본 논문에서는 가용공간이 적은 실내에서의 사용을 중점으로 한 새로운 방식의 구동방식을 갖는 전동 볼체어의 개발을 소개하고자 한다. 볼체어의 가장 큰 특징은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫째는, 구조적 특징으로서 부피와 무게를 최소화하기 위해 원형에 가까운 모양의 팔각형 외골격 프레임 설계를 수행하였고, 공을 포함한 모든 구동부가 로봇 내부에 장착되어 크기뿐만 아니라 사용안전성 면에서 실내용으로 적합하도록 설계하였다. 둘째는, 구동 메커니즘의 특징으로서 볼마우스의 동작 원리를 역발상하여 로봇의 구동방식에 적용하였다. x축, y축의 회전을 담당하는 두 개의 옴니휠이 공을 굴리는 방식으로 각각 모터의 속도를 제어하여 두 개의 바퀴만으로 전 방향 구동이 가능한 홀로노믹 시스템을 구현하였다. 이러한 두 가지의 특징으로부터 볼체어가 좁은 이동 공간에서 전방위 이동을 효과적으로 수행할 수 있음을 실험적으로 구현하였으며, 본 로봇의 자세한 개발 과정을 본 논문에 서술하였다.
This paper describes the development of an indoor locomotion assistive robot, Ball-Chair, comprising a novel drive system. This robot facilitates locomotion assistive operation in narrow spaces, in which common wheelchairs cannot move easily. The Ball-Chair has two main features: its structural feature and driving mechanism. The exoskeleton frames of the Ball-Chair have been designed with octagonal shapes resembling a circle, for minimizing its volume and weight. Additionally, all its driving parts (including the ball) are mounted within of the robot to enhance its safety. The Ball-Chair features a reverse ball-mouse driving mechanism comprising two driving omni-wheels in the x- and y-axes. By controlling the speed of each omni-wheel, a holonomic driving system that can facilitate omnidirectional locomotion has been achieved using only two wheels. The effective movement of the Ball-Chair in any direction within narrow indoor spaces was experimentally verified. The paper outlines the development procedure in detail.
