Patent Review, 추력을 이용하는 구형로봇

추력을 이용하는 구형로봇

공고일자 : 2014년 8월 21일
등록번호 : 10-1432046
등록일자 : 2014년 8월 13일
출원번호 : 10-2012-0140595
출원일자 : 2012년 12월 5일
심사청구일자 : 2012년 12월 5일
출원인 : 경북대학교 산학협력단
발명자 : 이연정, 안성수, 서현덕
대리인 : 정홍식, 김태헌, 이현수
심사 청구항 수 : 17

도면에 대한 간단한 설명
100 추력발생부
110 제1 지지프레임
130 제2 지지프레임
135 제1 구동부
200 방향전환부
300 제동부
310 제1 브레이크 암
330 제2 브레이크 암
350 제3 구동부
370 제1 동력전달부
390 제2 동력전달부

요약
바람의 추력을 이용하는 구형로봇이 개시된다. 개시된 구형로봇은 팬의 구동에 따라 추진력을 발생하는 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임을 포함한다.

기술분야
본 발명은 구형로봇에 관한 것으로, 바람의 추력을 이용하여 주행하는 구형로봇에 관한 것이다.

배경기술
일반적으로 휴머노이드 로봇은 직립 상태로 이동하기 때문에 이동속도가 느리고 장애물에 걸려 쉽게 넘어질 수 있으며, 아울러 좁은 공간에서의 이동이 매우 제한적이다.
이에 반해 요즘 관심이 날로 높아지고 있는 구형상(球形狀)의 로봇은 몸체가 구형으로 이루어져 있어 휴머노이드 로봇에 비해 이동에 따른 제한사항을 대부분 해소할 수 있다. 이에 따라 구형로봇은 극지, 해저 및 행성 탐사용, 국방용, 교육용 및 사회 안전분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있도록 시도되고 있다.
이러한 종래의 구형로봇은 주로 내부에 진자 구동 메커니즘 혹은 그에 상응하는 구동 메커니즘을 채용하여 구형로봇 내부 무게중심의 변화 또는 모멘트의 변화를 통해 추력을 발생시키게 되고 이러한 추력에 의해 구형로봇을 회전시켜 주행을 하게 된다. 이와 같이 로봇 내부 추력발생 구동방식인 경우 구형로봇의 주행 속도를 높이는 데 많은 제약이 따르기 때문에 고속 주행이 불가능하다.
이 경우 내부모멘트를 발생시키게 되는 모터를 고출력의 구동모터를 이용하거나 혹은 진자의 무게를 늘리는 방식을 채용함으로써 구형로봇의 고속 주행을 고려해 볼 수 있으나, 이와 같이 고출력 구현이 가능한 구동모터는 종래 구형모터에 적용하는 모터에 비해 사이즈가 크고 진자의 무게를 늘리는 것도 한정적이기 때문에 구형로봇이 대형화되며 로봇의 무게도 증가하게 되는 문제를 안고 있다.

해결하려는 과제
문제점을 해결하기 위해 내부에 설치된 덕트팬에 의한 바람의 추력을 이용함으로써 구형로봇의 크기를 늘리지 않고 고속 주행이 가능한 구형로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 낮은 턱을 포함하는 비평탄지를 고속으로 주행할 수 있고 고속 주행 중 신속한 방향전환이 가능한 구형로봇을 제공하는데 있다.

과제의 해결 수단
본 발명은 팬의 구동에 따라 추진력을 발생하는 추력발생부를 둘러싸는 원형프레임과 직교하면서 구형상의 외곽을 이루도록 원형프레임의 원주방향을 따라 배열되는 다수의 곡선프레임을 포함하는 구형로봇을 제공한다.
추력발생부는 제1 지지프레임 내측에 양측이 회전 가능하게 결합되는 제2 지지프레임에 고정되는 덕트팬 및 제2 지지프레임을 회전시켜 덕트팬의 추진력이 작용하는 방향을 전환하기 위한 제1 구동부를 포함할 수 있다.
구동부는 구동모터의 구동축에 연결되는 제1 기어 및 제2 지지프레임의 회전중심을 둘러싸도록 제2 지지프레임의 일측에 설치되고, 제1 기어에 치합되는 제2 기어를 포함할 수 있다.
추력발생부의 하단은 힌지로 연결되며, 주행 중인 구형로봇의 무게중심을 이동시켜 구형로봇의 주행방향을 전환시키는 방향전환부를 더 포함할 수 있다.
방향전환부는 추력발생부 하부에 설치되는 제3 구동부 및 연결로드 타단에 설치되는 웨이트를 포함하며, 웨이트는 연결로드를 통해 전달되는 제2 구동부의 동력에 의해 미리 설정된 각도로 좌측 및 우측 중 선택된 방향으로 선회할 수 있다.
주행 중인 구형로봇을 제동하기 위해 제1 지지프레임에 지지되는 제동부를 더 포함할 수 있다.
제동부는 제1 지지프레임의 좌측 및 우측에 각각 배치되는 제1 브레이크 암 및 제2 브레이크암, 제3 구동부와 제1 및 제2 브레이크 암을 각각 연결하는 제1 동력전달부 및 제2 동력전달부를 포함하며 제1 및 제2 브레이크 암은 주행모드에서 구형로봇의 외각을 유지하고, 제동모드에서 구형로봇의 외곽보다 더 돌출될 수 있다.
제3 구동부는 구동모터 및 구동모터의 구동축에 결합되는 회전판을 구비하며 제1 및 제2 동력전달부는 각각 상기 회전판의 회전에 연동하여 제1 및 제2 브레이크 암의 일단을 가압함으로써 제1 및 제2 브레이크 암을 미리 설정된 각도만큼 회전시킬 수 있다.
제1 및 제2 브레이크 암은 다수의 곡선프레임의 양단이 고정되는 제1 및 제2 허브에 각각 선회 가능하게 연결될 수 있다.
제1 허브와 제1 브레이크 암 사이에 제1 리턴스프링이 설치되고, 제2 허브와 제2 브레이크 암 사이에 각각 제2 리턴스프링이 설치되며, 제1 및 제2 리턴스프링은 제1 및 제2 동력전달부에 의한 가압력이 해제될 때, 제1 및 제2 브레이크 암을 다수의 곡선프레임과 같이 구형로봇의 외곽을 이루는 위치로 복귀시킬 수 있다.
제1 동력전달부는 일단이 회전판 일측에 힌지로 연결되며 수평으로 배치되는 제1 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제2 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제3 연결부재의 타단에 연결되어 제1 브레이크 암의 일부를 가압하는 제1 가압부재를 포함하고, 제2 동력전달부는 일단이 회전판에 타측에 힌지 연결되며 수평으로 배치되는 제4 연결부재의 타단에 연결되며 수직으로 배치되는 제5 연결부재의 상단이 일단이 연결되며 수평으로 배치되는 제6 연결부재의 타단에 연결되어 제2 브레이크 암의 일부를 가압하는 제2 가압부재를 포함할 수 있다.
제1 동력전달부의 제3 연장부재는 제1 지지프레임 일측에 연장되는 제1 연장프레임에 지지되고, 제2 동력전달부의 제6 수평로드는 제1 지지프레임 타측에 연장되는 제2 연장프레임에 지지될 수 있다.

발명의 효과
본 발명에 있어서 덕트팬 내부 프로펠러의 빠른 회전을 이용해 얻어지는 큰 추진력을 통해 구형로봇의 고속 주행이 가능하다. 또한 평지는 물론, 낮은 단턱이나 계단과 같은 비평지에서도 순조롭게 이동이 가능하고 고속 주행 중에 신속한 방향전환이 가능하다.

* 본 내용은 지면상의 이유로 재편집되었습니다.
* 특허정보검색서비스 www.kipris.or.kr

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - Patent Review, 추력을 이용하는 구형로봇