점프 기능을 가지는 이동 로봇
■ 배경기술
로봇에 관한 기술이 발달하면서 스스로 이동할 수 있는 이동 로봇이 등장했고, 이러한 이동 로봇은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 청소 로봇, 감시 로봇 등 다양한 임무를 수행하는 로봇을 예로 들 수 있다. 특히 감시, 정찰 등의 임무를 수행하는 로봇은 사람이 직접 임무를 수행하기 어려운 여건에 투입돼 효과적으로 임무를 수행할 수 있는 장점이 있다. 그러나 정찰 등의 임무를 수행하기 위해서는 장애물이 있는 다양한 지형을 이동해야 하는데, 종래의 이동로봇은 이러한 악조건 속에서 효과적으로 이동하지 못한다는 문제가 있었다. 이와 같은 다양한 환경에서 여러가지 임무를 수행하기 위해 점프 기능을 가진 이동 로봇이 필요하게 됐다. 이미 점프 기능을 가지는 이동 로봇이 소개된 바 있으나, 기존의 이동 로봇은 점프력이 약하거나, 점프 방향이나 점프 강도를 조절하기 어려운 점 등의 문제점을 가졌다.
■ 해결하고자 하는 과제
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로써, 해결하고자 하는 과제는 간단한 구조로 점프 기능을 구현함과 동시에 점프 방향이나 점프 강도를 효과적으로 조절할 수 있는 이동 로봇을 제공하는 것이다.
■ 과제 해결수단
당면 과제를 달성하기 위한 본 발명은 점프 기능을 가지는 이동 로봇에 관한 것이다. 이동 로봇은 로봇 바디와 몸체가 회전 가능하게 하기 위해 장착되는 한 쌍의 바퀴, 그리고 이를 구동하는 구동 모터, 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전이 가능하도록 후방으로 연장돼 몸체에 연결되는 링크 구조물, 로봇 바디와 링크 구조물을 탄성적으로 연결하는 스프링을 포함한다. 또한 링크 구조물에 스프링의 탄성력을 극복하고 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하는 힘을 가했을 때, 스프링의 탄성력에 의해 원래 상태로 복귀하도록 링크 구조물에 가해진 힘을 제거하는 역할의 링크 구조물 조절 유닛도 함께 포함한다. 링크 구조물 조절 유닛은 로봇 바디에 장착되는 모터와, 모터에 연결된 기어치가 형성된 부분과 그렇지 않은 부분을 포함하는 제1 기어와, 제1 기어의 기어치가 형성된 부분에 치합돼 제1 기어에 의해 회전되다가 제1 기어의 기어치가 형성되지 않은 부분에 노출되는 경우 자유 회전 상태로 전환될 수 있도록 제1 기어에 체결된 상태로 로봇 바디에 장착되는 제2 기어, 그리고 제2 기어와 함께 회전하도록 제2 기어에 연결되는 와이어 릴을 포함한다. 또한 와이어 릴의 회전에 의해 릴에 감겨 링크 구조물이 스프링의 탄성력을 극복하고 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전하도록 하거나, 와이어 릴의 자유 회전에 의해 릴에서 풀려 링크 구조물이 스프링의 탄성력에 의해 원래 위치로 복귀할 수 있도록 와이어 릴과 링크 구조물을 연결하는 와이어를 포함할 수 있다. 제1 기어와 함께 회전하도록 결합되는 래칫(Ratchet), 그리고 래칫과 체결되는 래칫 훅(Ratchet hook)을 더 포함할 수 있으며, 래칫과 래칫 훅은 제1 기어와 와이어가 와이어 릴에서 풀리는 방향으로 회전하는 것을 허용하지 않도록 설계될 수 있다. 링크 구조물은 로봇 바디 쪽으로 피봇 회전됐을 때 구조물의 무게에 의해 몸체가 후방으로 회전하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 다른 일실시예에 따른 이동 로봇은 외측 단이 로봇 바디의 외측으로 돌출될 수 있도록 몸체에 회전 가능하게 장착되는 점프 방향 조절 핀, 그리고 점프 방향 조절 핀을 회전 구동하기 위한 서보모터를 더 포함할 수 있다. 점프 방향 조절 핀은 링크 구조물의 피봇 회전에 의해 로봇 바디가 후방으로 회전된 상태에서 지면을 향하도록 장착되며 그 회전에 의해 로봇 바디의 회전 위치를 조절하도록 형성될 수 있다. 그리고 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇은 로봇 바디의 전방 회전을 제한할 수 있도록 로봇 바디의 전방에 돌출형으로 설치되는 안티 폴다운 바(Anti-fall-down bar)를 더 포함할 수 있다. 링크 구조물은, 일단 스프링에 연결된다. 그리고 제1 피봇점을 중심으로 피봇 회전이 가능하게 로봇 몸체에 연결되는 제1 다리, 제2 피봇점을 중심으로 피봇 회전 가능하게 로봇 바디에 연결되는 제2 다리, 그리고 제1 다리와 제2 다리의 외측 단부에 각각 피봇 가능하게 연결되는 풋(foot) 부재를 포함할 수 있다. 스프링은 제1 다리의 로봇 바디 쪽으로의 피봇 회전에 대응해 인장되도록 제1 다리에 연결될 수 있다. 또한 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇은, 로봇 바디의 전면에 설치돼 전방에 있는 장애물까지의 거리를 검출해 해당 신호를 출력하는 초음파 센서와 수평 방향에 대해 미리 설정된 각도만큼 상단 방향으로 센싱을 수행해 전방에 있는 장애물의 상단 모서리까지의 거리를 검출해 해당 신호를 출력하는 PSD(Position Sensitive Detector) 센서, 그리고 두 센서의 신호를 기초로 전방에 있는 장애물의 높이를 산출해내는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 아울러 본 발명의 일실시예에 따른 이동 로봇은, 로봇 바디의 전면에 설치돼 전방으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 공간의 활용 가능 여부를 감지해 해당 신호를 출력하는 제1 포토 센서와 더 먼 곳의 영역 공간 활용 여부를 감지하는 제2 포토 센서, 그리고 두 센서의 신호를 통해 구동 모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 제2 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시할 경우 바퀴의 회전 속도가 감소되도록 구동 모터를 제어하고 제1 포토 센서로부터 수신된 신호가 검출된 영역이 빈 공간인 것을 지시할 경우 바퀴가 나란히 정렬되도록 구동 모터를 제어할 수 있다
■ 발명의 실시를 위한 구체적인 내용
본 발명에 의하면, 이동 로봇이 간단한 구조에 의해 효과적인 점프 기능을 구현할 수 있으며, 점프 방향을 자유롭게 조절할 수 있다.
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