KR101029446B1 - Walking robot using electromagnet - Google Patents
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Abstract
전자석을 이용한 보행 로봇이 제공된다. 보행 및 지지를 위한 제1 족부, 상기 제1 족부에 회전 가능하게 연결되는 제1 다리부, 상기 제1 족부와 상기 제1 다리부를 연결하고 서로 직교하는 회전축을 가지는 제1 관절부, 상기 제1 다리부에 회전 가능하게 연결되는 제2 다리부, 상기 제1 다리부와 상기 제 2 다리부를 연결하고 서로 직교하는 회전축을 가지는 제2 관절부, 상기 제2 다리부에 회전 가능하게 연결되어 보행 및 지지를 가능하게 하는 제2 족부 및 상기 제2 다리부와 상기 제2 족부를 연결하고 서로 직교하는 회전축을 가지는 제3 관절부를 포함하며, 자력이 작용하는 지지면에서 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부의 보행 및 지지를 가능하도록 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부에는 제1 전자석 및 제2 전자석이 각각 형성된다.A walking robot using an electromagnet is provided. A first foot portion for walking and support, a first leg portion rotatably connected to the first foot portion, a first joint portion having a rotation axis that connects the first foot portion and the first leg portion and is orthogonal to each other, the first leg A second leg part rotatably connected to the part, a second joint part connecting the first leg part and the second leg part and having a rotation axis perpendicular to each other, and rotatably connected to the second leg part to walk and support A second joint having a second joint and a second joint having the second leg and the second foot, and having a rotation axis orthogonal to each other, wherein the first foot and the second foot A first electromagnet and a second electromagnet are respectively formed in the first foot and the second foot to enable walking and support.
보행, 이동 로봇, 전자석, 순응 기구, 거리 센서 Gait, Mobile Robot, Electromagnet, Compliance Device, Distance Sensor
Description
본 발명의 실시예들은 선박 블록과 같이 강철로 된 작업환경에서 용이하게 보행 및 작업을 할 수 있는 전자석을 이용한 보행 로봇에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relates to a walking robot using an electromagnet that can easily walk and work in a steel working environment such as a ship block.
최근 선박 제조 기술의 발전과 더불어 기존의 인력으로만 의지했던 다양한 작업이 자동화 되고, 로봇(Robot)을 이용한 작업이 점차 증대되고 있다. Recently, with the development of ship manufacturing technology, various tasks that depended only on the existing manpower are automated, and tasks using robots are gradually increasing.
선박 제조 환경은 그 특성상 작업환경이 열악하고 작업자가 장시간 동안 수행하는 작업은 비효율적이기 때문에, 로봇을 이용하여 이러한 작업을 수행하고자 하는 연구 개발이 이루어지고 있다. Due to the nature of the ship manufacturing environment is poor working environment and the work performed by the operator for a long time is inefficient, research and development to perform such a task using a robot has been made.
그러나, 선박 제조 작업 환경의 특성상 일반적으로 위치가 고정된 로봇을 이용하기에는 제약이 따르고, 이러한 제약을 극복하기 위해 바퀴를 구비한 이동 로봇을 이용하기에도 작업환경에 큰 제약이 따른다. However, due to the nature of the ship manufacturing work environment, there is a general limitation to use a fixed position robot, and even to use a mobile robot equipped with wheels to overcome this limitation, there is a big limitation in the working environment.
일반적으로 선박의 중간 조립공정의 폐쇄 블록 내부에는 보행 로봇의 이동을 방해하는 여러 가지 장애물이 있으며, 사람의 도움이 없이는 이동을 하기가 힘든 구조로 되어 있다. 특히, 선박 중간 조립 공정의 폐쇄 블록 내에서 로봇은 론지(Longi)를 건너갈 수 있는 기능이 필수적이고, 원하는 작업을 수행한 후 다음 플 로어(Floor)로 이동해야 하는데, 이 과정에서 작업자의 도움을 받아야 한다.In general, there are various obstacles that hinder the movement of the walking robot inside the closed block of the intermediate assembly process of the ship, and it is a structure that is difficult to move without human assistance. In particular, within the closed block of the ship's intermediate assembly process, the robot needs to be able to cross the Longi and must move to the next floor after performing the desired work. Should receive.
이러한 제약 조건을 극복하기 위한 기존의 종래 기술인 바퀴구조를 응용한 이동 로봇은 제한된 환경 내에서만 이동 및 작업이 가능하고, 다른 작업 장소로 이동하기 위해서는 부가적인 인력의 추가 작업이 요구된다. The mobile robot applying the wheel structure, which is a conventional technology for overcoming such constraints, can move and work only within a limited environment, and additional work of additional manpower is required to move to another work place.
또한, 다른 형태의 구조를 가지는 직선 유닛 형태의 다리를 응용한 이동 로봇 역시 제한된 장애물 내에서만 이동하고, 그 외의 장소로 이동하기 위해서는 추가적인 인력의 도움이 필요하다. In addition, a mobile robot using a linear unit-type bridge having a different structure also moves only within limited obstacles, and additional human resources are required to move to other places.
그 밖에 특정 작업에 최적화된 소형 로봇의 형태로 작업자가 이를 휴대 및 이동 시키고 특정한 작업만을 수행하는 기술도 등장하고 있으나, 이러한 소형 로봇 역시 로봇 스스로 작업 구역을 이동할 수 없고 작업자의 도움을 받아야 하기 때문에 인력의 투입을 최소화할 수 없다.In addition, technologies that allow workers to carry and move them in the form of miniature robots optimized for specific tasks and perform only specific tasks have emerged. The input of can not be minimized.
뿐만 아니라, 종래의 작업 로봇 등은 작업을 수행하는 것에 중점을 두기 때문에 작업을 위한 작동 메커니즘과 이동을 위한 작동 메커니즘이 별도로 구성되어 로봇의 제어가 어렵고 로봇의 전체적인 구조가 복잡해지고 생산 비용이 증대하여 대량 생산에 불리하다.In addition, the conventional work robot, etc. focuses on performing work, so that the operation mechanism for the work and the operation mechanism for the movement are separately configured, making it difficult to control the robot, complicate the overall structure of the robot, and increase the production cost. It is disadvantageous for mass production.
본 발명의 일실시예는, 6축 수직 다관절 로봇의 양쪽 말단에 제공된 족부(足部)에 전자석을 장착하여 강철로 구성된 작업 환경에서의 이동 및 작업을 수행할 수 있는 보행 로봇을 제공한다. One embodiment of the present invention provides a walking robot capable of performing movement and work in a working environment made of steel by mounting an electromagnet on a foot provided at both ends of a six-axis vertical articulated robot.
또한, 본 발명의 일실시예는, 접촉되는 작업장의 지지면에 의해 가해지는 충격을 완화하고, 모델링 오차로 인한 충격을 상쇄할 수 있는 보행 로봇을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention, to provide a walking robot that can mitigate the impact applied by the support surface of the workplace in contact, and can cancel the impact due to modeling errors.
뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예는, 보행 로봇이 착지하거나 위치하고자 하는 작업장의 지지면까지의 거리를 보행 중에 인식하여 실제 오차를 극복하고 안정적으로 보행 및 작업을 수행할 수 있는 보행 로봇을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a walking robot that can recognize the distance to the support surface of the workplace to be landed or positioned during walking, to overcome the actual error and to walk and work stably. do.
본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇은 보행 및 지지를 위한 제1 족부; 상기 제1 족부에 회전 가능하게 연결되는 제1 다리부; 상기 제1 족부와 상기 제1 다리부를 연결하고, 서로 직교하는 회전축을 가지는 제1 관절부; 상기 제1 다리부에 회전 가능하게 연결되는 제2 다리부; 상기 제1 다리부와 상기 제 2 다리부를 연결하고, 서로 직교하는 회전축을 가지는 제2 관절부; 상기 제2 다리부에 회전 가능하게 연결되어 보행 및 지지를 가능하게 하는 제2 족부; 및 상기 제2 다리부와 상기 제2 족부를 연결하고, 서로 직교하는 회전축을 가지는 제3 관절부;를 포함하며, 자력이 작용하는 지지면에서 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부의 보행 및 지지를 가능하도록 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부에는 제1 전자석 및 제2 전자석이 각각 형 성되고, 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석은 서로 교대로 작동한다.Walking robot according to an embodiment of the present invention includes a first foot for walking and support; A first leg portion rotatably connected to the first foot portion; A first joint part connecting the first foot part and the first leg part and having a rotation axis perpendicular to each other; A second leg part rotatably connected to the first leg part; A second joint part connecting the first leg part and the second leg part and having rotation axes orthogonal to each other; A second foot portion rotatably connected to the second leg portion to allow walking and support; And a third joint part connecting the second leg part and the second foot part and having rotation axes perpendicular to each other, wherein the first leg part and the second foot part walk and support on a supporting surface on which magnetic force is applied. The first electromagnet and the second electromagnet are respectively formed in the first foot and the second foot, and the first electromagnet and the second electromagnet alternately operate with each other.
상기와 같이 작업장의 지지면에 부착 지지되는 족부에 전자석을 형성함으로써, 강철로 된 작업장에서 견고하게 보행 로봇의 작업 위치를 유지할 수 있으며 론지 등의 장애물도 쉽게 이동할 수 있다.By forming an electromagnet in the foot attached to the support surface of the workplace as described above, it is possible to maintain the working position of the walking robot firmly in the steel workshop, and to easily move obstacles such as longines.
여기서, 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부는 상기 제1 전자석 및 제2 전자석에 가해지는 상기 지지면과의 충격을 감소시키는 순응 기구를 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 순응 기구는 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석의 일측을 지지하는 댐퍼 및 상기 댐퍼의 둘레에 구비된 스프링을 포함할 수 있다.Here, the first foot portion and the second foot portion may include a compliance mechanism for reducing the impact with the support surface applied to the first electromagnet and the second electromagnet. To this end, the compliance mechanism may include a damper for supporting one side of the first electromagnet and the second electromagnet and a spring provided around the damper.
이와 같이 댐퍼를 이용하여 보행 로봇의 착지시에 발생하는 충격이 로봇 본체로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 이에 더하여 스프링을 구비함으로써 댐퍼의 초기 상태 복귀를 용이하게 하고 작은 충격은 스프링만으로 대응할 수 있다.In this way, the damper can be used to prevent the shock generated when the walking robot lands on the robot body. In addition, the spring can be provided to facilitate the return of the damper to the initial state, and the small shock can be coped with the spring only. .
한편, 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부는 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석이 부착되는 상기 지지면에 의해 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석에 가해지는 충격을 흡수하는 충격 흡수부재 및 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부에 존재하는 모델링 오차를 상쇄하는 오차 보정부재를 포함할 수 있다. 충격 흡수부재는 보행 로봇의 보행 과정에서 발생하는 충격을 흡수하고, 오차 보정부재는 실제 작업 투입 전에 수행하는 로봇의 모델링 상황과 실제 작업 환경에서 발생하는 상황이 다르기 때문에 발생하는 미소한 충격을 흡수할 수 있다.On the other hand, the first foot portion and the second foot portion is a shock absorbing member for absorbing the impact applied to the first electromagnet and the second electromagnet by the support surface to which the first electromagnet and the second electromagnet is attached; It may include an error correction member for canceling the modeling error present in the first foot portion and the second foot portion. The shock absorbing member absorbs the shock generated during the walking of the walking robot, and the error compensating member absorbs the slight shock generated because the modeling situation of the robot performed before actual work input and the situation occurring in the actual working environment are different. Can be.
여기서, 상기 충격 흡수부재로는 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석의 일면을 각각 지지하는 댐퍼를 이용하고, 상기 오차 보정부재로는 상기 댐퍼의 둘레 형성된 스프링을 이용할 수 있다.Here, the shock absorbing member may use a damper that supports one surface of each of the first electromagnet and the second electromagnet, and the error correction member may use a spring formed around the damper.
또한, 상기 제1 족부 및 상기 제2 족부는 상기 제1 전자석 및 상기 제2 전자석이 부착되는 상기 지지면까지의 거리를 측정하는 거리 센서를 포함하여 로봇 자체의 모델링 오차 및 서보 제어에 따른 오차 등을 거리 센서에 의한 실제 오차의 피드백으로 극복할 수 있다. 이 때, 상기 거리 센서는 상기 제1 및 제2 전자석의 둘레에 배치될 수 있다.In addition, the first foot and the second foot portion includes a distance sensor for measuring the distance to the support surface to which the first electromagnet and the second electromagnet is attached, the modeling error of the robot itself and the error due to servo control, etc. Can be overcome by feedback of the actual error by the distance sensor. In this case, the distance sensor may be disposed around the first and second electromagnets.
상기 제1 족부 또는 상기 제2 족부 중 어느 하나에는 작업 공구를 부착하기 위한 공구 장착부가 형성될 수 있다. 이와 같이 어느 하나의 족부에 용접, 녹 제거, 도색 등을 수행하기 위한 작업 공구를 부착함으로써, 로봇의 보행과 작업에 동일한 작동 메커니즘을 이용할 수 있다.Any one of the first or second foot may be provided with a tool mounting portion for attaching a work tool. In this way, by attaching a work tool for welding, rust removal, painting, or the like to any one foot, the same operation mechanism can be used for walking and working of the robot.
본 발명의 일실시예에 따르면, 강철로 이루어져 있는 작업 또는 제조 환경에서 인력을 사용하지 않고 작업 방법을 자동화 및 자율화할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to automate and automate a work method without using manpower in a work or manufacturing environment made of steel.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 6축 수직 다관절 로봇의 양쪽 말단에 전자석을 장착하여 강철로 구성된 작업 환경 내에서의 장애물을 효과적으로 극복 및 이용하여 작업 범위를 확장 및 이동하며 효율적으로 작업을 극대화 할 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, electromagnets are mounted at both ends of the 6-axis vertical articulated robot to effectively overcome and use obstacles in a steel working environment to expand and move the work range and work efficiently. To maximize.
또한, 미리 계산된 작업 환경뿐만 아니라 환경 내의 여러 변수에 대응 가능하도록 거리센서와 순응 기구를 장착함으로써 작업장의 지형과 장애물에 대한 유연성을 제공할 수 있다. In addition, it is possible to provide flexibility to the terrain and obstacles of the workplace by mounting the distance sensor and the compliance mechanism to cope with various variables in the environment as well as the pre-calculated working environment.
뿐만 아니라, 인력으로만 가능했던 용접, 녹 제거, 도포 등과 같은 열악한 작업 형태를 자동화함으로써, 작업 또는 제조 환경에서의 작업의 표준화, 정량화, 자동화 및 생산성을 높일 수 있다.In addition, by automating poor forms of work, such as welding, rust removal, application, etc., which were only possible with personnel, standardization, quantification, automation and productivity of work in a work or manufacturing environment can be enhanced.
또한, 보행을 위한 메커니즘과 작업을 수행하기 위한 메커니즘이 동일하기 때문에 보행 로봇의 제어가 용이하고 보행 로봇의 전체적인 구조를 단순화할 수 있다.In addition, since the mechanism for walking and the mechanism for performing work are the same, it is easy to control the walking robot and simplify the overall structure of the walking robot.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
이하에서는 본 발명의 일시예에 따른 보행 로봇이 선박 블록 내에서 작업하는 경우를 예로서 설명하지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 작업장의 환경이 주로 강철 내지 전자석이 부착될 수 있는 경우라면 적용 가능함을 밝혀 둔다.Hereinafter, the case in which the walking robot according to the embodiment of the present invention works in the ship block as an example, but is not necessarily limited thereto, it is found that it is applicable if the environment of the workplace is mainly steel or electromagnet can be attached. Put it.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇 및 보행 로봇이 작업하는 선박 블록을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇의 족부를 확대 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a walking robot and a walking block according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a walking robot according to an embodiment of the present invention, Figure 3 An enlarged perspective view of a foot of a walking robot according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)은 선박의 폐쇄 블록(SB) 내에 존재한다. 선박의 폐쇄 블록(SB)은 강철로 형성되며 가로 및 세로의 길이가 대략 50미터 내지 100미터 정도의 육면체 형상을 가진다. 폐쇄 블록(SB)의 내부에는 T-자 빔(beam) 모양의 론지(longi, L)가 일방향으로 나란하게 복수개 배치된다. 론지(L)는 대략 1 내지 2 미터 간격으로 배치되며 폐쇄 블록(SB)에 용접에 의해 부착되고, 폐쇄 블록(SB)은 상부 커버(미도시)에 의해 폐쇄되며 이 역시 용접에 의해 부착된다.Referring to Figure 1, the
론지(L) 등을 용접하기 위해 폐쇄 블록(SB) 내부에 보행 로봇(100)이 위치하게 된다. 보행 로봇(100) 또는 작업자가 폐쇄 블록(SB) 내부로 출입할 수 있도록 폐쇄 블록(SB)의 측벽에는 지름 1 내지 2미터 정도의 구멍(H)이 복수개 형성될 수 있다.The
폐쇄 블록(SB) 내부에 배치된 복수개의 론지(L)는 보행 로봇(100)의 이동 및 작업에 장애물이 될 수 있으나, 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)은 6축 수직 다관절 로봇이기 때문에 원활하게 론지(L) 사이를 이동할 수 있다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)에 대해 자세히 살펴 본다.The plurality of longages L disposed inside the closed block SB may be obstacles to the movement and work of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 로봇(100)은 보행 및 지지를 위한 제1 족부(110), 제1 족부(110)에 회전 가능하게 연결되는 제1 다리부(120), 제1 다리부(120)에 회전 가능하게 연결되는 제2 다리부(140) 및 제2 다리부(140)에 회전 가능하게 연결되어 보행 및 지지를 가능하게 하는 제2 족부(160)를 포함할 수 있다.2 and 3, the
여기서, 제1 및 제2 족부(110,160, 足部)는 선박 폐쇄 블록(SB) 표면 또는 론지(L)의 표면과 직접 접촉 및 지지되는 부분이다.Here, the first and
제1 족부(110)와 제1 다리부(120)는 서로 회전 가능하게 연결되며, 서로에 대해 2 자유도(Degree of Freedom)를 갖도록 연결된다. 이러한 회전 운동이 가능하도록 제1 족부(110)와 제1 다리부(120)는 제1 관절부(130)에 의해 연결된다.The
제1 관절부(130)는 서로 직교하는 2개의 회전축(A1,A2)을 중심으로 각각 회전할 수 있다. 제1 관절부(130)는 제1 족부(110)가 회전 가능하게 장착되는 베어링 시트(135), 베어링 시트(135)에 안착되는 제1 베어링(131) 및 베어링 시트(135)와 제1 다리부(120)를 연결하는 제2 베어링(133)을 포함할 수 있다.The first
한편, 제1 베어링(131) 및 제2 베어링(133)의 일측에는 각각 속도 제어부(122,124)가 제공된다. 속도 제어부(122,124)는 감속기 및 서보 모터를 포함하여, 제1 관절부(130)의 회전 속도 또는 회전 범위를 제어할 수 있다. 속도 제어부(122,124)는 각각 회전축(A1,A2)와 나란하게 구비된다.Meanwhile,
제1 다리부(120)의 일단은 제2 베어링(133)에 연결되고, 타단은 제2 관절부(150)에 연결된다. 제2 관절부(150)는 서로 직교하는 2개의 회전축(A3,A4)을 중심으로 각각 회전할 수 있다. 제2 관절부(150)는 제1 다리부(120)의 타단이 장착되는 베어링 시트(155), 베어링 시트(155)에 안착되는 제3 베어링(151) 및 베어링 시트(155)와 제1 다리부(120)를 연결하는 제4 베어링(153)을 포함할 수 있다.One end of the
한편, 제3 베어링(151) 및 제4 베어링(153)의 일측에는 각각 속도 제어부(126,146)가 제공된다. 속도 제어부(126,146)는 감속기 및 서보 모터를 포함하여, 제2 관절부(150)의 회전 속도 또는 회전 범위를 제어할 수 있다. 속도 제어부(126,146)는 각각 회전축(A3,A4)와 나란하게 구비된다.Meanwhile,
제2 관절부(150)의 베어링 시트(155)에는 제2 다리부(140)의 일단 연결되고 제2 다리부(140)의 타단은 제2 족부(160)에 연결되며, 제2 다리부(140)와 제2 족부(160)의 사이에는 제3 관절부(170)가 구비된다. One end of the
제3 관절부(170)는 서로 직교하는 2개의 회전축(A5,A6)을 중심으로 각각 회전할 수 있다. 제3 관절부(170)는 제2 다리부(140)의 타단이 장착되는 베어링 시트(175), 베어링 시트(175)에 안착되는 제5 베어링(171) 및 베어링 시트(175)와 제2 다리부(140)를 연결하는 제6 베어링(173)을 포함할 수 있다.The third
한편, 제5 베어링(171) 및 제6 베어링(173)의 일측에는 각각 속도 제어부(142,144)가 제공된다. 속도 제어부(142,144)는 감속기 및 서보 모터를 포함하여, 제3 관절부(170)의 회전 속도 또는 회전 범위를 제어할 수 있다. 속도 제어부(142,144)는 각각 회전축(A5,A6)와 나란하게 구비된다.Meanwhile,
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)은 서로 직교하는 2개의 회전축을 각각 구비한 3개의 관절부(130,150,170)을 구비함으로써, 6 자유도를 가지는 6축 수직 다관절 보행 로봇을 구현할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)은 6축 수직 다관절을 사용하여 표면의 높이가 다른 선박 폐쇄 블록(SB) 및 론지(L)의 표면에 용이하게 부착될 수 있고, 론지(L)가 보행에 장애물로 작용하지 않을 수 있다.As described above, the walking
이와 같이, 6축 수직 다관절을 채용함으로써, 다양한 형태의 장애물(보, 요철, 구멍, 경사, 계단)이 있더라도 원하는 위치로 이동할 수 있다.In this way, by adopting the six-axis vertical articulated joint, it is possible to move to a desired position even if there are various types of obstacles (beams, irregularities, holes, slopes, stairs).
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)의 제1 및 제2 족부(110,160)는 제1 및 제2 전자석(111,161), 전자석 장착 플레이트(113,163), 댐 퍼(119,169) 및 스프링(117,167)을 포함할 수 있고, 전자석 장착 플레이트(113,163)에는 거리센서(115,165)가 구비될 수 있다.Meanwhile, the first and
제1 전자석(111) 및 제2 전자석(161)은 서로 교대로 작동하고, 작업장 즉 선박 폐쇄 블록(SB)이나 론지(L)의 지지면에 부착 지지되는 족부(110,160)에 전자석(111,161)을 형성함으로써, 강철로 된 작업장에서 견고하게 보행 로봇(100)의 작업 위치를 유지할 수 있으며 론지(L) 등의 장애물도 쉽게 이동할 수 있다.The
이하에서는 도면을 참조하며 제1 및 제2 족부(110,160)의 구체적인 구성에 대해서 살펴 본다. 제1 족부(110) 및 제2 족부(160)의 구성은 동일하므로 설명의 편의를 위해서 제2 족부(130)를 중심으로 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration of the first and
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)의 제2 족부(160)는 제2 전자석(161)를 포함한다. 제2 전자석(161)의 바닥면에는 일정한 패턴의 홈부(161a)가 형성되는, 홈부(161a)는 제2 전자석(161)의 착지되는 지지면인 폐쇄 블록(SB)의 표면 또는 론지(L) 표면이 매끈하지 않고 요철이 존재하는 경우에도 안정적으로 지지면에 착지될 수 있게 한다.As shown in FIG. 3, the
제2 전자석(161)은 전자석 장착 플레이트(163)에 부착되며, 전자석 장착 플레이트(163)의 타측에는 충격 흡수부재(169)가 구비될 수 있다. 충격 흡수부재(169)는 제2 전자석(161)이 부착되는 지지면(SF, 도 1 참조)에 의해 제2 전자석(161)에 가해지는 충격을 흡수할 수 있다. 즉, 충격 흡수부재(169)는 보행 로봇(100)이 이동하는 과정에서 제2 전자석(161)이 지지면(SF)에 접촉하면서 발생하는 충격이 보행 로봇(100)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 충격 흡수부 재(169)가 흡수하는 충격은 보행 로봇(100)의 설계 오차 또는 모델링 오차로 인해 발생하는 것은 아니며, 쉽게 말하면 보행시 족부(160)의 발바닥에 가해지는 충격이라고 할 수 있다.The
한편, 충격 흡수부재(169)는 유압 등을 이용하는 댐퍼(Damper)를 이용할 수 있으며, 댐퍼에는 충격을 흡수함에 따라 위치 또는 길이가 가변되는 쇽업소버(169a)를 포함하고, 쇽업소버(169a)의 둘레에는 스프링(167)이 구비될 수 있다.On the other hand, the
여기서, 스프링(167)은 제2 족부(160)에 존재하는 모델링 오차를 상쇄하는 오차 보정부재로 기능할 수 있다. 오차 보정부재(167)는 실제 작업 투입 전에 수행하는 로봇의 모델링 상황과 실제 작업 환경에서 발생하는 상황이 다르기 때문에 발생하는 미소한 충격을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 모델링 했을 때의 지지면에 형성된 요철의 높이가 9cm이었는데 실제로는 그 높이가 10cm인 경우, 1cm 만큼의 차이에 의한 변위를 오차 보정부재(167)가 흡수할 수 있다. 즉, 오차 보정부재(167)는 주위환경에 따른 보행 궤적의 위치 오차를 기구적으로 보상할 수 있다.Here, the
한편, 오차 보정부재(167) 및 쇽업소버(169a)는 전자석 장착 플레이트(167)의 가장자리를 따라 균일한 간격으로 제공될 수 있다. 오차 보정부재(167) 및 쇽업소버(169a)를 균일한 간격으로 배치함으로써, 제2 족부(160)의 바닥면 또는 제2 전자석(161)의 바닥면이 고르게 지지면(SF)과 접촉할 수 있다.On the other hand, the
여기서, 충격 흡수부재(169) 및 오차 보정부재(167)는 제2 전자석(161)에 가해지는 작업장의 지지면(SF)과의 충격을 감소시키는 순응 기구로 작동할 수 있다. 이를 위해, 상기 순응 기구는 제2 전자석(161)의 일측을 지지하는 댐퍼(169) 및 댐 퍼(169)의 둘레에 구비된 스프링(167)을 포함할 수 있다. 이와 같이 댐퍼를 이용하여 보행 로봇의 착지시에 발생하는 충격이 로봇 본체로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 이에 더하여 스프링을 구비함으로써 댐퍼의 초기 상태 복귀를 용이하게 하고 작은 충격은 스프링만으로 대응할 수 있다. 이러한 순응 기구 구조로서 복잡한 환경에서의 다양하고 유연한 보행할 수 있는 기구 구조를 구현할 수 있다.Here, the
또한, 제2 족부(160)는 제2 전자석(161)이 착지 및 지지되는 선박 폐쇄 블록(SB) 또는 론지(L)의 지지면(SF)까지의 거리를 측정하는 거리 센서(165)를 포함하여 로봇 자체의 모델링 오차 및 서보 제어에 따른 오차 등을 거리 센서에 의한 실제 오차의 피드백으로 극복할 수 있다. 이 때, 거리 센서(165)는 제2 전자석(161)의 둘레 또는 둘레를 따라 균일한 간격으로 배치될 수 있다.In addition, the
기존 로봇의 경우는, 지그를 사용하여 위치 오차가 발생하지 않도록 조정할 뿐, 실제 작업 환경에서 발생하는 거리 또는 위치 오차를 반영하여 로봇의 작동 설정을 변경하지 않는다. 이에 반해 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)은 거리 센서(165)에 의해 인식된 주변 환경을 피드백하여 작동 설정을 변경할 수 있다.In the case of the existing robot, the jig is used to adjust the position error so that it does not occur, and does not change the operation setting of the robot to reflect the distance or position error occurring in the actual working environment. On the contrary, the walking
거리 센서(165)는 보행 로봇(100)이 위치하는 작업 환경을 인식할 수 있다. 거리 센서(165)는 보행 로봇(100)이 안정적이고 다양한 보행을 할 수 있도록 주위 환경을 인식할 수 있다. 이러한 거리 센서(165)를 이용하여 미리 계산된 보행 패턴과 실제 환경의 차이를 극복할 수 있다. 또한, 로봇(100) 자체의 모델링 오차와 서보(servo) 제어에 따른 오차 등도 거리 센서(165)에 위한 실제 오차의 피드백으로 극복할 수 있다. 즉, 착지하고자 하는 지지면까지의 거리가 모델링한 작동 설정과 상이한 것으로 거리 센서(165)가 인식한 경우, 센싱한 거리를 피드백하여 모델링한 작동 설정을 변경할 수 있다.The
이와 같이, 거리 센서(165)를 장착함으로써 단순한 평면뿐만 아니라 다양한 지형 정보를 분석하여, 보행 로봇(100)의 안정적인 이동 및 착지를 확보할 수 있다.As such, by mounting the
한편, 제2 족부(160)에는 작업 공구를 부착하기 위한 공구 장착부(180)가 형성될 수 있다. 공구 장착부(180)는 제1 족부(110) 또는 제2 족부(160) 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 공구 장착부(180)는 ISO 규격에 부합하도록 형성되며, 용접, 녹 제거, 도색 등을 수행하기 위한 작업 공구를 부착할 수 있다. 공구 장착부(180)에는 공구 장착을 위한 장착홀(180a)이 형성될 수도 있다.Meanwhile, a
이와 같이, 어느 하나의 족부(110,160)에 공구 장착부(180)를 형성하여 작업 공구를 부착함으로써, 로봇의 보행과 작업에 동일한 작동 메커니즘을 이용할 수 있다. 즉, 로봇의 보행에 이용하는 6축 수직 다관절 구조를 용접 등의 작업에 이용하기 때문에, 작업을 위한 별도의 관절부 등을 구비할 필요가 없다.As such, by forming the
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇(100)의 작동에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇이 선박 블록 상에 보행 및 작업하는 상태를 도시한 사시도이다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the operation of the walking
도 4를 참조하면, 선박의 폐쇄 블록(SB) 내에 위치하는 보행 로봇(100)은 특정 위치에서 작업을 완료한 후에 다음 작업 위치로 이동한다. 이를 위해, 보행 로 봇(100)은 우선 어느 한 쪽의 족부(110)의 전자석(111)을 철판으로 된 선박 폐쇄 블록(SB)의 지지면(SF)에 고정하고, 다른 쪽 족부(160)의 전자석(161)을 론지(L)의 상면으로 이동한다. 그 다음 블록(SB)의 지지면(SF)에 고정되어 있던 전자석(111)을 론지(L) 건너편의 블록(SB) 지지면(SF)에 고정하여 론지(L)를 넘어가게 된다.Referring to FIG. 4, the walking
보행 중 생기는 회전 모멘트 및 질량 중심의 이동은 로봇(100)의 보행 불안정성을 유발하는데, 이를 지지면(SF)에 부착된 전자석(111)으로 고정함으로써 안정성을 확보할 수 있다. 그리고, 이동이 끝난 후 반대편 전자석(161)을 지지면(SF)에 고정한 후 지지면(SF)에 부착되어 있던 전자석(111)을 이동하면 보행이 이루어진다. The rotation moment and the movement of the center of mass generated during walking cause walking instability of the
이러한 보행 패턴을 반복함으로써, 목표로 하는 작업 위치 또는 환경으로 이동할 수 있다. 또한, 공구 장착부(180)에 부가적인 작업 공구를 장착함으로써 용접, 용접선 제거, 도포, 녹 제거 등의 작업을 수행할 수 있다.By repeating such a walking pattern, it can move to a target working position or environment. In addition, by mounting an additional work tool in the
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations are possible. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later will belong to the scope of the present invention. .
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇 및 보행 로봇이 작업하는 선박 블록을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a walking robot and a ship block on which a walking robot works according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇을 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing a walking robot according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇의 족부를 확대 도시한 사시도이다.Figure 3 is an enlarged perspective view of the foot of the walking robot according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보행 로봇이 선박 블록 상에 보행 및 작업하는 상태를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a walking robot working and walking on a ship block according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 보행 로봇 110: 제1 족부100: walking robot 110: first foot
120: 제1 다리부 130: 제1 관절부120: first leg portion 130: first joint portion
140: 제2 다리부 150: 제2 관절부140: second leg portion 150: second joint portion
160: 제2 족부 170: 제3 관절부160: second foot 170: third joint portion
180: 공구 장착부 SB: 선박 폐쇄 블럭180: tool mounting part SB: ship closing block
L: 론지 A1~A6: 회전축L: Longines A1-A6: Rotating shaft
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