KR20220067627A

KR20220067627A - 이동 로봇 장치 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR20220067627A
Application number: KR1020200153552A
Authority: KR
Inventors: 장준호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-25
Also published as: CN116507458A; WO2022108106A1; US20230226870A1; US12162323B2; EP4190512B1; EP4190512A4; EP4190512A1

Abstract

이동 로봇 장치가 개시된다. 본 이동 로봇 장치는 본체, 본체의 양 측면에 각각 배치되고, 측면이 볼록한 형상을 갖는 제1 바퀴 및 제2 바퀴, 제1 및 제2 바퀴를 각각 회전시키는 제1 구동 장치, 제1 및 제2 바퀴를 각각 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키는 제2 구동 장치, 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동하도록 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서를 포함하고, 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 제2 위치보다 제1 위치에서 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치된다.

Description

이동 로봇 장치 및 이의 제어 방법{MOVING ROBOT APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 개시는 이동 로봇 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이동 로봇 장치가 측 방향으로 넘어졌을 경우, 무게 중심을 이동하여 원 자세로 용이하게 복귀할 수 있는 이동 로봇 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

로봇 기술의 발전에 따라 전문화된 학술 분야 또는 대규모의 노동력을 요하는 산업 분야뿐만 아니라 일반적인 가정에도 로봇의 공급이 보편화 되고 있다. 또한, 위치가 고정된 채 기능을 수행하는 로봇뿐만 아니라, 위치를 이동할 수 있는 이륜형 로봇도 보급되고 있다.

종래의 이륜형 로봇은 일반적으로 자세 제어를 위하여 무게중심이 높게 설계되며, 이로 인해 전도 가능성이 높으나, 복원력을 이용하여 자세를 복구되기 어려운 문제가 있었다. 특히, 이륜형 로봇이 측 방향으로 전도되는 경우, 바퀴의 평평한 측면이 접지하므로, 로봇의 무게중심을 이동하여도 원 자세로 복귀하기 어려운 문제점이 있었다.

본 개시는 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 개시의 목적은 이동 로봇 장치가 측 방향으로 넘어졌을 경우, 무게 중심을 이동하여 원 자세로 용이하게 복귀할 수 있는 이동 로봇 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치는 본체, 상기 본체의 양 측면에 각각 배치되고, 측면이 볼록한 형상을 갖는 제1 바퀴 및 제2 바퀴, 상기 제1 및 제2 바퀴를 각각 회전시키는 제1 구동 장치, 상기 제1 및 제2 바퀴를 각각 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키는 제2 구동 장치, 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 상기 제2 위치보다 상기 제1 위치에서 상기 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치인 상태에서, 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하였다가, 다시 상기 제1 위치로 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동할 때보다 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 더 빠르게 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 접지 바퀴가 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동할 때, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 상기 제2 위치로 이동하도록 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

상기 이동 로봇 장치는 상기 본체의 기울기를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단할 수 있다.

상기 이동 로봇 장치는 상기 이동 로봇 장치의 주위 환경을 촬상하는 카메라를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 접지 바퀴가 회전하도록 상기 제1 구동 장치를 제어하고, 상기 카메라에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주변 장애물 지도를 생성하고, 상기 장애물 지도에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 이동 로봇 장치가 경사면에서 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 이동 로봇 장치가 상기 경사면의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

상기 제1 구동 장치는, 상기 제1 바퀴에 구동력을 제공하는 제1 모터 및 상기 제2 바퀴에 구동력을 제공하는 제2 모터를 포함할 수 있다.

상기 제2 구동 장치는, 상기 제1 바퀴 내에 배치되는 제1 랙, 상기 제2 바퀴 내에 배치되는 제2 랙, 상기 제1 랙과 맞물리도록 배치되는 제1 피니언, 상기 제2 랙과 맞물리도록 배치되는 제2 피니언, 상기 제1 피니언을 회전시키는 제3 모터 및 상기 제2 피니언을 회전시키는 제4 모터를 포함할 수 있다.

상기 제1 바퀴는, 회전 가능한 제1 바퀴 커버 및 상기 제1 바퀴 커버와 상기 본체 사이에 배치되는 제1 중간 부재를 포함하고, 상기 제2 바퀴는, 회전 가능한 제2 바퀴 커버 및 상기 제2 바퀴 커버와 상기 본체 사이에 배치되는 제2 중간 부재를 포함하고, 상기 제1 랙은 상기 제1 중간 부재에 배치되고, 상기 제2 랙은 상기 제2 중간 부재에 배치될 수 있다.

상기 이동 로봇 장치는 상기 제1 및 제2 중간 부재 중 적어도 하나에 배치되는 가이드 레일을 더 포함하고, 상기 본체는 측면에 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능한 블록을 포함할 수 있다.

본체의 양 측면에 각각 제1 바퀴 및 제2 바퀴가 배치되는 이동 로봇 장치의 제어 방법은 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 상기 제2 위치보다 상기 제1 위치에서 상기 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치될 수 있다.

상기 판단하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치인 상태에서 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하고, 상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하였다가, 다시 상기 제1 위치로 이동할 수 있다.

상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동할 때보다 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 더 빠르게 이동할 수 있다.

상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동할 때, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 상기 제2 위치로 이동할 수 있다.

상기 이동 로봇 장치의 제어 방법은 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 접지 바퀴가 회전하는 단계 및 상기 이동 로봇 장치의 주위 환경을 촬상하는 카메라에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주변 장애물 지도를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 이동하는 단계는, 상기 장애물 지도에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 판단하는 단계는 상기 이동 로봇 장치가 경사면에서 일측으로 전도된 것으로 판단하고, 상기 이동하는 단계는, 상기 이동 로봇 장치가 상기 경사면의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 시시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 본체가 상승한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2의 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었다가 자세가 회복되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 1의 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었다가 자세를 회복하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 자세를 회복하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 이동 로봇 장치가 경사면에서 전도된 경우에 자세가 회복되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 이동 로봇 장치를 Ⅰ-Ⅰ선에 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시된 이동 로봇 장치를 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 자른 단면도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 바퀴의 측면도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

그리고, 본 명세서에서는 본 개시의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.

나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 개시의 일 시시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이다. 도 2는 도 1의 본체가 상승한 상태를 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

이동 로봇 장치(1)는 주변 환경을 인식하고 자율 주행 및 정보 수집이 가능하며 사용자에게 정보를 전달하는 등 다양한 기능을 가지는 장치이다. 이동 로봇 장치(1)는 음성, 소리 및 영상 인식을 기반으로 주변 환경을 인식할 수 있다. 또한, 이동 로봇 장치(1)는 무선 통신을 통해 다른 전자제품을 제어하거나 음성을 출력함으로써 사용자에게 정보를 전달할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 주변 환경에서 소리, 음성, 영상 등 다양한 정보를 수집, 분석하여 안정적인 자율 주행이 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 이동 로봇 장치(1)는 주변 환경에 대한 정보를 수집하기 위한 마이크, 카메라, 센서 등을 포함할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 구동 부재를 포함함으로써 물리적 이동이 가능하고, 이를 통해 실내 및 실외를 포함하는 사용자의 환경 전반에 걸쳐 이동 로봇 장치(1)의 다양한 기능을 실행할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)가 가정 내에서 이용될 경우, 가정 내에 배치된 TV, 청소기, 세탁기 등 전자제품과 상호 작용하여 기능 실행 및 정보를 수집하고, 수집한 정보를 애완동물을 포함한 가족구성원에게 전달할 수 있다. 이에 따라, 가정 내 모든 구성원과 전자제품을 연결할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 사용자가 부재하는 경우에도 가정 내 환경을 지속적으로 확인, 점검하여 애완동물을 포함한 도움이 필요한 가족구성원과 사용자를 연결할 수 있다. 또한, 물리적 이동을 통하여 가정 내 다른 가전제품을 확인, 조작할 수 있다. 이를 통해, 가정 내 안전을 도모하고 보안을 강화할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치(1)는 가정 내에서 업무를 수행하는 형태로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 다양한 실시예에 따른 로봇 장치로 구현될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치(1)는 본체(100), 제1 바퀴(200) 및 제2 바퀴(300), 제1 구동 장치(400), 제2 구동 장치(500), 프로세서(600) 및 센서(700)를 포함할 수 있다.

본체(100), 제1 바퀴(200) 및 제2 바퀴(300)의 커버들은 동일한 곡률(Curvature)을 가질 수 있고, 이에 따라 이동 로봇 장치(1)의 외관이 구체를 이루도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 바퀴(200, 300)의 측면은 볼록한 형상을 가질 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시하지 않았지만, 이동 로봇 장치(1)의 본체(100) 내부에는 이동 로봇 장치(1)를 구동시키기 위한 모터, 배터리, 액츄에이터(Actuator), 기어, 베어링 등이 포함될 수 있다.

본체(100)는 외면에 이동 로봇 장치(1)의 주위 환경을 촬상하는 카메라(101)가 배치될 수 있다. 또한, 본체(100)는 내부에 적어도 하나의 센서(700)를 포함할 수 있다. 센서(700)는 장애물을 감지하는 이미지 센서, 음성을 감지하는 사운드 센서, 온도를 감지할 수 있는 온도 센서, 습도를 감지하는 습도 센서, 본체(100)의 기울기를 감지하는 기울기 센서 중 적어도 하나일 수 있다.

특히, 본체(100)의 기울기를 감지하는 센서(700)는 중력가속도의 방향을 감지하여, 본체(100)가 어느 방향으로 어느 정도의 각도로 기울어져 있는지 감지할 수 있고, 프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)의 전도 여부를 판단할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 본체(100)에 배치된 카메라(101)와 적어도 하나의 센서(700)에서 수집한 정보를 기초로, 주변 환경을 인식하고 자율 주행 및 정보 수집이 가능하며 사용자에게 정보를 전달할 수 있다.

제1 바퀴(200) 및 제2 바퀴(300)는 본체(100)의 양 측면에 각각 배치될 수 있다.

한편, 제1 구동 장치(400)는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)에 각각 중심축(X1)을 기준으로 회전시킬 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)가 중심축(X1)을 기준으로 회전함에 따라, 전방 또는 후방으로 이동하거나, 선회하여 원하는 위치로 자유롭게 이동할 수 있다.

제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 각각 본체(100)의 양 측면을 따라서 본체(100)의 측면과 접한 상태로 이동할 수 있다. 제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 본체(100)와 상대적으로 수직하게 상하로 이동할 수 있다.

제2 구동 장치(500)는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)를 각각 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 바퀴(200, 300)의 중심축(X1)은 제2 위치보다 제1 위치에서 본체(100)의 무게중심과 더 인접하게 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 1의 제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 제1 위치에 위치하고, 도 2의 제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 제2 위치에 위치할 수 잇다.

제1 위치에 있는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 본체(100)의 측면을 모두 커버할 수 있다. 한편, 제2 위치에 있는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 본체(100)의 측면 중 상부 영역을 커버하지 않고, 이에 따라, 본체(100)의 측면 중 상부 영역은 외부로 노출될 수 있다.

제1 및 제2 바퀴(200, 300)는 제2 위치에 있는 경우 제1 위치에 있는 것보다 본체(100)보다 상대적으로 하측에 배치될 수 있다.

제2 구동 장치(500)가 제1 및 제2 바퀴(200, 300)를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키면, 제1 및 제2 바퀴(200, 300) 하면은 지면과 접하고 있으므로, 본체(100)는 반작용에 의하여 상측으로 이동할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)가 고속 주행이 필요하거나, 장애물을 회피할 필요가 있는 경우, 프로세서(600)는 본체(100)가 제1 및 제2 바퀴(200, 300)의 중심축을 기준으로 상측으로 이동하도록 제2 구동 장치(500)를 제어할 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 이동 로봇 장치(1)의 동작을 제어하기 위한 프로세서(600)를 포함할 수 있고, 주변 환경을 인식하기 위한 센서 및 다른 전자기기와 통신하기 위한 통신 장치를 포함할 수 있다.

프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 프로세서는 마이크로컨트롤러(Micro Control Unit, MCU)일 수 있다.

프로세서(600)는 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(600)에 연결된 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(600)는 다른 구성요소들 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 다양한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.

프로세서(600)는 카메라(101) 및 적어도 하나의 센서(700)로부터 수신한 이동 로봇 장치(1)의 주위 환경 정보를 수신하고, 수신한 정보에 기초하여 제1 구동 장치(400) 및 제2 구동 장치(500)를 제어할 수 있다. 프로세서(600)가 제1 및 제2 구동 장치(400, 500)을 제어하는 내용은 상세히 후술하기로 한다.

도 4a 내지 도 4d는 도 2의 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었다가 자세가 회복되는 과정을 나타내는 도면이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이동 로봇 장치(1)는 본체(100)가 상측으로 이동한 상태, 즉 제1 및 제2 바퀴(200, 300)가 모두 제2 위치에 있는 상태에서 일측으로 전도될 수 있다.

이동 로봇 장치(1)는 정지 또는 이동 중에 사람의 발과 충돌하거나, 동물과 충돌하거나, 장애물과의 충돌하여 일측으로 전도될 수 있다.

도 4b 및 도 4c를 참조하면, 프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 제1 및 제2 바퀴(200, 300) 중 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동하도록 제2 구동 장치(500)를 제어할 수 있다. 접지 바퀴는 지면(G)과 측면이 접하는 바퀴로써, 도 4b 및 도 4c에서는 제1 바퀴(200)를 지칭하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 전도되는 방향에 따라 제2 바퀴(300)를 지칭하는 것일 수도 있다.

제1 및 제2 바퀴(200, 300)의 중심축은 제2 위치보다 제1 위치에서 본체(100)의 무게중심과 더 인접하게 배치될 수 있다.

프로세서(600)는 본체(100)의 기울기를 감지하는 센서(700)로부터 수신된 신호에 기초하여 이동 로봇 장치(1)가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단할 수 있다. 다만, 프로세서(600)가 반드시 본체(100)의 기울기를 통하여 이동 로봇 장치(1)의 전도 여부를 판단하는 것만은 아니고, 제2 및 제3 바퀴(200, 300)의 측면에 가해지는 압력 또는 제1 및 제2 구동 장치(400, 500)의 이상 동작 여부등을 통하여 이동 로봇 장치(1)의 전도 여부를 판단할 수 있다.

제2 구동 장치(500)가 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동시키기 위하여 접지 바퀴에 구동력을 제공하면, 접지 바퀴는 지면과의 마찰력에 의하여 제자리에 정지해 있을 수 있다. 대신에 본체(100)가 접지 바퀴에 상대적으로 전도된 반대 방향으로 이동함에 따라, 접지 바퀴는 제2 위치에서 제1 위치로 이동할 수 있다.

이에 따라, 이동 로봇 장치(1)의 무게중심(M)은 접지 바퀴의 접지점(C)을 기준으로 일측에서 타측으로 이동하게 되고, 이동 로봇 장치(1)에 복귀 토크가 작용할 수 있다.

한편, 이동 로봇 장치(1)의 제1 및 제2 바퀴(200, 300)의 측면은 볼록한 형상을 가져서, 접지 바퀴의 접지점(C)은 좁게 구현되므로, 이동 로봇 장치(1)의 무게중심(M)이 접지점(C)의 일측에서 타측으로 보다 용이하게 이동할 수 있다.

또한, 복귀 토크가 작용하여 회전하는 이동 로봇 장치(1)는, 접지 바퀴의 볼록한 접지면이 지면과의 마찰을 최소화시키므로, 부드럽게 회전할 수 있다.

즉, 이동 로봇 장치(1)는 복귀 토크에 의한 각속도로 접지점(C)을 기준으로 전도 반대 방향으로 회전할 수 있다.

또한, 접지 바퀴가 제1 위치로 이동을 완료한 이후에도, 이동 로봇 장치(1)는 회전 관성에 의하여 계속적으로 같은 방향을 따라 회전할 수 있다.

한편, 접지 바퀴는 제2 위치에서 제1 위치로 이동하는 동안, 급격하게 가속하다가 감속할 수 있다. 이에 따라, 접지 바퀴의 급격한 가속에 따라 무게중심(M)이 접지점(C)의 일측에서 타측으로 보다 빠르게 이동하여 더욱 큰 복귀 토크가 발생할 수 있고, 접지 바퀴의 급격한 감속에 따라, 접지 바퀴의 이동이 멈춘 이후에도 이동 로봇 장치(1)의 회전 관성이 극대화될 수 있다.

도 4c 및 4d를 참조하면, 이동 로봇 장치(1)는 접지점(C)을 중심으로 무게중심(M)에 의하여 작용하는 복귀 토크와 관성에 의하여 용이하게 원 자세로 복귀할 수 있다.

도 5a 내지 도 5e는 도 1의 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었다가 자세를 회복하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 이동 로봇 장치(1)는 본체(100)가 하측으로 이동한 상태, 즉 제1 및 제2 바퀴(200, 300)가 모두 제1 위치에 있는 상태에서 일측으로 전도될 수 있다.

도 5b 내지 도 5d를 참조하면, 프로세서(600)는 접지 바퀴가 제1 위치인 상태에서, 이동 로봇 장치(1)가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 접지 바퀴가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하였다가, 다시 제1 위치로 이동하도록 제2 구동 장치(500)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 접지 바퀴가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하면, 이동 로봇 장치(1)의 무게중심(M)은 전도된 방향으로 더 이동할 수 있다. 이후, 접지 바퀴가 다시 제1 위치로 이동하게 되면, 이동 로봇 장치(1)의 무게중심(M)은 충분하게 길게 형성된 구간을 따라 높은 속도로 가속할 수 있으므로, 이동 로봇 장치(1)는 더욱 큰 복귀 토크에 의하여 회전할 수 있다.

또한, 프로세서는, 접지 바퀴가 제2 위치에서 제1 위치로 이동할 때, 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 제2 위치로 이동하도록 제2 구동 장치를 제어할 수 있다.

예를 들어, 지면과 접하지 않는 제2 바퀴(300)는 제2 위치로 이동할 수 있다. 이에 따라, 이동 로봇 장치(1) 전체의 무게중심(M)은 전도 반대 방향으로 더욱 급격하게 이동하여, 이동 로봇 장치(1)는 보다 용이하게 원 자세로 복귀할 수 있다.

또한, 이동 로봇 장치(1)가 원 자세로 복귀하면서, 제2 위치로 이동한 제2 바퀴(300)가 보다 빠르게 지면과 접촉하게 되므로, 이동 로봇 장치(1)는 보다 안정적으로 지면에 착지할 수 있다.

또한, 프로세서는, 접지 바퀴가 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때보다 제2 위치에서 제1 위치로 더 빠르게 이동하도록 제2 구동 장치(500)를 제어할 수 있다.

이에 따라, 이동 로봇 장치(1)의 무게중심(M)은 전도 반대 방향으로 더욱 빠른 속도로 이동하게 되므로, 이동 로봇 장치(1)는 보다 용이하게 원 자세로 복귀할 수 있다.

도 5d 및 5e를 참조하면, 이동 로봇 장치(1)는 접지점(C)을 중심으로 무게중심(M)에 의하여 작용하는 복귀 토크와 관성에 의하여 용이하게 원 자세로 복귀할 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 자세를 회복하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 접지 바퀴가 A축을 기준으로 한바퀴 회전하도록 제1 구동 장치(400)를 제어하고, 접지 바퀴가 회전하는 동안 카메라(101)에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 이동 로봇 장치(1)의 주변 장애물 지도(S)를 생성할 수 있다.

예를 들어, 프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)의 우측에 위치한 장애물(O)의 위치와 이동 로봇 장치(1)의 복귀 모션 점유 공간(B)을 비교할 수 있다. 장애물(O)과 복귀 모션 점유 공간(B)이 오버랩 되는 영역(B1)이 있으면, 프로세서(600)는 장애물 지도(S)에 기초하여 이동 로봇 장치(1)가 장애물(O)과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 제1 및 제2 구동 장치(400, 500)를 제어할 수 있다.

도 6c 및 도 6d를 참조하면, 이동 로봇 장치(1)는 접지 바퀴가 최초 상태에서 180도 회전하여 장애물(O)과 최대한 충돌하지 않는 상태에서 상술한 복귀 모션을 수행할 수 있다.

즉, 일측으로 전도된 이동 로봇 장치(1)는 주위 장애물과의 충돌을 최대한 피하면서, 용이하게 상술한 자세 복귀 모션을 수행할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 이동 로봇 장치가 경사면에서 전도된 경우에 자세가 회복되는 과정을 나타내는 도면이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 프로세서(600)는 이동 로봇 장치(1)가 경사면(I)에서 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 이동 로봇 장치(1)가 경사면(I)의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 제1 및 제2 구동 장치(400, 500)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 도 7a의 이동 로봇 장치(1)는 복귀 모션을 수행할 경우, 무게 중심이 중력에 반하여 상측으로 이동하여야 하므로 용이하게 복귀 모션을 수행할 수 없을 수 있다.

한편, 접지 바퀴가 A축을 기준으로 180도 회전한 이후에, 이동 로봇 장치(1)가 복귀 모션을 수행하는 경우, 무게중심이 중력에 도움을 받아 하측으로 이동하므로, 용이하게 복귀 모션을 수행할 수 있다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 분해 사시도이다. 도 9는 도 1에 도시된 이동 로봇 장치를 Ⅰ-Ⅰ선에 따라 자른 단면도이다. 도 10은 도 1에 도시된 이동 로봇 장치를 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 자른 단면도이다. 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 바퀴의 측면도이다.

도 8 내지 도 11를 참조하면, 제1 바퀴(200)는 제1 바퀴 커버(210) 및 제1 중간 부재(220)를 포함할 수 있고, 제2 바퀴(300)는 제2 바퀴 커버(310) 및 제2 중간 부재(320)를 포함할 수 있다.

또한, 제1 구동 장치(400)는 제1 바퀴(200)에 구동력을 제공하는 제1 모터(410) 및 제2 바퀴(300)에 구동력을 제공하는 제2 모터(420)를 포함할 수 있다.

또한, 제2 구동 장치(500)는 제2 구동 장치는 제1 및 제2 바퀴(200, 300) 중 적어도 하나에 배치되는 랙(530, 560) 및 본체(100) 내에 랙(530, 560)과 맞물리도록 배치되는 피니언(520, 550)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 바퀴 커버(210, 310)는 각각 회전하지 않는 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 본체(100)는 양 측면이 각각 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)에 상하 이동 가능하게 연결될 수 있다.

즉, 제1 및 제2 바퀴 커버(210, 310)은 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)를 기준으로 회전할 수 있고, 본체(100)는 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)를 기준으로 상하로 이동할 수 있다.

제1 및 제2 중간 부재(220, 320)는 바퀴 커버(210, 310)와 본체(100) 사이에 배치되며 제1 구동 장치(400), 랙(530, 560) 및 가이드 레일(221, 321)을 지지할 수 있다.

제1 모터(410)는 제1 중간 부재(220)에 배치되어 제1 바퀴 커버(210)를 회전시킬 수 있고, 제2 모터(420)는 제2 중간 부재(320)에 배치되어 제2 바퀴 커버(310)를 회전시킬 수 있다.

구체적으로, 제2 구동 장치(500)는 제3 모터(510), 제1 피니언(520), 제1 랙(530), 제4 모터(540), 제2 피니언(550), 제2 랙(560)을 포함할 수 있다.

제1 피니언(520)은 본체(100) 내에 제1 랙(530)과 맞물리도록 배치될 수 있고, 제1 랙(530)은 제1 바퀴(200) 내에 배치될 수 있다.

제3 모터(510)가 제1 피니언(520)을 회전시키면, 제1 피니언(520)은 제1 랙(530)을 따라서 이동할 수 있다. 이에 따라, 본체(100)와 제1 바퀴(200)는 상대적으로 상하로 이동할 수 있다.

제2 피니언(550)은 본체(100) 내에 제2 랙(560)과 맞물리도록 배치될 수 있고, 제2 랙(560)은 제2 바퀴(300) 내에 배치될 수 있다.

제4 모터(540)가 제2 피니언(550)을 회전시키면, 제2 피니언(550)은 제2 랙(560)을 따라서 이동할 수 있다. 이에 따라, 본체(100)와 제2 바퀴(300)는 상대적으로 상하로 이동할 수 있다.

제1 및 제2 랙(530, 560)은 수직하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 본체(100)는 제1 및 제2 바퀴(200, 300)에 상대하여 지면과 수직한 방향으로 이동할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 랙(530, 560)은 각각 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 랙(530, 560)은 제1 및 제2 바퀴 커버(210, 310)의 회전과 관계 없이 일정한 형상을 유지하므로, 본체(100)는 안정적으로 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)에 상대하여 상하로 이동할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 구동 장치가 2쌍의 모터(510, 540), 피니언(520, 550), 랙(530, 560)을 구비함에 따라, 본체(100)는 안정적으로 상하로 이동할 수 있다.

또한, 이동 로봇 장치(1)는 제1 및 제2 중간 부재(220, 320) 중 적어도 하나에 배치되는 가이드 레일(221, 321)을 더 포함하고, 본체(100)는 측면에 가이드 레일(221, 321)을 따라 이동 가능한 제1 및 제2 블록(110, 120)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 가이드 레일(221)은 제1 중간 부재(220)에 배치되고, 제2 가이드 레일(321)은 제2 중간 부재(320)에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 가이드 레일(221, 321)은 수직하게 배치될 수 있다.

또한, 본체(100)는 일 측면에 제1 가이드 레일(221)을 따라 이동 가능한 제1 블록(110) 및 타 측면에 제2 가이드 레일(321)을 따라 이동 가능한 제2 블록(120)을 포함할 수 있다.

본체(100)의 제1 및 제2 블록(110, 120)이 각각 제1 및 제2 가이드 레일(221, 321)에 결합되어 이동함에 따라, 본체(100)는 제1 및 제2 중간 부재(220, 320)에 상대하여 상하로 이동할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 가이드 레일(221, 321)이 본체(100)의 이동 경로를 안내하므로, 본체(100)는 더욱 안정적으로 상하로 이동할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 본체의 양 측면에 각각 제1 바퀴 및 제2 바퀴가 배치되는 이동 로봇 장치의 제어 방법은 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하는 단계(S1210) 및 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동하는 단계(S1220)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 제2 위치보다 상기 제1 위치에서 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치될 수 있다.

판단하는 단계(S1210)는 접지 바퀴가 제1 위치인 상태에서 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하고, 이동하는 단계는 접지 바퀴가 제1 위치에서 제2 위치로 이동하였다가, 다시 제1 위치로 이동할 수 있다.

이동하는 단계(S1220)는 접지 바퀴가 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때보다 제2 위치에서 제1 위치로 더 빠르게 이동할 수 있다.

이동하는 단계(S1220)는 접지 바퀴가 제2 위치에서 제1 위치로 이동할 때, 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 제2 위치로 이동할 수 있다.

상기 이동 로봇 장치의 제어 방법은 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 접지 바퀴가 회전하는 단계 및 이동 로봇 장치의 주위 환경을 촬상하는 카메라에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 이동 로봇 장치의 주변 장애물 지도를 생성하는 단계를 더 포함하고, 이동하는 단계는, 장애물 지도에 기초하여 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.

판단하는 단계(S1210)는 이동 로봇 장치가 경사면에서 일측으로 전도된 것으로 판단하고, 이동하는 단계(S1220)는 이동 로봇 장치가 경사면의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1: 이동 로봇 장치 100: 본체
200: 제1 바퀴 300: 제2 바퀴
400: 제1 구동 장치 500: 제2 구동 장치
600: 프로세서

Claims

이동 로봇 장치에 있어서,
본체;
상기 본체의 양 측면에 각각 배치되고, 측면이 볼록한 형상을 갖는 제1 바퀴 및 제2 바퀴;
상기 제1 및 제2 바퀴를 각각 회전시키는 제1 구동 장치;
상기 제1 및 제2 바퀴를 각각 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키는 제2 구동 장치;
상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 상기 제2 위치보다 상기 제1 위치에서 상기 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치되는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치인 상태에서, 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면,
상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하였다가, 다시 상기 제1 위치로 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어하는 이동 로봇 장치.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동할 때보다 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 더 빠르게 이동하도록 상기 제2 구동 장치를 제어하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 접지 바퀴가 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동할 때, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 상기 제2 위치로 이동하도록 제2 구동 장치를 제어하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 본체의 기울기를 감지하는 센서;를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 이동 로봇 장치의 주위 환경을 촬상하는 카메라;를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 접지 바퀴가 회전하도록 상기 제1 구동 장치를 제어하고,
상기 카메라에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주변 장애물 지도를 생성하고,
상기 장애물 지도에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 이동 로봇 장치가 경사면에서 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 이동 로봇 장치가 상기 경사면의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동 장치는,
상기 제1 바퀴에 구동력을 제공하는 제1 모터 및
상기 제2 바퀴에 구동력을 제공하는 제2 모터를 포함하는 이동 로봇 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 구동 장치는,
상기 제1 바퀴 내에 배치되는 제1 랙,
상기 제2 바퀴 내에 배치되는 제2 랙,
상기 제1 랙과 맞물리도록 배치되는 제1 피니언,
상기 제2 랙과 맞물리도록 배치되는 제2 피니언,
상기 제1 피니언을 회전시키는 제3 모터 및
상기 제2 피니언을 회전시키는 제4 모터를 포함하는 이동 로봇 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 바퀴는,
회전 가능한 제1 바퀴 커버 및
상기 제1 바퀴 커버와 상기 본체 사이에 배치되는 제1 중간 부재를 포함하고,
상기 제2 바퀴는,
회전 가능한 제2 바퀴 커버 및
상기 제2 바퀴 커버와 상기 본체 사이에 배치되는 제2 중간 부재를 포함하고,
상기 제1 랙은 상기 제1 중간 부재에 배치되고,
상기 제2 랙은 상기 제2 중간 부재에 배치되는 이동 로봇 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 중간 부재 중 적어도 하나에 배치되는 가이드 레일;을 더 포함하고,
상기 본체는 측면에 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능한 블록을 포함하는 이동 로봇 장치.
본체의 양 측면에 각각 제1 바퀴 및 제2 바퀴가 배치되는 이동 로봇 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 바퀴 중 접지 바퀴를 제2 위치에서 제1 위치로 이동하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 바퀴의 중심축은 상기 제2 위치보다 상기 제1 위치에서 상기 본체의 무게중심과 더 인접하게 배치되는 이동 로봇 장치.
제12항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치인 상태에서 상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도되었는지 여부를 판단하고,
상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하였다가, 다시 상기 제1 위치로 이동하는 이동 로봇 장치의 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동할 때보다 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 더 빠르게 이동하는 이동 로봇 장치의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 이동하는 단계는 상기 접지 바퀴가 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 이동할 때, 상기 제1 및 제2 바퀴 중 지면과 접하지 않는 바퀴가 상기 제2 위치로 이동하는 이동 로봇 장치.
제12항에 있어서,
상기 이동 로봇 장치가 일측으로 전도된 것으로 판단되면, 상기 접지 바퀴가 회전하는 단계; 및
상기 이동 로봇 장치의 주위 환경을 촬상하는 카메라에 의해 촬상된 이미지에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주변 장애물 지도를 생성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 이동하는 단계는,
상기 장애물 지도에 기초하여 상기 이동 로봇 장치가 장애물과 충돌하지 않는 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함하는 이동 로봇 장치의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 이동 로봇 장치가 경사면에서 일측으로 전도된 것으로 판단하고,
상기 이동하는 단계는,
상기 이동 로봇 장치가 상기 경사면의 하향 경사진 방향으로 회전하여 원 자세로 복귀하는 단계를 포함하는 이동 로봇 장치의 제어 방법.