KR101222623B1

KR101222623B1 - 다족보행장치

Info

Publication number: KR101222623B1
Application number: KR1020100128012A
Authority: KR
Inventors: 정관영; 김진영; 이상원; 권오흥
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-01-16
Also published as: US20130087392A1; JP2013530057A; JP5612763B2; US9022151B2; WO2012081841A3; WO2012081841A2; KR20120066757A

Abstract

본 발명은 다족 보행로봇이 자연스러운 모션을 취하며 보행할 수 있도록 하는 다족보행장치에 관한 것이다. 본 다족보행장치는 몸체를 포함하는 몸체부, 상기 몸체에 고정되는 앞고정부, 및 상기 앞고정부와 회전가능하게 연결되는 앞회전부를 구비하는 앞다리부, 상기 몸체에 고정되는 뒷고정부, 및 상기 뒷고정부와 회전가능하게 연결되는 뒷회전부를 구비하는 뒷다리부, 그리고 상기 앞회전부와 상기 뒷회전부에 양단이 각각 연결되는 제1 링크를 포함하며, 상기 몸체부는 상기 앞회전부와 상기 뒷회전부 중 하나를 회전시키는 구동부를 더 포함한다. 본 발명에 의하면, 제1 링크와 구동부를 구비함으로써, 다족 보행로봇의 보행 시 다리의 움직임에 맞추어 몸통이 앞뒤나 좌우로 자연스러운 모션을 취할 수 있게 되어, 다족 보행로봇에 다족으로 보행하는 실제의 동물과 유사한 보행 동작이 구현될 수 있다.

Description

다족보행장치{Apparatus for natural walking motion of multi-legged walking robot}

본 발명은 다족 보행로봇이 자연스러운 모션을 취하며 보행할 수 있도록 하는 다족보행장치에 관한 것이다.

사람이나 동물의 보행에 관련된 연구는 로봇 분야에서 두드러진다. 이러한 사람이나 동물의 보행은 보행 형식 및 패턴에 따라 2족 보행, 다족 보행, 다관절 보행 등으로 나누어진다. 사람을 모델로 제작되는 로봇은 2족 보행의 측면에서 많은 연구가 이루어져 있고, 동물에 기반하여 제작되는 로봇의 경우에는 다족 보행, 이를테면 4족 보행에 많은 관심이 기울여지고 있다.

다족 보행로봇은 다리로 이동을 하는 지행류 동물의 골격구조 또는 보행 형태를 모방하여 개발되고 있는데, 이는 보행로봇 연구원들로부터 가장 안정적이고 빠른 보행의 방법으로 알려져 있다. 다만, 종래의 다족 보행로봇의 경우, 다리에 초점을 맞추어 생체모방학적 설계를 하고 있어, 전반적인 보행 패턴이 고려되지 않아 몸통의 움직임과 다리의 움직임의 연결이 자연스럽지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다족 보행로봇에 있어서 몸통과 하지의 연관 관계에 따른 전반적인 보행 패턴을 고려하여 다족 보행로봇이 보행 시에 보다 자연스러운 모션을 취할 수 있도록 하는 다족보행장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치는 몸체를 포함하는 몸체부, 상기 몸체에 고정되는 앞고정부, 및 상기 앞고정부와 회전가능하게 연결되는 앞회전부를 구비하는 앞다리부, 상기 몸체에 고정되는 뒷고정부, 및 상기 뒷고정부와 회전가능하게 연결되는 뒷회전부를 구비하는 뒷다리부, 그리고 상기 앞회전부와 상기 뒷회전부에 양단이 각각 연결되는 제1 링크를 포함하며, 상기 몸체부는 상기 앞회전부와 상기 뒷회전부 중 하나를 회전시키는 구동부를 더 포함한다.

상기 구동부는 일측이 상기 몸체와 제1 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 연결부재, 및 상기 연결부재의 타측에 일단이 회전가능하게 연결되고 상기 앞회전부와 상기 뒷회전부 중 하나에 타단이 회전가능하게 연결되는 제2 링크를 구비하는 링크부, 상기 연결부재의 타측과 상하방향 축으로 회전가능하게 연결되는 승강부, 그리고 상기 승강부 중 상기 연결부재의 타측과 연결된 부분을 상하방향으로 이동시키는 승강구동부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 좌우방향 축은 상기 몸체의 좌우방향으로 길게 놓이는 축이고, 상기 상하방향 축은 상기 몸체의 상하방향으로 놓이는 축일 수 있다.

상기 제2 링크는 두 개가 구비되고, 상기 두 개의 제2 링크 중 하나는 상기 연결부재의 타측의 좌측과 상기 앞회전부의 좌측에 양단이 각각 연결되며, 상기 두 개의 제2 링크 중 다른 하나는 상기 연결부재의 타측의 우측과 상기 앞회전부의 우측에 양단이 각각 연결될 수 있다.

상기 연결부재는 타측에 상하방향으로 연장되는 축부재를 포함하고, 상기 승강부는 상기 축부재의 양단과 상기 상하방향 축으로 회전가능하게 연결되는 회전부재를 포함할 수 있다.

상기 승강부는 일단이 상기 회전부재의 상단과 제2 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제1 승강부재, 일단이 상기 회전부재의 하단과 제3 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제2 승강부재, 그리고 상기 제1 승강부재의 타단과 제4 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 상기 제2 승강부재의 중간 부분과 제4 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 지지부재를 더 포함하고, 상기 승강구동부는 일단이 상기 제2 승강부재의 타단과 제6 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 타단이 상기 지지부재에 제7 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되며 길이방향으로 신축 구동될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 좌우방향 축 각각은 서로 다른 위치에 상기 몸체의 좌우방향으로 놓이는 축일 수 있다.

상기 지지부재는 상기 제1 승강부재와 상기 제2 승강부재가 서로 나란하게 배치되도록 상기 제1 승강부재 및 상기 제2 승강부재와 연결될 수 있다.

상기 제2 승강부재는 상기 지지부재와 연결되는 댐퍼(damper)를 포함할 수 있다.

상기 승강구동부는 유압 구동기일 수 있다.

상기 앞회전부는 상기 앞고정부에 대해 제8 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고, 상기 뒷회전부는 상기 뒷고정부에 대해 제9 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되며, 상기 구동부는 상기 앞회전부 및 상기 뒷회전부 중 하나를 회전시킬 수 있다. 제1 내지 제9 좌우방향 축 각각은 서로 다른 위치에 상기 몸체의 좌우방향으로 놓이는 축일 수 있다.

본 발명에 의하면, 제1 링크와 구동부를 구비함으로써, 다족 보행로봇의 보행 시 다리의 움직임에 맞추어 몸통이 앞뒤나 좌우로 자연스러운 모션을 취할 수 있게 되어, 다족 보행로봇에 다족으로 보행하는 실제의 동물과 유사한 보행 동작이 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치가 구비된 다족 보행로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치의 구동부를 확대하여 나타낸 입체도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치에 의한 다족 보행로봇의 보행 모션을 옆에서 바라본 상태를 단계적으로 나타낸 개략적인 개념도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치에 의한 다족 보행로봇의 보행 모션을 뒤에서 바라본 상태를 단계적으로 나타낸 개략적인 개념도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. 또한, 후술하는 좌우방향 축은 몸체(11)의 좌우방향으로 놓이는 축이고, 후술하는 상하방향 축은 몸체(11)의 상하방향으로 놓이는 축을 의미한다. 구체적으로, 좌우방향 축은 도 1의 다족보행장치(100)를 도면상 좌측에서 앞다리부(2)를 향해 바라보거나 도면상 우측에서 뒷다리부(3)를 향해 바라보았을 때 좌우방향으로 길게 놓이는 축이고, 상하방향 축은 도 1의 다족보행장치(100)를 도면상 정면에서 바라보았을 때 상하방향으로 길게 놓이는 축을 의미한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치가 구비된 다족 보행로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치의 몸체에 구비된 구동부를 확대한 입체도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치(이하 '본 다족보행장치'라 함)(100)는 몸체부(1), 앞다리부(2), 뒷다리부(3), 그리고 제1 링크(4)를 포함한다.

우선, 몸체부(1)의 구성을 살핀다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 몸체부(1)는 몸체(11)를 포함한다. 몸체(11)는 다족 보행로봇의 몸통 그 자체일 수도 있고, 다족 보행로봇의 몸통과 연결되는 일 구성일 수도 있다. 즉, 본 다족보행장치(100)가 다족 보행로봇의 몸통 자체를 반드시 일 구성으로 포함하는 것은 아니며, 이러한 경우 본 다족보행장치(100)는 다족 보행로봇에 장착되는 장치가 될 수 있다.

또한 도 1 및 도 2를 참조하면, 몸체부(1)는 앞회전부(22)와 뒷회전부(32) 중 하나를 회전시키는 구동부(5)를 더 포함한다. 예시적으로, 구동부(5)는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 몸체(11)와 회전가능하게 연결될 수 있다. 이를테면, 구동부(5)에 관해서는 앞다리부(2), 뒷다리부(3), 그리고 제1 링크(4)의 구성을 살핀 후 별도로 상세히 후술한다.

다음으로, 앞다리부(2)와 뒷다리부(3)의 구성을 함께 살핀다.

도 1을 참조하면, 앞다리부(2)는 몸체(11)에 고정되는 앞고정부(21), 및 앞고정부(21)와 회전가능하게 연결되는 앞회전부(22)를 구비한다. 앞고정부(21)는 몸체(11)에 이동 자유도 및 회전 자유도가 제한되도록 고정될 수 있다. 또한, 앞회전부(22)는 앞고정부(21)와 힌지부를 통해 연결될 수 있다.

그리고 도 1을 참조하면, 뒷다리부(3)는 몸체(11)에 고정되는 뒷고정부(31), 및 뒷고정부(31)와 회전가능하게 연결되는 뒷회전부(32)를 구비한다. 뒷고정부(31)도 앞고정부(21)와 마찬가지로 몸체(11)에 이동 자유도 및 회전 자유도가 제한되도록 고정될 수 있다. 또한, 뒷회전부(32)는 뒷고정부(31)와 힌지부를 통해 연결될 수 있다. 앞고정부(21)와 뒷고정부(31)는 각각 몸체(11)에 고정되어 있으므로, 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)는 각각 몸체(11)에 대해 상대적으로 회전가능하다고 볼 수 있다.

예시적으로 도 1을 참조하면, 앞회전부(22)는 앞고정부(21)에 대해 좌우방향 축(청구항 9의 "제8 좌우방향 축"과 동일한 축임)으로 회전가능하게 연결될 수 있고, 뒷회전부(32)는 뒷고정부(31)에 대해 상기 좌우방향 축(제8 좌우방향 축)과 다른 좌우방향 축(청구항 9의 "제9 좌우방향 축"과 동일한 축임)으로 회전가능하게 연결될 수 있다. 달리 말하면, 앞회전부(22)는 앞고정부(21)에 대해 상대적으로 위아래로 회전가능할 수 있고, 뒷회전부(32)는 뒷고정부(31)에 대해 상대적으로 위아래로 회전가능할 수 있다. 또한, 앞고정부(21)와 뒷고정부(31)는 각각 몸체(11)에 고정되어 있으므로, 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)는 각각 몸체(11)에 대해 상대적으로 위아래로 회전가능하다고 볼 수 있다.

도 1에서는, 구동부(5)는 앞회전부(22)를 위아래로 회전시킬 수 있도록 앞회전부(22)에 연결되어 있다. 그러나 필요에 따라서 구동부(5)는 뒷회전부(32)에 연결될 수도 있다. 즉, 몸체부(1)에 구비되는 구동부(5)는 앞회전부(22) 및 뒷회전부(32) 중 하나를 회전시킬 수 있다.

다음으로, 제1 링크(4)의 구성을 살핀다.

도 1을 참조하면, 제1 링크(4)는 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)에 양단이 각각 연결된다. 이러한 연결 관계에 따라, 상술한 구동부(5)가 앞회전부(22) 및 뒷회전부(32) 중 하나를 회전시키면, 제1 링크(4)는 앞회전부(22) 및 뒷회전부(32) 중 다른 하나도 함께 회전되도록 하는 역할을 할 수 있다.

예시적으로, 제1 링크(4)는 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)에 양단이 각각 상기 좌우방향 축(제8 좌우방향 축)과 또 다른 좌우방향 축(제9 좌우방향 축)으로 회전가능하게 연결될 수 있다. 또한, 보행 움직임을 보다 자연스럽게 하기 위해 제1 링크(4)는 길이방향으로 소정의 탄성을 가지고 신축될 수도 있다. 그리고 필요에 따라서는 제1 링크(4)는 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)에 양단이 각각 고정적으로 연결될 수도 있고, 제1 링크(4)는 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)에 양단이 각각 이를테면 볼 조인트 등을 통해 모든 회전방향에 대해 회전가능하게 연결될 수도 있다.

다음으로, 몸체부(1)에 구비되는 구동부(5)의 구성을 살핀다.

예시적으로 도 1 및 도 2(주로 도 2)를 참조하면, 구동부(5)는 링크부(51), 승강부(52), 그리고 승강구동부(53)를 포함할 수 있다.

링크부(51)는 일측이 몸체(11)와 제1 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 연결부재(512), 그리고 연결부재(512)의 타측에 일단이 회전가능하게 연결되고 앞회전부(22)와 뒷회전부(32) 중 하나에 타단이 회전가능하게 연결되는 제2 링크(511)를 구비할 수 있다.

즉, 연결부재(512)의 일측은 몸체(11)와 연결되고 타측은 제2 링크(511)와 연결됨으로써, 연결부재(512)는 일측을 중심으로 타측이 몸체(11)에 대해 위아래로 회전되면서 제2 링크(511)를 밀거나 당겨 구동시킬 수 있다. 그리고 제2 링크(511)가 상술한 연결부재(512)의 회전을 통해 밀거나 당겨지게 되면, 제2 링크(511)와 회전가능하게 연결된 앞회전부(22)와 뒷회전부(32) 중 하나도 밀거나 당겨지면서 회전될 수 있다. 참고로, 이러한 연결부재(512)의 회전은 후술할 승강구동부(53)를 통해 이루어질 수 있다.

예시적으로 도 1에서는, 제2 링크(511)는 앞회전부(22)에 연결되어 있으므로, 승강구동부(53)가 연결부재(512)의 타측을 승강시키면 연결부재(512)의 타측에 연결된 제2 링크(511)의 움직임을 통해 앞회전부(22)가 회전하게 되고, 앞회전부(22)가 회전함에 따라 앞회전부(22)와 연결된 제1 링크(4)도 이동하게 되며, 제1 링크(4)가 이동됨에 따라 제1 링크(4)에 연결된 뒷회전부(32)도 회전하게 될 수 있다.

그리고 주로 도 2를 참조하면, 연결부재(512)는 타측에 상하방향으로 연장되는 축부재(5121)를 포함할 수 있다. 이러한 축부재(5121)는 후술할 승강부(52)가 축부재(5121)의 길이방향을 축으로 하여 소정의 각도만큼 좌우로 회전되도록 할 수 있다. 이러한 작용에 대해서는 승강부(52)의 구성을 살피면서 보다 상세하게 후술한다.

또한, 승강부(52)는 링크부(51)를 승강시키는 구성일 수 있다. 이러한 링크부(51)의 승강을 위해 승강부(52)는 후술할 승강구동부(53)와 연결될 수 있다.

그리고 승강부(52)는 연결부재(512)의 타측과 상하방향 축으로 회전가능하게 연결될 수 있다. 예시적으로 주로 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이 연결부재(512)는 축부재(5121)를 포함할 수 있고, 승강부(52)는 이러한 축부재(5121)의 양단과 상하방향 축으로 회전가능하게 연결되는 회전부재(521)를 포함할 수 있다. 즉, 승강부(52)는 회전부재(521)를 통해 링크부(51)에 대해 상대적으로 좌우로 회전할 수 있게 된다.

이와 같이 승강부(52)는 링크부(51)를 승강시키기도 하고, 링크부(51)에 대해 좌우로 회전되기도 하는 구성일 수 있다.

예시적으로 도 1 및 도 2를 참조하면, 승강부(52)가 링크부(51)를 승강시킴으로써, 링크부(51)와 연결되는 앞회전부(22)의 회전이 일어나게 되며, 이러한 앞회전부(22)의 회전에 따라 제1 링크(4)가 움직여 뒷회전부(32)도 회전하게 된다. 본 다족보행장치(100)가 설치된 다족 보행로봇이 보행할 때, 이와 같이 앞회전부(22)와 뒷회전부(32)가 제1 링크(4)와 연결되어 함께 소정의 각도만큼 위아래로 회전하면서 다족 보행로봇의 보행 모션이 보다 자연스러워지도록 할 수 있다.

또한, 승강부(52)가 링크부(51)에 대해 소정의 각도만큼 좌우로 회전됨으로써, 본 다족보행장치(100)가 설치된 다족 보행로봇이 보행할 때 왼쪽 앞다리(뒷다리)를 내딛거나 오른쪽 앞다리(뒷다리)를 내딛을 때마다 좌측(좌측 상향) 또는 우측(우측 상향)으로 몸이 비틀어지는 모션(twist motion)이 보다 자연스럽게 구현될 수 있다. 여기서, 링크부(51)가 앞회전부(22) 또는 뒷회전부(32)와 연결되는 방향에 따라서 몸이 비틀어지는 방향은 좌우로 회전되는 방향보다 상향 또는 하향으로 기울어질 수 있다.

이때, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 제2 링크(511)는 두 개가 구비될 수 있다. 그리고 두 개의 제2 링크(511) 중 하나는 연결부재(512)의 타측의 좌측과 앞회전부(22)의 좌측에 양단이 각각 연결되며, 두 개의 제2 링크(511) 중 다른 하나는 연결부재(512)의 타측의 우측과 앞회전부(22)의 우측에 양단이 각각 연결될 수 있다. 이와 같이 제2 링크(511)가 두 개로 구비되어 앞회전부(22)의 좌우측에 각각 연결됨으로써, 앞회전부(22)는 앞고정부(21)에 대해 회전가능하게 연결되어 있으므로 앞회전부(22)의 좌우 비틀림 모션(twist motion)이 구현될 수 있다.

다만, 앞회전부(22)가 앞고정부(21)에 대해 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되어 있는 경우라면, 앞다리부(2) 자체의 탄성이 허용하는 범위 내에서 소정의 각도만큼 좌우로 회전이 허용될 수 있을 것이다.

또한, 보행 움직임을 보다 자연스럽게 하기 위해 제2 링크(511)는 길이방향으로 미리 정해진 범위 내에서 탄성적으로 신축될 수 있다. 여기서 미리 정해진 범위라 함은, 제2 링크(511)의 탄성적인 신축에 의해 본 다족보행장치(100)가 설치된 다족 보행로봇이 보행 시의 충격을 어느 정도 흡수할 수 있고 보다 자연스러운 비틀림 모션이 가능해지는 범위인 것이 바람직하다. 그리고 탄성적인 신축이 허용되는 범위가 너무 과다하게 되면 다족 보행로봇이나 본 다족보행장치(100)의 다른 구성에 과다한 하중이 걸릴 수 있으므로, 각 구성들이 적절하게 하중을 분배하여 받을 수 있는 범위로 미리 정해진 범위를 설정함이 바람직하다. 이러한 미리 정해진 범위는 앞서 살핀 제1 링크(4)에 대해서는 비슷한 개념이 적용될 수 있다.

예시적으로 도 2를 참조하여, 승강부(52)의 하위 구성들을 보다 구체적으로 살펴보면, 승강부(52)는 일단이 회전부재(521)의 상단과 제2 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제1 승강부재(522), 일단이 회전부재(521)의 하단과 제3 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제2 승강부재(523), 그리고 제1 승강부재(522)의 타단과 제4 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 제2 승강부재(523)의 중간 부분과 제5 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 지지부재(524)를 더 포함할 수 있다. 이때, 지지부재(524)는 제1 승강부재(522)와 제2 승강부재(523)가 서로 나란하게 배치되도록 제1 승강부재(522) 및 제2 승강부재(523)와 연결될 수 있다.

또한 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 승강부재(523)는 지지부재(524)와 연결되는 댐퍼(5231)(damper)를 포함할 수 있다. 댐퍼(5231)는 흡진기라고도 할 수 있으며, 제2 승강부재(523)와 지지부재(524)에 양단이 연결되어 승강부(52)의 구동 시 발생될 수 있는 진동을 흡수할 수 있다.

이때, 승강구동부(53)는 승강부(52) 중 연결부재(512)의 타측과 연결된 부분을 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 승강구동부(53)는 일단이 제2 승강부재(523)의 타단과 제6 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 타단이 지지부재(524)에 제7 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결될 수 있다. 또한, 승강구동부(53)는 길이방향으로 신축 구동될 수 있다.

예시적으로, 이러한 승강구동부(53)는 유압 구동기일 수 있다.

이하에서는 앞서 살핀 구성들을 토대로 본 다족보행장치(100)의 작용 및 효과를 설명한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치에 의한 다족 보행로봇의 보행 모션을 옆에서 바라본 상태를 단계적으로 나타낸 개략적인 개념도이다.

우선, 본 다족보행장치(100)에 의해 다족 보행로봇이 취할 수 있는 승강 모션(up-down motion)에 대해 설명한다. 도 3에는 다족 보행로봇을 옆에서 보았을 때의 보행 모션이 ①~⑧까지 단계별로 나타나 있다.

①의 자세에서 앞다리를 들어 ②의 자세가 되는 경우를 살피면, 승강구동부(53)가 길이방향으로 줄어들면서 제2 승강부재(523)의 타단을 아래로 당긴다. 제2 승강부재(523)의 타단이 아래로 당겨지면서, 제2 승강부재(523)는 지지부재(524)와 연결된 중간 부분을 중심으로 회전하므로, 일단은 반대로 위로 올라가게 된다. 제2 승강부재(523)의 일단이 위로 올라가면, 승강부재(523)의 일단과 연결된 회전부재(521) 및 회전부재(521)와 연결된 축부재(5121)도 위로 올라가게 된다. 축부재(5121)가 위로 올라가면 연결부재(512)의 타측도 위로 올라가게 되고, 연결부재(512)의 타측에 연결되는 제2 링크(511)의 일단도 위로 올라가게 된다. 제2 링크(511)의 일단이 위로 올라가면서, 제2 링크(511)는 앞회전부(22)를 앞쪽 상향으로 소정의 각도만큼 밀어 올리게 되며, 앞회전부(22)가 앞쪽 상향으로 밀려 올라간 만큼 제1 링크(4)도 따라서 이동되고 제1 링크(4)와 연결되어 있는 뒷회전부(32)도 앞쪽 하향으로 회전되며 당겨지게 된다.

이와 같은 각 구성들의 상호작용에 따라, 다족 보행로봇이 앞다리를 들 때 다족 보행로봇의 앞쪽이 뒤쪽보다 들려 올라가는 자연스러운 승강 모션이 취해질 수 있다.

②의 자세에서 앞다리를 앞쪽으로 내딛어 ③의 자세가 되는 경우를 살피면, 이번에는 승강구동부(53)가 길이방향으로 늘어나면서 제2 승강부재(523)의 타단을 위로 밀어 올린다. 제2 승강부재(523)의 타단이 위로 밀려 올라가면서, 제2 승강부재(523)는 지지부재(524)와 연결된 중간 부분을 중심으로 회전하므로, 일단은 반대로 아래로 내려가게 된다. 제2 승강부재(523)의 일단이 아래로 내려가면, 승강부재(523)의 일단과 연결된 회전부재(521) 및 회전부재(521)와 연결된 축부재(5121)도 아래로 내려가게 된다. 축부재(5121)가 아래로 내려가면 연결부재(512)의 타측도 아래로 내려가게 되고, 연결부재(512)의 타측에 연결되는 제2 링크(511)의 일단도 아래로 내려가게 된다. 제2 링크(511)의 일단이 아래로 내려가면서, 제2 링크(511)는 앞회전부(22)를 뒤쪽 하향으로 소정의 각도만큼 당겨 내리게 되며, 앞회전부(22)가 뒤쪽 하향으로 당겨 내려간 만큼 제1 링크(4)도 따라서 이동되고 제1 링크(4)와 연결되어 있는 뒷회전부(32)도 뒤쪽 상향으로 회전되며 밀려 올려가게 된다.

이와 같은 각 구성들의 상호작용에 따라, 다족 보행로봇이 앞다리를 내디딜 때 다족 보행로봇의 앞쪽이 뒤쪽보다 숙여지는 자연스러운 승강 모션이 취해질 수 있다.

또한, ⑤의 자세에서 뒷다리를 들어 ⑥ 및 ⑦의 자세가 되는 경우를 살피면, 이는 다족 보행로봇의 앞쪽이 뒤쪽보다 숙여지는, 즉 다족 보행로봇의 뒤쪽이 앞쪽보다 들려 올라가는 승강 모션이 취해지는 경우이므로, 상술한 ②의 자세에서 앞다리를 앞쪽으로 내딛어 ③의 자세가 되는 경우와 각 구성들의 상호작용이 유사하게 이루어질 수 있다. 따라서 이를 참조한다.

그리고 ⑦의 자세에서 뒷다리를 앞쪽으로 내딛어 ⑧의 자세가 되는 경우를 살피면, 이는 다족 보행로봇의 앞쪽이 뒤쪽보다 들려 올라가는, 즉 다족 보행로봇의 뒤쪽이 앞쪽보다 숙여지는 승강 모션이 취해지는 경우이므로, 상술한 ①의 자세에서 앞다리를 들어 ②의 자세가 되는 경우와 각 구성들의 상호작용이 유사하게 이루어질 수 있다. 따라서 이를 참조한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 다족보행장치에 의한 다족 보행로봇의 보행 모션을 뒤에서 바라본 상태를 단계적으로 나타낸 개략적인 개념도이다.

다족 보행로봇의 스텝, 이를테면 왼쪽 다리를 앞으로 내딛는지 오른쪽 다리를 앞으로 내딛는지에 따라 다족 보행로봇의 어깨, 몸통, 힙 등에는 좌우로 어느 정도 비틀림이 발생할 수 있는데, 이러한 비틀림이 어느 정도 허용될 수 있는 구조로 본 다족보행장치(100)를 구성함으로써, 보다 자연스러운 보행 동작이 이루어지도록 하는 것이다.

즉, 앞서 살핀 승강 모션(up-down motion)은 다족 보행로봇의 스텝에 맞춰 승강구동부(53)의 구동을 통해 제어됨으로써, 능동적으로 구현될 수 있는 반면, 좌우로 비틀어지는 비틀림 모션(twist motion)은 이러한 승강구동부(53)와 같은 별도의 구동파트에 의해 능동적으로 제어되는 것이 아니다. 비틀림 모션은 다족 보행로봇의 보행이 이루어지는 동안 발생되는 비틀림을 자연스럽게 받아들일 수 있는 구성을 통해 수동적으로 구현될 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, ②와 같이 왼쪽 힙(또는 어깨)이 들려 올라가거나 ③과 같이 오른쪽 힙(또는 어깨)이 들려 올라가는 비틀림 모션은 다음과 같은 구성들 간의 상호작용에 의해 구현될 수 있다.

②와 같이 왼쪽 다리를 들어 올리는 경우, 두 개의 제2 링크(511) 중 왼쪽의 제2 링크가 앞쪽 상향으로 끌려 올라갈 수 있다. 왼쪽의 제2 링크가 앞쪽 상향으로 끌려 올라가면 링크부(51) 및 몸체(11)가 왼쪽(왼쪽 상향)에서 오른쪽(오른쪽 하향)으로 조금 비틀어지게 되지만, 축부재(5121)에 대해 좌우방향으로 회전가능하게 연결되는 승강부(52)는 축부재(5121)에 대해 상대적으로 회전되어 비틀림이 일어나지 않게 된다. 따라서 승강부(52)에 대해 링크부(51) 및 몸체(11)의 비틀림 모션이 자연스럽게 구현될 수 있다.

또한, ③과 같이 오른쪽 다리를 내려 놓는 경우, 두 개의 제2 링크(511) 중 왼쪽의 제2 링크가 앞쪽 하향으로 끌려 내려갈 수 있다. 왼쪽의 제2 링크가 앞쪽 하향으로 끌려 내려가면 링크부(51) 및 몸체(11)가 왼쪽(왼쪽 하향)에서 오른쪽(오른쪽 상향)으로 조금 비틀어지게 되지만, 축부재(5121)에 대해 좌우방향으로 회전가능하게 연결되는 승강부(52)는 축부재(5121)에 대해 상대적으로 회전되어 비틀림이 일어나지 않게 된다. 따라서 승강부(52)에 대해 링크부(51) 및 몸체(11)의 비틀림 모션이 자연스럽게 구현될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 다족보행장치
1. 몸체부
11. 몸체
2. 앞다리부
21. 앞고정부 22. 앞회전부
3. 뒷다리부
31. 뒷고정부 32. 뒷회전부
4. 제1 링크
5. 구동부
51. 링크부 511. 제2 링크
512. 연결부재 5121. 축부재
52. 승강부 521. 회전부재
522. 제1 승강부재 523. 제2 승강부재
5231. 댐퍼 524. 지지부재
53. 승강구동부

Claims

몸체(11)를 포함하는 몸체부(1),
상기 몸체(11)에 고정되는 앞고정부(21), 및 상기 앞고정부(21)와 회전가능하게 연결되는 앞회전부(22)를 구비하는 앞다리부(2),
상기 몸체(11)에 고정되는 뒷고정부(31), 및 상기 뒷고정부(31)와 회전가능하게 연결되는 뒷회전부(32)를 구비하는 뒷다리부(3), 그리고
상기 앞회전부(22)와 상기 뒷회전부(32)에 양단이 각각 연결되는 제1 링크(4)
를 포함하며,
상기 몸체부(1)는 상기 앞회전부(22)와 상기 뒷회전부(32) 중 하나를 회전시키는 구동부(5)를 더 포함하고,
상기 구동부(5)는
일측이 상기 몸체(11)와 제1 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 연결부재(512), 및 상기 연결부재(512)의 타측에 일단이 회전가능하게 연결되고 상기 앞회전부(22)와 상기 뒷회전부(32) 중 하나에 타단이 회전가능하게 연결되는 제2 링크(511)를 구비하는 링크부(51),
상기 연결부재(512)의 타측과 상하방향 축으로 회전가능하게 연결되는 승강부(52), 그리고
상기 승강부(52) 중 상기 연결부재(512)의 타측과 연결된 부분을 상하방향으로 이동시키는 승강구동부(53)를 포함하고,
상기 제1 좌우방향 축은 상기 몸체(11)의 좌우방향으로 놓이는 축이고,
상기 상하방향 축은 상기 몸체(11)의 상하방향으로 놓이는 축인 다족보행장치.
삭제
제1항에서,
상기 제2 링크(511)는 두 개가 구비되고,
상기 두 개의 제2 링크(511) 중 하나는 상기 연결부재(512)의 타측의 좌측과 상기 앞회전부(22)의 좌측에 양단이 각각 연결되며,
상기 두 개의 제2 링크(511) 중 다른 하나는 상기 연결부재(512)의 타측의 우측과 상기 앞회전부(22)의 우측에 양단이 각각 연결되는 다족보행장치.
제1항에서,
상기 연결부재(512)는 타측에 상하방향으로 연장되는 축부재(5121))를 포함하고,
상기 승강부(52)는 상기 축부재(5121)의 양단과 상기 상하방향 축으로 회전가능하게 연결되는 회전부재(521)를 포함하는 다족보행장치.
제4항에서,
상기 승강부(52)는
일단이 상기 회전부재(521)의 상단과 제2 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제1 승강부재(522),
일단이 상기 회전부재(521)의 하단과 제3 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 제2 승강부재(523), 그리고
상기 제1 승강부재(522)의 타단과 제4 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 상기 제2 승강부재(523)의 중간 부분과 제5 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되는 지지부재(524)
를 더 포함하고,
상기 승강구동부(53)는 일단이 상기 제2 승강부재(523)의 타단과 제6 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고 타단이 상기 지지부재(524)에 제7 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되며 길이방향으로 신축 구동되며,
상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 좌우방향 축 각각은 서로 다른 위치에 상기 몸체(11)의 좌우방향으로 놓이는 축인 다족보행장치.
제5항에서,
상기 지지부재(524)는 상기 제1 승강부재(522)와 상기 제2 승강부재(523)가 서로 나란하게 배치되도록 상기 제1 승강부재(522) 및 상기 제2 승강부재(523)와 연결되는 다족보행장치.
제5항에서,
상기 제2 승강부재(523)는 상기 지지부재(524)와 연결되는 댐퍼(5231)(damper)를 포함하는 다족보행장치.
제1항, 제3 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 승강구동부(53)는 유압 구동기인 다족보행장치.
제1항에서,
상기 앞회전부(22)는 상기 앞고정부(21)에 대해 제8 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되고,
상기 뒷회전부(32)는 상기 뒷고정부(31)에 대해 제9 좌우방향 축으로 회전가능하게 연결되며,
상기 구동부(5)는 상기 앞회전부(22) 및 상기 뒷회전부(32) 중 하나를 회전시키며,
상기 제1, 제8 및 제9 좌우방향 축 각각은 서로 다른 위치에 상기 몸체의 좌우방향으로 놓이는 축인 다족보행장치.