의 외주면에 구비되며, 기어 박스(110)에 일체로 형성된다. 회동축(112)은 기어 박스(110)가 로봇 몸체(200)의 전방 및 후방으로 회동하기 위한 축 역할을 한다. 기어 박스(110)는 회동축(112)을 매개로 로봇 몸체(200)에 회동 가능하게 지지되며, 회동축(112)을 중심으로 소정의 각도 범위 이내에서 회동한다. 본 실시예에서, 회동축(112)은 외주면의 적어도 일부가 원형을 이루며, 후술할 하부 케이스(150)의 회동축 안착부(152)에 회동 가능하게 안착된다. 그러나, 회동축(112)의 설치 구조 및 설치 위치는 이에 한정되지 않으며, 로봇 몸체(200)에 대하여 위치가 고정되며 기어 박스(110)를 로봇 몸체(200)의 전방 및 후방으로 회동 가능하게 지지할 수 있는 다양한 위치 및 구조로 설치될 수 있다. 예컨대, 회동축(112)은 하부 케이스(150)에 힌지 결합될 수 있으며, 또한 회동축(112)은 하부 케이스(150)가 아니라 로봇 몸체(200)의 소정의 위치에 회동 가능하게 안착되거나 회동 가능하게 힌지 결합될 수 있다. 그러나, 본 실시예와 같이 회동축(112)이 회동축 안착부(152)에 안착되어 지지되도록 구성되는 경우 휠 조립체(100)의 조립 시 휠(120)이 부착된 기어 박스(110)를 하부 케이스(150)에 올려놓은 상태에서 당김 부재(130)를 고정한 후 상부 케이스(140)를 하부 케이스(150)에 결합시키기만 하면 휠 조립체(100)가 완성되므로 휠 조립체(100)의 조립이 간편해지는 효과가 있다.
돌출부(116)는 기어 박스(110)의 측 방향으로 소정 거리 돌출하여 형성되며, 기어 박스(110)의 회동 시 기어 박스(110)와 일체로 회동한다. 돌출부(116)는 기어 박스(110)가 회동하여 휠(120)이 로봇 몸체(200)에 대하여 최대한 하강한 상태일 때 후술할 센서(160)에 접촉하도록 구성된다.
휠(120)은 종동 기어의 회전축에 결합되어 종동 기어와 일체로 회전하며, 휠 조립체(100)가 로봇 몸체(200)에 장착되면 이동 로봇의 주행면에 접지되고 구동 모터(170)에 의하여 구동되어 이동 로봇을 주행시킨다. 휠(120)은 기어 박스(110)에 고정됨으로써 기어 박스(110)의 회동 시 기어 박스(110)와 함께 이동한다. 따라서, 기어 박스(110)의 회동 시 휠(120) 또한 회동축(112)을 중심으로 로봇 몸체(200)의 전방 또는 후방으로 스윙된다. 휠(120)이 회동축(112)을 중심으로 스윙함에 따라 휠(120)은 하강 또는 상승하여 로봇 몸체(200)의 저면(210)으로부터 인출되거나 로봇 몸체(200) 내부로 삽입된다.
당김 부재(130)는 일단이 제1 고정부(114)에 고정되고 타단이 로봇 몸체(200)에 대하여 위치가 고정되는 제2 고정부(154)에 고정된다. 당김 부재(130)는 양단이 각각 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)에 고정되어 탄성력을 인가함으로써 제1 고정부(114)를 제2 고정부(154) 측으로 잡아당기는 역할을 한다. 다시 말해, 당김 부재(130)의 일단이 기어 박스(110)의 제1 고정부(114)에 고정되고 타단이 제2 고정부(154)에 고정되면 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)는 당김 부재(130)를 매개로 서로 연결된다. 당김 부재(130)에 의하여 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)에는 각각 상대측 방향으로의 탄성력이 작용한다. 이때, 제1 고정부(114)는 로봇 몸체(200)에 대하여 고정된 상태이므로 당김 부재(130)의 탄성력에 의하여 제2 고정부(154)가 제1 고정부(114) 측으로 당겨진다. 본 실시예에서 제1 고정부(114)는 기어 박스(110)의 일 측에 돌출되어 형성되고 제2 고정부(154)는 당김 부재(130)의 타단이 고정될 수 있도록 후술할 하부 케이스(150)의 일측에 돌출되어 형성된다. 당김 부재(130)에 의하여 제1 고정부(114)가 제2 고정부(154) 측으로 잡아당겨짐으로써 발생되는 모멘트에 의하여 기어 박스(110)는 회동축(112)을 중심으로 회동한다. 이때, 당김 부재(130)에 의하여 제1 고정부(114)가 제2 고정부(154) 측으로 잡아당겨지면서 기어 박스(110)가 회동할 때 휠(120)이 하강하는 방향으로 기어 박스(110)가 회동할 수 있도록 구성될 수 있다면 제1 고정부(114)가 형성되는 위치는 제한되지 않는다.
당김 부재(130)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 코일 스프링이 될 수 있다. 코일 스프링의 양단이 각각 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)에 걸린 상태에서 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154) 사이의 거리가 가장 가까운 상태에 있을 때도 코일 스프링에 탄성력이 발생하도록 코일 스프링의 길이가 조정되는 것이 바람직하다. 한편, 당김 부재(130)는 본 실시예에는 도시되지 않았으나 양 단이 각각 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)에 걸릴 수 있는 구조를 가지는 판 스프링이 될 수도 있다. 그 밖에도, 당김 부재(130)는 양단이 각각 제1 고정부(114)와 제2 고정부(154)에 고정되어 탄성력을 인가할 수 있는 다양한 재료 및 구조로 구성될 수 있다.
상부 케이스(140) 및 하부 케이스(150)는 서로 결합되어 소정의 수용 공간을 형성하며, 수용 공간에 수용되는 구동 모터(170), 기어 박스(110) 및 휠(120)을 감싼다. 상기 수용 공간에는 기어 박스(110)의 적어도 일부, 구동 모터(170)의 적어도 일부 및 휠(120)의 적어도 일부가 수용된다.
상부 케이스(140)는 하측으로 개방되며, 하부 케이스(150)의 상부에 결합된다. 상부 케이스(140)에는 회동축 덮개(142)가 구비된다. 하부 케이스(150)는 상측으로 개방되며, 상부 케이스(140)의 하부에 결합된다. 하부 케이스(150)에는 회동축(112)이 안착되는 회동축 안착부(152), 당김 부재(130)의 타단이 고정되는 제2 고정부(154) 및 센서(160)가 고정되는 센서 고정부(156)가 구비된다. 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150)는 예컨대 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150) 중 어느 하나를 관통하여 다른 하나에 체결되는 볼트에 의하여 결합될 수 있다. 상부 케이스(140) 및 하부 케이스(150)의 결합으로 형성되는 수용 공간은 기어 박스(110)가 로봇 몸체(200)의 전방 및 후방으로 회동할 수 있도록 충분한 크기로 형성된다. 기어 박스(110)가 로봇 몸체(200)의 전방 또는 후방으로 회동시에 휠(120) 은 상승 또는 하강하여 휠(120)의 일부분은 수용 공간으로 삽입 및 인출된다. 휠(120)의 삽입 및 인출을 위하여 하부 케이스(150)의 하면 중에서 휠(120)의 상승 및 하강하는 경로가 놓이는 부분은 개방된다. 하부 케이스(150)의 개방부를 통해서 휠(120)은 하부 케이스(150)의 수용 공간으로 삽입되거나 수용 공간으로부터 인출될 수 있다.
상부 케이스(140) 및 하부 케이스(150)는 본 발명에 따른 이동 로봇의 휠 조립체의 필수적인 구성요소는 아니나, 상부 케이스(140) 및 하부 케이스(150)가 구비됨으로써 휠 조립체(100)는 모듈화되어 간단하게 로봇 몸체(200)에 장착될 수 있다. 즉, 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150)의 수용 공간 내에 구동 모터(170), 기어 박스(110) 및 휠(120)을 수용시킨 상태에서 상부 케이스(140)와 하부 케이스(150)를 결합시키면 휠 조립체(100)는 하나의 모듈로 제공될 수 있으며, 이 모듈을 로봇 몸체(200)의 장착 부위에 결합시키는 것만으로도 휠 조립체(100)를 로봇 몸체(200)에 장착시킬 수 있다.
회동축 안착부(152)는 하부 케이스(150)의 일측에 구비되고 안착되는 회동축(112)을 지지한다. 회동축(112)의 내주면의 형상은 회동축(112)의 외주면의 형상에 부합하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 회동축 덮개(142)는 회동축(112)을 사이에 두고 회동축 안착부(152)의 맞은 편에 구비된다. 회동축 덮개(142)는 회동축(112)의 상면을 포함한 회동축 안착부(152)에 의해 감싸지지 않은 회동축(112)의 외주면을 덮어서 회동축(112)이 회동축 안착부(152)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 만약, 휠 조립체(100)에 하부 케이스(150)가 구비되지 않는 경우, 회동축 안착부는 로봇 몸체(200)의 소정의 위치에 형성될 수도 있다.
센서(160)는 휠이 로봇 몸체(200)에 대하여 최대한으로 하강한 상태, 즉 휠이 로봇 몸체(200)의 저면(210)으로부터 최대한으로 인출된 상태에 있음을 감지한다. 소정 시간 이상 동안 휠(120)이 최대한의 인출 상태에 있는 것이 센서(160)에 의하여 감지되면, 제어부는 이동 로봇이 작동을 할 수 없는 상태라고 판단하고 구동 모터(170)에 공급되는 전원을 차단하여 구동 모터(170)의 작동을 중지시킨다. 이와 같은 이동 로봇의 작동 불가능 상태는, 예컨대 사용자가 이동 로봇을 들어 올려 잡고 있는 상태나 이동 로봇이 통과할 수 없는 높은 턱에 걸려 있는 상태가 될 수 있다.
센서(160)는 접촉식 또는 비접촉식 센서일 수 있으나, 본 실시예의 경우 센서(160)는 마이크로 스위치와 같이 접촉부에 물체가 접촉하면 이를 감지하는 방식의 접촉식 센서로 구현된다. 센서(160)는 센서 몸체(161)와, 물체가 접촉하면 센서 몸체(161)에 접촉하며 물체의 접촉이 해제되면 탄성 변형되어 센서 몸체(161)로부터 이격될 수 있는 접촉부(162)를 포함할 수 있다. 센서(160)는 접촉부(162)가 돌출부(116)의 이동 경로 상에 놓이도록 센서 고정부(156)에 삽입되어 고정된다. 돌출부(116)가 센서(160)의 접촉부(162)에 접촉하는 경우 센서(160)가 이를 감지하며, 센서(160)로부터 신호를 전달받은 제어부는 휠(120)이 로봇 몸체(200)에 대하여 최대한으로 하강한 위치에 있다는 것을 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇의 휠 조립체(100)의 특징은 당김 부재(130)의 탄성력에 의해 휠(120)이 하강하는 방향으로 기어 박스(110)가 회동하며, 당김 부재(130)의 탄성력에 의하여 휠(120)은 하강하도록 지속적으로 힘을 받는다는 점에 있다. 즉, 당김 부재(130)의 탄성력에 의하여 기어 박스(110)는 회동축(112)을 중심으로 회동함으로써 휠(120)은 주행면 방향으로 하강하는 힘을 받게 된다. 따라서, 휠(120)이 주행면에 접지된 상태에서도 당김 부재(130)의 탄성력에 의하여 휠(120)이 주행면 측으로 가압되는 상태가 유지되므로 휠(120)의 접지력이 높아진다. 휠 조립체(100)가 로봇 몸체(200)에 장착된 상태에서 이동 로봇이 주행면에 놓이면 휠(120)은 주행면에 접지되는데, 이때 이동 로봇의 무게가 휠(120)에 인가되어 기어 박스(110)에 형성되는 모멘트가 당김 부재(130)의 탄성력에 의해 발생되는 모멘트보다 크기 때문에 휠(120)은 도 6a 및 7a에 도시된 바와 같이 상승하여 로봇 몸체(200) 측으로 삽입된 상태가 된다. 반면, 이동 로봇이 공중에 떠 있거나 문턱과 같은 장애물에 의하여 이동 로봇의 저면(210)이 주행면으로부터 들리는 경우에는 도 6b 및 7b에 도시된 바와 같이 이동 로봇의 저면(210)이 주행면으로부터 들린 만큼 휠(120)이 하강하여 로봇 몸체(200)로부터 인출된 상태가 된다. 이동 로봇에 구비되는 휠 조립체(100)들은 각각 독립적으로 휠(120)이 승강될 수 있으므로 도 8에 도시된 바와 같이 어느 하나의 휠(120a)은 로봇 몸체(200)로부터 인출된 상태가 되고, 다른 하나의 휠(120b)은 로봇 몸체(200)에 삽입된 상태가 될 수 있다. 따라서, 이동 로봇의 주행 시 일측 휠(120)이 다른 부분보다 함몰되어 오목한 형상의 주행면에 놓이게 되더라도, 해당 휠(120)이 오목한 형상의 주행면 측으로 하강하여 주행면에 접지되므로 이동 로봇은 원하는 방향으로 주행이 가능하다.
한편, 이동 로봇이 문턱과 같은 장애물(300)을 통과하는 경우에는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 이동 로봇이 정상적인 주행을 하다가, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 이동 로봇의 저면(210)이 장애물(300)에 의해 주행면으로부터 들리게 된다. 이동 로봇의 저면(210)이 주행면으로부터 들림과 동시에 각 휠(120)은 로봇 몸체(200)로부터 인출되어 주행면에 계속 접지된 상태를 유지한다. 휠(120)의 구동력에 의하여 이동 로봇은 계속 주행하여 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 휠(120)이 장애물(300)의 상면에 도달하면 휠(120)은 이동 로봇의 무게에 의하여 휠(120)은 다시 로봇 몸체(200) 내부로 삽입되면서 이동 로봇의 저면(210)은 낮아진다. 이후, 이동 로봇은 주행을 계속하여 장애물을 통과할 수 있다.
또한, 휠(120)이 로봇 몸체(200)에 삽입될 때 당김 부재(130)가 저항으로 작용함으로써 이동 로봇이 바닥이 고르지 않은 불균일한 주행면에서 주행하거나 문턱과 같은 장애물을 통과할 때 휠(120)에 발생되는 충격이 당김 부재(130)에 의해 감쇠된다. 따라서, 이동 로봇의 주행 중에 휠(120)에 충격이 발생하더라도 이 충격이 당김 부재(130)에 의하여 감쇠되거나 완전히 제거됨으로써 이동 로봇에 장착되는 각종 부품의 손상이나 오작동을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 휠 조립체 200: 로봇 몸체
110: 기어 박스 120: 휠
130: 당김 부재 140: 상부 케이스
150: 하부 케이스 160: 센서

Claims (12)

  1. 구동 모터에 의해 구동되는 구동 기어 및 상기 구동 기어에 의해 구동되는 종동 기어가 내부에 수용되고, 일측에 구비된 회동축을 중심으로 로봇 몸체에 대하여 전방 및 후방으로 회동 가능하게 설치되고, 제1 고정부를 구비하는 기어 박스;
    상기 종동 기어의 회전축에 결합되어 상기 종동 기어와 일체로 회전하며, 상기 기어 박스의 회동 시 상기 로봇 몸체에 대하여 상승 또는 하강하는 휠; 및
    일단이 상기 제1 고정부에 고정되고 타단이 상기 로봇 몸체에 대하여 위치가 고정되는 제2 고정부에 고정되며, 상기 제1 고정부를 상기 제2 고정부 측으로 당겨서 상기 휠을 상기 로봇 몸체에 대하여 하강시키는 방향으로 상기 기어 박스를 회동시키는 당김 부재
    를 포함하는 이동 로봇의 휠 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 당김 부재는 코일 스프링인 이동 로봇의 휠 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 당김 부재는 판 스프링인 이동 로봇의 휠 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회동축은 외주면의 적어도 일부가 원형을 이루고, 상기 회동축의 외주면의 형상에 부합하는 형상의 회동축 안착부에 안착되어 지지되는 이동 로봇의 휠 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동 로봇의 휠 조립체는, 내부에 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 휠의 적어도 일부가 수용되고 상부가 개방되며 하면 중 상기 휠이 상승 및 하강하는 경로가 놓이는 부분은 개방되며, 상기 로봇 몸체에 결합되어 고정되는 하부 케이스를 더 포함하고,
    상기 회동축 안착부는 상기 하부 케이스에 구비되는 이동 로봇의 휠 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 고정부는 상기 하부 케이스에 구비되는 이동 로봇의 휠 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동 로봇의 휠 조립체는,
    상기 하부 케이스의 상부에 결합되고 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 상기 휠의 적어도 일부가 수용되는 수용 공간을 형성하는 상부 케이스를 더 포함하는 이동 로봇의 휠 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 케이스는, 상기 회동축을 사이에 두고 상기 회동축 안착부의 맞은 편에 구비되어 상기 회동축이 상기 회동축 안착부로부터 이탈하는 것을 방지하는 회동축 덮개를 구비하는 이동 로봇의 휠 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회동축은 힌지 결합되는 이동 로봇의 휠 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이동 로봇의 휠 조립체는, 내부에 상기 기어 박스의 적어도 일부 및 휠의 적어도 일부가 수용되고 상부가 개방되며 하면 중 상기 휠이 상승 및 하강하는 경로가 놓이는 부분은 개방되며, 상기 로봇 몸체에 결합되어 고정되는 하부 케이스를 더 포함하고,
    상기 회동축은 상기 하부 케이스에 힌지 결합되는 이동 로봇의 휠 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기어 박스에는 측 방향으로 연장되는 돌출부가 구비되고,
    상기 이동 로봇 휠 조립체는, 접촉식 센서로서 상기 돌출부가 접촉하는 센서를더 포함하는 이동 로봇의 휠 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서는, 마이크로 스위치로서 하부 케이스에 구비되는 센서 고정부에 삽입되는 이동 로봇의 휠 조립체.
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