KR101109639B1 - 보행로봇의 길이 가변형 다리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다리의 길이를 변경할 수 있는 링크의 구조와 이를 이용하여 모듈화 시킨 로봇 다리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 보행로봇의 길이 가변형 링크는, 관절과 링크를 포함하는 다리를 이용하여 보행하는 보행 로봇의 다리에 사용되는 링크에 있어서, 상기 링크의 길이를 조절하는 길이가변부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 보행로봇의 길이 가변형 다리는, 구동용 액추에이터를 포함하고, 내부에 매설되며, 상기 전선과 연결된 커넥터를 포함하는 연결부가 돌출 형성된 액추에이터모듈; 및 상기 연결부의 커넥터에 연결되는 링크커넥터가 형성되고, 상기 링크커넥터에 연결된 전선이 내부에 매설되며, 길이를 조절하는 길이가변부를 포함하는 링크모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 보행로봇의 다리 길이를 실시간으로 조절함으로써, 보행로봇이 보행환경의 변화에 쉽게 적응하여 보행 효율이 향상되고 전복의 위험을 크게 줄이는 효과가 있다. 또한 보행로봇의 다리에 사용되는 부품을 모듈화 함으로써, 보행로봇을 설계하고 제작하는 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다.

Description

보행로봇의 길이 가변형 다리{VARIABLE LEG FOR WALKING ROBOT}

본 발명은 보행로봇에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 보행로봇의 다리에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇은 이동방법에 따라 인간 및 동물의 걸음걸이와 유사한 보행형 로봇과 차량 등과 유사하게 바퀴를 이용하여 주행하는 주행형 로봇 등으로 나뉜다.

현재 주행형 로봇은 차륜형 구조나 궤도형 구조 등을 이용하여 실용화되고 있지만, 험지에서의 적응력 등의 효율면에서 문제점을 가지고 있기 때문에 보행형 로봇(이하 '보행로봇'이라 함)에 대한 연구가 계속 이어지고 있다.

보행로봇은 인간과 같이 2개의 다리를 갖는 2족 보행로봇, 네발 동물과 같이 4개의 다리를 갖는 4족 보행로봇 및 곤충과 같이 6개 이상의 다리를 갖는 보행로봇 등 생태모방학을 이용하여 설계되거나, 2족 보행로봇에 안정감을 위하여 다리를 추가한 3족 보행로봇 등 다양한 방향에서 설계가 이루어지고 있다.

그러나 실제 보행환경인 지면은 매우 복잡한 형상을 가지고 있기 때문에 보행로봇의 설계는 매우 어려우며, 아직까지 실용화된 보행로봇은 거의 없다.

이를 해결하기 위하여 매우 복잡한 다리 구조와 보행 메커니즘을 갖는 보행로봇의 개발이 이어지고 있으나 상기한 문제점을 완전하게 해결하지 못하고 있으며, 반면에 설계와 제작이 복잡해짐으로 인하여 제작 시간과 비용이 상승하는 문제점이 오히려 커지고 있는 현실이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 다양한 노면환경에 무관하게 보행할 수 있도록 다리의 길이를 변경할 수 있는 링크의 구조와 이를 이용하여 모듈화 시킨 로봇 다리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 보행로봇의 길이 가변형 링크는, 관절과 링크를 포함하는 다리를 이용하여 보행하는 보행 로봇의 다리에 사용되는 링크에 있어서, 상기 링크의 길이를 조절하는 길이가변부가 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 길이가변부는, 한쪽 끝이 열리고 속이 빈 형상이며, 내부에 설치된 모터와 상기 모터에 연결되어 회전하고 표면에 나사산이 형성된 회전봉을 포함하는 제1연결체; 및 한쪽 끝이 상기 제1연결체의 속으로 삽입되며, 상기 회전봉과 나사 결합하도록 내주면에 나사산이 형성된 너트부와 상기 회전봉을 수용할 수 있는 수용부를 포함하는 제2연결체를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명에 의한 보행로봇의 길이 가변형 다리는, 구동용 액추에이터를 포함하고, 내부에 전선이 매설되며, 상기 전선과 연결된 커넥터를 포함하는 연결부가 돌출 형성된 액추에이터모듈; 및 상기 연결부의 커넥터에 연결되는 복수의 링크커넥터가 형성되고, 상기 링크커넥터에 연결된 전선이 내부에 매설되며, 길이를 조절하는 길이가변부를 포함하는 링크모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

길이가변부는, 한쪽 끝이 열리고 속이 빈 형상이며, 내부에 설치된 모터와 상기 모터에 연결되어 회전하고 표면에 나사산이 형성된 회전봉을 포함하는 제1연결체; 및 한쪽 끝이 상기 제1연결체의 속으로 삽입되며, 상기 회전봉과 나사 결합하도록 내주면에 나사산이 형성된 너트부와 상기 회전봉을 수용할 수 있는 수용부를 포함하는 제2연결체를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고 상기 액추에이터모듈과 상기 링크모듈에 형성된 커넥터는, 수커넥터와 암커넥터가 서로 결합하는 구조인 것이 좋으며, 상기 액추에이터모듈과 상기 링크모듈이 체결되는 부분의 외주면에 나사산이 형성되고, 상기 나사산이 형성된 외주면에 고정너트가 나사 체결되는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 보행로봇의 다리 길이를 실시간으로 조절함으로써, 보행로봇이 보행환경의 변화에 쉽게 적응하여 보행 효율이 향상되고 전복의 위험을 크게 줄이는 효과가 있다.

또한 보행로봇의 다리에 사용되는 부품을 모듈화 함으로써, 보행로봇을 설계하고 제작하는 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 보행로봇의 길이 가변형 링크의 길이가변부를 나타내는 단면도이다.

본 실시예 따른 보행로봇의 길이 가변형 링크(10)의 길이가변부는 제1연결 체(20)와 제2연결체(30)를 포함하여 이루어진다.

제1연결체(20)는 한쪽 끝이 개방되며, 내부에 제2연결체(30)의 한쪽 끝을 수용할 수 있는 공간이 형성된다. 제2연결체(30)를 수용할 수 있는 공간에는 모터(22)가 설치되고 모터(22)에는 표면에 나사산이 형성된 회전봉(24)이 체결되어, 모터(22)를 가동하면 회전봉(24)이 회전한다.

제2연결체(30)는 한쪽 끝이 제1연결체(20)의 개통된 끝을 통하여 제1연결체(20) 내부로 삽입되어 위치한다. 삽입된 쪽 끝에는 회전봉(24) 표면에 나사 결합하도록 내주면에 나사산이 형성된 너트부(32)가 형성되며, 너트부(32)를 관통한 회전봉(24)을 수용할 수 있는 빈 공간인 수용부(34)가 형성된다.

상기 구조의 본 실시예에 따른 보행로봇의 길이 가변형 링크의 작동구조를 설명하면 다음과 같다.

전기적인 신호에 따라서 제1연결체(20)에 설치된 모터(22)가 가동되면, 모터(22)에 연결된 회전봉(24)이 회전한다. 회전봉(24)이 회전하면, 회전봉(24) 표면의 나사산과 결합된 너트부(32) 내주면의 나사산의 상호작용에 의하여 회전봉(24)이 수용부(34)에 수용되는 길이가 변하고, 이는 곧 제2연결체(30)가 제1연결체(20)의 내부에 수용되는 길이가 변경되는 것을 의미한다.

회전봉(24)이 수용부(34) 내부로 삽입되도록 모터(22)가 회전하면, 길이 가변형 링크(10)의 길이가 줄어든다. 반대로 회전봉(24)이 수용부(34) 밖으로 빠져나오도록 모터(22)가 회전하면, 길이 가변형 링크(10)의 길이가 늘어난다.

이때, 회전봉(24)의 과도한 회전으로 인해 제1연결체(20)와 제2연결체(30)가 분리되는 것을 막기 위하여, 제1연결체(20)와 제2연결체(30)의 끝을 구부려 단턱을 형성함으로써 스톱퍼로 사용할 수 있다. 또한, 접촉센서 등을 설치하여 회전봉(24)의 과도한 회전을 막을 수 있다.

이러한 길이 가변형 링크(10)는 관절과 관절의 사이 또는 관절과 로봇발의 사이에 적어도 하나이상 설치되어 보행로봇의 다리 뼈대 역할을 한다. 따라서 링크의 길이는 보행로봇의 다리 길이를 결정하며, 링크의 길이가 변하면 다리의 길이가 변하게 된다.

길이 가변형 링크(10)를 설치한 다리를 포함하는 보행로봇은, 보행 중에 시각센서와 로봇발에 형성된 접촉센서 등으로부터 얻어진 데이터를 이용하여 지면의 상태를 실시간으로 파악하여, 그에 따라서 모터(22)를 가동함으로써 지면의 상태에 맞추어 실시간으로 다리 길이를 조절할 수 있다. 따라서 다리 길이를 실시간으로 변화시켜 보행중인 지면의 상황에 능동적으로 대응함으로써 보행 효율이 향상되고 전복의 위험을 크게 줄이는 효과가 있다.

한편, 종래에도 보행로봇의 구성부분을 모듈화하여 조립을 간단하게 하려는 노력이 있어 왔으나, 링크길이의 경직성으로 인하여 최종설계가 완성되기까지는 모듈화가 불가능하였으며, 이 후 설계변경 시에 발생하는 문제점으로 인하여 모듈화가 용이하지 못하였다. 그러나 본 발명에 따른 길이 가변형 링크를 사용하면, 모듈화에 따른 이익을 최대화할 수 있다. 이하에서는 앞에서 길이 가변형 링크(10)로 표시한 구성을 링크모듈(10)로 바꾸어, 모듈화한 보행로봇의 다리 부분을 설명 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행로봇의 길이 가변형 다리를 나타내는 도면이다.

본 실시예에 따른 보행로봇의 길이 가변형 다리는 액추에이터모듈(40, 50)과 링크모듈(10) 및 고정너트(60)를 포함하여 이루어진다.

액추에이터모듈(40, 50)은 구동용 액추에이터와 전선을 하우징의 내부에 설치하여 모듈화한 구동부분으로서, 링크나 몸체와의 연결을 위하여 돌출 형성된 연결부(42, 52)가 적어도 한개 이상 형성되며, 액추에이터, 모터, 센서 및 전원 등의 배선이 모두 가능하도록 다수의 전선이 내부에 설치된다.

액추에이터모듈(40, 50)은 그 체결 형상에 따라서 제1액추에이터모듈(40)과 제2액추에이터모듈(50)로 나뉜다. 제1액추에이터모듈(40)은 링크모듈(10) 또는 몸체 등이 90도의 각도를 이루고 연결부(42)에 연결되는 구성이다. 그리고 제2액추에이터모듈(50)은 링크모듈(10) 또는 몸체 등이 180도의 각도를 이루고 연결부(52)에 연결되는 구성이다. 이러한 각도는 다리가 제1액추에이터모듈(40)을 통하여 몸체의 옆에 체결되고, 2 이상의 링크모듈(10)이 제2액추에이터모듈(50)의 위아래로 체결된 2족 또는 다족 보행로봇을 가정하여 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 보행로봇의 액추에이터모듈은 이러한 각도에 한정되지 않고 설계에 따라서 다양한 각도로 체결될 수 있다.

액추에이터모듈(40, 50)은 구동용 액추에이터 외에 기어의 백래쉬현상을 감소시키기 위한 하모닉드라이브와 제어를 위한 컨트롤러를 내부에 설치하여 모듈의 장점을 극대화시킬 수 있다.

링크모듈(10)은 전선을 내부에 설치하여 모듈화한 다리의 뼈대부분으로서, 액추에이터, 모터, 센서 및 전원 등의 배선이 모두 가능하도록 다수의 전선이 내부에 설치된다. 링크모듈(10)은 앞에서 설명한 것과 같은 길이가변부를 포함하여 길이를 조절할 수 있다.

한편, 액추에이터모듈(40, 50)과 링크모듈(10)의 체결부위에는, 각 구성부분의 내부에 형성된 전선을 연결하기 위한 구조가 필요하다.

도 3은 도 2에 나타낸 길이 가변형 다리의 제1액추에이터모듈과 링크가 연결된 부분을 나타내는 단면도이다.

액추에이터모듈(40, 50)에는 링크모듈(10)과 체결을 위해서 연결부(42, 52)가 형성되고, 연결부(42, 52)의 내부에 전기적 연결을 위한 구조가 형성된다. 도 3에 도시된 것과 같이 제1액추에이터(40)의 연결부(42)의 내부에는 전선(44)이 매설되며, 단부에 전선(44)과 전기적으로 연결된 수커넥터(잭)(46)가 형성된다.

링크모듈(10)의 제1연결체(20)의 끝에는 연결부(42)의 끝에 돌출된 수커넥터(46)와 전기적으로 연결되는 암커넥터(소켓)(26)가 형성되며, 암커넥터(26)에는 제1연결체(20)의 내부에 매설된 전선(28)이 연결된다.

앞서 설명한 것과 같이 액추에이터모듈(40, 50)과 링크모듈(10)에는 액추에이터, 모터, 센서 및 전원 등의 배선이 모두 가능하도록 다수의 전선(28, 44)이 내부에 설치되며, 전선(28, 44)의 수와 동일한 수의 수커넥터(46) 및 암커넥터(26)가 형성된다. 수커넥터(46)와 암커넥터(26)가 배치되는 구성은 실시예와 같이 한정되 지 않으며, 필요에 따라서 암과 수의 구조를 바꾸거나 다른 구조를 갖는 전기적 연결 구조를 이용할 수 있다.

고정너트(60)는 이 결합되는 부분의 외주면에 나사 체결되어 결합력을 향상시키는 부분이다. 이를 위하여 연결부(42, 52)와 링크모듈(10)의 외주면에 나사산을 형성한다.

액추에이터와 링크를 모듈화하고 전기적인 연결이 쉽도록 커넥터를 이용함으로써, 설계와 조립이 간단해져 로봇 제작시간을 단축시키는 경제적인 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 보행로봇의 길이 가변형 링크의 길이가변부를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행로봇의 길이 가변형 다리를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 2에 나타낸 길이 가변형 다리의 제1액추에이터모듈과 링크가 연결된 부분을 나타내는 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 길이 가변형 링크 20: 제1연결체

22: 모터 24: 회전봉

26: 암커넥터 28, 44: 전선

30: 제2연결체 32: 너트부

34: 수용부 40: 제1액추에이터모듈

42, 52: 연결부 46: 수커넥터

50: 제2엑추에이터모듈 60: 고정너트

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 구동용 액추에이터를 포함하고, 내부에 전선이 매설되며, 상기 전선과 연결된 커넥터를 포함하는 연결부가 돌출 형성된 액추에이터모듈; 및

   상기 연결부의 커넥터에 연결되는 링크커넥터가 형성되고, 상기 링크커넥터에 연결된 전선이 내부에 매설되며, 길이를 조절하는 길이가변부를 포함하는 링크모듈을 포함하고,

   상기 액추에이터모듈과 상기 링크모듈이 체결되는 부분의 외주면에 나사산이 형성되며, 상기 나사산이 형성된 외주면에 고정너트가 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 보행로봇의 길이 가변형 다리.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 길이가변부는,

   한쪽 끝이 열리고 속이 빈 형상이며, 내부에 설치된 모터와 상기 모터에 연결되어 회전하고 표면에 나사산이 형성된 회전봉을 포함하는 제1연결체; 및

   한쪽 끝이 상기 제1연결체의 속으로 삽입되며, 상기 회전봉과 나사 결합하도록 내주면에 나사산이 형성된 너트부와 상기 회전봉을 수용할 수 있는 수용부를 포함하는 제2연결체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행로봇의 길이 가변형 다리.
5. 청구항 3항에 있어서, 상기 액추에이터모듈과 상기 링크모듈에 형성된 커넥터는,

   수커넥터와 암커넥터가 서로 결합하는 구조인 것을 특징으로 하는 보행로봇의 길이 가변형 다리.
6. 삭제

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