KR101201452B1

KR101201452B1 - 인간형 로봇의 발구조

Info

Publication number: KR101201452B1
Application number: KR1020120036057A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 이춘우
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-11-14

Abstract

본 발명은, 발을 발윗등부와 발밑면부로 구성하고, 상기 발윗등부를 발목관절부에 장착하고, 발목관절부가 장착된 발윗등부의 밑면에 위로 오목한 상요부를 형성하고, 상기 요부와 마주하는 상기 발밑면부에 아래로 오목한 하요부를 형성하고, 상기 상/하요부 사이에 볼이 회전가능하게 삽입되고, 상기 발윗등부의 테두리와 상기 발밑면부 테두리 사이에 복수개의 스프링을 개재시킴으로써, 노면이 경사지거나 울퉁불퉁하여 발이 노면에 면접촉을 하지 못하여도 발의 진동없이, 수평방향으로의 변형없이 전동모터를 내장함없이 발이 중심 잡는 것을 가능하게 할 수 있다.

Description

인간형 로봇의 발구조{foot structure of humanoid robot}

본 발명은 인간형 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인간형 로봇의 발구조에 관한 것이다.

로봇은 어떤 작업이나 조작을 자동적으로 수행하는 기계 장치로서, 다양한 분야에서 인간을 대신하거나 보조하는데 활용되고 있다.

로봇 중 활용도가 높은 것은 산업용 로봇이다. 산업용 로봇은 생산 라인을 자동화, 무인화하여 생산성을 향상시키고, 인간을 대신하여 위험한 작업을 수행함으로써 산업 재해로부터 인간을 보호하는데 기여하고 있다.

근래에는 인간과 유사한 외관을 가지고, 인간과 유사한 행동을 하는 인간형(humanoid) 로봇이 개발되고 있다.

인간형 로봇은 일반적인 산업용 로봇과 마찬가지로 각종 산업 현장에 투입되어 인간이 하기 힘든 작업을 대행하는데 이용될 수 있다. 그러나 인간형 로봇이 가지는 가장 큰 이점은 인간을 대신한다는 측면보다는 일상 생활에서 인간과 공존하며 다양한 서비스를 친근감 있게 제공할 수 있다는 측면에서 찾을 수 있다.

로봇이 일상 생활에서 인간과 원활하게 교류하고 협업하기 위해서는 로봇이 인간의 다양한 동작과 제스처를 유사하게 모방할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

인간의 동작과 제스처에서 상당 부분은 관절부를 이용하여 수행되므로 로봇의 관절부 동작을 인간과 유사하게 구현하는 것은 로봇의 인간 친화성을 향상시키는 측면에서 중요한 과제라 할 수 있다.

하지만, 기존의 인간형 로봇의 2족 보행용 발은 노면이 경사지거나, 울퉁불퉁할 때에는 상기 로봇의 발이 노면에 면접촉을 하지 못하여 중심을 잡지못하고 넘어진다고 하는 문제를 가진다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 2족 보행용 발 테두리에 복수개의 스프링을 개재하여 탄성적으로 변형가능한 보조발바닥을 장착하여, 경사지는 보조발바닥 쪽의 스프링이 압축되고 경사지는 보조발바닥 반대쪽의 스프링이 인장 되어서, 경사되는 보조발바닥 반대쪽의 발에 탄성력을 집중시켜서 로봇이 중심 잡게 하는 것이 제안되고 있다.

그러나, 상기 제안된 발 구조는 보행시에 상기 스프링으로 인하여 진동이 발생하고 수평방향으로의 변형이 심하여 로봇으로 하여금 원활하게 보행하는 것을 어렵게 한다는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 발의 테두리에 복수개의 탄성고무를 장착하여 노면에 돌출시키고, 발 내부에 좌우로 힘을 줄 수 있는 모터를 내장한 발 구조가 제안되고 있지만, 상기 제안된 구조는 발에 모터가 내장됨으로써 발의 크기와 무게가 증대되고 상기 모터를 제어하는 수단 등이 필요하게 되어, 제조비용을 증대시킨다고 하는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 발을 발윗등부와 발밑면부로 구성하고, 상기 발윗등부를 발목관절부에 장착하고, 발목관절부가 장착된 발윗등부의 밑면에 위로 오목한 상요부를 형성하고, 상기 요부와 마주하는 상기 발밑면부에 아래로 오목한 하요부를 형성하고, 상기 상/하요부 사이에 볼이 회전가능하게 삽입되고, 상기 발윗등부의 테두리와 상기 발밑면부 테두리 사이에 복수개의 스프링을 개재시킴으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 발 구조는, 노면이 경사지거나 울퉁불퉁하여 발이 노면에 면접촉을 하지 못하여도 발의 진동 없이, 수평방향으로의 변형 없이, 그리고 전동모터를 내장함 없이 발이 중심 잡는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 인간형 로봇의 발 구조를 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 실시예가 도 1을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 실시예의 발구조가 구비된 인간형 로봇이 부호 100으로서 지시되어 있다.

상기 인간형 로봇(100)은, 종래와 같이, 자세제어부(5)를 내장한 로봇 본체(7), 대퇴부의 관절부인 제1관절부(8a)를 개재하여 상기 본체(7)에 관절운동 가능하게 장착된 제1좌우다리부(6a), 무릎의 관절부인 제2관절부(8b)를 개재하여 상기 제1좌우다리부(6a)에 관절운동 가능하게 장착된 제2좌우다리부(6b), 발목의 관절부인 제3관절부(8c)를 개재하여 상기 제2좌우다리부(6b)에 관절운동 가능하게 장착된 좌우족관절설치부(4) 및 상기 좌우족관절설치부(4)에 장착된 좌우족부(1, 2)를 포함하고 있다.

상기 좌우족부(1, 2) 각각은, 상기 좌우족관절설치부(4) 각각에 고정적으로 장착된 상판기판(2a), 상기 상판기판(2a)에 대하여 연직방향으로 일정 간격 이격된 접지기판(2b), 일단이 상기 상판기판(2a)에 고정되어 있고 타단이 상기 접지기판(2b)에 고정되어 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b) 사이에 개재되어 좌우족부(1, 2)의 테두리를 따라 좌우전후방향으로 대칭적으로 배치되어 있는 복수개의 스프링(2c), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 등을 진 상기 상판기판(2a)의 부위에 형성된 역U자형 오목부(2d), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 마주하는 상기 접지기판(2b)의 부위에 형성된 U자형 오목부(2e), 및 상기 역U자형 오목부(2d)와 상기 U자형 오목부(2e) 사이에 개재되어 상기 역U자형 오목부(2d)와 상기 U자형 오목부(2e)에 대하여 미끄럼운동하게 되어 있는 볼(2f)을, 발 구조로서 포함하고 있다.

상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)은 원판형상을 갖고서 서로 동일한 크기로 되어 있다. 상기 볼(2f)의 중심은, 연직선 상의 상기 제3관절부(8c)의 중심과 일치되어 있으며, 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)의 중심에 위치되어 있다.

또한, 상기 상판기판(2a)의 테두리는 방사바깥방향으로 볼록한 곡면(3a)으로 되어 있고, 상기 접지기판(2b)과 상기 상판기판(2a) 사이의 테두리 공간은 커버(3)에 의해 덮혀 있으며, 상기 커버(3)는 하단이 상기 접지기판(2b)의 테두리에 고정되어 있고 상단이 상기 상판기판(2a)으로 뻗어서 상기 상판기판(2a)을 에워싸고 있다.

상기 커버(3)의 내면은 상기 볼(2f) 주위로 선회되는 궤도를 따르는 가이드면(3b)을 가지고 있고, 상기 가이드면(3b)은 상기 곡면(3a)와 미끄럼접촉을 한다.

본 실시예에서 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)이 상기 볼(2f) 주위로 선회가능하게 된 것으로 설명되어 있지만, 별도 실시예로서, 상기 볼(2f)이 상기 상판기판(2a)의 상기 역U자형 오목부(2d)에 고정수단(예들 들면, 볼트 등)에 의해 고정되거나 상기 접지기판(2b)의 상기 U자형 오목부(2e)에 고정수단에 의해 고정되어 있어도 된다.

상기와 같이 발구조를 포함하고 있는 본 실시예의 좌우족부(1, 2) 각각은 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)가 항상 볼(2f)에 의해 지지를 받기 때문에, 노면이 경사지거나 울퉁불퉁하여 발이 노면에 면접촉을 하지 못하여도 발의 진동없이, 로롯이 보행하는 것을 가능하게 하며, 상기 커버(3)에 의해 상판기판(2a)에 대한 상기 접지기판(2b)의 수평방향의 위치 어긋남과 상기 접지기판(2b)에 대한 상판기판(2a)의 수평방향의 위치 어긋남이 방지됨과 동시에, 전동모터를 내장함 없이도, 경사지는 접지기판 쪽의 스프링이 압축되고 경사지는 접지기판 반대쪽의 스프링이 인장 되어서, 경사되는 접지기판 반대쪽의 족부에 탄성력을 집중시켜서 로봇의 발이 중심 잡게 하는 것을 가능하게 한다.

상기 실시예 및 상기 변경실시예에 더하여, 또 다른 변경 실시예로서, 상기 접지기판(2b)과 상기 복수개의 스프링(2c) 사이에 개재되어 좌우전후 방향에서 대칭적으로 배치된 복수개의 압력센서(10)를 더 포함할 수 있다.

상기 복수개의 압력센서(10)들은 상기 자세제어부(5)에 접속되어, 상기 상판기판(2a) 및 상기 접지기판(2b) 중 적어도 하나가 경사지게 되면, 바로 그 경사되는 가압력을 감지할 수 있다.

상기 복수개의 압력센서(10)들은 각각 상기 복수개의 압력센서(10)에 의해 감지된 압력의 정보들을 상기 자세제어부(5)에 전달하게 된다.

상기 자세제어부(5)는, 로봇의 통상의 보행시에, 상기 복수개의 압력센서(10) 각각이 감지되어야 하는 기준 압력 값을 저장하고 있고, 상기 복수개의 압력센서(10) 각각이 감지되어야 하는 기준 압력 값과 상기 복수개의 압력센서(10) 각각으로부터 실제로 전달되는 압력 값을 비교하여, 상기 복수개의 압력센서(10) 중 어느 하나에서 전달되는 실제 압력 값이 나머지 압력센서(10)들에서 전달되는 실제 압력 값에 비하여 각각의 해당 압력센서의 기준 압력 값보다 가장 크게 되면, 상기 하나의 압력센서와 마주하는 다른 하나의 압력센서 방향으로 로봇의 전제 중심을 이동시키도록 로봇에 구비된 각종 관절부를 구동하게 된다.

이와 같이 상기 또 다른 변경 실시예의 발구조는 종래의 인간형 로봇의 발 구조보다 민감하게 발바닥이 받고 있는 압력을 감지하고, 그 감지된 압력에 따라 용이하게 로봇의 전체적인 중심을 잡는 것을 가능하게 한다.

1; 좌족부, 2; 우족부, 3; 커버, 4; 족관절설치부, 5; 자세제어부, 7; 로봇 본체

Claims

로봇 본체(7), 제1관절부(8a)를 개재하여 상기 본체(7)에 관절운동 가능하게 장착된 제1좌우다리부(6a), 제2관절부(8b)를 개재하여 상기 제1좌우다리부(6a)에 관절운동 가능하게 장착된 제2좌우다리부(6b), 제3관절부(8c)를 개재하여 상기 제2좌우다리부(6b)에 관절운동 가능하게 장착된 좌우족관절설치부(4) 및 상기 좌우족관절설치부(4)에 장착된 좌우족부(1, 2)를 포함하고 있는 인간형 로봇의 발구조에 있어서,
상기 좌우족부(1, 2) 각각은, 상기 좌우족관절설치부(4) 각각에 고정적으로 장착된 상판기판(2a), 상기 상판기판(2a)에 대하여 연직방향으로 일정 간격 이격된 접지기판(2b), 일단이 상기 상판기판(2a)에 고정되어 있고 타단이 상기 접지기판(2b)에 고정되어 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b) 사이에 개재되어 좌우족부(1, 2)의 테두리를 따라 좌우전후방향으로 대칭적으로 배치되어 있는 복수개의 스프링(2c), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 등을 진 상기 상판기판(2a)의 부위에 형성된 역U자형 오목부(2d), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 마주하는 상기 접지기판(2b)의 부위에 형성된 U자형 오목부(2e) 및 상기 역U자형 오목부(2d)와 상기 U자형 오목부(2e) 사이에 개재되어 상기 역U자형 오목부(2d)와 상기 U자형 오목부(2e)에 대하여 미끄럼운동하게 되어 있는 볼(2f)을, 발구조로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇의 발구조.
로봇 본체(7), 제1관절부(8a)를 개재하여 상기 본체(7)에 관절운동 가능하게 장착된 제1좌우다리부(6a), 제2관절부(8b)를 개재하여 상기 제1좌우다리부(6a)에 관절운동 가능하게 장착된 제2좌우다리부(6b), 제3관절부(8c)를 개재하여 상기 제2좌우다리부(6b)에 관절운동 가능하게 장착된 좌우족관절설치부(4) 및 상기 좌우족관절설치부(4)에 장착된 좌우족부(1, 2)를 포함하고 있는 인간형 로봇의 발구조에 있어서,
상기 좌우족부(1, 2) 각각은, 상기 좌우족관절설치부(4) 각각에 고정적으로 장착된 상판기판(2a), 상기 상판기판(2a)에 대하여 연직방향으로 일정 간격 이격된 접지기판(2b), 일단이 상기 상판기판(2a)에 고정되어 있고 타단이 상기 접지기판(2b)에 고정되어 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b) 사이에 개재되어 좌우족부(1, 2)의 테두리를 따라 좌우전후방향으로 대칭적으로 배치되어 있는 복수개의 스프링(2c), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 등을 진 상기 상판기판(2a)의 부위에 형성된 역U자형 오목부(2d), 상기 제3관절부(8c)에 대하여 연직방향으로 마주하는 상기 접지기판(2b)의 부위에 형성된 U자형 오목부(2e) 및 상기 역U자형 오목부(2d)와 상기 U자형 오목부(2e) 사이에 개재되어 상기 역U자형 오목부(2d) 및U자형 오목부(2e) 중 어느 하나에 고정수단에 의해 고정되어 있고 다른 하나에 대하여 미끄럼운동하게 되어 있는 볼(2f)을, 발구조로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇의 발구조.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)은 원판형상을 갖고서 서로 동일한 크기로 되어 있고,
상기 볼(2f)의 중심은, 연직선 상의 상기 제3관절부(8c)의 중심과 일치되어 있으며, 상기 상판기판(2a)과 상기 접지기판(2b)의 중심에 위치되어 있으며,
상기 상판기판(2a)의 테두리는 방사바깥방향으로 볼록한 곡면(3a)으로 되어 있고,
상기 접지기판(2b)과 상기 상판기판(2a) 사이의 테두리 공간은 커버(3)에 의해 덮혀 있으며,
상기 커버(3)는 하단이 상기 접지기판(2b)에 고정되어 있고 상단이 상기 상판기판(2a)으로 뻗어서 상기 상판기판(2a)을 에워싸고 있고,
상기 커버(3)의 내면은 상기 볼(2f) 주위로 선회되는 궤도를 따르는 가이드면(3b)을 가지고 있고,
상기 가이드면(3b)은 상기 곡면(3a)와 미끄럼접촉하는 특징으로 하는 인간형 로봇의 발구조.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
로봇 본체(7)에는 자세제어부(5)가 내장되어 있고,
상기 접지기판(2b)의 밑면에 좌우전후 방향에서 대칭적으로 배치되어 장착된 복수개의 압력센서(10)를 포함하고 있고,
상기 복수개의 압력센서(10)들은 상기 자세제어부(5)에 접속되어 상기 복수개의 압력센서(10)에 의해 감지된 압력의 정보를 상기 자세제어부(5)에 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇의 발구조.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
로봇 본체(7)에는 자세제어부(5)가 내장되어 있고,
상기 접지기판(2b)과 상기 복수개의 스프링(2c) 사이에는 좌우전후 방향에서 대칭적으로 배치된 복수개의 압력센서(10)가 개재되어 있고,
상기 복수개의 압력센서(10)들은 상기 자세제어부(5)에 접속되어 상기 복수개의 압력센서(10)에 의해 감지된 압력의 정보를 상기 자세제어부(5)에 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇의 발구조.