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KR20090028359A - 이동체의 휠구동장치 - Google Patents

이동체의 휠구동장치 Download PDF

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KR20090028359A
KR20090028359A KR1020070093889A KR20070093889A KR20090028359A KR 20090028359 A KR20090028359 A KR 20090028359A KR 1020070093889 A KR1020070093889 A KR 1020070093889A KR 20070093889 A KR20070093889 A KR 20070093889A KR 20090028359 A KR20090028359 A KR 20090028359A
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KR
South Korea
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wheel
base member
guide shaft
gear box
drive motor
Prior art date
Application number
KR1020070093889A
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English (en)
Inventor
김명호
정삼종
송정곤
정일두
이주상
김흥이
최삼현
고장연
김경웅
김대형
이학봉
조윤경
Original Assignee
삼성광주전자 주식회사
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Publication date
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Priority to US12/152,781 priority patent/US7975790B2/en
Priority to EP08158634A priority patent/EP2036755A3/en
Priority to JP2008161552A priority patent/JP2009066391A/ja
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Abstract

구조가 간단하고, 조립성이 좋은 이동체의 휠 구동장치가 개시된다. 개시된 휠 구동장치는, 이동체 베이스부재에 회전 가능하게 설치된 휠; 상기 휠을 회전시키기 위해 동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어박스; 및, 상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 이동되도록 설치된 가이드축;을 포함하며, 상기 휠, 상기 구동모터, 상기 기어박스 및 상기 가이드축은 일체로 연결되어, 상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 일체로 움직인다.
이동체, 휠 구동장치, 로봇, 구동 메카니즘, 로봇청소기

Description

이동체의 휠구동장치{a wheel-driving assembly for a moving apparatus}
본 발명은, 휠 구동장치에 관한 것으로서, 로봇청소기와 같이 스스로 주행하거나 외부의 제어에 의해 주행하는 이동체의 휠(wheel) 구동장치에 관한 것이다.
산업용 이동로봇, 가정용 로봇청소기 등 스스로 주행하면서 청소나 감시 등 프로그램된 임무를 수행하는 이동체는 휠(wheel)과, 휠에 회전력을 전달하기 위한 동력원 즉, 구동모터가 구비되어 있다. 휠이 회전됨으로써 이동체가 주행을 할 수 있으며, 휠이 회전되는 방향에 대한 적절한 제어를 통해 원하는 방향으로 이동체를 이동시켜 원하는 작업을 수행한다. 또한, 휠 구동장치는, 이동체가 이동 중에 문턱이나 장애물을 만나거나 또는 울퉁불퉁한 면을 주행할 때는 지면으로부터 휠에 전달되는 충격이나 진동을 적절하게 완화시켜주는 것이 중요하다.
WO 02/067744에는 스스로 주행하면서 청소하는 로봇청소기가 개시되어 있다. 개시된 로봇청소기의 휠 구동장치는, 가이드축이 로봇청소기 본체에 고정되어 있고, 가이드축과는 별도로 스프링을 지지하는 부재가 가이드축 일 측에서 로봇청소기 본체에 설치되며, 가이드축과 스프링 지지부재는 스크류로 고정되는 등 그 구성이 복잡하고, 휠 구동장치를 로봇청소기 본체에 조립할 때 조립성이 좋지 않은 단 점이 있다.
또한, 국내 공개특허 제2004-0096253호에서 개시된 휠 구동장치는, 휠과 기어박스를 박스지지부를 기준으로 회동시키는 구성이고, 별도의 가이드축을 베이스부재에 더 구비하여 스프링으로 연결하는 등 역시 구조가 복잡할 뿐아니라 휠이 회동되기 때문에 휠 유동공간이 많이 필요한 문제점이 있었다.
본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 단순하고, 조립성이 우수할 뿐 아니라 휠의 이동폭이 적어 공간을 적게 차지하도록, 구조가 개선된 이동체의 휠 구동장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여 개시된 이동체의 휠 구동장치는, 이동체 베이스부재에 회전 가능하게 설치된 휠; 상기 휠을 회전시키기 위해 동력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어박스; 및, 상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 이동되도록 설치된 가이드축;을 포함하며, 상기 휠, 상기 구동모터, 상기 기어박스 및 상기 가이드축은 일체로 연결되어, 상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 일체로 움직이는 것을 특징으로한다.
개시된 휠 구동장치는, 상기 휠, 상기 구동모터, 상기 기어박스 및 상기 가이드축이 일체로 움직일 때, 이를 탄성적으로 지지해주는 스프링부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 개시된 휠 구동장치는, 상기 기어박스의 일 측에 돌출되어 상하방향으로 움직이는 슬라이딩돌기와, 상기 슬라이딩돌기의 움직임을 가이드하는 가이드슬롯을 더 포함할 수 있다.
또한, 개시된 휠 구동장치의 일 예로, 상기 가이드축은 상기 베이스부재와 상기 베이스부재에 연결된 휠커버에 지지되고, 상기 가이드축은 상기 기어박스의 일 측으로 돌출된 지지부재에 고정되며, 상기 스프링부재는 상기 지지부재와 상기 휠커버 사이에 설치될 수 있다.
또한, 개시된 휠 구동장치는, 상기 기어박스의 일측에 돌출된 터치부재와 상기 베이스부재에 설치된 스위치를 더 포함하며, 상기 터치부재가 상기 스위치에 접촉될 때 상기 구동모터의 동작이 정지되도록 구성될 수 있다.
개시된 이동체의 휠 구동장치는, 휠, 구동모터, 기어박스 및 가이드축이 베이스부재에 대하여 일체로 상하방향 이동되고, 스프링부재가 별도의 지지부재 없이 가이드축의 둘레에 설치되기 때문에, 구조가 간단하고, 조립 시에도 가이드 축만을 베이스부재 및 휠커버에 연결시키면 되기 때문에 조립이 간단하고, 이로 인해 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 베이스부재에 대하여 상하방향으로 움직이기 때문에, 회전되는 구조에 비하여 움직이는 공간을 작게 구성할 수 있고, 이로 인해 이동체의 전체 체적을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 이동체의 휠 구동장치(10)의 일 실시 예를 도시한 사시도이고, 도 2는, 도 1의 휠 구동장치(10)가 이동체의 일 예인 로봇청소기의 베이스부재(28)에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 1 및, 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 의한 휠 구동장치(10)는, 이동체의 양 측에 각각 설치되어 있으며(도 2는, 이동체 일 측에 설치된 하나의 휠 구동장치 만을 도시하였음), 휠(12), 기어박스(14),구동모터(16), 가이드축(20), 스프링부재(34), 터치부재(24) 및 스위치(26)를 구비한다.
휠(12)은 이동체 베이스부재(28)에 형성된 휠 삽입구(30)에 상하방향으로 이동될 수 있도록 설치된다. 즉, 휠커버(36)(도 3 참조)가 스프링부재(34), 가이드축(20) 및 휠(12)을 감싸도록 베이스부재(28)에 고정되고, 베이스부재(28)와 휠 커버(36) 사이에서 휠(12)은 상하방향으로 이동되도록 설치된다. 휠(12) 표면은 돌기(13)와 홈(11)이 형성되어, 장애물이나 문턱 등을 잘 넘어가고 바닥에 미끄러지지 않고 이동할 수 있다. 휠(12)은 휠 축(15)에 의해 기어박스(14)에 연결되고, 기어박스(14)는 구동모터(16)에 연결되어 있다.
구동모터(16)는 본 실시 예에서 DC 모터이며, 기어박스(14)는 도시되진 않았지만, 내부에 다수 개의 기어 열에 의해 구동모터(16)로부터 전달받은 회전력을 감속하여 휠(12)에 전달한다. 회전속도의 감속비는 기어박스(14) 내부의 기어 열 구성에 따라 달라질 수 있다. 기어박스(14)의 일 측에는 지지부재(22)가 수평방향으로 일정거리 이격되게 돌출되어 있고, 지지부재(22)는 가이드축(20)을 지지한다. 가이드축(20)은 봉 형상으로 수직으로 설치되고, 지지부재(22)는 기어박스(14)의 외주 면에서 수평으로 돌출된 베이스파트(23)와 가이드축(20)을 둘러싸는 지지파트(25)로 구성된다. 베이스파트(23)는 플레이트 형태로 구성되며, 플레이트의 상면이 연결되는 지지파트(25)의 저 면보다 큰 면적을 가진다. 따라서, 베이스파트(23)와 지지파트(25)가 연결되는 부분에서 베이스파트(23)는 지지파트(25)의 외주 면 밖으로 약간 돌출된다. 이 돌출된 부분(21)이 스프링부재(34)의 하단을 지지한다 (도 3 참조). 기어박스(14)의 상부에는 터치부재(24)가 수평으로 돌출되어 있고, 가이드축(20)과 반대 측에는 슬라이딩 돌기(46)가 돌출되어 있다. 터치부재(24)가 베이스부재(28)에 설치된 마이크로스위치(26)와 접촉될 경우, 구동모터(16)의 동작이 멈추고, 이에 따라 휠(12)의 회전이 정지된다. 슬라이딩 돌기(46)는 베이스부재(28)에 설치된 가이드 슬롯(48)(도 4 참조)에 삽입되어 상하 이동된다. 따라서, 슬라이딩돌기(46)의 상하 움직임이 가이드슬롯(48)에 의해 가이드된다.
휠(12), 기어박스(14),구동모터(16), 가이드축(20), 지지부재(22)는 일체로 연결되어 있다. 즉, 지지부재(22), 가이드축(20) 및 기어박스(14)는 하나의 몸체로 구성되어 있고, 기어박스(14)에 휠(12)과 구동모터(16)가 맞물려 기어박스(14),구동모터(16), 가이드축(20), 지지부재(22)는 일체로 상 방향 또는 하 방향으로 이동된다. 또한, 휠 구동장치(10)를 이동체에 조립할 경우에도, 지지부재(22)의 외주 면에 스프링부재(34)를 장착하고, 가이드축(20)을 베이스부재(28) 및 후술 되는 휠 커버(36)에 삽입시키면 간단하게 조립이 완성된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스프링부재(34)는 휠 커버(36)의 보호케이스부분(32) 내부에 설치된다. 스프링부재(34)의 하단은 지지부재(22)의 베이스파트(23)에 지지되고, 상단은 보호케이스부분(32)의 내측 상부(33)에 지지된다. 따라서, 스프링부재(34)를 지지하기 위한 별도의 부재를 베이스부재(28)에 설치할 필요가 없으며, 가이드축(20)이 상하 방향으로 이동하면서 스프링부재(34)는 압축 또는 인장되고 이로 인해 충격력이나 떨림을 흡수한다.
가이드축(20)은 베이스부재(28)와 베이스부재(28)에 연결된 휠커버(36)에 지 지되며 상하 방향으로 움직인다. 휠 커버(36)는 베이스부재(28)에 분리 가능하게 고정되고, 베이스부재(28)에는 하부베어링(38)과 하부 베어링커버(40)가 설치된다. 상부베어링(44)과 상부 베어링커버(42)는 휠 커버(36)의 보호케이스부분(32) 내측에 하부베어링(38)과 동축으로 설치된다. 가이드축(20)의 하부는 하부베어링(38)과 하부베어링커버(40)에 삽입되고, 가이드축(20)의 상부는 상부베어링(44)과 상부 베어링커버(42)에 삽입된다. 상부베어링커버(42)와 하부베어링 커버(40) 간의 거리는 가이드축(20)의 길이 보다 긴 간격으로 구성되며, 이러한 길이의 조정으로 가이드 축(20)의 상하이동 폭을 조절할 수 있다.
이하에서는, 상술한 실시 예에 의한 이동체의 휠 구동장치(10)의 동작관계를 자세히 설명한다.
도 4는, 이동체가 평평한 지면을 이동할 때의 단면도로서, 이동체 자체 무게에 의해 휠 구동장치가 베이스 부재(28)에 대하여 상 방향으로 상승되어 있는 상태 도면이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드축(20)은 상부 베어링(44) 방향으로 상당부분 상승되어 있고, 슬라이딩돌기(46)도 가이드슬롯(48)의 상부에 위치되어 있다. 기어박스(14)도 베이스부재(28)로부터 일정거리 상 방향으로 떨어져 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 평평한 지면을 주행하고 있는 이동체를 사용자가 손으로 잡아 들어올릴 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스부재(28)에 설치된 휠 구동장치(10)는 전체적으로 베이스부재(28)에 대하여 하 방향으로 하강된다. 즉, 도 5를 참조하면, 휠(12)이 베이스부재(28)의 하부로 상당부분 돌출되고, 가이드축(20)은 하부 베어링커버(40)의 저 면에 거의 닿을 정도로 내려오며, 슬라이딩돌기(46)도 가이드슬롯(48)의 하부로 하강된다. 이 경우, 터치부재(24)는 마이크로스위치(26)에(도 2 참조) 접촉되며 회전되던 휠(12)은 정지한다. 따라서, 사용자의 손이 회전되는 휠(12)에 의해 상처를 입는 것을 막을 수 있다. 특히, 어린이들의 경우 회전되는 휠(12)에 손이 닿을 경우, 휠 삽입구(30)(도 2 참조) 등으로 손이 끼어 들어갈 수 있는데, 이동체의 들림을 감지함으로써 이런 우발적인 사고 등을 막을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 스스로 주행하는 로봇청소기와 같은 자주식 이동체를 일 실시 예로 설명하였으나, 본 발명의 휠 구동장치는, 스스로 주행하건 외부의 제어에 의해 구동되건 구동모터 및 휠을 구비하고 이동되는 모든 이동체에 적용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 이동체의 휠구동장치 일 실시 예로서, 이동체의 베이스부재에 대하여 상하방향으로 이동하는 부분을 도시한 사시도,
도 2는, 본 발명의 휠 구동장치가 이동체의 일 실시 예인 로봇청소기에 장착된 상태를 도시한 사시도,
도 3은, 도 2의 로봇청소기 베이스부재 및 휠커버와의 연결 상태를 설명하기 위하여, 본 발명의 휠 구동장치 일 실시 예가 장착된 로봇청소기의 일부를 절개하여 도시한 사시도,
도 4는, 도 3을 절개하여 일 측에서 바라본 도면으로서, 휠이 로봇청소기 베이스부재에 대하여 상승하지 않은 상태를 나타낸 단면도,
도 5는, 도 4에서 휠이 로봇청소기 베이스부재에 대하여 상승한 상태를 나타낸 단면도이다.

Claims (8)

  1. 이동체 베이스부재에 회전 가능하게 설치된 휠;
    상기 휠을 회전시키기 위해 동력을 발생시키는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전력을 상기 휠에 전달하는 기어박스; 및,
    상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 이동되도록 설치된 가이드축;을 포함하며,
    상기 휠, 상기 구동모터, 상기 기어박스 및 상기 가이드축은 일체로 연결되어, 상기 베이스부재에 대하여 상하방향으로 일체로 움직이는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휠, 상기 구동모터, 상기 기어박스 및 상기 가이드축이 일체로 움직일 때, 이를 탄성적으로 지지해주는 스프링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재, 상기 가이드축 및 상기 기어박스는 하나의 몸체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠 구동장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기어박스의 일 측에 돌출되어 상하방향으로 움직이는 슬라이딩돌기와, 상기 슬라이딩돌기의 움직임을 가이드하는 가이드슬롯을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠 구동장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드축은 상기 베이스부재와, 상기 베이스부재에 연결된 휠커버에 지지되는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠 구동장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 휠커버는 상기 베이스부재로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는 이동체의 휠구동장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드축은, 상기 기어박스의 일 측으로 돌출된 지지부재에 고정되고, 상기 스프링부재는 상기 지지부재와 상기 휠커버 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 이동체의 휠구동장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항에 있어서,
    상기 기어박스의 일측에 돌출된 터치부재와 상기 베이스부재에 설치된 스위 치를 더 포함하며, 상기 터치부재가 상기 스위치에 접촉될 때 상기 구동모터의 동작이 정지되는 것을 특징으로 하는 이동체의 휠구동장치.
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