KR100724792B1

KR100724792B1 - 로봇용 안구장치

Info

Publication number: KR100724792B1
Application number: KR1020060036593A
Authority: KR
Inventors: 유연걸; 김도형; 정명진
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-06-04

Abstract

본 발명은 로봇용 안구장치에 관한 것이다. 좀 더 자세하게는 유니버셜 조인트의 특성을 갖는 로봇 안구를 도입하여 동일한 동작점에서 3 자유도 특성을 가지는 상하(tilt), 좌우(pan), 회전(roll)운동이 가능한 로봇 안구 장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 내부에 소형카메라가 장착되는 안구 볼과; 상기 안구 볼의 회전이 가능하도록 상기 안구 볼을 수용하기 위한 안구회전 틀과; 상기 카메라를 회전(roll) 구동시키기 위한 회전(roll) 구동 모터와; 상기 안구 볼을 상하(tilt) 구동시키는 상하(tilt) 구동 모터와; 상기 안구 볼을 좌우(pan) 구동시키는 좌우(pan) 구동 모터; 및 상기 안구 볼과 상기 상하, 좌우 구동모터를 연결하는 연결장치를 포함하는 로봇용 안구장치가 제시된다.

로봇 안구, 유니버셜 조인트

Description

로봇용 안구장치 { Robot eye-ball device }

도 1은 종래의 상하(tilt), 좌우(pan) 움직임이 가능한 로봇안구장치 예시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 로봇 안구의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇 안구를 이용한 로봇용 안구장치의 구성에 대한 분해도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 로봇 안구를 이용한 로봇용 안구 장치의 조립도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 좌우(pan) 운동부

2 : 상하(tilt) 운동부

3 : 좌우(pan) 운동부 반경

10 : 안구

11 : 안구 볼

12 : 전방 안구 회전 틀

13 : 후방 안구 회전 틀

14 : 안구 볼 회전축

20, 21, 22 : 모터

30 : 카메라

31 : 카메라 지지대

40A, 40B : 40mm 연결 로드

41A, 41B : 55mm 연결 로드

42 : 볼 앤드

43 : 볼

44A, 44B : 모터 암

50 : 3mm나사

51 : 2mm나사

본 발명은 로봇용 안구장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유니버설 조인트의 특성을 가지는 안구를 도입하여 같은 동작점에서 3 자유도 특성을 가지는 상 하(tilt), 좌우(pan), 회전(roll) 운동을 가능하게 하는 로봇용 안구장치에 관한 것이다.

종래의 로봇안구는 회전 중심점을 한 점에 일치시키기 위해 한 회전 구동부가 다른 회전 구동부에 종속적으로 연결되어 동작하는 구조로 개발되어 왔다.

이러한 기구부적인 제약으로 인해 넓은 동작 영역을 확보하기가 어렵고, 크기가 커지게 되어 기구부 제작이 어려우며 회전 중심점이 일치하지 않았을 경우에는 제어가 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서 본 발명의 목적은, 로봇안구의 기구부에 유니버셜 조인트의 특성을 가지는 안구를 도입하여 로봇 안구의 운동이 같은 동작점에서 3 자유도 특성인 상하(tilt), 좌우(pan), 회전(roll) 운동을 가능하게 하는 로봇용 안구장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 구 형태의 안구 볼과 안구 볼을 감싸고 있는 전후방 안구 회전 틀로 구성되는 유니버설 조인트의 특성을 갖는 안구와;

상기 안구 볼에 고정된 회전(roll) 기능을 하는 모터와;

상기 회전(roll) 기능을 하는 모터에 부착된 소형 카메라와;

상기 안구 볼을 상하(tilt), 좌우(pan)로 동작시키는 링크와;

상기 링크와 연결하기 위한 모터 암과 이를 구동시키는 2개의 모터를 포함하도록 구성하며, 상기의 유니버설 조인트 특성을 이용하여 같은 동작점에서 3 자유 도 동작인 상하(tilt), 좌우(pan), 회전(roll) 운동이 가능한 로봇용 안구장치를 제공하고자 한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 좌우(pan)로 움직이는 구동부가 상하(tilt)로 움직이는 구동부에 종속되어 있기 때문에, 좌우(pan) 운동부(1)의 운동 반경(3)을 고려하여 상하(tilt) 운동부(2)를 제작해야만 한다. 따라서 종래의 로봇안구 장치는 구동부들의 종속적인 관계에 의해 넓은 구동영역을 확보하기 위해서 기구부가 커져야 하는 단점을 가지고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 로봇 안구의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 안구 볼(11)과 안구 볼을 감싸고 있는 전, 후방 안구 회전 틀(12,13)로 구성된다.

상기 안구 볼(11)은 전방과 후방이 절개되어 통공이 형성되고, 상기 전방 절개 부위에 카메라가 삽입 장착되고, 외측 표면에 상기 통공과 직각 방향으로 소정길이의 회전축이 다수 설치되어 있는 내부가 비어있는 구형상의 구조이다.

상기 회전축은 상기 안구 볼(11)이 상하, 좌우 회전을 할 수 있도록 4개로 구성되고, 상기 안구 볼(11)의 외측 표면의 동일선상에 형성되어 있으며, 상기 안 구 볼의 내측으로의 연장선이 서로 직각으로 교차하도록 형성되어 있다. 또한 상기 회전축의 단부에는 외부장치와 연결될 수 있는 연결부가 형성되어 있다.

상기 전방 안구회전 틀(12)은 전방에 절개부가 형성되고, 후방으로부터 전방으로 상기 회전축과 대응하는 위치에 회전축 유동홈이 형성되고, 후방 주변부에 후방 안구회전 틀(13)의 후방 조인트부와 대응되는 부위에 전방 조인트부가 형성되어 있는 내부가 비어있는 구조이다.

상기 후방 안구회전 틀(13)은 전방 주변부에 후방 조인트부가 형성되고, 전방으로부터 후방으로 상기 회전축과 대응하는 위치에 회전축 유동홈이 형성되고, 후방에 절개부가 형성되어 있는 내부가 비어 있는 반구 형상의 구조이다.

상기 각 안구 회전 틀(12,13)은 나사(50)에 의해 대응하는 조인트부가 서로 결합되어 안구 볼(11)을 감싸게 되며, 상기 안구 볼의 회전축이 상기 전방 및 후방 안구회전 틀의 회전축 유동홈으로 돌출된다. 이때 안구 볼(11)은 안구 회전 틀(12,13)과의 미세한 간격 차이가 있어서 안구 회전 틀(12,13) 안에서 모든 방향으로 회전할 수 있게 되어 유니버셜 조인트의 특성을 지니게 된다.

또한, 상기 회전축 유동홈은 상기 전방 및 후방 안구회전 틀(12,13)이 결합된 상태에서 상기 안구 볼(11)이 상하, 좌우로 회전할 때 상기 회전축의 움직임이 자유롭도록 하는 크기로 형성되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 로봇용 안구장치의 전체 구성에 대한 분해도이다.

도시된 바와 같이, 유니버셜 조인트 특성을 가지는 안구(10)와 카메라(30)와 카메라 지지대(31)로 구성되는 인공적인 시각 장치와;

상기 카메라를 회전(roll) 구동시키는 모터(20)와;

상기 안구 볼(11)을 상하(tilt), 좌우(pan) 구동시키는 모터(21,22)와;

상기 모터(21,22)와 안구 볼(11)을 서로 연결하는 연결 로드(40A,40B,41A,41B)와 볼 앤드(42), 볼(43), 모터 암(44A,44B)으로 구성되는 연결 장치를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 상기 모터(21,22)는 연결 로드(40A,40B,41A,41B)와 볼 앤드(42), 볼(43), 모터 암(44A,44B)을 통해 로봇 안구의 상하(tilt) 운동과 좌우(pan) 운동을 담당하고;

상기 모터(20)는 로봇 안구 볼(11)의 후방 통공을 관통하여 장착되는 소형 모터로서 상기 카메라(30)와 부착되어 상기 카메라의 회전(roll) 운동을 담당하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 각 모터(20,21,22)는 DC 모터로서 상기한 운동을 정확하게 조절할 수 있게끔 한다.

본 발명에서 상기 안구 볼(11)과 모터(21,22)간의 연결 과정은 안구 볼(11)에 돌출된 안구 회전축(14)에 볼(43)이 나사(51)에 의해 고정되고;

상기 볼과 볼 앤드(42)가 결합되고;

상기 볼 앤드(42)와 연결 로드(40A,40B,41A,41B)의 일단이 결합되고;

상기 연결 로드(40A,40B,41A,41B)의 타단과 볼 앤드(42)가 결합되고;

상기 볼 앤드(42)와 볼(43)이 나사(51)에 의해 결합되고;

상기 볼(43)과 모터 암(44A,44B)이 결합되고;

상기 모터 암(44A,44B)과 모터(21,22)축이 나사(51)에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다. 상기 연결 로드는 각 쌍 별로 길이가 다르다( 40A와 40B는 같은 길이이고, 41A와 41B는 같은 길이이나 40과 41은 길이가 다르다).

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 로봇용 안구장치의 조립도이다. 도 4에서 알 수 있듯이 상기 회전 구동 모터(20)는 상기 안구 볼(11)을 관통하여 안구 볼 내부에 장착되므로 도 4에는 그 일부분이 나타나지 않는다.

좀 더 상세히 설명하면, 본 발명은 종래의 상하(tilt), 좌우(pan) 운동만 가능하고 회전 중심점을 한 점에 일치시키기 위해, 한 회전 구동부가 다른 회전 구동부에 종속적으로 연결되어 동작하는 구조적 제약에 의해, 넓은 동작 영역을 확보하기가 어렵고, 기구부의 크기가 커지게 되어 제작이 어려우며 회전 중심점이 일치하지 않았을 경우에는 제어가 복잡해지는 단점을 해결하기 위해서 유니버셜 조인트 특성을 가지는 안구(10)를 이용하여 회전축을 자연스럽게 한 점에 일치시켜 제작의 편의성을 도모하였고, 유니버셜 조인트(universal joint)의 특성으로 인해 자유로운 회전 운동이 가능하다는 점을 이용하여 본 발명에 의한 장치가 상하(tilt), 좌우(pan) 운동이 서로 독립적으로 움직일 수 있도록 제안되어 있기 때문에 종래의 상하(tilt), 좌우(pan) 운동에 비해 종속적 연결에 의한 구조적인 제약을 회피하여 넓은 동작 영역과 소형의 상하(tilt), 좌우(pan) 운동이 가능한 기구부를 제작할 수 있고,

안구 볼(11) 내부에 회전(roll) 운동을 담당하는 모터를 장착함으로써 3 자유도 특성인 상하(tilt), 좌우(pan), 회전(roll) 운동이 가능한 로봇 안구 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예들은 단지 예시의 목적으로 본 명세서에 기술되어 있고, 이를 바탕으로 한 변경이나 변화들이 가능하다는 것은 본 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

따라서, 첨부된 특허청구범위 내에는 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는 모든 변경들 및 변화들이 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 로봇안구 제작에서 요구되었던 제작의 정밀성, 복잡성을 해소하기 위하여 유니버셜 조인트 특성을 가지는 안구를 도입함으로써 인공적인 로봇안구를 제작할 때 편의성을 제공할 수 있고, 회전(roll) 운동을 가능하게 하는 모터가 안구 볼에 내장되고, 상하(tilt), 좌우(pan) 운동이 서로 독립적으로 수행되어 기구부의 소형화와 넓은 동작 영역을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

전방과 후방이 절개되어 통공이 형성되고, 상기 전방 절개 부위에 카메라가 삽입 장착되고, 외측 표면에 상기 통공과 직각 방향으로 소정길이의 회전축이 다수 설치되어 있는 내부가 비어있는 구형상의 안구 볼과;

전방 주변부에 후방 조인트부가 형성되고, 전방으로부터 후방으로 상기 회전축과 대응하는 위치에 회전축 유동홈이 형성되고, 후방에 절개부가 형성되어 있는 내부가 비어 있는 반구형상의 후방 안구회전틀과;

전방에 절개부가 형성되고, 후방으로부터 전방으로 상기 회전축과 대응하는 위치에 회전축 유동홈이 형성되고, 후방 주변부에 상기 후방 안구회전틀의 후방 조인트부와 대응되는 부위에 전방 조인트부가 형성되어 있는 내부가 비어있는 전방 안구회전틀을 포함하고;

상기 안구 볼을 상기 전방 안구회전틀과 상기 후방 안구회전틀 사이에 위치시키고, 상기 안구 볼의 회전축이 상기 전방 및 후방 안구회전틀의 회전축 유동홈으로 돌출되도록 상기 전방 조인트부와 상기 후방 조인트부를 결합시켰을 때 상기 안구 볼이 상기 전방 및 후방 안구회전틀 내에서 상하, 좌우 회전이 자유롭도록 구성된 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 1에 있어서,

상기 회전축 유동홈은,

상기 전방 및 후방 안구회전틀이 결합된 상태에서 상기 안구 볼이 상하, 좌우로 회전할 때 상기 회전축의 움직임이 자유롭도록 하는 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 1에 있어서,

상기 안구 볼의 회전축은,

4개이고, 상기 안구 볼의 외측 표면의 동일선상에 형성되어 있으며, 상기 안구 볼의 내측으로의 연장선이 서로 직각으로 교차하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 1 또는 3에 있어서,

상기 회전축의 단부에는 외부장치와 연결될 수 있는 연결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 4에 있어서,

상기 각각의 회전축의 연결부에는 각 쌍 별로 소정길이가 다른 X축 한 쌍과 Y축 한 쌍의 링크부가 후방으로 각각 더 연결되고,

상기 각각의 링크부의 타 단에는 상기 안구 볼을 상하, 좌우로 회전시키기 위한 모터가 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 5에 있어서,

상기 카메라의 후방에 부착되어 카메라를 회전(roll)시키기 위한 모터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 6에 있어서,

상기 카메라를 회전(roll)시키는 모터는 상기 안구 볼을 관통하여 장착되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 6에 있어서,

각 모터는 DC 모터인 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 5에 있어서,

상기 링크부는 연결 로드, 볼 앤드, 볼, 모터 암을 포함하고,

상기 안구 볼에 돌출된 안구 회전 축에 고정되는 볼과 볼 앤드가 결합되고, 상기 볼 앤드와 연결 로드의 일단이 결합되고, 상기 연결 로드의 타단과 볼 앤드가 결합되고, 상기 볼 앤드와 볼이 결합되고, 상기 볼과 모터 암이 결합되고, 상기 모터 암과 모터축이 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
내부에 소형카메라가 장착되고 다수의 회전축을 갖는 안구 볼과;

상기 안구 볼의 회전이 가능하도록 상기 안구 볼을 수용하기 위한 안구회전 틀과;

상기 카메라를 회전(roll) 구동시키기 위한 회전(roll) 구동 모터와;

상기 안구 볼을 상하(tilt) 구동시키는 상하(tilt) 구동 모터와;

상기 안구 볼을 좌우(pan) 구동시키는 좌우(pan) 구동 모터; 및

상기 안구 볼과 상기 상하, 좌우 구동모터를 연결하는 링크부를 포함하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 안구회전 틀은 안구 볼을 감싸고 있는 전방 안구회전 틀 및 후방 안구회전 틀로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 안구 볼과 상기 안구 회전 틀 사이에는 공간적 여유가 있어 상기 안구 볼이 상기 안구 회전 틀 내에서 모든 방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 안구 볼은 상하, 좌우 회전을 위해 4개의 돌출된 안구 볼 회전 축을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 각 구동 모터는 DC 모터인 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 회전 구동 모터는 상기 안구 볼을 관통하여 장착되고, 상기 카메라와 부착되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.
청구항 10에 있어서,

상기 링크부는 연결 로드, 볼 앤드, 볼, 모터 암을 포함하고,

안구 볼에 돌출된 안구 회전 축에 고정되는 볼과 볼 앤드가 결합되고, 상기 볼 앤드와 연결 로드의 일단이 결합되고, 상기 연결 로드의 타단과 볼 앤드가 결합되고, 상기 볼 앤드와 볼이 결합되고, 상기 볼과 모터 암이 결합되고, 상기 모터 암과 모터축이 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇용 안구장치.