KR100935450B1 - 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의장의 자유도가 제한되지 않고, 더욱 구조가 간략하며, 또한 목부의 엑츄에이터의 부하를 경감하는 로봇을 얻는 것이다.

특히, 본 발명은 머리부(1)와 동체부(2)와 머리부(1)와 동체부(2)를 접속하는 목 링크(3)를 적어도 가지는 로봇에 있어서, 목 링크(3)에 인접하여 주위 물체 거리 계측수단을 동체부(2)의 상부 또한 머리부(1)와 동체부(2)의 사이에 설치하고, 주위 물체 거리 계측수단에서의 거리 주사범위가 수평면과 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇에 관한 것이다.

Description

로봇{ROBOT}

본 발명은 로봇, 특히 주위 물체 거리 계측수단을 구비하고, 작업대상이나 장해물과의 거리를 측정하면서 목적으로 하는 조작, 작업을 자동적으로 행하는 로봇에 관한 것이다.

사람과의 공존환경에서 작업하는 로봇에는, 주위 물체와의 접촉을 회피하기 위하여 주위 물체 거리 계측수단을 탑재하여, 주위의 물체의 배치상황을 인식하고, 이동경로를 설정하는 것이 많다. 주위 물체 거리 계측수단의 일례로서, 평면을 레이저광으로 주사하고, 조사한 레이저광이 측정대상물에 닿아 그 반사광이 되돌아오기까지의 시간을 계측하여 거리를 측정하는 레이저 측역 센서가 있고, 주사범위를 넓게 취하고 싶기 때문에 주위에 주사범위를 차폐하는 것이 없는 장소에 레이저 측역 센서를 탑재하는 것이 많다. 종래의 기술에서는 레이저 측역 센서의 주사범위를 최대한 크게 취하기 위하여 센서를 로봇의 정수리부 또는 복부나 흉부 등의 바디 전면에 설치하고 있었다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2005-125457호 공보

그러나 상기한 로봇의 정수리부에 주위 물체 거리 계측수단, 예를 들면 레이저 측역 센서(scanning laser range-finder)를 설치하는 종래의 구조에서는 레이저 측역 센서를 탑재한 머리부를 엑츄에이터에 의하여 구동하기 때문에, 머리부를 작동시키기 위한 엑츄에이터의 부하가 커진다.

또한 머리부에 레이저 측역 센서를 탑재하는 경우, 레이저 주사면을 가로막지 않는 머리부 형상으로 하기 위하여 의장의 자유도가 현저하게 제한되어 있었다.

또, 특허문헌 1과 같이 동체나 흉부 앞 부분에 레이저 측역 센서를 설치하면, 팔에 의한 작업 시에 빈도 높게 가로막혀 작업대상이나 주위의 물체와의 거리를 측정하기 어렵게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 더욱 구조가 간략하고, 또한 목부의 엑츄에이터의 부하를 경감하는 로봇을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 머리와 동체(胴體)를 접속하는 목 링크에 인접하여 주위 물체 거리 계측수단, 예를 들면 레이저 측역 센서를, 동체부의 상부 중앙에 레이저 측역 센서 주사면이 수평면과 평행하게 설치되도록, 또한 주사범위의 중앙이 롤축과 평행이 되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 로봇으로 하였다.

본 발명에 의하면 주위 물체 거리 계측수단, 예를 들면 레이저 측역 센서의 주사범위를 좁히는 일 없이, 자연스러운 외견, 목 엑츄에이터 토오크의 경감, 머리부의 다채로운 동작에 의한 표현, 목의 구조의 간략화를 달성할 수 있다.

이하, 발명의 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 본 실시예의 로봇 전체를 나타낸 도, 도 2는 본 실시예의 로봇의 머리부의 전체를 나타낸 도, 도 3, 도 4는 다른 구성을 나타낸 도, 도 5는 본 실시예의 로봇의 피치축의 동작을 설명하기 위한 도, 도 6은 본 실시예의 로봇의 롤축의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하의 실시예에서는 주위 물체 거리 계측수단을, 레이저 측역 센서를 예로 사용하여 설명한다. 또 본 발명을 적용하는 로봇의 일례로서 휴먼로이드 로봇이 있고, 그것을 예로 이용하여 설명한다.

로봇(101)은 머리부(1)와, 동체부(2)와, 왼팔(102)과, 오른팔(103)과, 왼발(104)과, 오른발(105)로 구성된다. 예를 들면 왼발(104)과 오른발(105)은 로봇(101)의 이동에 이용되고, 왼팔(102)과 오른팔(103)은 물체를 잡는다는 작업에 이용된다. 본 실시예에서 머리부(1)는 로봇(101)의 최상부에 있고, 동체부(2)와 접속하도록 설치된다.

도 2는 머리부(1)의 구조를 나타내고, 롤방향(화살표 Roll), 피치방향(화살표 Pitch ), 요방향(화살표 Yaw)을 나타낸 도면이고, 제 1 머리부 엑츄에이터(6), 제 2 머리부 엑츄에이터(8), 제 3 머리부 엑츄에이터(10)는 동력원(모터)과 감속기와 각도 검출기(로터리 인코더 또는 포텐시오미터)를 내장하여 접속하는 부품을 구동한다.

머리부(1)는 동체부(2)의 상부 중앙부에 길이방향이 요방향과 평행이 되도록 설치되는 목 링크(3)와, 동체부(2)의 접속에 대하여 목 링크(3)의 길이방향 반대쪽 끝에 출력축이 요방향과 평행하게 설치되는 제 1 머리부 엑츄에이터(6)와, 제 1 머리부 엑츄에이터(6)의 출력축에 따라 요방향으로만 소정의 각도만큼 요동되는 제 1 머리부 링크(7)와, 제 1 머리부 링크(7)에 출력축의 방향이 피치방향이 되도록 설치되는 제 2 머리부 엑츄에이터(8)와, 제 2 머리부 엑츄에이터(8)의 출력축을 따라 피치 축방향으로만 소정의 각도만큼 요동되는 제 2 머리부 링크(9)와, 제 2 머리부 링크(9)에 출력축의 방향이 롤방향이 되도록 설치되는 제 3 머리부 엑츄에이터(10)와, 제 3 머리부 엑츄에이터(10)의 출력축을 따라 롤방향으로만 소정의 각도만큼 요동되는 제 3 머리부 링크(11)와, 제 3 머리부 링크(11)의 길이방향 롤방향에서 양의 방향의 한쪽 끝에 설치되는 로봇의 얼굴(12)과, 로봇의 얼굴(12)의 의장면에 설치되는 로봇의 눈(13)으로 이루어진다. 또한 로봇의 얼굴(12)의 의장면에는 반드시 눈이 필요하다는 것은 아니고, 로봇의 정면 방향을 나타내는 의장이면 어떠한 외관이어도 된다. 여기서 머리부(1)와 동체부(2)를 접속하는 목 링크(3)에 인접하여 레이저 측역 센서(4)를 동체부(2)의 상부 중앙에 레이저 측역 센서 주사면(5)이 수평면과 평행하게 설치되어 있는, 또한 주사범위의 중앙이 롤축과 평행이 되도록 배치한다.

도 2에서 머리부(1)의 로봇의 얼굴(12)이 정면 앞쪽을 향한 상태를 기준자세로 한다. 목 링크(3)는 레이저 측역 센서 주사면(5)의 사각에 배치되어 있고, 레이저 측역 센서(4)의 시계를 전혀 방해하지 않는다. 이와 같이 머리부(1)를 구성함으로써 이하와 같은 이점이 있다.

첫째, 3개의 엑츄에이터에 의하여 가동되는 머리부(1)가 아니라, 동체부(2)에 레이저 측역 센서(4)를 설치하기 때문에 머리부(1)를 가동하기 위한 제 1 머리부 엑츄에이터(6)와 제 2 머리부 엑츄에이터(8)와 제 3 머리부 엑츄에이터(10)의 부하가 작아짐으로써 전력 절약화가 얻어진다는 효과가 있다.

둘째, 3개의 엑츄에이터에 의하여 가동되는 머리부(1)가 아니라, 동체부(2)에 레이저 측역 센서(4)를 설치하기 때문에 머리부(1)의 자세에 상관없이, 레이저 측역 센서(4)는 주위의 장해물이나 물체와의 거리를 측정할 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 머리부(1)에 레이저 측역 센서(4)를 배치하지 않음으로써 로봇 머리부의 외관 디자인의 자유도가 증가하고, 더욱 사람과 친화성이 있는 자연스러운 외관을 획득할 수 있다.

넷째, 로봇의 목부에 상당하는 부분에 레이저 측역 센서를 배치하기 때문에 팔에 의한 작업시에 레이저 측역 센서 주사면(5)이 가로막히는 일이 적다는 이점이 있다.

또, 도 2에서는 레이저 측역 센서(4)를 앞쪽에 하나 배치하고 있으나, 전 범위를 주사하기 위하여 도 3과 같이 전후에 2개 배치하여도 되고, 도 4와 같이 좌우 에 2개 배치하여도 된다.

도 5는 머리부(1)를 피치 축방향에서 본 도면이다. 도 5에서 레이저 측역 센서(4)의 상면과 제 2 머리부 엑츄에이터(8)의 출력축과의 거리를 l₁, 제 2 머리부 엑츄에이터(8)에 의하여 일체가 되어 요동하는 제 2 머리부 링크(9), 제 3 머리부 엑츄에이터(10), 제 3 머리부 링크(11), 로봇의 얼굴(12) 중, 제 2 머리부 엑츄에이터(8)의 출력축으로부터의 거리가 가장 먼 점과, 제 2 머리부 엑츄에이터(8)의 출력축과의 거리를 R₁이라 하면, l₁ > R₁이 되도록 각 요소의 치수가 결정되어 있고, 제 2 머리부 엑츄에이터(8)를 소정의 각도만큼 요동시켜도 머리부의 구성요소는 레이저 측역 센서 주사면(5)의 장해가 되는 일은 없다.

도 6은 머리부(1)를 롤 축방향 뒤쪽에서 본 도면으로, 머리부(1)의 구성요소가 보기 쉽게 목 링크(3)를 생략하여 나타내고 있다. 도 6에서 레이저 측역 센서(4)의 상면과 제 3 머리부 엑츄에이터(10)의 출력축과의 거리를 l₂, 제 3 머리부 엑츄에이터(10)에 의하여 일체가 되어 요동하는 제 3 머리부 링크(11), 로봇의 얼굴(12) 중, 제 3 머리부 엑츄에이터(10)의 출력축으로부터의 거리가 가장 먼 점과, 제 3 머리부 엑츄에이터(10)의 출력축과의 거리를 R₂라 하면, l₂ > R₂가 되도록 각 요소의 치수가 결정되어 있고, 제 3 머리부 엑츄에이터(10)를 소정의 각도만큼 요동시켜도 머리부(1)의 구성요소는 레이저 측역 센서 조작면의 장해가 되는 일은 없다.

또한, 상기한 실시예에서 머리부(1)는 3 자유도의 경우를 설명하였으나, 그 것에 한정하지 않고, 요축, 롤축, 피치축만, 또는 그 중의 2개의 조합에서 적용 가능하다.

도 1은 본 실시예에 관한 로봇의 전체를 설명하기 위한 도,

도 2는 본 실시예에 관한 로봇의 머리부를 설명하기 위한 도,

도 3은 본 발명의 다른 구성을 설명하기 위한 도,

도 4는 본 발명의 다른 구성을 설명하기 위한 도,

도 5는 로봇의 머리부의 피치축 동작을 설명하기 위한 도,

도 6은 로봇의 머리부의 롤축 동작을 설명하기 위한 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 머리부 2 : 동체부

3 : 목 링크 4 : 레이저 측역 센서

5 : 레이저 측역 센서 주사면 6 : 제 1 머리부 엑츄에이터

7 : 제 1 머리부 링크 8 : 제 2 머리부 엑츄에이터

9 : 제 2 머리부 링크 10 : 제 3 머리부 엑츄에이터

11 : 제 3 머리부 링크 12 : 로봇 얼굴

13 : 로봇 눈 101 : 로봇

102 : 왼팔 103 : 오른팔

104 : 왼발 105 : 오른발

Claims (6)

1. 동체부의 상부 중앙부에 목 링크를 개재하여 설치된 머리부와, 상기 머리부를 가동시키는 머리부 엑추에이터를 구비한 로봇에 있어서,

   상기 목 링크 부분에 레이저 측역 센서를 설치하고,

   상기 레이저 측역 센서의 상면으로부터 상기 머리부 엑추에이터의 출력축까지의 거리 l₁과, 상기 머리부를 구성하는 얼굴 중 상기 머리부 엑추에이터의 출력축으로부터의 가장 먼 거리 R₁이, l₁ > R₁의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 측역 센서는 상기 목 링크를 사이에 두고 2개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
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