JP5945009B2

JP5945009B2 - 足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット

Info

Publication number: JP5945009B2
Application number: JP2014555511A
Authority: JP
Inventors: ボン−ハンチュン、; ジン−ユプキム、; チン−ヨンパク、; ヒュン−ウォンシム、; バン−ヒュンキム、; ヒュンベン、; パン−ムークイ、
Original assignee: コリアインスティチュートオブオーシャンサイエンスアンドテクノロジー
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN104080579A; KR101327975B1; CN104080579B; US20150041227A1; US9359028B2; WO2013172565A1; JP2015505520A

Description

本発明は海底ロボットの機構学的及び制御機能を試験するために開発された足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットに関し、より詳しくは、海底ロボットに要求される多様な技術のうち、陸上で試験可能な技術を試験開発するために開発された陸上用６足歩行ロボットに関する。

一般に、海底地形は複雑で、かつ潮の満ち干が激しくて、潮流が強い（強潮流）、また視界が悪い（悪視界）海洋環境条件を有している。

上記のように危険な海洋環境には人類の接近が容易でない。

したがって、従来には無人海底ロボットを使用して前記のような問題点を解消しようとしたものであり、現在まで全世界的に広く活用されて、その活用範囲が徐々に拡大している。

本発明と関連した先行文献には、大韓民国登録実用新案第２０−０４４９７４９号があり、前記先行文献には広い範囲の海底を探査することができ、肉食魚種による人命被害を減らすことができる海底ロボットに対する技術が言及される。

しかしながら、近来、海底構造物や沈没船舶の調査及び観察、または深さの浅い海域の海洋科学調査を行う場合に、海底地形が不規則な地面形状を形成するため、ロボットにおいて安定した歩行と、歩行と同時または一定位置で調査に要求されるサンプルを容易に採取することができるロボットの開発が求められている。

即ち、前述したような海底ロボットには海底歩行技術と潮流などの外乱対応姿勢安定化技術などの多様な技術が求められ、このような技術を陸上でテストすることができる技術の開発が求められる。

本発明の目的は、足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを提供することにある。

好ましい態様において、本発明は足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを提供する。

前記足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットは、ロボットボディーと、前記ロボットボディーに多数の自由度を有するように設置される多数のレッグと、前記多数のレッグのうちの１つ以上に折畳可能に設置される少なくとも１つ以上のグリップ部とを含む。

前記各レッグは、前記ロボットボディーの中心線を境界に、両側に対応する個数をなして設置される。

前記各レッグは、前記ロボットボディーに設置される固定部材と、前記固定部材に水平方向に沿って回転するように設置される回転体と、前記回転体に上下に回転するように連結される第１単位レッグと、前記第１単位レッグとリンク連結されて上下に回転する第２単位レッグと、前記回転体、前記第１及び第２単位レッグの回転を制御する回転部とを備える。

前記回転部は、第１回転部と、第２回転部と、第３回転部とを備える。

前記第１回転部は、前記固定部材に設置される第１水平回転軸と、前記回転体の回転中心を形成する第２水平回転軸と、前記第１及び第２水平回転軸を連結する第１張力部材と、前記第１水平回転軸を回転させる第１モータとを備え、前記第２回転部は、前記回転体に形成され、前記第１単位レッグの回転中心をなす第１垂直回転軸と、前記第１単位レッグに設置され、前記第１垂直回転軸と並んで配置される第２垂直回転軸と、前記第１及び第２垂直回転軸を連結する第２張力部材と、前記第１垂直回転軸を回転させる第２モータとを備え、前記第３回転部は、前記第１単位レッグと前記第２単位レッグとのリンク連結部分に設置されて前記第２単位レッグの回転中心をなす第１追加垂直回転軸と、前記第１単位レッグに設置され、前記第１追加垂直回転軸と並んで配置される第２追加垂直回転軸と、前記第１及び第２追加垂直回転軸を連結する第３張力部材と、前記第１追加垂直回転軸を回転させる第３モータとを備える。

前記固定部材には第１張力調節部材が設置され、前記回転体には第２張力調節部材が設置され、前記第１単位レッグには第３張力調節部材が設置される。

前記各第１、第２、及び第３張力調節部材は、前記各第１、第２、及び第３張力部材の張力値を測定する張力測定器と、前記第１、第２、及び第３張力部材に密着して押圧流動可能な押圧部材と、測定される前記張力値が予め設定される基準張力値をなすように前記押圧部材の流動を制御する制御器とを備える。

前記グリップ部は、第４回転部と、回転部材と、グリッパとを備える。

前記第４回転部は、前記第２単位レッグに設置され、前記第２追加垂直回転軸と並んで配置される第１グリップ回転軸と、前記第２単位レッグの下端に設置される第２グリップ回転軸と、前記第１及び第２グリップ回転軸を連結する第４張力部材と、前記第１グリップ回転軸を回転させる第４モータとを備える。

前記回転部材の一端は前記第２グリップ回転軸に回転連結される。

前記グリッパは、前記回転部材の他端に設置され、第５モータが備えられる固定体と、前記固定体に設置されるグリップとを備える。

前記固定体には、前記第５モータの回転動作に連動する主ギア、及び前記主ギアと連動する一対の補助ギアが設置される。

前記グリップは、前記一対の補助ギアに一端が連結されて連動するように一対で構成される。

前記固定部材と前記ロボットボディーとの間には前記固定部材と前記ロボットボディーとの間に発生する力を測定する力−モーメントセンサーが設置され、前記回転部材の一端には第１ロードセルが設置される。

前記グリップ部を備えない前記第２単位レッグの下端には海底地面と前記第２単位レッグの下端との間に発生する圧力値を測定する第２ロードセルが設置される。

前記制御器は、前記力−モーメントセンサーで測定される前記力と、前記第１及び第２ロードセルで測定される前記圧力値の転送の受けて、前記多数のレッグが支持される地面の角度に従う前記ロボットボディーの重心を取るように前記第１、第２、及び第３モータを制御して前記ロボットボディーの姿勢を制御することができる。

前記第２単位レッグには、前記グリップ部が折り畳まれて内蔵できる収容空間が形成される。
前記制御器は、前記制御器に作業信号またはワーキング信号を転送する作業指示選択部と連結される。

前記制御器は、前記作業指示選択部から前記作業信号の転送を受ければ、前記第４モータ及び前記第５モータを使用して前記回転部材を前記収容空間から離脱するようにし、前記グリップのグリップ動作を実施するようにし、前記作業指示選択部から前記ワーキング信号の転送を受ければ、前記回転部材を前記収容空間に位置させる。

前記多数のレッグは、前記海底ロボットの両側部に設置される多数対で構成される側部レッグと、前記海底ロボットの一端部に設置される一対で構成される作業レッグを備え、前記グリップ部は前記各作業レッグの第２単位レッグに折畳可能に設置される。

本発明は、海底ロボットで必要とする海底歩行技術または潮流等の外乱対応姿勢安定化技術などを陸上で予め検証することができる効果を有する。

また、本発明は歩行時には６個の足を全て使用して歩行し、採取などの作業動作時には、ロボットボディーの前端部に設けられる一対の作業用足でグリップ部を広げて使用することができるようにして、海底で作業時の技術を陸上で予め検証することができる効果を有する。

本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの構造を概略的に示す図である。本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す斜視図である。本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す実物写真である。本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す斜視図である。本発明に従う側部レッグを示す斜視図である。本発明に従う側部レッグを示す他の斜視図である。本発明に従う作業レッグを示す斜視図である。２つの作業レッグが広げられた状態を維持する足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す実物写真である。本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの電気的な連結構成を示すブロック図である。本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの制御システムを示すブロック図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの構成及び作用を説明する。

図１は本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの構造を概略的に示す図であり、図２ａは本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す斜視図であり、図２ｂは図２ａの実物写真であり、図３は本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットを示す斜視図である。

図１から図３を参照すると、本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットは、ロボットボディー１００、多数のレッグ２００、５００、及びグリップ部４００から構成される。

前記ロボットボディー１００は、上端及び下端が耐腐食性を有する上／下端パネル１１０、１２０から構成され、前記パネル１１０、１２０の側部やはり耐腐食性を有する側部パネル１３０から構成される。

前記側部パネル１３０には前記多数のレッグ２００、５００の一端が設置されるように一部切欠される。

前記ロボットボディー１００の内部には、海底で作業時、センサー（図示せず）から取得される情報の伝達を受けることができる制御パネル（図示せず）が設置できる。前記制御パネルは、前記ロボットボディー１００の内部で防水処理が完了することが良い。勿論、前記ロボットボディー１００の自体が防水機能を有することができる。

図１に示すように、前記多数のレッグ２００、５００は多数の自由度を有するように前記ロボットボディー１００の外周部に設置される。

前記多数のレッグ２００、５００は、２対の側部レッグ２００と、一対の作業レッグ５００とから構成される。

前記２対の側部レッグ２００は互いに同一な構成を有し、前記一対の作業レッグ５００やはり互いに同一な構成を有する。

したがって、本発明に従う多数のレッグ２００、５００は総６個で構成され、前記ロボットボディー１００の両側部に３個ずつ設置される。

前記２対の側部レッグ２００を説明する。

側部レッグ２００
図４は本発明に従う側部レッグを示す斜視図であり、図５は本発明に従う側部レッグを示す他の斜視図である。

前記側部レッグ２００は総４個で構成される。前記各側部レッグ２００は４自由度を有することが好ましい。

図４及び図５を参照すると、前記側部レッグ２００は、固定部材２０１と、回転体２３０と、第１単位レッグ２１０と、第２単位レッグ２２０と、回転部とから構成される。

前記回転部は、第１、第２、及び第３回転部３１０、３２０、３３０から構成される。

前記固定部材２０１は、上述したロボットボディー１００の側部に設置される。ここで、前記固定部材２０１には力−モーメントセンサーＦが設置される。前記力−モーメントセンサーＦは前記固定部材２０１と前記ロボットボディー１００の側部の間に設置される。

前記固定部材２０１には前記回転体２３０が設置される。前記回転体２３０は前記固定部材２０１で水平方向に沿って回転できる。

前記回転体２３０は、前記第１回転部３１０により水平方向に沿って回転される。

前記第１回転部３１０は、第１水平回転軸３１１と、第２水平回転軸３１２と、第１張力部材３１３と、第１モータ３１５とを備える。

前記第１及び第２水平回転軸３１１、３１２は、第１軸（１）に沿って一定間隔を形成して固定部材２０１に設置される。

前記第２水平回転軸３１２は、前記回転体２３０の回転中心をなすように前記回転体２３０の中央部と連結される。

前記第１張力部材３１３は、前記第１及び第２水平回転軸３１１、３１２を連結する。前記第１張力部材３１３はベルトのような部材でありうる。

したがって、前記第１及び第２水平回転軸３１１、３１２は前記第１張力部材３１３により連動できる。

前記第１水平回転軸３１１は前記第１モータ３１５と連結される。前記第１モータ３１５は外部から電気的信号の転送を受けて前記第１水平回転軸３１１を回転させることができる。

したがって、前記第２水平回転軸３１２は前記第１水平回転軸３１１と連動して回転し、前記回転体２３０やはり水平方向に沿って回転できる。

前記第１単位レッグ２１０の一端は前記回転体２３０に連結されて第２軸（２）を回転中心にして上下に回転できるように設置される。

前記第１単位レッグ２１０は、前記第２回転部３２０により上下に回転できる。

前記第２回転部３２０は、第１垂直回転軸３２１、第２垂直回転軸３２２、第２張力部材３２３、及び第２モータ３２５から構成される。

前記第１垂直回転軸３２１は前記回転体２３０で第２軸（２）に沿って設置される。前記第１単位レッグ２１０の一端は上下に回転可能に前記第１垂直回転軸３２１と連結される。

前記第２垂直回転軸３２２は、前記第１垂直回転軸３２１と一定の距離をなす位置で前記第１単位レッグ２１０に設置される。前記第２垂直回転軸３２２は前記第２軸（２）に沿う。

前記第２張力部材３２３は、前記第１及び第２垂直回転軸３２１、３２２と連結される。前記第１及び第２垂直回転軸３２１、３２２は、前記第２張力部材３２３により連動可能である。

前記第２モータ３２５は、前記第２垂直回転軸３２２と連結される。前記第２モータ３２５は外部から電気的信号の転送を受けて前記第２垂直回転軸３２２を回転させる。したがって、第１及び第２垂直回転軸３２１、３２２は互いに連動して回転する。

これによって、第１単位レッグ２１０は前記のような動作を通じて上下に回転できる。

前記第２単位レッグ２２０は、前記第１単位レッグ２１０の端部にリンク連結される。

前記第２単位レッグ２２０は、第３回転部３３０により前記第１単位レッグ２１０の端部で上下に回転できる。

前記第３回転部３３０は、第１追加垂直回転軸３３１、第２追加垂直回転軸３３２、第３張力部材３３３、及び第３モータ３３５から構成される。

前記第１追加垂直回転軸３３１は、前記第１単位レッグ２１０と前記第２単位レッグ２２０とリンク連結される部分に設置される。したがって、前記第１単位レッグ２１０の他端と第２単位レッグ２２０の一端は、前記第１追加垂直回転軸３３１により上下に回転できるように連結される。ここで、前記第１追加垂直回転軸３３１は前記第２軸（２）に沿う。

前記第２追加垂直回転軸３３２は、前記第１追加垂直回転軸３３１と一定間隔離隔するように前記第１単位レッグ２１０に設置される。前記第２追加垂直回転軸３３２は前記第２軸（２）に沿う。

前記第３張力部材３３３は、前記第１及び第２追加垂直回転軸３３１、３３２を連結する。

したがって、前記第１及び第２追加垂直回転軸３３１、３３２は前記第３張力部材３３３により連動回転できる。

前記第１追加垂直回転軸３３１は第３モータ３３５と連結される。前記第３モータ３３５は外部から電気的信号の転送を受けて前記第１追加垂直回転軸３３１を回転させる。したがって、第１及び第２追加垂直回転軸３３１、３３２は連動回転する。

前記第２単位レッグ２２０は、前記第２単位レッグ２２０の中央部で他端に沿って外側に凸な幅を形成する。実質的に、前記第２単位レッグ２２０の他端は海底地面に着いてロボットボディー１００を支持する部分である。

したがって、上記のように凸な幅を形成する場合に、ロボットボディー１００を支持するに当たって、安定した支持力を確保することができる長所がある。

これに加えて、上述した固定部材２０１には第１張力調節部材が設置され、前記回転体２３０には第２張力調節部材が設置され、前記第１単位レッグ２１０には第３張力調節部材が設置される。

前記各第１、第２、及び第３張力調節部材は、互いに同一な構成を有する。

前記第１、第２、及び第３張力調節部材の各々は、張力測定器と、押圧部材３１４、３２４、３３４と、制御器６００（図７参照）とから構成できる。

代表的に、第１張力調節部材に含まれる張力測定器は、第１張力部材３１３の張力値を測定する。

前記押圧部材３１４はローラーのような部材のことがあり、第１張力部材３１３の周りに密着配置される。また、前記押圧部材３１４は前記制御器６００により伸縮動作するシリンダ（図示せず）を備えて前記第１張力部材３１３を押圧することができるように直線流動可能に設置される。

前記制御器６００は測定される張力値の転送を受けて前記張力値が予め設定される基準張力値をなすように前記押圧部材３１４の流動を制御することができる。

前記押圧部材３１４の流動は直線流動でありうる。

したがって、第１張力部材３１３は前記のような張力値の制御を通じて一定の張力値をなすことができる。

また、前記第２張力部材３２３及び第３張力部材３３３やはり、前記のような方式により一定の張力値を維持することができる。

これによって、回転体２３０、第１単位レッグ２１０、及び第２単位レッグ２２０の回転動作時、回転誤差範囲を容易に縮めることができる。

また、前記第２単位レッグ２２０の他端には第２ロードセルＲ２が設置される。前記第２ロードセルＲ２は、前記第２単位レッグ２２０の他端が海底地面を支持する場合に発生する圧力値を測定することができる。

以上、側部レッグ２００の構成を説明した。前記側部レッグ２００は４個で構成され、ロボットボディー１００の中心線を基準にロボットボディー１００の両側に２つずつ配置される。

作業レッグ５００
図６ａは本発明に従う作業レッグを示す斜視図であり、図６ｂは図６ａの作業レッグを示す実物写真である。

図６ａ及び図６ｂを参照すると、前記作業レッグ５００は一対で構成され、ロボットボディーの一端部または前端部に一定間隔を形成して配置される。

前記作業レッグ５００は、固定部材、回転体、第１単位レッグ５１０、第２単位レッグ５２０、回転部、及びグリップ部４００から構成される。

前記第１単位レッグ５１０と第２単位レッグ５２０は、側部レッグ２００の構成説明に含まれる第１及び第２単位レッグ２１０、２２０の構成と実質的に同一でありうる。そして、前記固定部材、回転体、及び回転部やはり、側部レッグ２００に含まれる固定部材２０１、回転体２３０、及び回転部と実質的に同一である。

したがって、前記第１及び第２単位レッグ５１０、５２０、及び前記回転部の説明は、以下では省略する。

但し、前記第２単位レッグ５２０の他端には第２ロードセルＲ２が設置されない。

そして、前記第２単位レッグ５２０には収容空間５２１が形成される。

前記グリップ部４００は、第４回転部４３０、回転部材４１０、及びグリッパ４２０から構成される。

前記第４回転部４３０は、第１グリップ回転軸４３１、第２グリップ回転軸４３２、第４張力部材４３３、及び第４モータ４３５から構成される。

前記第１グリップ回転軸４３１は前記第２単位レッグ５２０に設置され、前記第２追加垂直回転軸４２２と並んで配置される。前記第２グリップ回転軸４３２は、前記第２単位レッグ５２０の下端に設置される。前記第１及び第２グリップ回転軸４３１、４３２は第２軸（２）に沿う。

前記第４張力部材４３３は、前記第１及び第２グリップ回転軸４３１、４３２を連結する。

したがって、前記第１及び第２グリップ回転軸４３１、４３２は互いに連動回転できる。

前記第４モータ４３５は、外部から電気的信号の転送を受けて前記第１グリップ回転軸４３１を回転させる。

前記回転部材４１０の一端は、前記第２グリップ回転軸４３２に回転連結される。

したがって、前記回転部材４１０は上下に回転できる。

したがって、前記回転部材４１０が折り畳まれている場合、第２単位レッグ５２０に形成される収容空間５２１に折り畳まれて収容された状態をなして、前記回転部材４１０が広がった場合、前記収容空間５２１から離脱する状態をなすことができる。

ここで、前記回転部材４１０の一端には圧力値を測定する第１ロードセルＲ１が設置される。

前記回転部材４１０の他端には前記グリッパ４２０が設置される。

前記グリッパ４２０は前記回転部材４１０の他端に設置され、第５モータ４２３が備えられる固定体４２１、及び前記固定体４２１に設置されるグリップ４２２から構成される。

前記グリップ４２２は広がるか、引っ込められることによって、やっとこ動作を実施する部材でありうる。

前記固定体４２１には、前記第５モータ４２３の回転動作に連動する主ギアＧ１と、前記主ギアＧ１と連動する一対の補助ギアＧ２が設置される。

前記グリップ４２２は、前記一対の補助ギアＧ２に一端が連結されて連動するように一対で構成される。

ここで、前記主ギアＧ１は前記一対の補助ギアＧ２のうちのいずれか１つとギア連結され、一対の補助ギアＧ２は互いにギア連結される。

したがって、第５モータ４２３により前記主ギアＧ１が回転されれば、前記一対の補助ギアＧ２は互いに同時に連動する。

そして、一対の補助ギアＧ２に一端が連結されるグリップ４２２は互いに広がるかか、引っ込められる方向に沿って回転動作されて海底に位置する鉱物を摘む等の作業を実施することができる。

図７は、本発明の海底ロボットの電気的な構成を示す。

一方、図４から図７を参照すると、上述した制御器６００は前記側部レッグ２００に設置される第２ロードセルＲ２と、作業レッグ５００に設置される第１ロードセルＲ１から海底地面での支持によって測定される圧力値と、側部レッグ２００及び作業レッグ５００に含まれる力−モーメントセンサーＦから測定される力の転送を受けて、レッグ２００、５００が支持される地面の角度によって前記ロボットボディー１００の重心を取るように第１、第２、及び第３モータ３１５、３２５、３３５を制御して前記ロボットボディー１００の姿勢を制御するようにすることができる。

ロボットボディー１００に設置される多数のレッグ２００、５００は、地面を支持する状態で姿勢を維持してワーキングまたは作業時に停止することができる。

ここで、第１及び第２ロードセルＲ１、Ｒ２は地面を支持する多数のレッグ２００、５００の端部で発生する圧力値を測定する。

この際、ロボットボディー１００と各レッグ２００、５００の開始部分の間に設置された力−モーメントセンサーＦはレッグ開始部分での力を測定する。

そして、制御器６００は前記測定された力と圧力値の転送を受ける。

前記制御器６００は、各レッグ２００、５００の端部で発生する圧力値及び力に基づいて地面の角度または傾斜度を予測することができる。

前記制御器６００は、前記地面の角度に従うロボットボディー１００の重心を取ることができる補正された力と、圧力値を各レッグ２００、５００別に算出することができる。

そして、前記制御器６００は各レッグ２００、５００別に補正された力と圧力値をなすように第１、第２、及び第３モータを使用して、各レッグ２００、５００の姿勢及びロボットボディー１００の姿勢を制御することができる。

したがって、本発明に従う海底ロボットは複雑な海底地形でワーキング時、または作業時に重心が狂って倒れる等の問題を効率的に解決することができる。

また一方、前記制御器６００は、前記制御器６００に作業信号またはワーキング信号を転送する作業指示選択部６１０と連結される。

前記制御器６００は、前記作業指示選択部６１０から前記作業信号の転送を受ければ、前記第４モータ４３５及び前記第５モータ４２３を使用して前記回転部材４１０を前記収容空間５２１から離脱するようにし、前記グリップ４２２のグリップ動作を実施するようにする。

前記制御器６００は、前記作業指示選択部６１０から前記ワーキング信号の転送を受ければ、前記回転部材４１０を前記収容空間５２１に位置させる。

一方、図８は足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの制御システムを示す。

本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの制御システムは、遠隔制御用ラップトップコンピュータ、主制御コンピュータ（Main Computer）、ＣＡＮインターフェースカード（CAN Interface Card）、Ｆ／Ｔセンサー、慣性センサー（Inertial sensor）、関節モータ制御器（Joint Motor Controller）、及びデュアルリミットセンサー（Dual limit sensor）から構成される。前記Ｆ／Ｔセンサーは上述した力−モーメントセンサーである。

前記遠隔制御用ラップトップコンピュータと主制御コンピュータは無線ＬＡＮを通じて通信する。

主制御コンピュータは、ＰＣ１０４形式のバスで連結されたＣＡＮインターフェースカード（CAN Interface Card）を通じてＦ／Ｔセンサー、慣性センサー及び上述するモータの動作を制御する関節モータ制御器と通信する。

主制御コンピュータは、ラップトップコンピュータから無線ＬＡＮを通じて命令を受信し、受信された命令によって各関節モータの入力値を演算する。

演算された関節モータ入力値は、ＣＡＮインターフェースカード（CAN Interface Card）を通じてＣＡＮ通信プロトコルにより関節モータ制御器に転送される。

関節モータ制御器は、転送された関節モータ入力値によって関節モータを制御し、この際、デュアルリミットセンサー（Dual limit sensor）を用いて関節角度の限界範囲に到達するか否かを監視する。

主制御コンピュータが各関節を制御して歩行またはグリップを用いた作業途中、足に加えられる力とモーメントをＦ／Ｔセンサーを用いて計測することによって、歩行または作業上の以上有無を判断する。

また、慣性センサーを用いてボディーの姿勢と動きを感知してボディーの均衡状態を認知することによって、外乱に対する姿勢または歩行安定化制御を遂行することができる。

外乱に対する安定化制御結果で演算された関節モータ入力値はまた関節モータ制御器に転送されて一連の制御過程を繰り返すようになる。

次に、上記の構成を参照して、本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットの作用を説明する。

図２ａから図３を参照すると、本発明の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボットは、深海に投入される海底ロボットに要求される多様な技術、例えば歩行技術及び外乱に対する姿勢安定化技術に対する試験を陸上で実施することができる。

ロボットボディー１００に備えられる側部レッグ２００と、作業レッグ５００の下端は、地面に支持される状態をなすことができる。

この際、一対の作業レッグ５００に回転部材４１０は第２単位レッグ５２０の収容空間５２１に折り畳まれて収容された状態をなす。

したがって、回転部材４１０に連結されるグリッパ４２０は使われない状態で第２単位レッグ５２０の収容空間に収容される。

このような状態で、側部レッグ２００の第２単位レッグ２２０の下端に設置される第２ロードセルＲ２と、作業レッグ５００に備えられる回転部材４１０の一端に設置される第１ロードセルＲ１は、地面を支持しながら発生する圧力値を測定し、これを制御器６００に転送する。前記圧力値は、地面に対する垂直圧縮力である。

併せて、側部レッグ２００及び作業レッグ５００とロボットボディー１００の間に配置される力−モーメントセンサーＦは、上記のように支持される場合に発生する力を測定して、これを制御器６００に転送する。

そして、前記制御器６００は、前記力と、測定される前記圧力値が前記ロボットボディー１００の重心と平衡をなすように前記第１、第２、及び第３モータ３１５、３２５、３３５を制御して、前記ロボットボディー１００の姿勢を制御するようにすることができる。

したがって、前記地面が一定角度に傾斜した地面を形成する場合に、前記制御器６００はロボットボディー１００の重心が狂ってロボットボディー１００が倒れる等の現象を解消できるように上記のようにモータ制御を通じて側部レッグ２００及び作業レッグ５００の姿勢を変更してロボットボディー１００の姿勢を安定的に具現することができる。

これに加えて、前記地面が平らであるが、潮流などの外乱に直接的に露出される場合に、各力−モーメントセンサーＦは外乱による力が反映された力を測定して、これを制御器６００に転送し、制御器６００はモータ制御を通じてロボットボディー１００が倒れないように側部レッグ２００及び作業レッグ５００の姿勢を変更することができる。

一方、本発明に従う作業指示選択部６１０を使用して、ワーキング信号または作業信号を制御器６００に転送することができる。

したがって、前記制御器６００はモータ制御を通じて側部レッグ２００及び作業レッグ５００を動作させてワーキング動作を実施することができるようにする。

この際、側部レッグ２００の第２単位レッグ２２０の下端に設置される第２ロードセルＲ２と、作業レッグ５００に備えられる回転部材４１０の一端に設置される第１ロードセルＲ１は、地面上でワーキングしながら発生する圧力値を測定し、これを制御器６００に転送する。

併せて、側部レッグ２００及び作業レッグ５００とロボットボディー１００の間に配置される力−モーメントセンサーＦは、上記のようにワーキング動作される場合に発生する力を測定して、これを制御器６００に転送する。

そして、前記制御器６００は上記のようにワーキングしながら伝達される前記力と、測定される前記圧力値が前記ボディー１００の重心と平衡をなすように前記第１、第２、及び第３モータ３１５、３２５、３３５を制御して、前記ロボットボディー１００の姿勢を制御するようにすることができる。

ワーキングの場合において、地面が傾斜するか、または潮流などの外乱に影響を受ける場合、上述したようにロボットボディー１００がワーキング動作時に倒れないようにモータ制御を通じてレッグ２００、５００の姿勢を変更制御する。

一方、前記制御器６００が作業信号の転送を受ける場合に、ロボットボディー１００の前端部に設置された一対の作業レッグ５００で回転部材４１０が回転されて図６ｂに示すように第２単位レッグ５２０から広げられる。

したがって、前記回転部材４１０の端部に自由度を有して連結されたグリッパ４２０は外部に突出しながら、鉱物を採取する等の役割を遂行することができる準備をなすことができる。

即ち、前記制御器６００は第４モータ４３５を使用して、一対の作業レッグ５００に含まれる回転部材４１０を第２単位レッグ５２０の収容空間５２１から離脱するように回転させることができる。

これによって、本発明に従うグリップ部４２０は、ロボットボディー１００の前端部に設置される一対の作業レッグ５００で広げられた状態をなすことができる。

即ち、本発明に従うグリップ部４００は、前記作業レッグ５００から広げられて作業を行うことができる状態をなすことができる。

そして、前記制御器６００は第５モータ４２３を使用して、グリッパ４２０のグリップ４２２を引っ込めるか、または広げる方向に動作させて、鉱物などの作業対象物を摘む等の作業を実施するようにすることができる。

逆に、グリップ部４００を使用して作業を終えた場合に、作業信号が中止されれば、グリップ部４００は一対の作業レッグ５００の第２単位レッグ５２０に形成された収容空間５２１に折り畳まれて位置する。

即ち、一対の作業レッグ５００に含まれるグリップ部４００は広げる以前の状態、即ち原位置に復帰する。

ここで、上記のように、グリップ部４００が各作業レッグ５００の第２単位レッグ５２０に形成された収容空間５２１に折り畳まれて位置する場合、残りのレッグ２００、即ち４個の側部レッド２００を使用してロボットボディー１００が倒れないように姿勢を制御しなければならない。

このような場合、本発明に従う制御器６００はモータ制御を通じて４個の側部レッグ２００の姿勢を変更制御する。例えば、一対の作業レッグ５００が設置されたロボットボディー１００の一部分は上方に持ち上げられて全体的にロボットボディー１００の前端部から後端部に沿って下向き傾斜するモーションに変更できる。この際、ロボットボディー１００は４個の側部レッグ２００により地面上で支持できる。

次に、グリップ部４００が折り畳まれた以後に、制御器６００は一対の作業レッグ５００で折り畳まれた回転部材４１０の端部が地面を支持することができるように一対の作業レッグ５００の姿勢を変更する。

前記一対の作業レッグ５００が地面を支持する場合に、制御器６００は再度モータ制御を通じて６個のレッグ２００、５００を使用してロボットボディー１００が倒れないように姿勢制御を実施する。

したがって、本発明に従う実施形態は、海底面でワーキング時、多数のレッグをワーキングに使用し、作業時、ロボットボディーの前端に設置されるレッグでグリッパを広げることによって、作業に要求されるロボット腕に混用使用することができる技術を陸上で予め検証することができる。

本発明は、海底ロボットで必要とする海底歩行技術または潮流の外乱対応姿勢安定化技術などを陸上で予め検証することができる効果を有する。

また、本発明は歩行時には６個のレッグを全て使用して歩行し、採取などの作業動作時には、ロボットボディーの前端部に設けられる一対の作業レッグでグリップ部を広げて使用することができるようにして、海底で作業時の技術を陸上で予め検証することができる効果を有する。

１００ロボットボディー
２００側部レッグ
２１０第１単位レッグ
２２０第２単位レッグ
３１０第１回転部
３２０第２回転部
３３０第３回転部
４００グリップ部
４１０回転部材
４２０グリッパ
４２１固定体
４２２グリップ
５００作業レッグ
５１０第１単位レッグ
５２０第２単位レッグ
５２１収容空間

Claims

ロボットボディーと、
前記ロボットボディーに多数の自由度を有するように設置される多数のレッグと、
前記多数のレッグのうちの１つ以上に折畳可能に設置される少なくとも１つ以上のグリップ部と、
を含み、
前記各レッグは、
前記ロボットボディーに設置される固定部材と、
前記固定部材に水平方向に沿って回転するように設置される回転体と、
前記回転体に上下に回転するように連結される第１単位レッグと、
前記第１単位レッグとリンク連結されて上下に回転する第２単位レッグと、
前記回転体、前記第１及び第２単位レッグの回転を制御する回転部と、
を備え、
前記第２単位レッグには、前記グリップ部が折り畳まれて内蔵できる収容空間が形成されることを特徴とする、足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記各レッグは、前記ロボットボディーの中心線を境界に、両側に対応する個数をなして設置されることを特徴とする、請求項１に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記回転部は、第１回転部と、第２回転部と、第３回転部とを備え、かつ、
前記第１回転部は、
前記固定部材に設置される第１水平回転軸と、前記回転体の回転中心を形成する第２水平回転軸と、前記第１及び第２水平回転軸を連結する第１張力部材と、前記第１水平回転軸を回転させる第１モータとを備え、
前記第２回転部は、
前記回転体に形成され、前記第１単位レッグの回転中心をなす第１垂直回転軸と、前記第１単位レッグに設置され、前記第１垂直回転軸と並んで配置される第２垂直回転軸と、前記第１及び第２垂直回転軸を連結する第２張力部材と、前記第１垂直回転軸を回転させる第２モータとを備え、
前記第３回転部は、
前記第１単位レッグと前記第２単位レッグとのリンク連結部分に設置されて前記第２単位レッグの回転中心をなす第１追加垂直回転軸と、前記第１単位レッグに設置され、前記第１追加垂直回転軸と並んで配置される第２追加垂直回転軸と、前記第１及び第２追加垂直回転軸を連結する第３張力部材と、前記第１追加垂直回転軸を回転させる第３モータとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記固定部材には第１張力調節部材が設置され、前記回転体には第２張力調節部材が設置され、前記第１単位レッグには第３張力調節部材が設置され、
前記各第１、第２、及び第３張力調節部材は、
前記各第１、第２、及び第３張力部材の張力値を測定する張力測定器と、
前記第１、第２、及び第３張力部材に密着して押圧流動可能な押圧部材と、
測定される前記張力値が予め設定される基準張力値をなすように前記押圧部材の流動を制御する制御器と、
を備えることを特徴とする、請求項３に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記グリップ部は、第４回転部と、回転部材と、グリッパとを備え、
前記第４回転部は、
前記第２単位レッグに設置され、前記第２追加垂直回転軸と並んで配置される第１グリップ回転軸と、前記第２単位レッグの下端に設置される第２グリップ回転軸と、前記第１及び第２グリップ回転軸を連結する第４張力部材と、前記第１グリップ回転軸を回転させる第４モータとを備え、
前記回転部材の一端は前記第２グリップ回転軸に回転連結され、
前記グリッパは、前記回転部材の他端に設置され、第５モータが備えられる固定体と、前記固定体に設置されるグリップとを備え、
前記固定体には、前記第５モータの回転動作に連動する主ギアと、前記主ギアと連動する一対の補助ギアが設置され、
前記グリップは前記一対の補助ギアに一端が連結されて連動するように一対で構成されることを特徴とする、請求項４に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記固定部材と前記ロボットボディーとの間には前記固定部材と前記ロボットボディーとの間に発生する力を測定する力−モーメントセンサーが設置され、
前記回転部材の一端には第１ロードセルが設置され、
前記グリップ部を備えない前記第２単位レッグの下端には海底地面と前記第２単位レッグの下端との間に発生する圧力値を測定する第２ロードセルが設置され、
前記制御器は、前記力−モーメントセンサーで測定される前記力と、前記第１及び第２ロードセルで測定される前記圧力値の転送を受けて、前記多数のレッグが支持される地面の角度に従う前記ロボットボディーの重心を取るように前記第１、第２、及び第３モータを制御して前記ロボットボディーの姿勢を制御することを特徴とする、請求項５に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記制御器は、前記制御器に作業信号またはワーキング信号を転送する作業指示選択部と連結され、かつ、
前記制御器は、前記作業指示選択部から前記作業信号の転送を受ければ、前記第４モータ及び前記第５モータを使用して前記回転部材を前記収容空間から離脱するようにし、前記グリップのグリップ動作を実施するようにし、
前記作業指示選択部から前記ワーキング信号の転送を受ければ、前記回転部材を前記収容空間に位置させることを特徴とする、請求項６に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。
前記多数のレッグは、
前記ロボットボディーの両側部に設置される多数対で構成される側部レッグと、
前記ロボットボディーの一端部に設置される一対で構成される作業レッグとを備え、
前記グリップ部は前記各作業レッグの第２単位レッグに折畳可能に設置されることを特徴とする、請求項７に記載の足兼用ロボット腕と多数個の関節を有する６足歩行ロボット。