KR101160162B1 - A multi-legged walking robot and a method for controlling the walking thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보행 로봇의 구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 특유한 발의 구조를 갖는 다족 보행 로봇 및 그에 따른 보행 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a walking robot, and more particularly, to a multi-foot walking robot having a unique foot structure and a walking control method thereof.

본 발명에 의한 다족 보행형 로봇은, 몸체의 양 측면에 적어도 두 쌍의 다리가 회전가능하게 체결된 다족 보행형 로봇에 있어서, 상기 다리의 끝에 체결된 발을 포함하며, 상기 발이 상기 다리에 회전가능하게 체결된 구 형태인 것을 특징으로 한다. Multi-legged walking robot according to the present invention, in a multi-legged walking robot that is rotatably fastened to at least two pairs of legs on both sides of the body, comprising a foot coupled to the end of the leg, the foot is rotated to the leg It is characterized in that the spherical shape is possibly fastened.

또한, 본 발명에 의한 다족 보행형 로봇의 보행 제어방법은 다리가 지면을 딛는 순간에 구 형태의 발이 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다. In addition, the gait control method of the multi-pedestrian walking robot according to the present invention is characterized in that the spherical foot rotates in the direction of reducing the resistance of the ground at the moment the legs step on the ground.

본 발명에 따르면, 간단한 구형상의 로봇용 발을 구비함으로써 제작이 쉽고, 고장이 적으며, 보행 적응성과 효율성이 매우 뛰어나다. 나아가, 구형상의 발을 회전하는 구조를 통해서, 지면을 딛는 순간의 마찰력을 감쇠시켜 보행 속도가 더욱 빨라지는 효과가 있다.According to the present invention, it is easy to manufacture by providing a simple spherical robot foot, less trouble, very excellent walking adaptability and efficiency. Furthermore, through the structure of rotating the spherical feet, the walking speed is further reduced by attenuating the frictional force on the ground.

다족 보행 로봇, 4족 보행 로봇, 구형상 발 로봇, 구형 발 구조 Multi-Foot Walking Robot, Quadruped Walking Robot, Spherical Foot Robot, Spherical Foot Rescue

Description

다족 보행 로봇 및 그의 보행 제어방법{A MULTI-LEGGED WALKING ROBOT AND A METHOD FOR CONTROLLING THE WALKING THEREOF}Multi-legged walking robot and its walking control method {A MULTI-LEGGED WALKING ROBOT AND A METHOD FOR CONTROLLING THE WALKING THEREOF}

본 발명은 보행 로봇의 구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 특유한 발의 구조를 갖는 다족 보행 로봇 및 그에 따른 보행 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a walking robot, and more particularly, to a multi-foot walking robot having a unique foot structure and a walking control method thereof.

일반적으로, 로봇은 이동방법에 따라 인간 및 동물의 걸음걸이와 유사한 보행형 로봇과 차량 등과 유사하게 바퀴를 이용하여 주행하는 주행형 로봇 등으로 나뉜다.In general, the robot is classified into a walking robot similar to a human and animal walking and a traveling robot that runs using wheels similar to a vehicle according to a moving method.

현재 주행형 로봇은 차륜형 구조나 궤도형 구조 등을 이용하여 실용화되고 있지만, 험지에서의 적응력 등의 효율 면에서 문제점이 있기 때문에 보행형 로봇에 대한 연구가 계속 이어지고 있다.Currently, the driving robot has been put to practical use by using a wheel-type structure or a track-type structure. However, research on walking-type robots continues because of problems in efficiency, such as adaptability in rough terrain.

특히, 여러 개의 다리를 갖는 다족 보행 로봇은 2족 보행 로봇에 비하여 안정성이 뛰어나기 때문에, 우수한 환경 적응능력과 함께 뛰어난 기동성을 가질 수 있어 다양한 용도로 사용될 수 있다. 이러한 기동성과 환경 적응능력 및 효율성을 결정하는 가장 중요한 요소는 로봇의 다리 메커니즘이라 할 수 있다.In particular, since the multi-legged walking robot having several legs is superior in stability to the biped walking robot, it can have excellent maneuverability and excellent maneuverability and can be used for various purposes. The most important determinant of maneuverability, environmental adaptability and efficiency is the bridge mechanism of the robot.

보행형 로봇을 제작하기 위한 방법으로는 생태역할 또는 생태모방학을 이용한 설계가 주로 이용되고 있는데, 이는 구조상으로 가장 효율적이고 간단한 설계가 가능하다는 장점이 있다.As a method for manufacturing a walking robot, a design using an ecological role or an ecological imitation is mainly used, which has the advantage that the most efficient and simple design is possible in structure.

동물이나 인간의 몸체는 그 환경에 맞는 구조 및 형태의 뼈, 근육, 인대 및 힘줄로 구성됨으로써 최적화된 구조로 되어 있기 때문에, 보행형 로봇의 다리를 제작하는 모델로 삼고 있다.Since the body of an animal or human body is optimized by being composed of bones, muscles, ligaments, and tendons of a structure and shape suitable for the environment, it is used as a model for making a walking robot leg.

그 하나의 예로 대한민국 등록특허 10-0815247호에 '4족 보행 로봇'의 구조에 대하여 개시되어 있다. 여기에는, 도 4에 도시된 것과 같이 동물의 발 모양에서 따온 구조의 로봇 발을 가지고 있다. 하지만, 다리의 움직임에 따라서 지면을 다양한 형태로 딛게 되는 로봇용 발은 그 구조 및 움직임이 복잡하여, 잦은 고장의 원인이 될 뿐만 아니라 로봇의 보행속도를 느리게 하는 원인이 되고 있다. 또한, 불규칙한 형상의 지면에서는 보행에 방해가 되는 경우도 있다.As one example thereof is disclosed in the Republic of Korea Patent No. 10-0815247 for the structure of the "four-legged walking robot." It has a robot foot of a structure taken from the shape of the animal's foot as shown in FIG. However, the foot of the robot that hits the ground in various forms according to the movement of the legs is complicated in structure and movement, causing frequent failures and slowing down the walking speed of the robot. Moreover, in the ground of irregular shape, it may interfere with walking.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 구조가 간단하면서도 로봇의 보행속도를 높일 수 있는 로봇 발의 구조 및 그에 따른 보행 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been invented to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a structure of the robot foot and a walking control method according to which the structure is simple and can increase the walking speed of the robot.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다족 보행형 로봇은, 몸체의 양 측면에 적어도 두 쌍의 다리가 회전가능하게 체결된 다족 보행형 로봇에 있어서, 상기 다리의 끝에 체결된 발을 포함하며, 상기 발이 상기 다리에 회전가능하게 체결된 구 형태인 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the multipedal walking robot according to the present invention includes a foot fastened to an end of the leg in a multipedal walking robot in which at least two pairs of legs are rotatably fastened to both sides of the body. , The foot is characterized in that the sphere is rotatably fastened to the leg.

본 발명의 다족 보행형 로봇은 구형상의 간단한 구조의 발을 구비하여, 보행 적응성과 효율을 높이고, 구형상의 발을 회전시켜 진행시의 저항력을 줄여 보행속도를 높인다.The multi-pedal walking robot of the present invention has a spherical simple structure of the foot, which improves walking adaptability and efficiency, and rotates the spherical foot to reduce the resistance at the time of progressing to increase the walking speed.

이때, 상기 구형태의 발은 지면에 닿을 때 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로만 회전가능한 것일 수 있으며, 이를 위해 상기 발에 발과 함께 회전하는 래칫구조의 스프로킷이 형성되고, 상기 다리에 상기 스프로킷이 한쪽 방향으로만 회전가능하게 하는 걸림핀이 형성되는 것이 가능하다.At this time, the spherical foot may be rotatable only in the direction of reducing the resistance of the ground when it touches the ground, for this purpose is formed a sprocket having a ratchet structure that rotates with the foot, the sprocket on the leg It is possible to form a locking pin that allows rotation in only one direction.

본 발명에 의한 다족 보행형 로봇의 보행 제어방법은, 몸체의 양 측면에 적어도 두 쌍의 다리가 회전가능하게 체결된 다족 보행형 로봇의 보행을 제어하는 방법에 있어서, 상기 다리의 끝에는 구 형태의 발이 회전가능하게 체결되어, 상기 다 리가 지면을 딛는 순간에 상기 구 형태의 발을 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.Walking control method of the multi-pedal walking robot according to the present invention, in a method of controlling the walking of the multi-pedal walking robot in which at least two pairs of legs are rotatably fastened to both sides of the body, the ends of the legs are spherical The foot is rotatably fastened so as to rotate the spherical foot in the direction of reducing the resistance of the ground at the moment the leg hits the ground.

이때, 상기 구형태의 발은 지면에 닿을 때 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로만 회전가능한 것일 수 있으며, 이를 위해 상기 발에 발과 함께 회전하는 래칫구조의 스프로킷이 형성되고, 상기 다리에 상기 스프로킷이 한쪽 방향으로만 회전가능하게 하는 걸림핀이 형성되는 것이 가능하다.At this time, the spherical foot may be rotatable only in the direction of reducing the resistance of the ground when it touches the ground, for this purpose is formed a sprocket having a ratchet structure that rotates with the foot, the sprocket on the leg It is possible to form a locking pin that allows rotation in only one direction.

본 발명에 따르면, 간단한 구형상의 로봇용 발을 구비함으로써 제작이 쉽고, 고장이 적으며, 보행 적응성과 효율성이 매우 뛰어나다.According to the present invention, it is easy to manufacture by providing a simple spherical robot foot, less trouble, very excellent walking adaptability and efficiency.

나아가, 구형상의 발을 회전하는 구조를 통해서, 지면을 딛는 순간의 마찰력을 감쇠시켜 보행 속도가 더욱 빨라지는 효과가 있다.Furthermore, through the structure of rotating the spherical feet, the walking speed is further reduced by attenuating the frictional force on the ground.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4족 보행형 로봇의 구조를 나타내는 도면과 발 부분을 확대한 도면이다. 1 is an enlarged view showing a structure and a foot portion of a quadruped walking robot according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다족 보행형 로봇은 몸체(10)와 다리(20) 및 발(30)을 포함하는 구조이다. 몸체(10)의 위에 표시된 화살표는 로봇의 진행방향이고, 확대도에 표시된 화살표는 발이 회전하는 방향이다.The multi-legged walking robot of the present invention has a structure including a body 10, a leg 20, and a foot 30. The arrow indicated on the body 10 is the moving direction of the robot, and the arrow indicated in the enlarged view is the direction in which the foot rotates.

몸체(10)는 로봇의 몸통에 해당하는 부분이며, 다족 보행형 로봇의 경우 진행방향으로 길쭉한 형상을 나타내는 것이 일반적이다. 이러한 몸체(10)에는 다양 한 부품이 체결될 수 있으며, 특히 보행을 위한 다리(20)가 옆에 쌍을 이루어 회전가능하게 체결된다. 다리(20)를 회전시키는 구동기 등의 구조가 몸체(10)의 내부에 설치되는데, 이 부분은 본 발명의 핵심적인 부분이 아니므로 설명을 생략한다.The body 10 is a portion corresponding to the body of the robot, and in the case of a multiped walking robot, the body 10 generally has an elongated shape in the advancing direction. Various parts can be fastened to the body 10, and in particular, legs 20 for walking are fastened rotatably in pairs next to each other. A structure such as a driver for rotating the leg 20 is installed inside the body 10, and this part is not essential part of the present invention, so description thereof will be omitted.

다리(20)는 몸체(10)의 옆에 체결되며, 로봇이 보행할 수 있도록 하는 부분이다. 본 발명이 적용되는 로봇의 다리(20)는 그 구조에 특별히 한정되지 않고, 다양한 구조가 가능하다. 다만, 보행동작을 위해서 다리(20)의 상단이 몸체(10)에 회전가능하게 체결된다.The leg 20 is fastened to the side of the body 10 and is a part that allows the robot to walk. The leg 20 of the robot to which the present invention is applied is not particularly limited to the structure, and various structures are possible. However, the upper end of the leg 20 is rotatably fastened to the body 10 for the walking operation.

본 실시예의 다리는 생태모방학을 이용하여 구체화된 형상으로 이에 대해서 설명하면 다음과 같다. 도 3은 개나 고양이와 같은 지행류 포유동물의 측면 모습을 관찰한 도면이다. 도 3 및 여러 연구에 따르면, 지행류 포유류의 대부분은 질량중심이 몸의 앞부분에 위치하는 구조로 되어 있으며, 뒷다리는 몸무게의 단지 4/10 정도만을 지지하기 때문에 앞다리보다 자유롭게 움직일 수 있다. 지행류 포유동물의 앞다리와 뒷다리의 형태가 서로 마주보면서 안쪽으로 휘어져 있는 이유는, 보행 중 몸통이 앞으로 넘어지는 것을 앞다리로 지지하고 뒷다리로 추진력을 얻기 위한 것으로 알려져 있다.The leg of this embodiment is described as an embodiment shaped using ecological mimetics as follows. Figure 3 is a view of the side view of a tributary mammal such as a dog or cat. According to FIG. 3 and several studies, most of the flying bird mammals have a structure in which the center of mass is located at the front of the body, and since the hind legs support only about 4/10 of the body weight, they can move freely than the front legs. The reason why the front and rear limbs of an invertebrate mammal face each other and bend inwardly is known to support the torso with the front leg and to propel the hind leg while walking.

발(30)은 다리(20)의 끝에서 지면에 닿는 부분이다. 본 발명의 발(30)은 구의 형태로 제작되어, 특별한 구조가 없이도 모든 형태의 지면에 대하여 안정적으로 딛을 수 있다. 종래의 발 구조에 비하여 지면과의 접촉 면적이 좁지만, 다족 보행형 로봇의 경우에는 보행 중에도 둘 이상의 발이 지면을 딛고 있기 때문에 다리(20)의 보행제어에 따라서 안정적인 보행이 가능하다.The foot 30 is a part touching the ground at the end of the leg 20. The foot 30 of the present invention is manufactured in the form of a sphere, and can be stably set on all types of ground without a special structure. Compared with the conventional foot structure, the contact area with the ground is narrower, but in the case of a multi-legged walking robot, since two or more feet are standing on the ground during walking, stable walking is possible according to the walking control of the leg 20.

다만, 발(30)이 지면에 닿는 순간에는 지면과 발(30)사이에 마찰력이 발생하고, 이러한 마찰력은 로봇의 진행방향과 반대로 작용하기 때문에, 로봇의 보행속도를 늦추는 원인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발(30)은 지면에 닿는 순간에 회전이 가능하도록 제작된다. 도 1의 확대도에 도시된 것과 같이, 지면에 닿는 순간 발(30)이 지면의 마찰력을 감소시키는 방향으로 회전하면, 로봇의 진행방향의 반대방향으로 작용하는 반력을 감소시킬 수 있다. 로봇의 발에 작용하는 마찰력은 로봇이 실제로 사용되는 시멘트나 아스팔트 바닥 등 지면이 거친 곳일수록 강하기 때문에, 본 발명의 발을 사용하는 로봇은 실용화되어 적용 시에 그 효과가 더욱 뛰어나다.However, at the moment when the foot 30 touches the ground, a friction force is generated between the ground and the foot 30, and this friction force acts in the opposite direction of the robot's progression, thereby causing a slower walking speed of the robot. In order to solve this problem, the foot 30 of the present invention is manufactured to be rotatable at the moment of touching the ground. As shown in the enlarged view of FIG. 1, when the foot 30 rotates in the direction of reducing the frictional force of the ground at the moment of contact with the ground, the reaction force acting in the direction opposite to the moving direction of the robot may be reduced. Since the frictional force acting on the robot's foot is stronger as the ground is rough, such as cement or asphalt floor where the robot is actually used, the robot using the foot of the present invention is more practical when applied to the robot.

특히, 구 형상의 발(30)이 한쪽 방향으로만 회전 가능한 구조로 제작될 수 있다. 회전 가능한 발(30)은 크기의 문제로 인하여 강한 회전력을 부여할 수 없기 때문에, 지면의 마찰력이 강하게 작용하는 경우에는 발(30)이 반대방향으로 회전하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 발(30)이 반대방향으로는 회전할 수 없는 구조를 갖는 것이 좋다. In particular, the spherical foot 30 may be manufactured in a structure rotatable only in one direction. Since the rotatable foot 30 cannot impart a strong rotational force due to the problem of size, when the frictional force of the ground acts strongly, the foot 30 may rotate in the opposite direction. Therefore, it is good that the foot 30 has a structure that cannot rotate in the opposite direction.

도 2는 구형 발의 회전방향을 제한하는 구조 중에 하나를 나타내는 도면이다. 한쪽 방향의 회전만 가능하도록 하는 구조는 다양하지만, 그 중에 대표적인 것이 래칫(ratchet)구조이다. 이러한 래칫구조는 스프로킷(32)과 걸림핀(34)을 포함하여 이루어진다. 스프로킷(32)은 발(30)과 함께 회전하며, 한쪽으로 기울어진 치형을 가진다. 걸림핀(34)은 일단이 다리(20)에 고정되어 발(30)의 회전과 무관하며, 타단이 스프로킷(32)의 톱니 사이에 위치하여 스프로킷(32)이 화살표 방향으 로만 회전할 수 있게 한다.2 is a view showing one of the structures for limiting the rotational direction of the spherical foot. There are various structures that allow only one rotation, but a representative one is a ratchet structure. This ratchet structure includes a sprocket 32 and a locking pin 34. The sprocket 32 rotates with the foot 30 and has a tooth inclined to one side. The locking pin 34 has one end fixed to the leg 20 and is independent of the rotation of the foot 30, and the other end is located between the teeth of the sprocket 32 so that the sprocket 32 can rotate only in the direction of the arrow. do.

한편, 지면을 딛고 있는 발(30)이 추진력을 얻기 위하여 지면을 당기는 순간에는 구 형태의 발(30)이 회전하지 않아야 보행에 필요한 추진력이 발생하므로, 본 발명에 따른 다족 보행 로봇의 보행을 제어함에 있어서 발(30)이 지면을 딛는 순간에만 짧게 회전하도록 제어한다.On the other hand, when the foot 30 on the ground pulls the ground in order to obtain a driving force, since the propulsion force required for walking should be generated when the foot 30 of the spherical shape does not rotate, the walking control of the multipedal walking robot according to the present invention is controlled. In this case, the foot 30 is controlled to rotate briefly only on the ground.

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.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the specific embodiments, but should be construed as defined by the appended claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4족 보행형 로봇의 구조를 나타내는 도면과 발 부분을 확대한 도면이다. 1 is an enlarged view showing a structure and a foot portion of a quadruped walking robot according to an embodiment of the present invention.

도 2는 구형 발의 회전방향을 제한하는 구조 중에 하나를 나타내는 도면이다. 2 is a view showing one of the structures for limiting the rotational direction of the spherical foot.

도 3은 개나 고양이와 같은 지행류 포유동물의 측면 모습을 관찰한 도면이다.Figure 3 is a view of the side view of a tributary mammal such as a dog or cat.

도 4는 종래에 출원된 발명에서 사용된 로봇 발을 나타내는 도면이다.Figure 4 is a view showing a robot foot used in the invention previously applied.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

10: 몸체 20: 다리10: body 20: leg

30: 발 32: 스프로킷30: foot 32: sprocket

34: 걸림핀34: locking pin

Claims (6)

삭제delete 몸체의 양 측면에 적어도 두 쌍의 다리가 회전가능하게 체결된 다족 보행형 로봇에 있어서,In the multi-legged walking robot in which at least two pairs of legs are rotatably fastened to both sides of the body, 상기 다리의 끝에 체결된 발을 포함하며, 상기 발이 상기 다리에 회전가능하게 체결된 구 형태이며,It includes a foot fastened to the end of the leg, the foot is in the form of a sphere rotatably fastened to the leg, 상기 구 형태의 발이 지면에 닿을 때 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로만 회전가능한 것을 특징으로 하는 다족 보행형 로봇.Multi-pedal walking robot, characterized in that the only possible rotation in the direction of reducing the resistance of the ground when the foot of the sphere contact the ground. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 발에 발과 함께 회전하는 래칫구조의 스프로킷이 형성되고, 상기 다리에 상기 스프로킷이 한쪽 방향으로만 회전가능하게 하는 걸림핀이 형성된 것을 특징으로 하는 다족 보행형 로봇.The foot is formed a sprocket having a ratchet structure that rotates with the foot, the multi-pedal walking robot, characterized in that the leg is formed with a locking pin to enable the sprocket to rotate in only one direction. 몸체의 양 측면에 적어도 두 쌍의 다리가 회전가능하게 체결된 다족 보행형 로봇의 보행을 제어하는 방법에 있어서,In the method of controlling the walking of a multi-legged walking robot with at least two pairs of legs rotatably fastened to both sides of the body, 상기 다리의 끝에는 구 형태의 발이 회전가능하게 체결되어, 상기 다리가 지면을 딛는 순간에 상기 구 형태의 발을 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로 회전 시키는 것을 특징으로 하는 다족 보행형 로봇의 보행 제어방법.A spherical foot is rotatably fastened to the end of the leg, and the foot control method of the multi-pedal walking robot, characterized in that to rotate the spherical foot in the direction of reducing the resistance of the ground at the moment the leg hits the ground. . 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 구 형태의 발이 지면에 닿을 때 지면의 저항력을 감소시키는 방향으로만 회전가능한 것을 특징으로 하는 다족 보행형 로봇의 보행 제어방법.Walking control method of the multi-pedal walking robot, characterized in that the only possible to rotate in the direction of reducing the resistance of the ground when the foot in contact with the ground. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 발에 발과 함께 회전하는 래칫구조의 스프로킷이 형성되고, 상기 다리에 상기 스프로킷이 한쪽 방향으로만 회전가능하게 하는 걸림핀이 형성된 것을 특징으로 하는 다족 보행형 로봇의 보행 제어방법.A sprocket having a ratchet structure that rotates with the foot is formed on the foot, and a walking pin control method of the multi-pedal walking robot, characterized in that the engaging pin is formed on the leg to allow the sprocket to rotate in only one direction.
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