KR100881287B1

KR100881287B1 - 4족 보행기구

Info

Publication number: KR100881287B1
Application number: KR1020070088588A
Authority: KR
Inventors: 박종훈; 강태훈; 염영일
Original assignee: 재단법인 포항지능로봇연구소
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-02-03

Abstract

본 발명은 4족 보행기구에 관한 것으로, 지면을 지지하는 한쌍의 전방다리부와, 상기 한쌍의 전방다리부의 사이에 각각 마련되어 상기 각 전방다리부가 결합됨과 동시에 상기 각 전방다리부에서 발생되는 진동 및 충격하중을 완충하는 한쌍의 완충링크부가 마련되는 견골부와, 상기 견골부와 소정거리 이격되어 결합되는 골반부와, 상기 골반부에 결합되어 지면을 지지하는 한쌍의 후방다리부를 구비하며, 이에 따라 보행기구의 보행동작에 따라 발생되는 좌우 진동을 완충하는 구조를 마련함으로써 보행기구의 무게중심의 이동을 최소화 하여 보행동작의 제어를 쉽게 하고, 보행효율을 향상시킬 수 있으며, 보행기구의 보행동작에 따라 다리의 구동에 따라 전달되는 충격하중을 완충하는 구조를 마련함으로써 충격하중이 다리 이외의 다른 부분으로 전달되는 방지함으로써 4족 보행기구의 동력구조 및 골격구조의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

4족 보행기구{walking apparatus having multlple legs}

본 발명은 다족 보행기구에 관한 것으로 보다 상세하게는 보행기구의 관절구조를 개선하여 기구의 작동시 발생하는 진동 및 충격하중을 완충시킬 수 있도록 한 4족 보행기구에 관한 것이다.

최근의 로봇에 대한 연구는 2개의 다리를 갖는 인간의 형상으로 만들어지거나, 또는 4개의 다리를 갖는 동물의 형상으로 만들어진 다리식 다족 보행로봇의 개발이 진행되고 있다.

여기서, 4개의 다리를 갖는 동물의 형상으로 만들어진 4족 보행 로봇은 뛰어난 기동성과 우수한 환경적응능력을 가지고 있기 때문에 다양한 용도에 사용될 수 있다.

그리고 이러한 기동성과 환경적응능력과 효율성을 결정하는 가장 중요한 요소는 바로 로봇의 골격구조라 할 수 있다.

특히, 살아있는 생명체를 모방하는 생체모방학을 로봇의 기구학적 설계에 응용하여 이동능력과 기동능력을 향상시키는 예가 근래 들어 로봇연구자들에게 각광 을 받고 있다.

또한, 최근까지 몇몇 연구자들에 의해, 생체모방학에 근거하여 사족보행 로봇의 다리구조와 보행자세 결정에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그들이 연구한 보행동물의 기구학적 구조와 보행 자세를 로봇에 적용하려는 시도가 있어 왔다.

그 하나의 예가 한국특허공개공보 제2003-0029554호에 다리식 보행로봇의 구조가 개시되어 있다. 여기에는, 곤충의 보행동작을 모방하여 관절과 다리 등을 구성하고 위치제어와 속도제어를 수행하는 내용이 포함되어 있다.

그러나 이러한 종래의 다족 보행로봇은 각종 모터와 기어 및 연결부재를 이용하여 다리의 거동을 제어하게 되어 있지만, 다리의 생채모방학에 근거한 관절구조에 대한 고려가 전혀 없었으므로 변위와 각도에 대한 현실성이 부족하다는 단점이 있었다.

또한, 종래 기술에 따른 다족 보행로봇의 경우 보행시 좌우 다리의 보행동작에 따라 다족 보행로봇의 몸체가 좌우로 진동하는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 보행동작에 따라 다족 보행로봇의 무게중심을 진행방향의 좌우로 이동시키는 것으로 보행동작의 제어를 어렵게 하고, 보행효율을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 다족 보행로봇의 경우는 로봇의 보행시 보행에 따른 충격이 로봇의 다리 및 다리가 연결되는 골격구조에 직/간접적으로 전달되면서 로 봇의 구동을 담당하는 동력구조 및 로봇의 지지구조를 형성하는 골격구조에 충격이 누적되는 현상이 발생되며, 충격이 누적됨에 따라 로봇의 동력구조와 골격구조가 파손되는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 4족 보행로봇의 보행동작을 수행함에 따라 발생되는 4족 보행로봇 자체의 진동을 완화하여 보행시 보행효율을 향상시킬 수 있도록 한 4족 보행기구를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 로봇의 보행시 발생되는 축격하중을 완충하여 지면과의 접촉에 따른 충격하중에 의해 로봇의 동력구조 및 골격구조가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 4족 보행기구를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 4족 보행기구는, 지면을 지지하는 한쌍의 전방다리부와, 상기 한쌍의 전방다리부의 사이에 각각 마련되어 상기 각 전방다리부가 결합됨과 동시에 상기 각 전방다리부에서 발생되는 충격하중을 완충함과 동시에 상기 전방다리부의 보행동작시 좌우진동을 완화하는 한쌍의 완충링크부가 마련되는 견골부와, 상기 견골부와 소정거리 이격되어 결합되는 골반부와, 상기 골반부에 결합되어 지면을 지지하는 한쌍의 후방다리부를 구비한다.

상기 견골부의 선단부에 화상인식을 위한 CCD 카메라 및 감지센서가 장착되는 두부가 더 마련된다.

상기 견골부는 견골부몸체와, 상기 견골부몸체의 후방측으로 연장되는 척추단과, 상기 견골부몸체의 양측에 마련되며, 상기 각 전방다리부에서 전달되는 진동 및 충격을 완충하는 한쌍의 완충링크부를 구비한다.

상기 완충링크부와 상기 전방다리부 사이에는 상기 전방다리부가 보행동작을 수행하도록 상기 전방다리부를 회동시키는 전방다리장착부를 구비한다.

상기 완충링크부는 상기 전방다리장착부가 결합되는 회동단과, 일측이 상기 견골부몸체에 회동가능하게 결합되고 타측이 상기 회동단에 결합되어 상기 회동단을 수직방향으로 이동시키는 수직회동부와, 상기 수직회동부와 상기 견골부몸체 사이에 마련되어 상기 수직회동부의 이동에 따른 변위량을 완충하는 회동완충부를 구비한다.

상기 회동완충부는, 상기 수직회동부의 회동에 연동되는 연동링크와, 3개의 지지축이 마련되어 하나의 축은 상기 연동링크에 연결되고, 다른 하나의 축은 상기 견골몸체부에 회동가능하게 결합되는 3점지지링크와, 상기 3점지지링크의 나머지 하나의 축에 연결되어 축방향의 이동을 완충하는 완충부재를 구비한다.

상기 전방다리장착부는 상기 회동부에 결합되는 전방감속기와, 상기 전방감속기의 외측에 마련되어 상기 전방감속기로 동력을 전달하는 전방구동모터와, 상기 전방구동보터의 동력을 상기 전방감소기로 전달하는 동력전달부재를 구비한다.

상기 전방다리부는 상기 견골부에 장착되기 위한 장착부와, 상기 장착부에서 연장되는 퇴절부와, 상기 퇴절부의 단부에 마련되는 무릎관절부와, 상기 무릎관절부에서 연장되는 경골부와, 상기 경골부의 단부에 마련되는 발목관절부와, 상기 발목관절부에서 연장되는 발목부와, 상기 발목부의 단부에 마련되는 발가락관절부와, 상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되고, 상기 전방다리부의 보행동작시 발생하는 충격을 완충하기 위한 발가락완충부재가 마련된다.

상기 퇴절부의 내측에 상기 무릎관절부를 가동시키기 위한 무릎구동모터와, 상기 무릎구동모터에서 발생되는 동력을 상기 무릎관절부에 연결된 상기 경골부에 전달하는 무릎관절감속기를 구비한다.

상기 경골부의 내측에 상기 발목관절부를 가동시키기 위한 발목관절구동모터와, 상기 발목관절구동모터에서 발생되는 동력을 상기 발목관절부에 연결된 상기 발목부에 전달하는 발목관절감속기를 구비한다.

상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되는 발가락부와, 일측이 상기 발가락관절부에 회동가능하게 연결되고, 타측이 상기 발가락부에 회동가능하게 마련되어, 상기 발가락부의 회동시 발생하는 충격을 완충하는 발가락완충부재를 구비한다.

상기 골반부는 상기 척추단의 후단에 결합되는 "T"자 형태의 골반부몸체와, 상기 골반부몸체의 양측에 마련되고, 상기 후방다리부가 보행동작을 수행하도록 상기 후방다리부를 회동시키는 후방다리장착부를 구비한다.

상기 후방다리장착부는 상기 골반부몸체에 결합되는 후방감속기와, 상기 후방감속기의 외측에 마련되어 상기 후방감속기로 동력을 전달하는 후방구동모터와, 상기 후방구동보터의 동력을 상기 후방감소기로 전달하는 동력전달부재를 구비한다.

상기 후방다리부는 상기 골반부에 장착되기 위한 장착부와, 상기 장착부에서 연장되는 퇴절부와, 상기 퇴절부의 단부에 마련되는 무릎관절부와, 상기 무릎관절부에서 연장되는 경골부와, 상기 경골부의 단부에 마련되는 발목관절부와, 상기 발목관절부에서 연장되는 발목부와, 상기 발목부의 단부에 마련되는 발가락관절부와, 상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되고, 상기 전방다리부의 보행동작시 발생하는 충격을 완충하기 위한 발가락완충부재가 마련된다.

본 발명에 따른 4족 보행기구에 따르면 보행기구의 보행동작에 따라 발생되는 좌우 진동을 완충하는 구조를 마련함으로써 보행기구의 무게중심의 이동을 최소화 하여 보행동작의 제어를 쉽게 하고, 보행효율을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 4족 보행기구에 따르면 보행기구의 보행동작에 따라 다리의 구동에 따라 전달되는 충격하중을 완충하는 구조를 마련함으로써 충격하중이 다리 이외의 다른 부분으로 전달되는 방지함으로써 4족 보행기구의 동력구조 및 골격구조의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 4족 보행기구를 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 각 구성요소들의 명칭은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이며, 정의된 각각의 명칭들은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭 될 수 있다. 그리고 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된 것으로, 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지는 않는다. 또한, 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있으며, 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다.

먼저 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 4족 보행기구를 간략히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 4족 보행기구를 나타낸 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 4족 보행기구(10)는 4족 보행 동물의 외형 및 골격 구조를 모방한 것으로, 지면을 지지하는 한쌍의 전방다리부(400R, 400L)와, 각 전방다리부(400R, 400L)의 사이에 마련되어 각 전방다리부(400R, 400L)가 결합됨과 동시에 각 전방다리부(400R, 400L)에서 발생되는 충격하중과 각 전방다리부(400R, 400L)에 의해 발생되는 진동을 완충하는 견골부(200)와, 상기 견골부(200)와 소정거리 이격되어 결합되는 골반부(300)와, 골반부(300)에 결합되어 지면을 지지하는 한쌍의 후방다리부(500R, 500L)를 구비한다.

또한, 견골부(200)에는 4족 보행동물의 외형을 모방하였을 경우 머리에 해당하는 두부(100)가 결합되어 마련될 수 있으며, 두부(100)에는 화상인식을 위한 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(120)와 별도의 조명수단 및 각종 감지센서(예를 들어 거리감지센서 등)(110)가 장착될 수 있다(도 2참조).

상기 견골부(200)는 4족 보행동물의 어깨부분에 해당하는 것으로, 도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이 전방측으로 두부(100)가 결합되는 는 견골부몸체(210)와, 후방측으로 연장되어 골반부(300)와 연결되기 위한 척추단(213)과, 견골부몸체(210)의 양측에 마련되어 각 전방다리부(400R, 400L)에서 전달되는 진동 및 충격을 완충하는 한쌍의 완충링크부(220R, 220L)와, 각 완충링크부(220R, 220L)에 마련되며 한쌍의 전방다리부(400R, 400L)가 각각 회동되도록 동력을 발생시키는 한쌍의 전방다리장착부(230R, 230L)를 구비한다.

여기서, 견골부몸체(210)의 선단측에는 상술한 두부(100)가 결합되는 두부안착부(211)가 형성되고, 견골부몸체(210)의 후단측에는 상술한 골반부(300)가 결합되기 위한 척추단(213)이 형성되며, 견골부몸체(210)의 상부측에는 후술할 완충링크부(220R, 220L)의 완충부재(229)가 결합되는 완충부재고정단(212)이 마련된다.

한편, 척추단(213)은 소정 길이의 바 형태로 그 후단부에는 골반부(300)가 결합되도록 마련된다. 또한, 척추단(213)에는 견골부(200)와 골반부(300)의 결합시 결합강도를 보강하기 위한 별도의 보강부재(214)가 더 마련될 수 있다.(도 1 참조)

한쌍의 완충링크부(220R, 220L)는 각 전방다리부(400R, 400L)의 보행동작에 따른 진동과, 각 전방다리부(400R, 400L)에서 전달되는 충격을 완충하기 위한 것으로 각 전방다리부(400R, 400L)가 결합되는 각 전방다리장착부(230R, 230L)와 견골부몸체(210) 사이에 각각 대칭되는 형태로 마련되다.

이에 각 완충링크부(220R, 220L)와, 각 완충링크부(220R, 220L)에 각각 장착되는 한쌍의 전방다리장착부(230R, 230L)를 따로 설명하지 않으며 일측의 완충링크부(220R)와, 일측 완충링크부(220R)에 결합되는 일측 전방다리장착부(230R)에 대해서만 설명하고, 타측의 완충링크부(220L)와 타측에 결합되는 타측 전방다리장착부(230L)에 대한 설명은 생략하도록 한다.

이러한 완충링크부(220R)는 일측이 견골부몸체(210)에 회동가능하게 결합되고 타측에는 전방다리장착부(230R)가 결합되는 회동단(224)이 마련되며, 견골부몸체(210)와 회동단(224) 사이에는 회동단(224)을 수직방향으로 이동되도록 안 내하는 수직회동부(221)가 마련되고, 수직회동부(221)와 견골부몸체(210) 사이에는 수직회동부(221)의 이동에 따른 변위량을 완충하는 회동완충부(225)가 마련된다.

여기서, 수직회동부(221)는 견골부몸체(210)와 회동단(224) 사이에 각각 회동가능하게 마련되는 한쌍의 제 1링크(222)와, 제 1링크(222)에 대하여 소정거리 이격되며 제 1링크(222)보다 다소 짧은 길이로 제 2링크(223)가 마련된다. 이러한 제 1, 2링크(222, 223)에 의해 회동단(224)의 이동이 수직방향으로 제한되며, 제 1링크(222)에 대하여 다소 짧은 길이의 제 2링크(223)에 의해 회동단(224)에 결합되는 전방다리부(400R)의 회동방향이 안내된다.

그리고 회동완충부(225)는 수직회동부의 제 1링크(222)에 회동가능하게 결합되어 제 1링크(222)의 회동에 따라 연동되는 연동링크(226)와, 3개의 지지축이 마련되어 하나의 축은 연동링크(226)와 연결되고, 다른 하나의 축은 견골부몸체(201)의 소정부에 회동가능하게 결합되고, 또 다른 하나의 축은 축방향의 이동을 완충하는 완충부재(229)가 연결되는 3점지지링크(227)가 마련된다.

여기서, 3점지지링크(227)에 연결되는 완충부재(229)는 상술한 견골부몸체(210)의 완충부재고정단(212)에 고정되며, 3점지지링크(227)와 완충부재(229)의 사이에는 3점지지링크(227)의 운동력을 완충부재(229)로 전달하기 위한 별도의 가압링크(228)가 더 마련될 수 있다.

한편, 전방다리장착부(230R)는 완충링크부(220R)의 회동단(224)의 외측에 고정되며, 전방다리장착부(230R)에 장착되는 전방다리부(400R)를 회동시키기 위한 것으로, 완충링크부(220R)의 회동에 따라 같이 회동되도록 마련된다.

이러한, 전방다리장착부(230R)는 완충링크부(220R)의 회동단(224)에 결합되는 전방감속기(231)와, 전방감속기(231)의 외측에 마련되어 전방감속기(231)로 동력을 전달하는 전방구동모터(233)와, 전방감속기(231)에 마련되어 전방구동모터(233)를 고정하는 전방모터장착부(232)를 구비한다.

한편 전방구동모터(233)에서 발생되는 동력은 벨트 및 풀리와 같은 별도의 동력전달장치(234)에 의해 전방감속기(231)로 전달되며, 전방다리장착부(230R)의 작동에 따라 전방다리장착부(230R)에 장착되는 전방다리부(400R)가 회동되면서 4족 보행기구(10)가 이동되는 것이다.

상기 골반부(300)는 4족 보행동물의 골반 부분에 해당하는 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 견골부(200)에 마련되는 척추단(213)의 후단에 결합되는 골반부몸체(310)와, 골반부몸체(310)의 양측에 마련되어 각 후방다리부(500R, 500L)가 장착되고, 각 후방다리부(500R, 500L)가 각각 회동가능하게 동력을 발생시키는 한쌍의 후방다리장착부(320R, 320L)를 구비한다.(도 1참조)

여기서, 골반부몸체(310)는 "T"자 형상으로 마련되며, 선단측에는 견골부(200)의 척추단(213)이 삽입되어 결합되는 척추결합부(311)가 마련되며, 후단의 양측에 후방다리장착부(320R, 320L)가 각각 결합된다.

한편 후방다리장착부(320R, 320L)는 골반부몸체(310)의 양측에 각각 대칭되어 설치되는 것으로 각 후방다리장착부(320R, 320L)를 분리하여 설명하지 않으며, 일측의 후방다리장착부(320R)에 대해서만 설명하고, 타측의 후방다리장착부(320L)에 대한 설명은 생략하도록 한다.

이러한, 후방다리장착부(320R)는 골반부몸체(310)의 외측에 결합되어 후방다리장착부(320R)에 장착되는 후방다리부(500R)를 회동시키기 위한 것으로, 골반부몸체(310)에 결합되는 후방감속기(321)와, 후방감속기(321)의 외측에 마련되어 후방감속기(321)로 동력을 전달하는 후방구동모터(323)와, 후방감속기(321)에 마련되어 후방구동모터(323)를 고정하는 후방모터장착부(322)를 구비한다.

한편 후방구동모터(323)에서 발생되는 동력은 벨트 및 풀리와 같은 별도의 동력전달장치(324)에 의해 후방감속기(321)로 전달되며, 후방다리장착부(320R)의 작동에 따라 후방다리장착부(320R)에 장착되는 후방다리부(500R)가 회동되면서 4족 보행기구(10)가 이동되는 것이다.

상기 한쌍의 전방다리부(400R, 400L) 및 상기 한쌍의 후방다리부(500R, 500L)는 4족 보행 동물의 앞다리와 뒷다리에 해당하는 것으로, 도 1과 도 5a 내지 도 5b에 도시한 바와 같이 각각 견골부(200)의 전방다리장착부(230R, 230L)와 골반부(300)의 후방다리장착부(320R, 320L)에 각각 결합되어 4족 보행기구(10)의 보행운동을 수행한다.

이러한, 각 전방다리부(400R, 400L)는 견골부(200)의 양측에 대칭되는 형태로 설치되고, 각 후방다리부(500R, 500L)는 골반부(300)의 양측에 대칭되는 형태로 설치된다. 또한, 각 전방다리부(400R, 400L)와 각 후방다리부(500R, 500L)의 구조는 설치위치와 회동방향만이 상이 할뿐 각 구조 및 작동은 대동소이 하므로 각각의 설명은 생략하고, 일측 전방다리부(400R)의 설명으로 대신하도록 한다.

이러한 전방다리부(400R)는 견골부(200)의 전방다리장착부(230R)에 장착되기 위한 장착부(410)와, 장착부(410)에서 연장되는 퇴절부(420)와, 퇴절부(420)의 단부에 마련되는 무릎관절부(430)와, 무릎관절부(430)에서 연장되는 경골부(440)와, 경골부(440)의 단부에 마련되는 발목관절부(450)와, 발목관절부(450)에서 연장되는 발목부(460)와, 발목부(460)의 단부에 마련되는 발가락관절부(470)를 구비한다.

여기서, 퇴절부(420)는 4족 보행동물의 대퇴부에 해당하는 것으로, 상당측에 전방다리장착부(230R)에 설치되어 전방감속기(231)의 동력을 전달받아 회동되는 장착부(410)가 마련되고, 퇴절부(420)의 하단측에는 무릎관절부(430)가 마련된다. 퇴절부(420)의 내측에는 무릎관절부(430)를 가동시키기 위한 무릎구동모터(422)와, 무릎구동모터(422)에서 발생되는 동력을 무릎관절부(430)에 연결된 경골부(440)에 전달하는 무릎관절감속기(423)를 구비한다.

그리고 경골부(440)는 4족 보행동물의 정강이뼈에 해당하는 것으로, 상단측은 무릎관절부(430)에 결합되고, 하단측에는 발목관절부(450)가 마련된다. 경골부(440)의 내측에는 발목관절부(450)를 가동시키기 위한 발목구동모터(442)와, 발목구동모터(442)에서 발생되는 동력을 발목관절부(450)에 연결된 발목부(460)에 전달하는 발목관절감속기(443)를 구비한다.

한편 발목부(460)는 4족 보행동물의 발목 및 발에 해당하는 것으로, 도 5s 내지 도 5b에 도시한 바와 같이 발목관절부(450)에 연결되어 발목관절부(450)의 가동에 따라 회동되며, 그 단부에 발가락관절부(470)가 회동가능하게 마련된다. 또한, 발가락관절부(470)에는 발가락부(471)가 회동가능하게 마련된다. 여기서 발가락부(471)와 발가락관절부(470)는 회동링크(472)에 의해 지지되는 상태로 마련되 며, 회동링크(472)의 반대측에는 발가락부(471)가 지면에 착지될 때 발가락부(471)에 가해지는 충격을 완화시키기 위한 발가락완충부재(461)가 더 마련된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 4족 보행기구의 작동을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 4족 보행기구(10)의 작동을 설명함에 있어 4족 보행기구(10)의 제어에 관련된 사항은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 그 설명을 생략하며, 4족 보행기구(10)의 기구적 동작에 관련된 부분과 그에 따라 발생되는 진동 및 충격을 완충하기 위한 견골부(200)와 발목부(460)에 대하여 주로 설명하도록 한다.

먼저, 4족 보행기구(10)가 작동됨에 따라 견골부(200)의 양측에 마련되는 전방다리장착부(230R, 230L)의 회동동작과, 골반부(300)의 양측에 마련된 후방다리장착부(320R, 320L)의 회동동작에 의해 각 전방다리부(400R, 400L)와, 각 후방다리부(500R, 500L)가 회동되면서 보행동작이 수행된다.

이때 4족 보행기구(10)의 전방다리부(400R, 400L)와 후방다리부(500R, 500L)들의 작동은 4족 보행동물의 걸음걸이를 모방한 것으로, 4족 보행동물의 앞다리와, 뒷다리의 걸음걸이와 유사한 순서로 동작하게 된다. 이에 따라 4족 보행기구(10)의 보행 동작에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 상술한 바와 같은 4족 보행기구(10)의 보행동작이 수행될 때 전방다리부(400R, 400L)의 작동을 상세히 설명한다. 여기서, 전방다리부(400R, 400L)는 후 방다리부(500R, 500L)는 매우 유사한 동작으로 구동됨으로 각각의 설명은 생략하고, 견골부(200)의 일측에 장착되는 일측 전방다리부(400R)의 작동을 일예로 하여 설명하도록 한다.

먼서, 견골부(200)의 일측에 마련된 전방다리장착부(230R)에 의해 전방다리부(400R)가 전 후방측으로 왕복 회동되면서 보행동작을 수행한다. 이때 전방다리부(400R)의 무릎관절부(430)와, 발목관절부(450)가 적절한 회동동작에 의해 회동되면서 전방다리부(400R)의 퇴절부(420)에 대하여 경골부(440)가 회동되고, 경골부(440)에 대하여 발목부(460)가 회동된다.

한편, 상술한 과정 중에 발목부(460)에 회동가능하게 결합된 발가락부(471)가 지면에 착지하게 되고, 발가락부(471)가 지면과 접하는 과정에서 지면과의 충돌에 의한 충격이 발생하게 된다.

이와 같이 발가락부(471)에 가해지는 충격은 우선적으로 발가락부(471)의 발가락완충부재(461)에 의해 완충되고, 발가락부(471)에서 완충되지 않은 나머지 충격은 견골부(200)의 완충링크부(220R)에 의해 완충된다.

이러한 발가락부(471)의 완충과정을 살펴보면, 전방다리부(400R)의 보행동작에 따라 발가락부(471)가 지면에 착지하게 되며, 우선적으로 발가락부(471)가 지면과 접하는 압력에 의해 회동된다.

이때 발가락부(471)는 발가락완충부재(461)에 의해 지면에 대하여 대항하는 지지되어 지면에 의해 발생되는 충격에 대향되는 방향으로 완충력을 발휘하고 있는 상태이다. 이에 따라 발가락부(471)가 지면에 착지하면서 회동됨에 따라 발가락완 충부재(461)를 가압하게 되고 발가락완충부재(461)가 압축되면서 발가락부(471)에 가해지는 충격이 완충된다.

한편, 전방다리부(400R)의 보행동작이 수행됨에 따라 전방다리부(400R)의 보행에 따른 충격이 전방다리부(400R)를 구성하는 각 구성부를 통해 견골부(200) 측으로 전달된다.

이에 견골부(200)측으로 전달되는 충격은 견골부(200)의 완충링크부(220R)에 의해 회동되면서 완충된다. 즉, 전방다리부(400R)가 지면에 착지됨에 따라 전방다리부(400R)가 결합된 회동단(224)이 수직회동부(221)에 의해 수직방향으로 회동되면서 이동된다. 이때 수직회동부(221)의 제 1, 2링크(222, 223)에 의해 회동단(224)이 수직방향으로 비교적 평행한 방향으로 이동된다.

동시에 수직회동부(221)의 제 1링크(222)에 연결된 연동링크(226)가 제 1링크(222)에 의해 연동되고, 연동링크(226)에 의해 견골부몸체(210)에 회동되도록 마련된 3점지지링크(227)의 대향측을 회전시킨다. 이에 3점지지링크(227)의 타측 견골부몸체(210)에 결합된 축을 따라 회전되면서 가압링크(228)를 가압하게 되고, 가압링크(228)는 완충부재를 가압하면서 가압링크에 가해지는 충격을 완충한다.

상술한 바와 같은 견골부(200)의 완충동작은 한쌍의 전방다리부(400R, 400L)의 보행동작에 따라 반복 순차적으로 작동되며, 전방다리부(400R, 400L)의 보행동작에 따라 발생하는 충격을 완충하게 된다.

또한, 도면 및 상술한 설명상에는 골반부(300)와 각 후방다리부(500R, 500L)가 직접 체결되는 것을 일예로 하여 설명하였으며, 견골부(200)와 각 전방다리 부(400R, 400L)와 같이 골반부(300)와 각 후방다리부(500R, 500L) 사이에 각 후방다리부(500R, 500L)에서 발생하는 충격을 완충하는 별도의 후방완충링크부(미도시)를 구비하여 각 후방다리부(500R, 500L)에서 발생되는 충격을 완충하도록 할 수 도 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

예를 들어 본 발명에 따른 4족 보행기구에 다른 부가적인 기능을 가진 구성요소를 추가하거나, 또는 다른 구성요소로 교체하여 실시할 수 있을 것이다. 그러나 변형된 다른 실시예가 본 발명의 필수구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 4족 보행기구를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 두부를 나타낸 사시도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 견골부를 나타낸 사시도이다.

도 3b는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 견골부를 나타낸 정면도이다.

도 3c는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 견골부를 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 골반부를 나타낸 사시도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 일측 전방다리부를 나타낸 사시도이다.

도 5b는 본 발명에 따른 4족 보행기구의 일측 전방다리부를 나타낸 측면도이다.

Claims

지면을 지지하는 한쌍의 전방다리부와,

상기 한쌍의 전방다리부의 사이에 마련되는 견골부와,

상기 전반다리부와 상기 견골부의 사이에 배치되어 상기 상기 전방다리부가 보행동작을 수행하도록 상기 전방다리부를 회동시키는 전방다리장착부와,

상기 견골부와 소정거리 이격되어 결합되는 골반부와,

상기 골반부에 결합되어 지면을 지지하는 한쌍의 후방다리부를 포함하되,

상기 견골부는

견골부몸체와,

상기 견골부몸체의 후방측으로 연장되는 척추단과,

상기 견골부몸체의 양측에 마련되어 상기 각 전방다리부에서 전달되는 진동 및 충격을 완충하는 한쌍의 완충링크부를 포함하며,

상기 완충링크부는

상기 전방다리장착부가 결합되는 회동단과,

일측이 상기 견골부몸체에 회동가능하게 결합되고 타측이 상기 회동단에 결합되어 상기 회동단을 수직방향으로 이동시키는 수직회동부와,

상기 수직회동부와 상기 견골부몸체 사이에 마련되어 상기 수직회동부의 이동에 따른 변위량을 완충하는 회동완충부를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 1항에 있어서,

상기 견골부의 선단부에 화상인식을 위한 CCD 카메라 및 감지센서가 장착되는 두부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
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제 1항에 있어서, 상기 회동완충부는,

상기 수직회동부의 회동에 연동되는 연동링크와,

3개의 지지축이 마련되어 하나의 축은 상기 연동링크에 연결되고, 다른 하나의 축은 상기 견골몸체부에 회동가능하게 결합되는 3점지지링크와,

상기 3점지지링크의 나머지 하나의 축에 연결되어 축방향의 이동을 완충하는 완충부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 1항에 있어서, 상기 전방다리장착부는

상기 회동부에 결합되는 전방감속기와,

상기 전방감속기의 외측에 마련되어 상기 전방감속기로 동력을 전달하는 전방구동모터와,

상기 전방구동모터의 동력을 상기 전방감속기로 전달하는 동력전달부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 1항에 있어서, 상기 전방다리부는

상기 견골부에 장착되기 위한 장착부와,

상기 장착부에서 연장되는 퇴절부와,

상기 퇴절부의 단부에 마련되는 무릎관절부와,

상기 무릎관절부에서 연장되는 경골부와,

상기 경골부의 단부에 마련되는 발목관절부와,

상기 발목관절부에서 연장되는 발목부와,

상기 발목부의 단부에 마련되는 발가락관절부와,

상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되고, 상기 전방다리부의 보행동작시 발생하는 충격을 완충하기 위한 발가락완충부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 8항에 있어서,

상기 퇴절부의 내측에 상기 무릎관절부를 가동시키기 위한 무릎구동모터와,

상기 무릎구동모터에서 발생되는 동력을 상기 무릎관절부에 연결된 상기 경골부에 전달하는 무릎관절감속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 8항에 있어서,

상기 경골부의 내측에 상기 발목관절부를 가동시키기 위한 발목관절구동모터와,

상기 발목관절구동모터에서 발생되는 동력을 상기 발목관절부에 연결된 상기 발목부에 전달하는 발목관절감속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 8항에 있어서,

상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되는 발가락부와,

일측이 상기 발가락관절부에 회동가능하게 연결되고, 타측이 상기 발가락부에 회동가능하게 마련되어, 상기 발가락부의 회동시 발생하는 충격을 완충하는 발가락완충부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 1항에 있어서, 상기 골반부는

상기 척추단의 후단에 결합되는 "T"자 형태의 골반부몸체와,

상기 골반부몸체의 양측에 마련되고, 상기 후방다리부가 보행동작을 수행하도록 상기 후방다리부를 회동시키는 후방다리장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 12항에 있어서, 상기 후방다리장착부는

상기 골반부몸체에 결합되는 후방감속기와,

상기 후방감속기의 외측에 마련되어 상기 후방감속기로 동력을 전달하는 후방구동모터와,

상기 후방구동모터의 동력을 상기 후방감속기로 전달하는 동력전달부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 13항에 있어서, 상기 후방다리부는

상기 골반부에 장착되기 위한 장착부와,

상기 장착부에서 연장되는 퇴절부와,

상기 퇴절부의 단부에 마련되는 무릎관절부와,

상기 무릎관절부에서 연장되는 경골부와,

상기 경골부의 단부에 마련되는 발목관절부와,

상기 발목관절부에서 연장되는 발목부와,

상기 발목부의 단부에 마련되는 발가락관절부와,

상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되고, 상기 후방다리부의 보행동작시 발생하는 충격을 완충하기 위한 발가락완충부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 14항에 있어서,

상기 퇴절부의 내측에 상기 무릎관절부를 가동시키기 위한 무릎구동모터와,

상기 무릎구동모터에서 발생되는 동력을 상기 무릎관절부에 연결된 상기 경 골부에 전달하는 무릎관절감속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 14항에 있어서,

상기 경골부의 내측에 상기 발목관절부를 가동시키기 위한 발목관절구동모터와,

상기 발목관절구동모터에서 발생되는 동력을 상기 발목관절부에 연결된 상기 발목부에 전달하는 발목관절감속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.
제 14항에 있어서,

상기 발가락관절부에 회동가능하게 마련되는 발가락부와,

일측이 상기 발가락관절부에 회동가능하게 연결되고, 타측이 상기 발가락부에 회동가능하게 마련되어, 상기 발가락부의 회동시 발생하는 충격을 완충하는 발가락완충부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 4족 보행기구.