KR101286423B1 - 모듈러 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수가 다양한 형태로 결합되어 다양한 형상의 조립형 로봇을 구성할 수 있는 모듈러 로봇에 관한 것이다. 본 발명에 의한 모듈러 로봇은, 걸쇠홈이 형성된 결합면을 갖는 본체, 본체에 결합되는 바퀴, 바퀴를 구동시키기 위해 본체에 결합되는 바퀴 구동장치, 고정홈이 형성된 도킹면을 갖고 본체에 결합되는 도킹 프레임, 다른 모듈러 로봇을 결합면에 고정시키기 위한 락킹장치, 바퀴 구동장치 및 락킹장치의 동작을 제어하는 제어회로를 포함한다. 락킹장치는, 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 본체에 설치되는 걸쇠, 걸쇠를 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 회전시키는 걸쇠 회전장치를 구비하고, 결합면이 다른 모듈러 로봇의 도킹면과 마주한 상태에서 걸쇠가 걸쇠홈을 통해 나와 다른 모듈러 로봇의 도킹면에 마련된 고정홈에 삽입됨으로써 다른 모듈러 로봇을 결합면에 고정시킨다. 본 발명에 의한 모듈러 로봇은 락킹장치에 구비되는 걸쇠가 회전하는 동작에 의해 다른 모듈러 로봇과 결합되거나 분리될 수 있어 다른 모듈러 로봇과의 결합 및 분리 동작이 쉽고 신속하게 이루어질 수 있다.

Description

모듈러 로봇{Modular robot}

본 발명은 모듈러 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수가 다양한 형태로 결합되어 다양한 형상의 조립형 로봇을 구성할 수 있는 모듈러 로봇에 관한 것이다.

로봇은 사람과 유사한 모습과 기능을 가진 기계, 또는 무엇인가 스스로 작업하는 능력을 가진 기계를 말한다. 인공의 동력을 사용하는 로봇은 사람 대신, 또는 사람과 함께 일을 하기도 한다. 통상 로봇은 제작자가 계획한 일을 하도록 설계되며, 사람들이 해오던 많은 일을 대신하고 있다.

제조공장에서 조립, 용접, 핸들링 등을 수행하는 자동화된 로봇을 산업용 로봇이라 하고, 환경을 인식하고 스스로 판단하는 기능을 가진 로봇을 지능형 로봇이라 부른다. 로봇은 언제나 일정한 수준의 정밀도와 정확도로 작업을 계속할 수 있으므로, 단조로운 반복 작업이나 따분한 작업, 불쾌한 작업들을 로봇을 이용하면 효과적으로 처리할 수 있다.

또한 로봇은 인간에게는 위험한 작업에 투입될 수 있다. 인간이 견디기 힘든 고온 환경이나 극저온 환경, 우주 공간에서도 로봇은 작업을 할 수 있고, 인간에게 해로운 방사성 물질이나 유독 화학 물질을 취급하는 데에도 로봇이 이용될 수 있다. 또한 로봇은 폭발물 수색이나 폭발물 처리와 같이 인간의 생명이 위협받을 수 있는 작업을 수행할 수 있다.

가정에서도 많은 로봇이 가사를 돕는데 이용되고 있다. 일예로, 로봇 청소기는 이미 다양한 종류의 제품이 상용화되고 있고, 제품의 가격도 많이 낮아진 상태이다. 그리고 육체적인 장애를 가진 사람들이나 노령으로 체력이 약해진 사람들을 돌보는 일에도 로봇이 많이 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이와 같이 로봇이 사용되는 분야는 산업용, 군사용, 우주탐사용, 가정용, 의료용 등 그 범위가 매우 다양하다. 또한 새로운 형태의 로봇의 개발로 그 활용 분야는 더욱 증가될 것으로 예상되고 있다.

현재 전 세계적으로 '모듈러 로봇'이라 불리는 새로운 형태의 조립형 로봇이 활발히 연구되고 있다. 모듈러 로봇은 장난감 블록처럼 크기가 작은 것이 여러 개 결합되어 하나의 큰 결합 로봇을 이룬다. 모듈러 로봇들은 상황에 따라 서로 정보를 주고받으며 재구성함으로써 다양한 모양을 형성하며, 다양한 형태의 움직임을 만들어 낸다. 예컨대, 빠른 움직임이 필요할 때는 모듈러 로봇들이 바퀴모양으로 합쳐져 구름 운동을 하고, 좁은 공간을 통과할 때는 모듈러 로봇들이 뱀모양으로 재결합 후 사행 운동을 할 수 있다.

이러한 모듈러 로봇은 다양한 크기로 제작될 수 있고, 상황에 따라 유연하게 모양을 바꿀 수 있어 그 응용 분야가 매우 다양할 것으로 예상되고 있다. 모듈러 로봇은 다른 것과의 결합을 통해 다양한 움직임과 기능을 발휘하므로 모듈러 로봇 간의 상호 결합 구조를 개선하기 위한 여러 연구가 이루어지고 있다. 그러나 아직까지 모듈러 로봇에 대한 연구는 초기단계이고, 이를 상용화하기까지는 많은 연구 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다른 것과의 결합 및 분리가 신속하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 결합 구조가 개선된 모듈러 로봇을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 모듈러 로봇은, 걸쇠홈이 형성된 결합면을 갖는 본체, 상기 본체에 결합되는 바퀴, 상기 바퀴를 구동시키기 위해 상기 본체에 결합되는 바퀴 구동장치, 고정홈이 형성된 도킹면을 갖고 상기 본체에 결합되는 도킹 프레임, 다른 모듈러 로봇을 상기 결합면에 고정시키기 위한 락킹장치, 상기 바퀴 구동장치 및 상기 락킹장치의 동작을 제어하는 제어회로를 포함한다. 상기 락킹장치는, 상기 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 걸쇠, 상기 걸쇠를 상기 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 회전시키는 걸쇠 회전장치를 구비하고, 상기 결합면이 다른 모듈러 로봇의 상기 도킹면과 마주한 상태에서 상기 걸쇠가 상기 걸쇠홈을 통해 나와 다른 모듈러 로봇의 상기 도킹면에 마련된 고정홈에 삽입됨으로써 다른 모듈러 로봇을 상기 결합면에 고정시킨다.

본 발명에 의한 모듈러 로봇은 상기 결합면과 상기 도킹면 중 어느 한쪽에 구비되는 감지부재 및 상기 결합면과 상기 도킹면 중 다른 한쪽에 구비되는 감지센서를 더 포함할 수 있다.

상기 감지부재는 자석이고, 상기 감지센서는 상기 자석을 감지할 수 있는 홀 센서일 수 있다.

상기 결합면 및 상기 도킹면은 각각 복수로 구비되고, 상기 감지부재는 복수가 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 어느 한쪽에 구비되고, 상기 감지센서는 복수가 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 다른 한쪽에 구비되며, 상기 복수의 감지부재는 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 어느 한쪽에 각각 다른 개수로 배치되고, 상기 감지센서는 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 다른 한쪽에 각각 같은 개수로 배치될 수 있다.

상기 걸쇠홈 및 상기 고정홈은 복수로 구비되고, 상기 락킹장치는 상기 걸쇠를 한 쌍 구비하며, 상기 각 걸쇠의 회전 중심축은 평행하고, 상기 락킹장치의 작동시 상기 각 걸쇠는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.

상기 걸쇠홈 및 상기 고정홈은 복수로 구비되고, 상기 락킹장치는 상기 걸쇠를 한 쌍 구비하며, 상기 걸쇠 회전장치는 하나의 락킹 모터 및 상기 락킹 모터의 구동력을 상기 한 쌍의 걸쇠에 동시에 전달하는 동력전달기구를 포함할 수 있다.

상기 동력전달기구는, 상기 락킹 모터에 결합되는 구동기어, 상기 구동기어와 각각 기어 연결되어 회전하는 제 1 회전기어 및 연결기어, 상기 연결기어와 기어 연결되어 회전하는 제 2 회전기어를 포함하고, 상기 제 1 회전기어에는 상기 한 쌍의 걸쇠 중 어느 하나가 결합되고 상기 제 2 회전기어에는 상기 한 쌍의 걸쇠 중 다른 하나와 결합되며, 상기 구동기어가 회전하면 상기 제 1 회전기어와 상기 제 2 회전기어가 서로 반대 방향으로 회전하여 상기 한 쌍의 걸쇠가 움직일 수 있다.

상기 한 쌍의 걸쇠 중 다른 하나와 결합되는 제 2 회전기어, 상기 락킹 모터에 결합되고 상기 제 1 회전기어와 기어 결합되는 구동기어, 상기 제 2 회전기어 및 상기 구동기어와 각각 기어 결합되어 상기 구동기어의 구동력을 상기 제 2 회전기어에 전달하는 연결기어를 포함할 수 있다.

상기 걸쇠는 상기 걸쇠 회전장치에 결합되는 연결부 및 상기 연결부에서 수직으로 연장된 걸림부를 포함할 수 있다.

상기 도킹 프레임은 상기 본체에 회전 가능하게 결합되고, 본 발명에 의한 모듈러 로봇은 상기 도킹 프레임을 회전시키기 위해 상기 본체에 설치되는 도킹 프레임 회전장치를 더 포함할 수 있다.

상기 결합면은 상기 본체에 복수로 마련되고, 상기 도킹면은 상기 도킹 프레임에 복수로 마련되며, 상기 락킹장치는 복수가 상기 복수의 결합면에 각각 배치될 수 있다.

본 발명에 의한 모듈러 로봇은 락킹장치에 구비되는 걸쇠가 회전하는 동작에 의해 다른 모듈러 로봇과 결합되거나 분리될 수 있다. 따라서 다른 모듈러 로봇과의 결합 및 분리 동작이 쉽고 신속하게 이루어질 수 있다.

또한 본 발명에 의한 모듈러 로봇은 다른 모듈러 로봇과 결합될 때 락킹장치에 구비되는 걸쇠가 다른 모듈러 로봇의 도킹 프레임을 움켜쥐는 동작을 취하므로, 다른 모듈러 로봇과의 결합력이 크고 다른 모듈러 로봇과 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 하부에서 바라본 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 상부에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇에 구비된 도킹 플레이트가 회전하지 않은 상태를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇에 구비된 도킹 플레이트가 회전한 상태를 각각 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇의 락킹장치를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇에 구비된 락킹장치의 분리 동작을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇에 구비된 락킹장치의 결합 동작을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇에 구비된 락킹장치에 의한 모듈러 로봇 간의 결합 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇 복수 개가 일렬로 결합된 상태를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇 복수 개가 수직으로 결합된 상태를 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 모듈러 로봇에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 하부에서 바라본 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 상부에서 바라본 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇을 나타낸 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇(100)은 본체(110), 본체(110)의 하부에 배치되는 한 쌍의 바퀴(122), 바퀴(122)를 구동시키기 위한 바퀴 구동장치(123), 본체(110)에 결합되는 도킹 프레임(127), 도킹 프레임(127)을 회전시키기 위한 회전모터(138) 및 회전축(139)을 갖는 도킹 프레임 회전장치, 한 쌍의 락킹장치(140)(141), 모듈러 로봇(100)의 전반적을 동작을 제어하는 제어회로(163) 및 전원 공급을 위한 배터리(165)를 포함한다. 이 밖에 본 발명의 일실시예에 의한 모듈러 로봇(100)은 다른 것들과 상호 신호를 주고 받을 수 있는 송수신장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 모듈러 로봇(100)은 락킹장치(140)(141)에 의해 다른 것들과 결합되어 다양한 형태의 결합 로봇을 구성하게 된다.

본체(110)는 베이스 프레임(111)과 락킹 프레임(113)을 포함한다. 베이스 프레임(111)에는 바퀴(122), 바퀴 구동장치(123), 도킹 프레임(127), 회전모터(138) 및 회전축(139)을 갖는 도킹 프레임 회전장치, 한 쌍의 락킹장치(140)(141), 제어회로(163) 및 배터리(165)가 설치된다. 베이스 프레임(111)은 네 개의 측면을 갖는 사각형 형상으로 이루어진다. 베이스 프레임(111)의 일측면에는 커버 프레임(112)이 결합된다. 락킹 프레임(113)은 상호 수직으로 배치되는 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115), 그리고 제 1 결합면(114)과 수직으로 배치되는 커버면(116)을 포함한다.

도 5에 도시된 것과 같이, 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115)에는 걸쇠홈(117)이 한 쌍씩 마련된다. 각 걸쇠홈(117)의 양쪽 끝단에는 제 1 결합면(114) 또는 제 2 결합면(115)의 중앙쪽으로 연장된 연장홈(118)이 연결된다. 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115)에 각각 구비되는 한 쌍의 걸쇠홈(117)은 중심선을 기준으로 상단과 하단 대각선 방향에 180도 회전되어 배치된다. 거리는 중심선을 기준으로 동일한 위치에 배치된다.

또한 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115)에는 복수의 홀 센서(119)가 구비된다. 홀 센서(119)는 다른 모듈러 로봇(100)에 구비되는 자석(135)을 감지하기 위한 것으로, 제 1 결합면(114)에 구비되는 홀 센서(119)의 개수와 제 2 결합면(115)에 구비되는 홀 센서(119)의 개수는 네 개로 같다. 물론, 각 결합면(114)(115)에 구비되는 홀 센서(119)의 개수나 배치 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

본체(110)의 하부에는 바퀴 지지부재(120)와 바퀴 보조부재(121)가 구비된다. 바퀴 지지부재(120)에는 한 쌍의 바퀴(122)가 회전 가능하게 결합된다. 한 쌍의 바퀴(122) 및 바퀴 보조부재(121)는 지면에 접하여 본체(110)를 지면으로부터 이격시킨다.

각 바퀴(122)는 바퀴 구동장치(123)에 의해 회전한다. 바퀴 구동장치(123)는 바퀴 구동모터(124)와 구동벨트(125)를 포함한다. 바퀴 구동모터(124)가 작동하면 구동벨트(125)가 바퀴 구동모터(124)의 구동력을 바퀴(122)에 전달하여 바퀴(122)가 회전하게 된다. 도면에는 한 쌍의 바퀴(122)가 별도의 바퀴 구동장치(123)에 의해 회전하는 것으로 나타냈으나, 바퀴 구동장치(123)는 하나만 구비될 수도 있다. 이 경우 두 개의 바퀴(122)가 하나의 바퀴 구동장치(123)로부터 구동력을 전달받아 회전할 수 있다. 또한 바퀴 구동장치(123)는 구동벨트(125)를 이용하는 구조 이외의 다른 구조로 변경될 수 있다.

도킹 프레임(127)은 서로 수직으로 배치되는 제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129), 제 1 도킹면(128)과 수직으로 배치되는 커버면(130)을 포함하고, 베이스 프레임(111)에 회전 가능하게 결합된다. 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 베이스 프레임(111)의 둘레로는 락킹 프레임(113)의 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115), 도킹 프레임(127)의 제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129)이 외부로 드러나도록 배치된다. 따라서 이들 제 1 결합면(114), 제 2 결합면(115), 제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129)이 모듈러 로봇(100)의 외관을 형성하며, 모듈러 로봇(100)은 대략적으로 육면체 모양을 갖게 된다.

도 5에 도시된 것과 같이, 도킹 프레임(127)의 제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129) 각각에는 네 개의 고정홈(131)이 마련된다. 각각의 고정홈(131)의 양쪽 끝단에는 제 1 도킹면(128) 또는 제 2 도킹면(129)의 중앙쪽으로 연장된 연장홈(133)이 연결된다.

제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129)에 각각 구비되는 고정홈(131)은 각각의 도킹면(128)(129)의 중심을 기준으로 0도, 90도, 180도, 270도 위치에 배치된다. 고정홈(131)의 길이는 걸쇠홈(117)과 같으며 넓이는 걸쇠홈(117)보다 조금 더 넓어 걸쇠(142)(143)가 쉽게 삽입될 수 있다.

제 1 도킹면(128) 및 제 2 도킹면(129)에는 복수의 자석(135)이 구비된다. 제 1 도킹면(128)에 구비되는 자석(135)의 개수와 제 2 도킹면(129)에 구비되는 자석(135)의 개수는 다르다. 즉, 제 1 도킹면(128)에는 세 개의 자석(135)이 배치되고, 제 2 도킹면(129)에는 두 개의 자석(135)이 배치된다. 물론, 각 도킹면(128)(129)에 구비되는 자석(135)의 개수와 배치 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

도킹 프레임(127)의 제 2 도킹면(129) 및 커버면(130)의 중앙에는 결합홈(136)(137)이 마련된다. 제 2 도킹면(129)의 결합홈(136)에는 도킹 프레임 회전장치의 회전축(139)이 결합된다. 도킹 프레임 회전장치의 회전축(139)에 의해 도킹 프레임(127)은 도 6 내지 도 8에 도시된 것과 같이, 대략 -90˚~90˚ 회전할 수 있다.

도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 락킹장치(140)(141)는 다른 모듈러 로봇(100)과의 결합을 위한 것으로 본체(110)의 베이스 프레임(111)과 락킹 프레임(113)의 사이에 배치된다. 구체적으로, 제 1 락킹장치(140)는 제 1 결합면(114)의 후면에 배치되고, 제 2 락킹장치(141)는 제 2 결합면(115)의 후면에 배치된다.

제 1 락킹장치(140)는 다른 모듈러 로봇(100)의 제 1 도킹면(128) 또는 제 2 도킹면(129)을 본체(110)의 제 1 결합면(114)에 고정시키고, 제 2 락킹장치(141)는 다른 모듈러 로봇(100)의 제 1 도킹면(128) 또는 제 2 도킹면(129)을 본체(110)의 제 2 결합면(115)에 고정시킨다. 제 1 락킹장치(140) 및 제 2 락킹장치(141)는 설치 위치와 배치 구조만 다를 뿐 구체적인 구조는 같다. 이하에서는 제 1 락킹장치(140)의 구성 및 작용에 대해서만 설명하기로 한다.

도 9은 제 1 락킹장치를 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 것과 같이, 제 1 락킹장치(140)는 한 쌍의 걸쇠(142)(143)와 이들 걸쇠(142)(143)를 회전시키기 위한 걸쇠 회전장치(146)를 포함한다. 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)는 걸쇠 회전장치(146)에 의해 회전함으로써 락킹 프레임(113)의 걸쇠홈(117)을 통해 출입할 수 있다. 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)는 구체적인 구조가 같은 것으로, 걸쇠 회전장치(146)에 결합되는 연결부(144)와 연결부(144)에 수직으로 배치되는 걸림부(145)를 각각 구비한다. 걸림부(145)는 끝단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상으로 이루어져 틀어짐이나 유격이 있더라도 쉽게 다른 모듈러 로봇(100)의 고정홈(131)에 삽입될 수 있다. 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)는 각각의 회전 중심축이 평행하도록 배치되고, 걸쇠 회전장치(146)의 작동시 서로 반대 방향으로 회전하게 된다.

걸쇠 회전장치(146)는 하나의 락킹 모터(147)와 락킹 모터(147)의 구동력을 제 1 걸쇠(142) 및 제 2 걸쇠(143)에 동시에 전달하기 위한 동력전달기구(148)를 포함한다. 동력전달기구(148)는 본체(110)에 회전 가능하게 결합되는 제 1 회전기어(151), 제 2 회전기어(154), 구동기어(157) 및 연결기어(159)를 포함한다.

제 1 회전기어(151)는 본체(110)에 회전 가능하게 결합되고 기어부(153)를 포함한다. 제 1 회전기어(151)의 기어축(152)에는 제 1 걸쇠(142)가 결합된다. 제 2 회전기어(154)는 본체(110)에 회전 가능하게 결합되고 기어부(156)를 포함한다. 제 2 회전기어(154)에는 제 2 걸쇠(143)가 결합된다. 구동기어(157)는 락킹 모터(147)에 결합되며 제 1 회전기어(151)의 기어부(153)와 치합되는 기어부(158)를 갖는다. 연결기어(159)는 본체(110)에 회전 가능하게 결합되고 기어부(161)를 포함한다. 연결기어(159)의 기어부(161)는 구동기어(157)의 기어부(158) 및 제 2 회전기어(154)의 기어부(156)와 각각 치합된다.

도 10에 도시된 것과 같이, 락킹 모터(147)가 작동하여 구동기어(157)가 시계 방향으로 회전하면 이와 기어 결합된 제 1 회전기어(151) 및 연결기어(159)가 반시계 방향으로 회전하고, 연결기어(159)와 기어 결합된 제 2 회전기어(154)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 이때 제 1 회전기어(151)에 결합된 제 1 걸쇠(142)는 제 1 회전기어(151)와 함께 반시계 방향으로 회전하고, 제 2 회전기어(154)에 결합된 제 2 걸쇠(143)는 제 2 회전기어(154)와 함께 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)는 각각 벌어지는 움직임을 나타내어 걸쇠홈(117)의 안쪽에 각각 수용된다. 이러한 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)의 벌어지는 움직임은 제 1 락킹장치(140)의 분리 동작에 해당한다.

반면, 도 11에 도시된 것과 같이, 구동기어(157)가 반시계 방향으로 회전하면 제 1 회전기어(151) 및 연결기어(159)가 시계 방향으로 회전하고, 제 2 회전기어(154)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이때 제 1 걸쇠(142)는 시계 방향으로 회전하고, 제 2 걸쇠(143)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제 2 걸쇠(143)와 제 2 걸쇠(143)는 각각 움켜쥐는 움직임을 나타내어 걸쇠홈(117)의 바깥쪽으로 나오게 된다. 이러한 제 1 걸쇠(142)와 제 2 걸쇠(143)가 걸쇠홈(117)의 바깥쪽으로 나와 움켜쥐는 동작은 제 1 락킹장치(140)의 결합 동작에 해당하고, 이때 제 1 락킹장치(140)는 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹면(128)(129)을 결합면(114)(115)에 고정시키게 된다.

예컨대, 도 12에 도시된 것과 같이, 어느 한 모듈러 로봇(100)의 제 1 결합면(114)에 다른 모듈러 로봇(100)의 제 1 도킹면(128)이 마주한 상태에서, 제 1 결합면(114)의 후면에 배치된 제 1 락킹장치(140)가 작동하여 제 1 걸쇠(142) 및 제 2 걸쇠(143)가 걸쇠홈(117)으로부터 나오면 제 1 걸쇠(142) 및 제 2 걸쇠(143)가 다른 모듈러 로봇(100)의 제 1 도킹면(128)을 제 1 결합면(114) 쪽으로 당겨 제 1 결합면(114)에 고정시킨다. 즉, 제 1 걸쇠(142)는 제 1 도킹면(128)에 구비되는 두 개의 고정홈(131) 중 어느 하나의 고정홈(131)으로 삽입되어 걸림부(145)로 제 1 도킹면(128)을 끌어당기고, 제 2 걸쇠(143)는 제 1 도킹면(128)의 나머지 다른 고정홈(131)에 삽입되어 걸림부(145)로 제 1 도킹면(128)을 끌어당긴다. 따라서 다른 모듈러 로봇(100)은 제 1 락킹장치(140)에 의해 락킹 프레임(113)의 제 1 결합면(114)에 결합된다.

걸쇠(142)(143)가 제 1 도킹면(128)에 구비되는 고정홈(131)으로 삽입될 때 걸쇠(142)(143)의 연결부(144)는 걸쇠홈(117)에서 연장된 연장홈(118) 및 고정홈(131)에서 연장된 연장홈(133)에 삽입된다. 이것은 걸쇠(142)(143)의 걸림부(145)가 제 1 도킹면(128)에 접촉하는 면적을 증가시키는 효과를 갖게 한다. 걸쇠(142)(143)의 걸림부(145)가 제 1 도킹면(128)에 접촉하는 면적이 커지면 걸쇠(142)(143)에 의한 결합력이 증가한다. 이러한 제 1 락킹장치(140)의 작용은 제 2 락킹장치(141)에 대해서도 동일하다.

한편, 제 1 락킹장치(140)가 다른 모듈러 로봇(100)을 락킹 프레임(113)에 고정시킨 상태에서, 제 1 락킹장치(140)의 제 1 걸쇠(142) 및 제 2 걸쇠(143)가 도 10에 도시된 것과 같이 벌어지는 움직임을 나타내면, 결합력이 해제되어 다른 모듈러 로봇(100)은 락킹 프레임(113)으로부터 분리될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 모듈러 로봇(100)은 락킹장치(140)(141)에 구비되는 걸쇠(142)(143)가 회전하는 동작에 의해 다른 모듈러 로봇(100)과 결합되거나 분리될 수 있다. 따라서 다른 모듈러 로봇(100)과의 결합 및 분리 동작이 쉽고 신속하게 이루어질 수 있다. 또한 본 발명에 의한 모듈러 로봇(100)은 다른 모듈러 로봇(100)과 결합될 때 락킹장치(140)(141)에 구비되는 걸쇠(142)(143)가 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹 프레임(127)을 움켜쥐는 동작을 취하므로, 다른 모듈러 로봇(100)과의 결합력이 크고, 다른 모듈러 로봇(100)과 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 락킹장치(140)(141)의 설치 개수나 배치 구조, 각 락킹장치(140)(141)에 구비되는 걸쇠(142)(143)의 개수나 구체적인 구조 및 걸쇠(142)(143)를 회전시키기 위한 걸쇠 회전장치(146)의 개수나 구체적인 구조 등은 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 락킹장치(140)(141)의 구조에 따라 락킹 프레임(113)에 마련되는 걸쇠홈(117)과 홀 센서(119)의 설치 개수나 배치 구조, 도킹 프레임(127)에 마련되는 고정홈(131)과 자석(135)이 설치 개수나 배치 구조도 다양하게 변경될 수 있다.

제 1 락킹장치(140)와 제 2 락킹장치(141)의 동작은 제어회로(163)에 의해 제어된다. 제어회로(163)는 락킹 프레임(113)에 구비된 복수의 홀 센서(119)로 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹 프레임(127)에 구비된 자석(135)을 감지하여 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹면(128)(129)이 본체(110)의 결합면(114)(115)에 마주하도록 접근했음을 확인할 수 있다. 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹면(128)(129)이 본체(110)의 결합면(114)(115)에 마주하도록 접근하여 홀 센서(119)가 다른 모듈러 로봇(100)의 자석(135)을 감지하면, 제어회로(163)는 락킹장치(140)(141)를 작동시켜 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹 프레임(127)을 본체(110)에 고정시킨다.

또한 제어회로(163)는 복수의 홀 센서(119)에서 발생하는 감지 신호를 분석하여 본체(110)의 제 1 결합면(114)과 제 2 결합면(115) 중 어느 쪽에 다른 모듈러 로봇(100)의 제 1 도킹면(128) 또는 제 2 도킹면(129)이 접근했는지 확인할 수 있다. 즉 제 1 결합면(114) 및 제 2 결합면(115)에는 네 개의 홀 센서(119)가 구비되고, 제 1 도킹면(128)에는 세 개의 자석(135)이 구비되며 제 2 도킹면(129)에는 두 개의 자석(135)이 구비되므로, 복수의 홀 센서(119) 중 감지 신호가 발생하는 것의 개수를 파악하면 결합면(114)(115)과 도킹면(128)(129) 중 상호 마주한 것이 어느 것인지 알 수 있다. 또한 복수의 홀 센서(119) 중 감지 신호가 발생한 것의 개수와 위치를 파악하면, 본체(110)에 접근한 다른 모듈러 로봇(100)의 자세를 알 수 있다.

제어회로(163)가 다른 모듈러 로봇(100)의 근접 여부나 자세에 대한 정보를 획득하기 위한 수단으로 상술한 것과 같은 홀 센서(119)와 자석(135) 이외의 다른 것이 이용될 수도 있다. 즉, 락킹 프레임(113)의 결합면(114)(115)과 도킹 프레임(127)의 도킹면(128)(129) 중 어느 한 쪽에는 다양한 종류의 감지부재가 마련될 수 있고, 락킹 프레임(113)의 결합면(114)(115)과 도킹 프레임(127)의 도킹면(128)(129) 중 다른 한 쪽에는 상기 감지부재를 감지할 수 있는 다양한 감지센서가 설치될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 모듈러 로봇(100)은 다른 모듈러 로봇(100)의 도킹면(128)(129)이 본체(110)의 제 1 결합면(114) 또는 제 2 결합면(115)에 접근한 경우, 이를 복수의 홀 센서(119)로 확인하고 제 1 락킹장치(140)나 제 2 락킹장치(141)를 작동시킴으로써, 접근한 다른 모듈러 로봇(100)을 본체(110)에 결합할 수 있다. 하나의 모듈러 로봇(100)에는 네 개의 다른 모듈러 로봇(100)이 결합될 수 있으므로, 복수의 모듈러 로봇(100)는 다양한 조합으로 결합됨으로써 다양한 모양의 결합 로봇을 구성할 수 있다. 예컨대, 복수의 모듈러 로봇(100)은 서로 정보를 주고받으며 재결합하여 도 13에 도시된 것과 같이 일렬로 결합될 수도 있고, 도 14에 도시된 것과 같이 수직으로 꺾인 형태의 결합 로봇을 구성할 수도 있다. 이렇게 복수의 모듈러 로봇(100)에 의해 만들어지는 결합 로봇은 모듈러 로봇(100) 간의 결합 형태만큼이나 다양한 형태의 움직임을 만들어 낸다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 모듈러 로봇 110 : 본체
111 : 베이스 프레임 112 : 커버 프레임
113 : 락킹 프레임 114, 115 : 제 1, 2 결합면
117 : 걸쇠홈 119 : 홀 센서
120 : 바퀴 지지부재 121 : 바퀴 보조부재
122 : 바퀴 123 : 바퀴 구동장치
127 : 도킹 프레임 128, 129 : 제 1, 2 도킹면
131 : 고정홈 135 : 자석
139 : 회전축 140, 141 : 제 1, 2 락킹장치
142, 143 : 제 1, 2 걸쇠 146 : 걸쇠 회전장치
147 : 락킹 모터 148 : 동력전달기구
151, 154 : 제 1, 2 회전기어 157 : 구동기어
159 : 연결기어 163 : 제어회로
165 : 배터리

Claims (10)

1. 걸쇠홈이 형성된 결합면을 갖는 본체;
   상기 본체에 결합되는 바퀴;
   상기 바퀴를 구동시키기 위해 상기 본체에 결합되는 바퀴 구동장치;
   고정홈이 형성된 도킹면을 갖고, 상기 본체에 회전 가능하게 결합되는 도킹 프레임;
   상기 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 걸쇠, 상기 걸쇠를 상기 걸쇠홈을 통해 출입할 수 있도록 회전시키는 걸쇠 회전장치를 구비하고, 상기 결합면이 다른 모듈러 로봇의 상기 도킹면과 마주한 상태에서 상기 걸쇠가 상기 걸쇠홈을 통해 나와 다른 모듈러 로봇의 상기 도킹면에 마련된 고정홈에 삽입됨으로써 다른 모듈러 로봇을 상기 결합면에 고정시키는 락킹장치;
   상기 바퀴 구동장치 및 상기 락킹장치의 동작을 제어하는 제어회로; 및
   상기 도킹 프레임을 회전시키기 위해 상기 본체에 설치되는 도킹 프레임 회전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 결합면과 상기 도킹면 중 어느 한쪽에 구비되는 감지부재; 및
   상기 결합면과 상기 도킹면 중 다른 한쪽에 구비되는 감지센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 감지부재는 자석이고, 상기 감지센서는 상기 자석을 감지할 수 있는 홀 센서인 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 결합면 및 상기 도킹면은 각각 복수로 구비되고,
   상기 감지부재는 복수가 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 어느 한쪽에 각기 다른 개수로 구비되고, 상기 감지센서는 복수가 상기 복수의 결합면과 상기 복수의 도킹면 중 다른 한쪽에 같은 개수로 구비되는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 걸쇠홈 및 상기 고정홈은 복수로 구비되고, 상기 락킹장치는 상기 걸쇠를 한 쌍 구비하며, 상기 각 걸쇠의 회전 중심축은 평행하고, 상기 락킹장치의 작동시 상기 각 걸쇠는 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 걸쇠홈 및 상기 고정홈은 복수로 구비되고, 상기 락킹장치는 상기 걸쇠를 한 쌍 구비하며,
   상기 걸쇠 회전장치는 하나의 락킹 모터 및 상기 락킹 모터의 구동력을 상기 한 쌍의 걸쇠에 동시에 전달하는 동력전달기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 동력전달기구는, 상기 한 쌍의 걸쇠 중 어느 하나와 결합되는 제 1 회전기어, 상기 한 쌍의 걸쇠 중 다른 하나와 결합되는 제 2 회전기어, 상기 락킹 모터에 결합되고 상기 제 1 회전기어와 기어 결합되는 구동기어, 상기 제 2 회전기어 및 상기 구동기어와 각각 기어 결합되어 상기 구동기어의 구동력을 상기 제 2 회전기어에 전달하는 연결기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 걸쇠는 상기 걸쇠 회전장치에 결합되는 연결부 및 상기 연결부에서 수직으로 연장된 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합면은 상기 본체에 복수로 마련되고, 상기 도킹면은 상기 도킹 프레임에 복수로 마련되며, 상기 락킹장치는 복수가 상기 복수의 결합면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.

Images