KR100806126B1 - Emotion expressing human robot - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 사시도1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment according to the present invention
도 2는 도 1의 입술모듈 발췌 사시도Figure 2 is a perspective view of the lip module of Figure 1
도 3은 도 2의 일부 발췌 사시도3 is a perspective view of a part of Figure 2 excerpt
도 4는 도 2의 평면도4 is a plan view of FIG.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 6은 도 4의 B-B선 단면도6 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG.
도 7은 도 4의 C-C선 단면도 7 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG.
도 8 내지 도 10은 입술 가변 상태도8 to 10 is a lip variable state diagram
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1: 본 발명의 감정표현 휴먼 로봇1: Emotional expression human robot of the present invention
1A: 입술모듈 10A: 윗입술 10B: 아랫입술1A:
11: (입술)중심부 111: (입술)중심고정부 13: 입술꼬리11: (lip) center 111: (lip) center high government 13: lip tail
131: 꼬리고정돌조 21: 제1샤프트 22: 제2샤프트131: tail fixing stone 21: first shaft 22: second shaft
30A,30B: 링크장치 31: 제1핀 32: 제2핀30A, 30B: Link device 31: First pin 32: Second pin
35: 메인링크 351: 축지부 353: 중심기둥35: main link 351: shaft portion 353: central pillar
36: 중간링크 37: 베이스링크36: intermediate link 37: base link
40A,40B,40C,40D: 입술꼬리 지지대 41: 기둥40A, 40B, 40C, 40D: Lip Tail Support 41: Column
43: 하방 431: 스토퍼돌조 45: 고정부43: downward 431: stopper protrusion 45: fixed part
50A,50B: 구동제어수단 51: 모터 55: 엔코더50A, 50B: drive control means 51: motor 55: encoder
551: 원동기어 553: 피동기어 555: 광센서551: prime mover 553: driven gear 555: optical sensor
557: 차광편 60A,60B: 프레임 61: 제1샤프트 지지부557:
62: 내부공간 65: 탄성부재 설치부 67: 제2샤프트 설치부62: internal space 65: elastic member mounting portion 67: second shaft mounting portion
69: 커버 71: 베이스 81: 탄성부재69: cover 71: base 81: elastic member
49,B:베어링 49, B: Bearing
본 발명은 휴먼 로봇에 관한 것으로서, 특히 입술이 일(一)자로 닫힌 상태에서 윗입술과 아랫입술을 감정 상황에 맞추어 입력된 제어부 신호에 따라 둥글게 벌리기 또는 위ㆍ아랫입술 중심부를 동시에 상하방향으로 가변 이동시켜 상대적으로 입술꼬리를 치켜올리거나 쳐지게 하여 다양한 감정을 표현하고 이때 입술의 중심부 움직임에 따라 입술꼬리가 연동되어 전체 입술놀림이 유연하고 조화롭게 이루어지므로 품질특성을 현저히 향상시키도록 하는 감정표현 휴먼 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a human robot, in particular, in a state in which the lips are closed with a single one, the upper lip and the lower lip are opened in accordance with a control signal input in response to an emotional situation, or the center of the upper and lower lips is simultaneously variably moved up and down. It expresses various emotions by raising or squeezing the lip tail relatively, and the lip tail is linked according to the movement of the center of the lips so that the entire lip movement is made flexible and harmonious. It is about.
기술의 발전에 따라 휴먼 로봇은 감정표현에 있어서도 사람과 최대한 근접하 도록 연구 개발되고 있는 추세이며 앞으로도 더욱 발전할 것이다.With the development of technology, human robots are being researched and developed to be as close as possible to humans in expressing emotions, and will be further developed in the future.
이러한 로봇의 감정표현을 최대한 자연스럽도록 하는 기술 중에 예컨대 얼굴의 근육을 묘사한 미국 MIT의 kissme와 같은 기술이 개시되어 있으나 가격이 고가로 되어 실용화에는 이르지 못하고 있다.Among the technologies that make the emotion expression of the robot as natural as possible, for example, a technology such as kissme of MIT, which depicts the muscles of the face, has been disclosed, but the price is so high that it has not been put to practical use.
따라서, 현재 실용화되고 있는 로봇의 감정표현은 주로 눈꺼풀, 눈썹 및 입술의 움직임을 기계적 장치를 통하여 나타내는 각 모듈의 조합으로 구성되어 있다.Therefore, the emotion expression of the robot which is currently put to practical use mainly consists of the combination of each module which shows the movement of eyelid, eyebrow, and lips through a mechanical apparatus.
눈의 움직임을 나타내는 눈꺼풀 모듈은 눈꺼풀이 개폐 제어되도록 구성되고, 눈썹 모듈은 눈썹꼬리가 치켜올라가거나 처지도록 미간쪽을 기준으로 회전 제어된다.The eyelid module indicating the movement of the eye is configured to control the opening and closing of the eyelid, the eyebrow module is rotationally controlled relative to the side of the brow so that the eyebrow tail is raised or sag.
그리고, 입을 벌리거나 닫는 표현을 위한 입술 모듈은 턱이 상하방향으로 동작되도록 하고 턱의 상부에 일체로 형성된 아랫입술이 턱과 함께 움직이는 것으로 표현된다.In addition, the lip module for opening or closing the mouth is represented by the lower lip to move in conjunction with the jaw and the lower lip integrally formed on the upper part of the jaw.
이와 같은 종래 기술에서 특히 상기 입 모듈은 입술의 움직임이 턱과 함께 움직이는 아랫입술의 상하 가변동작에만 의존하고 있어 입술모양이 전체적으로 대단히 경직되고 부조화, 부자연스러워 거부감을 주는 문제점이 있었다.In the prior art, in particular, the mouth module has a problem in that the movement of the lips depends only on the vertical movement of the lower lip moving together with the jaw, and thus the lips shape is very rigid and incongruous and unnatural.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,The present invention has been made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 입술이 일(一)자로 닫힌 상태에서 윗입술과 아랫입술을 감정 상황에 맞추어 입력된 제어부 신호에 따라 둥글게 벌리기 또는 위ㆍ아랫입술 중 심부를 동시에 상하방향으로 가변 이동시켜 상대적으로 입술꼬리를 치켜올리거나 쳐지게 하여 다양한 감정을 표현하고 이때 입술의 중심부 움직임에 따라 입술꼬리가 연동되어 전체 입술놀림이 유연하고 조화롭게 이루어지므로 품질특성을 현저히 향상시키도록 하는 감정표현 휴먼 로봇을 제공함에 있다. The purpose of the present invention is to open the upper and lower lip in a state where the lips are closed in one letter, and according to the control signal input according to the emotional situation, rounding or variablely moving the core in the up and down directions at the same time in the upper and lower lip to relatively lip It expresses various emotions by raising or striking the tail and at this time, the lip tail is interlocked according to the movement of the center of the lips so that the entire lip movement is flexible and harmonious. .
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 감정표현 휴먼 로봇은,Emotional expression human robot according to the present invention for achieving the above object,
기계적 장치로 가변동작되는 입술모듈, 눈꺼풀모듈, 눈썹모듈을 포함하여 구성되는 감정표현 휴먼 로봇에 있어서,In the emotion-expressing human robot including a lip module, an eyelid module, and an eyebrow module that are variably operated by a mechanical device,
상기 입술모듈은The lip module is
중심부는 링크장치, 좌우 꼬리는 입술꼬리 지지대에 지지되며 유연재로 이루어지는 윗입술 및 아랫입술;The center is a linkage device, the left and right tails are supported by the lip tail support, and the upper and lower lips are made of a flexible material;
제1샤프트에 축지부가 상호 X자형으로 결합되며 상부에 상기 입술의 중심부를 지지하는 중심기둥이 형성되는 메인링크를 포함하여 구성되고 모터 회전에 의하여 크랭크 운동하는 한 쌍의 링크장치;A pair of linkage devices configured to include a main link formed on the first shaft and having a center pillar supporting a central portion of the lip on the upper portion of the axial portion, and cranked by a motor rotation;
상기 중심기둥 양측으로 상호 대향하여 윗입술 좌우꼬리, 아랫입술 좌우꼬리를 지지하도록 배치되는 4개 기둥으로 하방은 회전이 자유롭도록 제2샤프트에 축지되며 상부에 입술꼬리 고정부가 구비되는 입술꼬리 지지대;A lip tail support provided with four pillars arranged to support the upper lip left and right tails and the lower lip left and right tails opposite to the center pillar, the lower lip being axially rotatable on a second shaft to be freely rotated;
상기 링크장치 구동을 위한 각각의 모터, 상기 모터의 구동 제어를 위한 제어부, 상기 모터의 회전을 감지하여 제어부로 신호하는 엔코더로 이루어지는 한 쌍 의 구동제어수단: 및A pair of drive control means comprising each motor for driving the link device, a control unit for driving control of the motor, and an encoder for detecting a rotation of the motor and signaling the control unit to:
상기 제1샤프트 양측에서 제1샤프트 및 제2샤프트를 지지하기 위해 베이스 상에 설치되고 상기 구동제어수단을 수용 지지하는 프레임;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.And a frame installed on the base to support the first shaft and the second shaft on both sides of the first shaft, and receiving and supporting the driving control means.
이하, 본 발명의 감정표현 휴먼 로봇에 대한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the emotion-expressing human robot of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 사시도, 도 2는 도 1의 입술모듈 발췌 사시도, 도 3은 도 2의 일부 발췌 사시도, 도 4는 도 2의 평면도, 도 5는 도 4의 A-A선 단면도, 도 6은 도 4의 B-B선 단면도, 도 7은 도 4의 C-C선 단면도이다.1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment according to the invention, Figure 2 is a perspective view of the lip module of Figure 1, Figure 3 is a partial perspective view of Figure 2, Figure 4 is a plan view of Figure 2, Figure 5 of Figure 4 AA line sectional drawing, FIG. 6 is BB line sectional drawing of FIG. 4, FIG. 7 is CC sectional drawing of FIG.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 감정표현 휴먼 로봇(1)은 기계적 장치로 가변동작되는 입술모듈(1A), 눈꺼풀모듈(1B), 눈썹모듈(1C)을 포함하여 구성되는 감정표현 휴먼 로봇에 있어서,As shown in Figures 1 to 7, the emotion expression
상기 입술모듈(1A)은 중심부(11)는 링크장치(30A)(30B), 좌우 입술꼬리(13)는 입술꼬리 지지대(40)에 지지되며 유연재로 이루어지는 윗입술(10A) 및 아랫입술(10B), The lip module (1A) is the
제1샤프트(21)에 축지부(351)가 상호 X자형으로 결합되며 상부에 상기 입술(10A)(10B)의 중심부를 지지하는 중심기둥(353)이 형성되는 메인링크(35)를 포함하여 구성되고 모터(51) 회전에 의하여 크랭크 운동하는 한 쌍의 링크장 치(30A)(30B),Including a
상기 중심기둥(353) 양측으로 상호 대향하여 윗입술(10A) 좌우꼬리, 아랫입술(10B) 좌우꼬리를 지지하도록 배치되는 4개 기둥(41)으로 하방(43)은 회전이 자유롭도록 제2샤프트(22A)(22B)에 축지되며 상부에 입술꼬리 고정부(45)가 구비되는 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D),The
상기 링크장치(30A)(30B) 구동을 위한 각각의 모터(51), 상기 모터(51)의 구동 제어를 위한 제어부(미도시), 상기 모터(51)의 회전을 감지하여 제어부로 신호하는 엔코더(55)로 이루어지는 한 쌍의 구동제어수단(50A)(50B) 및Each
상기 제1샤프트(21) 양측에서 제1샤프트(21) 및 제2샤프트(22)를 지지하기 위해 베이스(71) 상에 설치되고 상기 구동제어수단(50A)(50B)을 수용 지지하는 프레임(60A)(60B)을 포함하여 구성되는 것이다.Frames installed on the
여기서 상기 입술(10A)(10B)을 형성하는 연질재는 실리콘으로 형성됨이 바람직하다.Herein, the soft material forming the
상기 입술(10A)(10B)에는 중심부 하방으로 메인링크 중심기둥(353)에 끼워지는 중심고정부(111)와 좌우 입술꼬리 하방으로 꼬리고정돌조(131)가 형성되며, 상기 입술꼬리 지지대(40A)(40B)의 고정부(45)에는 상기 꼬리고정돌조(131)에 대응하는 요홈(451)이 형성되고, 상기 요홈(451) 일측으로 꼬리고정돌조(131)의 이탈방지 및 미끄럼회전을 위한 베어링(49)이 부여될 수도 있다.The
상기 꼬리고정돌조(131)는 중간에 베어링결합부(133)가 요입형성된다.The
즉, 상기 입술은 중심부(11)와 입술꼬리(13)가 각각 동작이 별도로 이루어지 는 링크장치(30) 및 입술꼬리 지지대에 걸쳐 지지된다.That is, the lip is supported over the linkage device 30 and the lip tail support in which the
상기 링크장치(30A)(30B)는 상기 메인링크(35)의 축지부(351) 상부가 수직으로 절곡 연장되어 중심기둥(353)이 형성되며 축지부(351) 하방으로 연장형성되는 기단부(355)가 제1핀(31)에 회전이 자유롭도록 삽지되고, 상기 메인링크의 기단부(355)에 상기 제1핀(31)에 일단이 회전이 자유롭게 결합되는 중간링크(36)와 상기 중간링크(36)의 타단에 제2핀(32)에 의하여 일단이 회전이 자유롭게 결합되며 타단이 모터(51)의 축에 일체로 결합되는 베이스링크(37)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.The
상기 제2핀(32)은 베이스링크(37)에 일체로 형성되어도 무방하다.The
또한, 상기 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)는 기둥(41)이 탄성부재(81)에 의하여 복귀방향인 중심기둥(353)으로부터 멀어지는 외측으로 가압 지지됨이 바람직하다.In addition, the
상기 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)는 제2샤프트(22A)(22B)에 결합되는 하방(43) 일측에 스토퍼돌조(431)가 형성되고, 상기 입술꼬리 지지대의 하방(43)이 수용되는 프레임의 내부 공간(62)은 상기 스토퍼돌조(431)에 의하여 입술꼬리 지지대의 회전범위를 제한하도록 대응 형성됨이 바람직하다.The
상기 입술꼬리 지지대의 스토퍼돌조(431)는 원형 하방(43)에서 일측으로 모가 난 형상으로 되고, 상기 스토퍼돌조를 포함하는 하방(43)이 수용되는 상기 프레임의 내부공간(62)은 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)가 중심쪽으로 오무려지는 회전 방향 및 외측으로 뻗히는 방향으로의 회전을 소정 각도 이내로 제한하도록 형성된다.The
또한, 상기 프레임(60A)(60B)은 상기 제1샤프트(21) 지지를 위해 요입 형성되는 제1샤프트 지지부(61)와 상기 제1샤프트 지지부(61) 외측으로 상기 탄성부재(81)로서 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)를 복귀방향으로 가압하는 토션스프링이 설치되는 탄성부재 설치부(65)가 구비되고, 상기 제1샤프트(21) 지지부 하방 직교방향으로 제2샤프트 설치부(67)가 형성됨이 바람직하다.In addition, the
즉, 상기 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)의 기울기는 하방의 스토퍼돌조(431) 및 프레임의 내부공간(62) 구조 및 탄성부재(81)인 토션스프링에 의하여 제어된다.That is, the inclination of the
또한, 상기 프레임(60A)(60B)은 탄성부재 설치부(65) 상부에 제1샤프트(21) 및 탄성부재(81) 고정을 위한 커버(69)가 체결 고정되어도 무방하다.In addition, the
한편, 상기 구동제어수단(50A)(50B)에서 상기 엔코더(55)는 모터(51) 축에 설치되는 원동기어(551), 상기 원동기어(551)에 치합되는 피동기어(553), 상기 피동기어의 축(554)에 고정되며 광센서(555)를 감응시키는 차광편(557)을 포함하여 구성됨이 바람직하다.On the other hand, in the drive control means (50A) (50B), the
상기 차광편(557)은 모터의 정역 회전범위를 설정하며 180도 부채꼴 형태로 형성되어도 무방하다.The
또한, 회전이 자유롭도록 결합되는 상기 제1샤프트(21)와 메인링크 축지부(351) 사이, 제2샤프트(22)와 입술꼬리 지지대의 하방(43) 사이, 핀(31)(32) 결합부에는 베어링(B)이 부여됨이 바람직하다.In addition, between the
이와 같은 구성을 지닌 본 발명에 따른 감정표현 휴먼 로봇(1)의 작용상태를 살펴본다.It looks at the action state of the emotion-expressing
윗입술(10A) 및 아랫입술(10B)을 다양하게 동작시켜 감정을 표현하도록 하는 본 발명의 입술모듈(1A)은 입술의 중심부(11)가 상기 링크장치(30)에 의하여 상하방향으로 움직이면서 평상시(도 4 참조), 웃거나 말하기(도 8 참조), 유쾌 또는 기쁨(도 9 참조), 불쾌 또는 슬픔(도 10 참조) 등의 감정을 자유롭게 표현하게 된다.Lip module (1A) of the present invention to express the emotion by operating the upper lip (10A) and lower lip (10B) in a variety of ways, while the central portion (11) of the lips moves in the vertical direction by the link device (30) 4) freely expressing emotions such as laughing or speaking (see FIG. 8), pleasure or joy (see FIG. 9), displeasure or sadness (see FIG. 10).
상기 윗입술(10A) 및 아랫입술(10B)은 각기 중심부(11)와 입술꼬리(13)가 동작이 별도로 이루어지는 링크장치(30) 및 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)에 걸쳐 지지됨에 따라, 입술(10A)(10B)의 중심부 동작은 모터(51) 구동에 의하여 상기 베이스링크(37)가 회전되고 상기 베이스링크(37)와 재2핀(32)으로 결합으로 연결되는 중간링크(36) 및 중간링크(36)와 제1핀(31)으로 결합된 메인링크(35)가 크랭크회전운동하면서 메인링크(35)의 축지부(351) 및 중심기둥(353)이 제1샤프트(21)를 중심으로 마치 가위 동작처럼 각운동하여 입술의 중심을 상하방향으로 가변 이동시킨다.The
또한, 입술(10A)(10B)이 연질재로 이루어짐으로써 입술꼬리(13)의 동작은 중심부(11)의 동작에 따라 연동된다.In addition, since the
즉, 입술이 평상시 일(一)자로 닫힌 상태에서 중심부(11)가 링크장치(30A)(30B)에 의하여 상향 또는 하향 가변되면 한 몸체로 이루어진 양측단의 입술꼬리(13)가 중심부(11) 쪽으로 당겨지게 된다. 이때 입술꼬리(13)의 당김은 상기 입술꼬리 지지대 하방(43)의 스토퍼돌조(431) 및 프레임의 내부공간(62) 구성에 의하여 소정 각도 이내로 제한되어 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)가 쓰러짐이 방지된다.That is, when the
한편, 입술꼬리(13)는 입술이 상하로 움직일 때 당겨지는 동시에 얼마간의 각운동이 일어나는데 상기 베어링(49)은 이때를 위한 것이다.On the other hand, the
또한, 입술이 다시 일(一)자로 닫히게 되면 상기 탄성부재(81)인 토션스프링이 입술꼬리 지지대(40A)(40B)(40C)(40D)를 외측으로 밀어 복귀시키고 소정 위치로 복귀되면 상기 스토퍼돌조(431) 및 프레임의 내부공간(62) 구조에 의하여 회전이 저지 고정된다.In addition, when the lips are closed once again, the torsion spring, which is the
한편, 상기 구동제어수단(50A)(50B)은 상기 엔코더(55)에 의하여 시동시 모터의 현재회전각도 및 이에 따른 입술(10A)(10B)의 위치를 확인하여 제어부에 신호하고 제어부에 의하여 모터의 회전이 제어된다.On the other hand, the drive control means (50A) (50B) checks the current rotation angle of the motor and the position of the lips (10A) (10B) according to the start-up by the
즉, 차광편(555)이 예컨대 180도 부채꼴 형태로 형성될 경우, 모터는 차광이 일어나는 영역인 180도 구간에서 정역회전되고 입술이 이에 연동되는 운동패턴을 지니게 되는데 차광편(557)이 광센서 범위를 벗어날 경우 모터의 회전을 정지시켜 모터 및 링크장치에 걸리는 부하를 차단하여 안전성을 확보한다.That is, when the
또한, 초기 조립시에는 차광편(557)의 일측 선단의 라인이 광센서의의 검출부를 벗어나기 직전 상태로 세팅되며 이 범위를 벗어날 경우 제어부에 의해 상기 초기위치를 찾는 조정 이후 동작이 진행된다.In addition, at the time of initial assembly, the line at one end of the
이와 같은 본 발명은 입술이 일(一)자로 닫힌 상태에서 윗입술(10A)과 아랫 입술(10B)을 감정 상황에 맞추어 입력된 제어부 신호에 따라 둥글게 벌리거나 위ㆍ아랫입술 중심부(11)를 동시에 상하방향으로 움직여 상대적으로 입술꼬리(13)를 치켜올리거나 또는 쳐지게 하여 다양한 감정을 표현하고 이때 입술의 중심부(11) 움직임에 따라 입술꼬리(13)가 연동되어 입술놀림이 유연하고 조화롭게 이루어지므로 입술동작을 아래턱의 상하동작에만 의존하던 종래 기술에 비하여 품질특성을 현저히 향상시켜 준다. In the present invention as described above, the
상기 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.The present invention can be variously substituted, modified and changed within the scope without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains is limited to the embodiments and drawings described above no.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 감정표현 휴먼 로봇은 As described above in detail, the emotion-expressing human robot according to the present invention
입술이 일(一)자로 닫힌 상태에서 윗입술과 아랫입술을 감정 상황에 맞추어 입력된 제어부 신호에 따라 둥글게 벌리기 또는 위ㆍ아랫입술 중심부를 동시에 상하방향으로 가변 이동시켜 상대적으로 입술꼬리를 치켜올리거나 쳐지게 하여 다양한 감정을 표현하고 이때 입술의 중심부 움직임에 따라 입술꼬리가 연동되어 전체 입술놀림이 유연하고 조화롭게 이루어지므로 품질특성을 현저히 향상시켜 주는 뛰어난 효과가 있다. With the lips closed in a single shape, open the upper and lower lip according to the control signal input according to the emotional situation, or move the center of the upper and lower lip up and down simultaneously to raise or lower the tail of the lips. It expresses a variety of emotions, and at this time, the lip tail is interlocked according to the movement of the center of the lips so that the entire lip movement is made flexible and harmonious.
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