KR100749540B1

KR100749540B1 - 액추에이터 모듈

Info

Publication number: KR100749540B1
Application number: KR1020070003762A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 이정호
Original assignee: (주)로보티즈
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2007-08-14

Abstract

본 발명은 만능결합구조를 가진 액추에이터 모듈에 관한 것으로서, 높은 자유도와 확장성과 호환성을 갖춘 로봇 솔루션을 제공함으로써 사용자 스스로 로봇을 변화시키고 업그레이드시켜 갈 수 있는 조립식 로봇, 작동식 블럭 완구 등에 이용될 수 있는 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액추에이터 모듈은, 사각 기둥 형태의 하우징을 포함하는 액추에이터 모듈로서, 탄성 체결 수단의 삽입을 위한 적어도 하나의 삽입공을 구비한 상기 하우징의 제 1 측판; 상기 제 1 측판에 대향하여 배치되며, 상기 제1측판의 삽입공과 동일 형태의 적어도 하나의 삽입공을 구비한 제 2 측판; 상기 제 1 측판 및 상기 제 2 측판의 양단부들 사이에 구비된 서로 대향하는 2개의 측면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

만능결합, 액추에이터, 확장성, 삽입공, 소켓, 고정핀, 로봇, 블럭 완구

Description

액추에이터 모듈 {Actuator module}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 모듈의 사시도.

도 1c 및 도 1d는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 1 연결부재의 결합예시도.

도 2a 및 도 2b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 2 연결부재의 결합예시도.

도 3a 및 도 3b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 3 연결부재의 결합예시도.

도 4a 및 도 4b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 4 연결부재의 결합예시도.

도 5a 및 도 5b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 2 연결부재의 다른 결합예시도.

도 6a 및 도 6b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 4 연결부재의 다른 결합예시도.

도 7a 및 도 7b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 5 연결부재의 결합예시도.

도 8a 및 도 8b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 연결부재를 이용한 다른 결합예시도.

도 9a 및 도 9b는 상기 실시예에 따른 제 1 형 체결수단의 결합구성도.

도 10a는 상기 실시예에 따른 제 2 형 체결수단의 결합구성도.

도 10b는 상기 실시예에 따른 제 3 형 체결수단의 결합구성도이다.

도 11a 및 도 11b는 상기 실시예에 따른 제 2 연결부재의 구조도.

도 12a 및 도 12c는 상기 실시예에 따른 제 3 연결부재의 구조도.

도 13a 및 도 13c는 상기 실시예에 따른 제 4 연결부재의 구조도.

도 14는 상기 실시예에 따른 제 5 연결부재의 구조도.

본 발명은 만능으로 결합할 수 있도록 확장성 있는 구조를 가진 액추에이터 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 복수개의 액추에이터 모듈과 연결부재를 원하는 방식대로 반복하여 상호결합함으로써 다양한 형태로 변화할 수 있도록, 규격화된 방식의 반복적 결합을 지원하는 신규한 구조를 가진 액추에이터 모듈에 관한 것이다.

본 발명의 액추에이터 모듈을 이용하여 조립할 수 있는 대표적인 아이템이 조립식 로봇과, 작동식 블럭 완구 등이다. 물론, 그 외에도 통상적으로 모터나 액추에이터 류가 이용되는 분야로서, 다수의 모터나 액추에이터가 상호 전기적 및/또는 기계적으로 연결되어 사용되는 경우에도 본 발명의 액추에이터 모듈이 효과적으 로 이용될 수 있다.

산업용 로봇과 달리 가정이나 의료기관, 간호시설 등에서 여러 가지 서비스를 해 주는 로봇을 퍼스널 로봇이라 한다. 이러한 퍼스널 로봇의 한 종류로 엔터테인먼트 로봇이 있다. 엔터테인먼트 로봇은 놀이를 중심으로 하며, 자율적 이동이 가능하며, 사람이나 동물 등의 형상에 유사하고, 심리적 치유 효과를 가지는 등의 특징이 있다. 이러한, 엔터테인먼트 로봇은 놀이, 심리치유, 교육 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

엔터테인먼트 로봇의 대표적인 예가 일본 소니의 '아이보'이며, 심리 치유 로봇으로 유명한 해표 모양의 '파로'같은 로봇도 있으며, 그 외에도 매우 다양한 형태의 소형 엔터테인먼트 로봇들이 존재한다.

한편, 이와 같은 소형 엔터테인먼트 로봇들의 경우, 마치 TV나 냉장고와 같은 가전제품과 같이, 제조업체에서 지정한 사양범위 내에서 하나의 고정된 형태를 가지고 지정된 종류의 기능을 구현하는 것이 일반적이다. 즉, 하나의 로봇을 구입할 때는 이미 그 로봇의 기능과 형태상의 한계를 인정하고 구입하게 되는 것이므로, 이는 마치 TV를 사면서 냉장고의 기능과 형상을 기대하지 않고 사는 것과 마찬가지다.

반면, 일종의 가전제품으로 여겨지는 PC는 특유의 자유도, 확장성과 호환성으로 인해 통상적인 가전제품과 매우 다른 역할을 수행하고 있다. 소프트웨어와 주변기기의 발달로 인해, 이제 PC는 TV, VCR, MP3, 커피메이커, 카메라 등 매우 다양한 역할을 소화해 낼 수 있게 되었다.

이와 마찬가지로 퍼스널 로봇에도 퍼스널 컴퓨터 즉, PC와 같은 자유도와 확장성과 호환성을 부여할 수 있다면, 사용자가 스스로 매우 다양한 형태로 변화하는 동시에 계속적으로 새로운 동작을 수행하는 로봇을 구현할 수 있을 것이다.

따라서, 이와 같이 로봇에 확장성과 호환성을 부여하기 위한 방법으로 확장성 있는 액추에이터 모듈을 연결부재들과 함께 조합하여 로봇을 구성하려는 시도가 있었으나, 규격화되지 않은 액추에이터 모듈들과 연결부재들의 구조로 인해 자유로운 연결과 확장에는 한계가 있었다.

또한, 종래에는 볼트와 너트를 이용한 방법이 로봇의 구성요소를 연결 또는 결합하기 위한 체결 수단으로 이용되었으나 구성요소들 간의 자유로운 회전력의 전달이 곤란하였으며, 볼트와 너트를 결합하기 위해서는 드라이브와 같은 별도의 공구가 필요하며, 반복결합시에는 볼트 헤드와 공구와의 마찰에 의해 볼트 헤드가 마모되는 단점이 있다.

또, 액추에이터 모듈과 연결부재들(이하, 통칭하여 "피결합재"라 함)을 플라스틱으로 구성하는 경우에 대응하여 플라스틱과 같이 경도가 낮은 재료로 형성된 볼트와 너트를 반복적으로 결합시키는 경우 또는 경도가 낮은 피결합재에 금속 볼트를 결합하는 경우에는, 나사산의 마모와 파손, 플라스틱 찌꺼기의 발생 등을 피할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 볼트와 너트로 고정된 피결합재에 지속적인 충격이 가해지거나, 피결합재가 반복적인 운동기능을 수행하는 부재이거나 볼트와 너트의 재료의 경도가 낮은 경우에는, 체결된 볼트와 너트의 결합이 느슨해지거나 심지어 결합이 분리될 수 있으며, 볼트와 너트 결합의 경우에는 피결합재 간의 결합이 항상 고정결합이므로 로봇의 관절부와 같이 피결합재들이 상호 결합된 상태를 유지하면서 서로 반대 방향으로 회전해야 하는 등의 환경에는 볼트와 너트 결합을 이용할 수 없는 제한이 있었다.

또한, 볼트와 너트 결합을 위해서는 피결합재의 양면이 개방되어 있어야 하므로, 다층으로 적층된 피결합재들을 2개층씩 반복적으로 결합함으로써 다중 결합을 연장 내지 확장해갈 수 있는 방법이 없었다.

본 발명은 앞서 언급한 바와 같은 요청에 부응하기 위해, 높은 자유도와 확장성과 호환성을 갖춘 로봇 솔루션을 제공함으로써 사용자 스스로 로봇을 변화시키고 업그레이드시켜 갈 수 있는 조립식 로봇, 작동식 블럭 완구 등에 이용될 수 있는 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액추에이터 모듈과 연결부재에 규격화된 방식으로 삽입공을 형성하고, 상기 삽입공에 효과적으로 결합될 수 있는 탄성 체결 수단을 제공함으로써, 통상적인 볼트와 너트 결합수단을 이용하는 것에 비해 훨씬 효과적인 반복결합구조를 형성할 수 있는 만능결합구조를 가진 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액추에이터 모듈 하우징의 각 부분에 새로운 디자인을 도입함으로써, 액추에이터 모듈과 연결부재의 조립과 결합을 용이하게 할 뿐 아니라, 구성요소들 간의 결합 시에 수반되는 배선처리 문제를 원만하게 해결할 수 있는, 만능결합구조를 가진 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 별도의 공구 없이도 간단하게 분해결합할 수 있으며, 견고하고 반복적인 분해결합이 가능하며, 반복결합시에도 결합체나 피결합재의 마모나 파손이 발생하지 않는 새로운 구조의 탄성 결합 수단을 이용하여 다수의 연결부재들과 결합되는 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 피결합재의 삽입공에 중공형 소켓이 삽입된 후 소켓의 중공에 고정핀이 추가로 삽입됨으로써, 피결합재와 탄성 결합체 간의 비의도적인 분리가 방지되어 안정적인 로봇의 동작을 도모할 수 있는 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 매끄러운 외측면을 가진 소켓을 이용하여 피결합재의 견고한 결합과 회전기능을 동시에 제공하는 탄성 결합체를 이용하여 다수의 연결부재들과 결합되는 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 결합이 가능한 탄성 결합체를 구비한 액추에이터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 두께방향에 대칭적인 형상을 가지는 다수의 삽입공이 단위 격자형으로 규격화되어 형성된 프레임으로 구성되는 액추에이터 모듈 및 연결부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 특징들을 구비함으로써 특히, 조립식 로봇, 작동식 블럭 완구 등의 경우에 유용하게 사용될 수 있는 구조의 액추에이터 모듈 및 연결부 재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터 모듈의 사시도이다.

액추에이터 모듈은 모터와 기어부 및 센서부(미도시) 등으로 구성되는 액추에이터를 내장하는 일체형 하우징(100)과, 하우징(100)의 양측 개방면을 덮기 위한 제 1 측판(150) 및 제 2 측판(160)으로 구성된다.

제 1 측판(150)에는 제 1 측판(150)과 하우징(100)의 결합을 위한 결합공(156)이 형성되며 볼트와 같은 공지의 결합수단(158)이 결합공(156)을 통해 하우징(100)으로 삽입됨에 의해 제 1 측판(150)과 하우징(100)이 결합된다.

제 2 측판(160)에도 동일한 결합공(미도시)이 형성되어 별도의 결합수단(미도시)에 의해 하우징(100)에 결합되거나 제 1 측판(150)으로부터 삽입되어 하우 징(100)을 관통하는 상기 결합수단(158)에 의해 하우징(100)에 결합되거나, 이와 달리 제 2 측판(160)과 하우징(100)이 일체형으로 사출됨으로써 하우징(100)에 결합될 수 있다.

제 1 측판(150)과 제 2 측판(160)에는 볼트와 같은 공지의 체결수단 또는 후술될 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 체결수단(미도시)의 삽입을 위한 하나 이상의 삽입공(152,162)이 구비되며, 삽입공(152,162)과 탄성 체결수단의 결합시에 탄성 체결수단의 헤드가 돌출되지 않도록 삽입공(152,162)의 테두리가 함몰되어 탄성 체결수단의 헤드에 대한 안착부(154,164)를 형성하고 있다.

하우징(100)의 일측면(110)에는 다양한 연결부재에 구비된 걸림돌기(미도시)에 결합가능한 걸림홈(115)과 걸림턱(117)이 제공되며, 하우징(100)의 측면(110)과 하면(120) 사이에는 연결부재(미도시)와의 결합시 삽입공(162)을 통해 삽입되는 체결수단(미도시)을 가이드하기 위한 가이드홈(125)이 형성된다. 도 1a 및 도 1b에서는 가려져서 보이지 않는 하우징(100)의 타측면(110: 도 2a 참조)도 동일한 구조로 형성되어 있다.

한편, 하우징(100)의 각 측판(150, 160)의 폭은 하우징(100)의 측면(110)의 폭과 동일하게 형성되며, 이에 따라 액추에이터 모듈은 상기 폭과 동일한 크기의 폭, 직경 내지 변의 길이를 가지는 다양한 연결부재들과 공통적으로 결합가능한 규격화된 구조를 가진다.

도 1c 및 도 1d는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 1 연결부재의 결합예시도이다.

제 1 연결부재(170)는 액추에이터에 의해 구동되는 회전체로서, 볼트와 같은 공지의 결합수단(178)이 결합공(176)을 통해 하우징(100) 내부의 모터 축의 중공으로 삽입됨에 의해 제 1 측판(150) 및 하우징(100)에 결합된다.

제 1 연결부재(170)에는 하나 이상, 바람직하게는 균등 각도로 배치된 4개의 삽입공(172)이 구비되며, 각 삽입공(172)에는 체결수단의 헤드 안착을 위한 안착부(174)가 형성되어 있다.

제 2 측판(160)에도 안착부(164)를 구비한 하나 이상의 삽입공(162)이 형성되어 있으며, 액추에이터에 연결되는 배선의 출입을 위한 배선출입구(166) 및 상기 배선이 액추에이터 모듈 외부로 돌출되지 않도록 배선의 출입방향을 안내하기 위한 배선가이드홈(168)이 형성되어 있다.

도 2a 및 도 2b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 2 연결부재의 결합예시도이다.

제 2 연결부재(200)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 두께 방향으로 하나 이상의 삽입공(202)이 형성된 정사각형 베이스 프레임(205)과 상기 베이스 프레임(205)의 각 단부에 수직 방향으로 돌출 형성되어 상기 베이스 프레임(205)의 삽입공(202)에 대해 직각 방향의 삽입공(212)을 한정하는 고정부(210)로 구성된다.

도 2a에서, 제 2 연결부재(200)의 각 고정부(210)의 삽입공(212)과 액추에이터 모듈의 각 측판(150, 160)의 삽입공(152, 162)이 정렬되도록 제 2 연결부재(200)의 베이스 프레임(205)을 하우징(100)의 하면(120)에 부착한 후, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 제 1 형 체결수단(1100, 1200)으로 상기 삽입공들(212, 152, 162)을 관통하여 고정시킨다. 상기 체결수단(1100, 1200)의 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 제 2 연결부재(200)의 베이스 프레임(205)의 각 변은 하우징(100)의 측면(110)의 폭에 대응하도록 형성되며, 이에 따라 제 2 연결부재(200)와 하우징(100)의 결합시 제 2 연결부재(200)의 고정부(210)들의 외측면이 각 측판(150, 160)의 내측면에 접하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 3 연결부재의 결합예시도이다.

제 3 연결부재(300)는 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 직사각형의 베이스 프레임(305)과, 상기 베이스 프레임(305)의 일단부에 수직 방향으로 돌출 형성되어 상기 베이스 프레임(305)의 삽입공(302)에 대해 직각 방향의 삽입공(312)을 한정하는 적어도 하나의 고정부(310)와, 액추에이터 모듈 하우징(100)의 측면(110)에 제공된 걸림홈(115)과 걸림턱(117)에 결합가능하도록 상기 베이스 프레임(305)의 타단부에 외측 방향으로 경사져서 돌출 형성된 걸림돌기(320)를 포함하도록 구성된다.

도 3a에서, 제 3 연결부재(300)의 걸림돌기(320)를 액추에이터 모듈 하우징(100)의 측면(110)에 제공된 걸림홈(115)으로 삽입하여 걸림턱(117)에 지지되게 한 후, 상기 제 1 형 체결수단(1100, 1200)으로 액추에이터 모듈의 각 측판(150, 160)의 삽입공(152)과 제 3 연결부재(300)의 고정부(310)의 삽입공(312)을 관통하여 고정시킨다.

한편, 제 3 연결부재(300)의 베이스 프레임(305)의 장축의 길이는 하우징(100)의 측면(110)의 걸림턱(117) 단부와 각 측판(150, 160)의 반대편 단부 사이의 길이에 대응하고 단축의 길이는 하우징(100)의 측면(110)의 폭에 대응하도록 형성되며, 이에 따라 제 3 연결부재(300)와 하우징(100)의 결합시 제 3 연결부재(300)의 각 고정부(310)들의 외측면이 각 측판(150, 160)의 내측면에 접하게 된다.

도 4a 및 도 4b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 4 연결부재의 결합예시도이다.

제 4 연결부재(400)는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 직사각형의 일단부가 상기 직사각형의 단축 방향으로 연장되어 직사각형과 삼각형의 결합 형태로 형성된 베이스 프레임(405)과, 상기 베이스 프레임(405)의 연장된 각 단부에 수직 방향으로 돌출 형성되어 상기 베이스 프레임(400)의 삽입공(402)에 대해 직각 방향의 삽입공(412)을 한정하는 적어도 하나의 고정부(410)와, 액추에이터 모듈 하우징(100)의 측면(110)에 제공된 걸림홈(115)과 걸림턱(117)에 결합가능하도록 상기 베이스 프레임(405)의 타단부에 외측 방향으로 경사져서 돌출 형성된 걸림돌기(420)를 포함하도록 구성된다.

도 4a에서, 제 4 연결부재(400)의 걸림돌기(420)를 액추에이터 모듈 하우 징(100)의 측면(110)에 제공된 걸림홈(115)으로 삽입하여 걸림턱(117)에 지지되게 한 후, 상기 제 1 형 체결수단(1100, 1200)으로 액추에이터 모듈 각 측판(150, 160)의 삽입공(152)과 제 4 연결부재(400)의 고정부(410)의 삽입공(412)을 관통하여 고정시킨다.

한편, 제 4 연결부재(400)의 베이스 프레임(405)의 장축의 길이는 하우징(100)의 측면(110)의 걸림턱(117) 단부와 각 측판(150, 160)의 반대편 단부 사이의 길이에 대응하고 단축의 최대 길이는 하우징(100)의 각 측판(150, 160)의 외측면 사이의 거리에 대응하도록 형성되며, 이에 따라 제 4 연결부재(400)와 하우징(100)의 결합시 제 4 연결부재(400)의 고정부(410)들이 하우징(100)의 각 측판(150, 160) 밖으로 돌출되어 고정부(310)들의 내측면이 각 측판(150, 160)의 외측면에 접하게 된다.

도 5a 및 도 5b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 2 연결부재의 다른 결합예시도이다.

액추에이터 모듈 하우징(100)에 제 1 연결부재(170)가 결합된 상태에서 제 2 연결부재(200)가 추가로 결합되는 구성이 도시되어 있다.

이와 같은 결합을 가능하게 하기 위해서는, 제 1 연결부재(170)와 제 2 연결부재(200)의 삽입공들(172, 202)이 서로 대응하는 위치에 형성되어야 하며, 바람직하게는 도시된 바와 같이 각 연결부재(170, 200)에 각기 4개의 삽입공들(172, 202)이 균등 각도로 형성된다.

또한, 제 1 연결부재(170)의 직경과 제 2 연결부재(200)의 각 변의 길이는 서로 대응되는 것이 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 4 연결부재의 다른 결합예시도이다.

도 6a에서는, 제 4 연결부재(400)의 걸림돌기(420)가 형성되지 않은 베이스 프레임(405)의 일면을 액추에이터 모듈 하우징(100)의 제 2 측판(160)에 부착한 상태에서, 제 1 형 체결수단(1100, 1200)으로 액추에이터 모듈의 제 2 측판(160)의 삽입공(162)과 제 4 연결부재(400)의 베이스 프레임(405)의 삽입공(402)을 관통하여 고정시킨다.

도 7a 및 도 7b는 상기 실시예에 따른 액추에이터 모듈과 제 5 연결부재의 결합예시도이다.

제 5 연결부재(500)는 도 14에 도시된 바와 같이, 직사각형의 베이스 프레임(505)과, 상기 베이스 프레임(505)의 장축 방향의 각 단부에서 직각 방향으로 연장되어 상기 베이스 프레임(505)에 수직 방향으로 돌출 형성된 사이드 프레임(510)을 포함하도록 구성된다. 따라서, 베이스 프레임(505)의 삽입공(502)과 사이드 프레임(510)의 삽입공(512)은 수직 방향으로 배치된다.

도 7a에서, 제 5 연결부재(500)와 액추에이터 모듈의 결합을 위해서는, 제 5 연결부재(500)의 사이드 프레임(510) 사이에 액추에이터 모듈 하우징(100)과 스페 이서(1300)를 삽입하고, 제 1 형 체결수단(1100, 1200)으로 하우징(100)에 미리 결합된 제 1 연결부재(170)의 삽입공(172)과 제 5 연결부재(500)의 사이드 프레임(510)의 삽입공(512)을 관통하여 고정시키며, 제 2 형 체결수단(1120, 1220)으로 제 2 측판(160)에 구비된 삽입공(미도시)과 사이드 프레임(510)의 삽입공(512)을 관통하여 고정시킨다.

한편, 제 5 연결부재(500)는 사이드 프레임(510)이 회전체인 제 1 연결부재(170)가 결합된 하우징(100)에 결합되고 베이스 프레임(505)이 타 액추에이터 모듈 내지 타 연결부재와 같은 타 구성요소(미도시)에 결합되어 액추에이터 모듈 하우징(100)에 내장된 액추에이터로부터의 구동력을 상기 타 구성요소로 전달하기 위한 연결부재로서, 베이스 프레임(505)의 장축의 길이는 하우징(100)의 측판(150, 160) 간 거리와 하우징(100)에 미리 결합된 제 1 연결부재(170)의 폭과 스페이서(1300)의 폭을 모두 합한 거리에 대응되도록 형성되고, 단축의 길이는 액추에이터 모듈의 각 측판(150, 160)의 폭과 동일하게 규격화되어 있다.

도 8a 및 도 8b는 상기 실시예에 따른 다수의 액추에이터 모듈과 다수의 연결부재를 이용한 결합예시도이다.

도 8a에서는 적어도 하나의 삽입공을 구비한 다수의 구성요소들(즉, 액추에이터 모듈(100), 제 1 연결부재(170), 제 2 연결부재(200), 제 4 연결부재(400), 제 5 연결부재(500) 등, 이하 "피결합재"라 함)이 상기 삽입공에 대응되는 구조의 다수의 체결 수단(즉, 제 1 형 체결 수단(1200) 등)에 의해 상호 결합되어 조립식 로봇의 일부를 구성하고 있다. 상기 피결합재들은 모두 체결 수단을 위한 안착부가 형성된 적어도 하나의 삽입공을 구비하는 공통적인 특징을 가진다.

도 8b에서도 적어도 하나의 삽입공을 구비한 다수의 구성요소들(즉, 액츄에이터 모듈(100), 제 1 연결부재(170), 제 2 연결부재(200), 제 5 연결부재(500), 기타 평면 블록 등)이 상기 삽입공에 대응되는 구조의 다수의 체결 수단(즉, 제 1 형 체결 수단(100) 등)에 의해 상호 결합되어 작동식 블럭 완구를 구성하고 있다. 상기 피결합재들 역시 체결 수단을 위한 안착부가 형성된 적어도 하나의 삽입공을 구비하는 공통적인 특징을 가진다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 상기 실시예에 따른 제 1 형 체결 수단의 결합구성도이다.

도 9a는 고정핀(1200)과 소켓(1100)이 상호 결합되어 제 1 형 체결 수단을 형성하는 결합 과정을 도시하고 있으며, 도 9b는 고정핀(1200)이 소켓(1100)의 반대 방향으로 결합되어 제 1 형 체결 수단을 형성하는 결합 과정을 도시하고 있다.

상기 제 1 형 체결 수단의 특징은, 제 1 형 체결 수단을 구성하는 고정핀(1200)과 소켓(1100)이 양측 방향에서 결합가능한 구조로 형성되며, 프레임의 두께 방향에 대칭적인 형상을 가지는 적어도 하나의 삽입공을 구비한 프레임을 구성요소로 하는 다양한 형태의 피결합재에 효과적으로 결합되는 구조를 가진다는 것이다.

도 9a 및 도 9b를 통해 자세히 살펴보면, 고정핀(1200)은 손잡이 역할을 하는 헤드(1210)와, 상기 헤드(1210)의 중심축 방향으로 돌출된 돌출부(1205)로 구성된다.

돌출부(1205)와 헤드(1210)의 연결부(1220), 및 돌출부(1205)의 개방단부(1230)는 소켓(1100)과의 원할하고 밀착된 결합을 위해 경사면 가공되는 것이 바람직하며, 또한, 돌출부(1250) 표면에는 소켓(1100)과의 견고한 결합을 위해 소정의 간격으로 배치된 2개의 걸림홈(1202, 1204)이 형성된다.

또한, 소켓(1100)은 기본형으로서, 피결합재의 삽입공(미도시)의 깊이에 대응하는 길이를 가지는 중공형 통(1105)과, 중공형 통(1105)의 일단부에 형성된 일체형 걸림턱(1110) 및 타단부에 형성된 분리형 걸림턱(1120)으로 구성되며, 중공형 통(1105) 상의 일정 지점에서 상기 분리형 걸림턱(1120) 방향으로 2개의 탄성유도홈(1130)이 형성되어 중공형 통(1105)과 분리형 걸림턱(1120)을 2개의 부분으로 분할하도록 구성된다.

상기 소켓(1100)의 중공형 통(1105)의 외경과 길이에 각각에 대응되는 내경과 깊이를 가진 피결합재의 삽입공(미도시)에 상기 소켓(1100)이 결합될 때, 중공형 통(1105)의 상기 타단부에 형성된 분리형 걸림턱(1120)이 피결합재의 삽입공(미도시)을 통과하게 되면 중공형 통(1105)에 형성된 탄성유도홈(1130)의 존재로 인해 2개 부분으로 분할된 중공형 통(1105)과 분리형 걸림턱(1120)이 중공형 통(1105)의 중심축 방향으로 오므라들면서 피결합재의 삽입공(미도시)에 원활하게 삽입되고, 이어서 중공형 통(1105) 부분이 피결합재의 삽입공(미도시)에 안정적으로 결합되는 순간 오므라진 중공형 통(1105)과 탄성유도홈(1130)이 다시 탄성적으로 복원되며, 마지막으로 중공형 통(1105)의 상기 일단부에 형성된 일체형 걸림턱(1110)이 피결합재의 삽입공(미도시)에 걸리면서 결국, 피결합재의 삽입공(미도시) 양단에 상기 분리형 걸림턱(1120)과 일체형 걸림턱(1110)이 걸리게 되어 소켓(1100)과 피결합재의 삽입공(미도시) 사이에 견고한 탄성 결합이 이루어진다.

따라서, 상기 소켓(1100)은 상기한 바와 같은 탄성 결합이 가능할 정도의 탄성을 가지는 재료로 구성되어야 하며, 상기 고정핀(1200)에 대해서 그와 같은 탄성의 제한은 없지만 제조 공정 등을 고려할 때 상기 소켓(1100)과 동일 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 탄성유도홈(1130)의 길이는 소켓(1100)의 전체 길이 및 재료의 탄성도를 고려하여 정해져야 할 것이다.

다음으로, 피결합재의 삽입공(미도시)과 소켓(1100)의 결합을 더욱 견고하게 형성하고 결합 형성 후의 비의도적인 분리를 방지하기 위해서, 소켓(1100)의 중공에 고정핀(1200)이 삽입된다.

고정핀(1200)과 소켓(1100)의 밀착결합을 위해 소켓(1100)의 분리형 걸림턱(1120)의 내측단부와 일체형 걸림턱(1110)의 내측단부는 경사면(1122, 1112)으로 형성되는 것이 바람직하며, 이때 상기 경사면(1122, 1112)은 상기 고정핀(1200)의 연결부(1220)와 개방단부(1230)의 경사면에 각각 대응되도록 형성된다.

또한, 중공형 통(1105)의 내측면에는 고정핀(1200)의 걸림홈(1202, 1204)과의 결합을 위한 적어도 하나의 걸림돌기(1102)가 형성된다.

또한, 고정핀(1200)의 헤드(1210)의 측면부(1215)와 소켓(1100)의 일체형 걸 림턱(1110)의 측면부(1115)는 함몰형 안착부를 구비한 피결합재의 삽입공의 형태(미도시) 및 손잡이로서의 기능 등을 고려하여 상호 대응하는 소정 각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 10a는 상기 실시예에 따른 제 2 형 체결 수단의 결합구성도이다.

제 2 형 체결 수단은 연장형 고정핀(1400)과 연장형 양방향 소켓(1300)으로 구성된다. 연장형 고정핀(1400)과 연장형 양방향 소켓(1300)은 적층된 2 이상의 피결합재를 동시에 결합하거나 피결합재의 삽입공(미도시)의 깊이가 깊을 때 이용할 수 있도록, 기본형 고정핀(1200) 및 기본형 소켓(1110)보다 축 방향의 길이가 더 긴 특징을 가진다. 연장형 고정핀(1400)과 연장형 양방향 소켓(1300)의 길이는 임의적으로 결정될 수 있으나, 규격화된 피결합재와의 결합을 고려하여, 예컨대 기본형 고정핀(1200)과 기본형 소켓(1110) 길이의 2배, 3배, 4배 등으로 규격화되는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 이용하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 원리는 상기 실시예에 기재된 범위에 의해 한정되지 않으며, 당업자는 특허청구범위에 의해 정해지는 기술적 범위 내에서 다양한 수정과 변형을 가할 수 있을 것이며 이러한 수정한 변형 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따라, 높은 자유도와 확장성과 호환성을 갖춘 로봇 솔루션을 제공함으로써 사용자 스스로 로봇을 변화시키고 업그레이드시켜 갈 수 있는 조립식 로봇, 작동식 블럭 완구 등에 이용될 수 있는 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 액추에이터 모듈과 연결부재에 규격화된 방식으로 삽입공을 형성하고, 상기 삽입공에 효과적으로 결합될 수 있는 탄성 체결 수단을 제공함으로써, 통상적인 볼트와 너트 결합수단을 이용하는 것이 비해 훨씬 효과적인 반복결합구조를 형성할 수 있는 만능결합구조를 가진 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 액추에이터 모듈 하우징의 각 부분에 새로운 디자인을 도입함으로써, 액추에이터 모듈과 연결부재의 조립과 결합을 용이하게 할 뿐 아니라, 구성요소들 간의 결합 시에 수반되는 배선처리 문제를 원만하게 해결할 수 있는, 만능결합구조를 가진 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 별도의 공구 없이도 간단하게 분해결합할 수 있으며, 견고하고 반복적인 분해결합이 가능하며, 반복결합시에도 결합체나 피결합재의 마모나 파손이 발생하지 않는 새로운 구조의 탄성 결합 수단을 이용하여 다수의 연결부재들과 결합되는 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피결합재의 삽입공에 중공형 소켓이 삽입된 후 소켓의 중공에 고정핀이 추가로 삽입됨으로써, 피결합재와 탄성 결합체 간의 비의도적인 분리가 방지되어 안정적인 로봇의 동작을 도모할 수 있는 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 매끄러운 외측면을 가진 소켓을 이용하여 피결합재의 견고한 결합과 회전기능을 동시에 제공하는 탄성 결합체를 이용하여 다수의 연결부재들과 결합되는 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 다중 결합이 가능한 탄성 결합체를 구비한 액추에이터 모듈이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 두께방향에 대칭적인 형상을 가지는 다수의 삽입공이 단위 격자형으로 규격화되어 형성된 프레임으로 구성되는 액추에이터 모듈 및 연결부재가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 특징들을 구비함으로써 특히, 조립식 로봇, 작동식 블럭 완구 등의 경우에 유용하게 사용될 수 있는 구조의 액추에이터 모듈 및 연결부재가 제공된다.

Claims

사각 기둥 형태의 하우징(100)을 포함하는 액추에이터 모듈에 있어서,

상기 하우징(100)은

탄성 체결 수단의 삽입을 위한 적어도 하나의 삽입공(152)을 구비한 제 1 측판(150);

상기 제 1 측판(150)에 대향하여 배치되며, 상기 삽입공(150)과 동일 형태의 적어도 하나의 삽입공(162)을 구비한 제 2 측판(160);

상기 제 1 측판(150) 및 상기 제 2 측판(160)의 양단부들 사이에 구비된 서로 대향하는 2개의 측면(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 측판(150)을 통해 상기 하우징(100) 내에 내장된 액추에이터의 구동축에 결합되며, 상기 삽입공(152,162)과 동일 형태의 적어도 하나의 삽입공(172)을 구비한 평판 형상의 제 1 연결부재(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 2 항에 있어서,

상기 탄성 체결 수단은 상기 삽입공(152,162,172)에 탄성적으로 삽입가능하며 적어도 일단부가 2 이상의 분기부로 구성되는 중공형 소켓(1100); 및

상기 중공형 소켓(1100)의 중공에 결합되는 고정핀(1200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 3 항에 있어서,

상기 중공형 소켓(1100)은,

상기 삽입공(152,162,172)의 깊이에 대응하는 소정의 길이를 가지는 중공형 통(1105); 및

각기 상기 중공형 통(1105)의 하나의 지점에서 상기 중공형 소켓(1100)의 일단부까지 형성된 둘 이상의 탄성유도홈(1130)을 포함하도록 구성되며,

상기 고정핀(1200)은,

헤드(1210); 및

상기 헤드(1210)의 중심축 방향으로 돌출된 돌출부(1205)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 4 항에 있어서,

상기 중공형 소켓(1100)은,

상기 탄성유도홈(1130)에 의해 분기된 상기 중공형 통(1105)의 상기 일단부에 형성된 분리형 걸림턱(1120); 및

상기 중공형 분리형 걸림턱(1120)과 이격되어 상기 중공형 통(1105)의 소정 지점에 형성되며, 상기 삽입공(152,162,172)에 소정 깊이로 함몰된 안착부(154,164,174) 상에 안착되는 걸림턱(1110)을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 5 항에 있어서,

상기 안착부(154,164,174)의 깊이는 상기 중공형 소켓(1100)의 상기 걸림턱(1110) 또는 상기 분리형 걸림턱(1120)의 폭에 대응되며, 상기 중공형 소켓(1100)과 상기 삽입공(152,162,172)의 결합시에 상기 중공형 소켓의 각 단부에 형성된 상기 걸림턱(1110) 또는 상기 분리형 걸림턱(1120)이 상기 삽입공(152,162,172)에 형성된 안착부(154,164,174)에 결합되어 상기 중공형 소켓(1100)의 걸림턱(1110) 또는 분리형 걸림턱(1120)이 상기 삽입공(152,162,172) 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 6 항에 있어서,

상기 안착부(154,164,174)의 깊이는 상기 고정핀(1200)의 헤드(1210)의 폭에 대응되며, 상기 삽입공(152,162,172)에 결합된 상기 중공형 소켓(1100)과 상기 고정핀(1200)의 결합시에 상기 고정핀(1200)의 헤드(1210)가 상기 삽입공(152,162,172) 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중공형 소켓(1100) 및 상기 고정핀(1200)은 탄성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 8 항에 있어서,

제 2 연결부재(200)를 더 포함하며,

상기 제 2 연결부재(200)는, 상기 삽입공(152,162,172)과 동일 형태인 적어도 하나의 삽입공(202)을 구비한 정사각형 베이스 프레임(205)과, 상기 베이스 프레임(205)의 각 단부에 수직 방향으로 돌출 형성되며 상기 베이스 프레임의 삽입공(202)과 동일 형태의 삽입공(212)이 구비되는 고정부(210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 8 항에 있어서,

제 3 연결부재(300)를 더 포함하며,

상기 제 3 연결부재(300)는, 상기 삽입공(152,162,172)과 동일 형태인 적어도 하나의 삽입공(302)을 구비한 직사각형 베이스 프레임(305)과, 상기 베이스 프레임(305)의 장축 방향의 일단부에 수직 방향으로 돌출 형성되며 상기 베이스 프레임의 삽입공(302)과 동일 형태의 삽입공(312)이 구비되는 고정부(310)와, 상기 베이스 프레임(305)의 상기 장축 방향의 타단부에 경사각으로 돌출 형성된 걸림돌기(320)를 포함하며,

상기 하우징(100)의 제 1 측판(150)과 제 2 측판(160)의 사이에 구비되는 서로 대향하는 2개의 측면(110) 중 적어도 일측면에는 상기 걸림돌기(320)에 결합가능한 걸림홈(115)과 걸림턱(117)이 형성된 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 8 항에 있어서,

제 4 연결부재(400)를 더 포함하며,

상기 제 4 연결부재(400)는, 상기 삽입공(152,162,172)과 동일 형태인 적어도 하나의 삽입공(402)을 구비한 직사각형의 일단부가 상기 직사각형의 단축 방향으로 연장되어 상기 직사각형과 삼각형의 결합 형태로 형성된 베이스 프레임(405)과, 상기 베이스 프레임(405)의 연장된 각 단부에 수직 방향으로 돌출 형성되며 상기 베이스 프레임의 삽입공(402)과 동일 형태의 삽입공(412)이 구비되는 고정부(410)와, 상기 베이스 프레임(405)의 상기 장축 방향의 타단부에 경사각으로 돌출 형성된 걸림돌기(420)를 포함하며,

상기 하우징(100)의 제 1 측판(150)과 제 2 측판(160)의 사이에 구비되는 서로 대향하는 2개의 측면(110) 중 적어도 일측면에는 상기 걸림돌기(420)에 결합가능한 걸림홈(115)과 걸림턱(117)이 형성된 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 8 항에 있어서,

제 5 연결부재(500)를 더 포함하며,

상기 제 5 연결부재(500)는, 상기 삽입공(152,162,172)과 동일 형태의 적어도 하나의 삽입공(502)을 구비한 직사각형 베이스 프레임(505)과, 상기 베이스 프레임(505)의 장축 방향의 각 단부에서 직각 방향으로 연장되어 상기 베이스 프레임에 수직 방향으로 돌출 형성되며 상기 삽입공(502)과 동일 형태의 적어도 하나의 삽입공(512)을 구비한 사이드 프레임(510)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.
제 8 항에 있어서,

상기 하우징(100)의 제 1 측판(150)과 제 2 측판(160)의 사이에 구비되는 서로 대향하는 2개의 측면(110) 중 적어도 하나에는 상기 하우징(100) 내에 내장된 액추에이터에 연결되는 배선의 출입을 위한 배선출입구(166) 및 상기 배선이 상기 하우징(100) 외측으로 돌출되지 않도록 상기 배선의 출입방향을 안내하기 위한 배선가이드홈(168)이 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 모듈.