KR101290261B1 - 4족 보행 로봇 및 그 보행 제어 방법 - Google Patents

Abstract

4족 보행 로봇 및 그 보행 제어방법이 개시된다. 그 4족 보행 로봇은 제1다리, 제1다리와 이웃한 제2다리, 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리, 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리 및 그 4족 보행 로봇의 보행을 제어하는 제어부를 포함하고, 그 제1다리와 제4다리가 이루는 대각선 방향은 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 제2다리와 제3다리가 이루는 대각선방향은 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정적 보행에서도 로봇의 무게 중심을 지지사각형 안에 있게 하여 두 다리로 로봇을 지탱하면서 동적 보행과 유사한 형태로 로봇을 빠르고 안정하게 보행시킬 수 있다. 또한 동적 보행에서도 로봇의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 그리고 두 개의 다리로 지지하는 보행 방식 외에 세 개의 다리로 지지하는 보행도 가능하다.

Description

4족 보행 로봇 및 그 보행 제어 방법{Walking robot having four legs, and method for controlling thereof}

본 발명은 로봇에 관한 것으로서, 특히 정적 보행에서도 두 개의 다리로 보행 가능한 4족 보행 로봇에 관한 것이다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어를 정의하기로 한다. 보행 로봇에서 지면에 닿아 있는 다리들로 이루어지는 다각형을 지지 다각형이라고 한다. 즉, 네 다리가 모두 닿아 있는 경우에는 네 다리로 이루어지는 4각형이 지지 다각형이 되고, 세 다리가 닿아 있는 경우에는 세 다리로 이루어지는 3각형이 지지 다각형이 된다. 또한 로봇의 정적 보행에서 로봇의 무게 중심이 로봇의 지지다각형 안에 존재하면 로봇은 넘어지지 않고 안정되지만, 로봇의 무게 중심이 지지다각형을 벗어나면 로봇은 넘어지게 된다.

그리고 종래의 4족 보행 로봇의 보행은 크게 정적 보행과 동적 보행 두 가지로 나눌 수 있다. 정적 보행이란 로봇이 보행하는 동안에 항상 로봇의 무게 중심이 로봇의 지지 다각형 안에 존재하는 것을 말하고, 동적 보행이란 그렇지 않을 수도 있는 경우를 말한다.

상기 정적 보행은 보행하는 중에 로봇의 무게 중심이 지지다각형 안에 항상 존재하도록 하는 보행이므로 넘어지지 않고 안정되게 보행할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 로봇의 무게 중심이 지지다각형 안에 항상 존재하도록 하기 위해서는 네 개의 다리 중에서 하나만 들어 이동시키고 나머지 세 개의 다리는 지면에 닿도록 하여 지지다각형을 삼각형으로 만들어 주어야 한다. 이와 같이 정적 보행은 임의의 순간에 하나의 다리만을 들어 이동시킬 수 있기 때문에 속도가 느리다는 단점이 있다.

그리고 정적 보행에서의 또 다른 단점은 로봇의 무게 중심이 지지다각형 안에 있도록 하기 위해서는 바닥에 닿아 있는 세 개의 다리를 움직여서 로봇의 무게 중심을 이동시켜야 한다는 점이다. 이와 같이 다리를 들어 이동하는 운동과 무게 중심을 이동시키는 운동이 분리되어 수행되므로 보행 시간이 오래 걸리게 된다.

한편, 동적 보행은 지지다각형의 면적이 0 이거나 로봇의 무게 중심이 지지다각형의 밖에 존재하는 경우가 있는 보행을 말한다. 따라서 동적 보행에서는 로봇이 넘어지지 않고 보행할 수 있도록 하기 위해서는 로봇을 정밀하게 제어해 주어야한다. 동적 보행의 단점은 로봇이 넘어지지 않게 제어해 주기위한 과정이 복잡하며, 로봇에 사용되는 모터의 종류에 따라서는 이러한 제어 자체가 불가능하여 동적 보행을 할 수 없다는 것이다. 4족 보행로봇의 동적 보행에서는 2개의 다리가 동시에 지면에서 떨어지는 것이 가능하므로 로봇의 보행 속도가 높다는 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 4족 보행 로봇의 다리 부착 위치를 도시한 것으로서, 말, 사자 등의 동물들에서 볼 수 있는 것과 같은 형태이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 로봇들은 사람들에게 익숙하여 외관상 자연스러우나 전술한 바와 같이 보행의 안정성, 보행의 속도 등 보행의 관점에서는 비효율적인 측면이 있다.

종래의 4족 보행 로봇이 정적 보행을 하기 위해서는 네 개의 다리 중 세 개의 다리가 항상 지면에 닿아 있어야 한다. 도 2는 종래의 다리 위치를 갖는 4족 보행 로봇과 네 개의 다리를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 종래의 4족 보행 로봇이 정적 보행을 수행할 때의 지지다각형의 변화를 나타낸 일 예를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 로봇의 보행 순서는 4번 다리를 들어 1번 다리, 2번 다리 및 3번 다리로 지지삼각형이 형성되고, 4번 다리를 지면에 착지함과 동시에 2번 다리를 들어 1번 다리, 3번 다리 및 4번 다리로 지지삼각형이 형성된 후, 3번 다리를 들어 1번 다리, 2번 다리 및 4번 다리로 지지삼각형이 형성되고, 다시 1번 다리를 들어 2번 다리, 3번 다리 및 4번 다리로 지지삼각형이 형성되고, 1번 다리를 착지하여 보행의 한 주기가 완성된다. 즉, 종래의 4족 보행 로봇의 정적 보행 시의 일 예에서 다리의 이동 순서는 4번다리(우측 뒷다리) -> 2번 다리(우측 앞다리) -> 3번 다리(좌축 뒷다리) -> 1번다리(좌측 앞다리)의 순서이고 항상 세 개의 다리 또는 네 개의 다리가 지면에 닿아 있는 형태이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 4족 보행 로봇에서는 로봇 몸체가 전진을 위해 앞쪽으로만 몸을 이동하는 것이 아니라, 로봇의 무게 중심을 지지삼각형 안으로 이동하기 위해서 로봇의 좌우 방향으로도 몸을 이동해야하며, 이는 로봇의 보행 속도를 늦출 뿐만 아니라 로봇을 구성하는 모터를 구동해야하므로 에너지의 낭비도 초래하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정적 보행에서 종래의 로봇보다 빠르게 보행시킬 수 있고 동적 보행에서는 로봇의 안정성을 크게 향상시킨 4족 보행 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 4족 보행 로봇의 보행 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 4족 보행 로봇은 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇에 있어서, 제1다리; 상기 제1다리와 이웃한 제2다리; 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리; 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리; 및 상기 로봇의 보행을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 로봇의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리와 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지 사각형이 형성되고, 상기 지지사각형의 좌우 방향의 변은 매우 짧지만 전후 방향의 변은 길어서 전진 보행 시에 로봇의 무게 중심이 지지사각형 내에 있도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는 상기 네 개의 다리로 지지하고 있는 초기 상태에서 지지다각형이 제1다리 및 제4다리의 발의 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리 및 제4다리의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 긴 사각형 형태를 가지도록 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 이동하도록 제어하며, 상기 제2다리 및 제3다리가 착지한 후에는 상기 제2다리 및 제3다리의 끝 단에 부착된 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리 및 제3다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형이 지지다각형이 되도록 상기 제1다리 및 제4다리를 들어 이동하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는 상기 제1다리와 제4다리로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리와 제3다리를 들어 이동하고, 상기 제2다리 및 제3다리가 착지함과 동시에 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지삼각형이 형성되고, 상기 제1다리를 이동하고 상기 제1다리가 착지함과 동시에 상기 제4다리를 들어 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지삼각형이 형성되고 상기 제4다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는 상기 제1다리 및 제4다리로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 이동하고, 상기 제2다리 및 제3다리가 착지함과 동시에 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지 삼각형이 형성되고 상기 제4다리를 이동하고 제4다리가 착지함과 동시에 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지 삼각형이 형성되고 제1다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성하는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행 제어방법은 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서, 상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때, 상기 네 개의 다리로 지지하고 있는 초기 상태에서 상기 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 로봇의 상기 제1다리 및 제4다리의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리 및 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 이동하도록 제어하는 단계; 및 상기 제2다리 및 제3다리가 착지한 후에는 상기 제2다리 및 제3다리의 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리 및 제3다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형의 지지사각형을 형성하면서 상기 제1다리 및 제4다리를 들어 이동하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행 제어방법은 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서, 상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때, 상기 제1다리 및 상기 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리와 상기 제3다리를 들어 이동하는 단계; 상기 제2다리 및 상기 제3다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 상기 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동하는 단계; 및 상기 제1다리를 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행 제어방법은 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서, 상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때, 상기 제1다리 및 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 진행방향으로 이동하는 단계; 상기 제2다리 및 제3다리는 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동하는 단계; 및 상기 제4다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 4족 보행 로봇 및 그 보행 제어방법에 의하면, 정적 보행에서도 로봇의 무게 중심을 지지사각형 안에 있게 하여 두 다리로 로봇을 지탱하면서 동적 보행과 유사한 형태로 로봇을 빠르고 안정하게 보행시킬 수 있다. 또한 동적 보행에서도 로봇의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 그리고 두 개의 다리로 지지하는 보행 방식 외에 세 개의 다리로 지지하는 보행도 가능하다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 4족 보행 로봇의 다리 부착 위치를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 다리 위치를 갖는 4족 보행 로봇과 네 개의 다리를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 4족 보행 로봇이 정적 보행을 수행할 때의 지지다각형의 변화를 나타낸 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 4족 보행 로봇의 네 개의 다리를 부착하는 위치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한, 4족 보행 로봇의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 4족 보행 로봇이 정적 보행을 수행할 시의 지지다각형의 변화를 도시한 것이다.
도 7 은 본 발명에 의한 4족 보행로봇이 3 개의 다리 지지를 사용하는 보행 에 대한 일 예의 지지다각형 변화를 도시한 것이다.
도 8 은 본 발명에 의한 4족 보행 로봇 3 개의 다리 지지를 사용하는 보행에 대한 다른 예의 지지다각형 변화를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행제어에 대한 제1실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행제어에 대한 제2실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 보행제어에 대한 제3실시예를 흐름도로 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 4족 보행 로봇의 네 개의 다리를 부착하는 위치를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 우측 방향이 로봇의 진행 방향이고 네 개의 다리는 로봇 몸체의 중앙부에 2개의 다리, 즉 앞다리 1개, 뒷다리 1개가 부착되고, 로봇 몸체의 좌우에 2개의 다리 즉, 왼쪽 다리 1개, 오른쪽 다리 1개가 다이아몬드 형태로 부착되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 의한, 4족 보행 로봇의 구성을 도시한 것으로서, 상기 4족 보행 로봇은 4개의 다리 즉, 1번다리(1)에 해당하는 제1다리, 2번다리(2)에 해당하는 제2 다리, 3번다리(3)에 해당 제3다리, 4번다리(4)에 해당하는 제4다리 및 제어부(50)를 포함하여 이루어진다. 그리고 도 5에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 의한 4족 보행로봇은 로봇의 다리를 움직일 때 필요한 모터, 상기 로봇을 움직이는 데 필요한 에너지를 공급하는 전원부를 구비하며, 주위 상황을 감지하는 센서 등을 더 구비할 수 있다.

상기 제1다리(1)는 로봇의 진행방향에 위치하며 앞다리에 해당한다.

상기 제2다리(2)는 상기 제1다리(1)와 이웃하며, 로봇의 진행방향의 우측에 위치한 우측다리이다.

상기 제3다리(3)는 상기 제2다리(2)와 대각선 방향 즉 로봇의 진행방향의 좌측에 위치한 좌측다리이다.

상기 제4다리(4)는 상기 제1다리(1)와 대각선 방향 즉 로봇의 진행방향에 위치하며, 뒷다리에 해당한다.

전체적으로 상기 네 개의 다리는 다이어몬드 형상을 이루며, 상기 제1다리(1)와 상기 제4다리(4)가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 로봇의 진행방향을 기준으로 볼 때 앞다리와 뒷다리에 해당한다. 그리고 상기 제2다리(2)와 상기 제3다리(3)가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향의 좌우측 즉, 직각방향으로 위치하며 좌우측 다리에 해당한다.

상기 제어부(50)는 상기 로봇의 보행을 제어한다. 상기 제어부(50)는 마이크로 프로세서와 보행제어 알고리즘이 프로그램으로 저장되어 있는 메모리를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 제어부(50)는 상기 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 로봇의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리(1)와 제4다리(4)의 부착 위치 사이의 간격을, 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지 사각형이 형성되도록 제어한다. 여기서, 상기 로봇의 발은 2차원 적으로는 발의 폭과 발의 길이를 가지고 있다. 그리고 상기 지지사각형의 좌우 방향의 변은 매우 짧지만 전후 방향의 변은 길어서 전진 보행시에 로봇의 무게 중심이 지지사각형 내에 있도록 제어한다.

본 발명에 따른 4족 보행 로봇은 정적 보행임에도 불구하고 두 개의 다리를 동시에 이동시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같은 위치에 네 개의 다리를 부착하면, 로봇의 진행 방향과 같은 방향으로 로봇의 발 폭과 제1다리(1)와 제4다리(4)에 해당하는 1번 다리와 4 번 다리의 부착 위치 사이의 간격을 두 변으로 하는 직사각형 형태의 지지사각형이 형성되고, 상기 지지사각형의 좌우방향의 변은 매우 짧지만 전후 방향의 변은 길어서 로봇의 전진 보행 시에 로봇의 무게 중심이 상기 지지사각형 내에 있게 된다.

상기 제어부(50)는 다양한 보행제어를 수행할 수 있다. 본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어의 제1실시예로서, 제어부(50)는 초기 상태에서는 네 개의 다리로 지지하고 있다가 지지다각형이 제1다리(1) 및 제4다리(4)의 발의 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리(1) 및 제4다리(4)의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 긴 사각형 형태를 가지도록 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)를 들어 이동하도록 제어하며, 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)가 착지한 후에는 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)에 부착된 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형이 지지다각형이 되도록 상기 제1다리(1) 및 제4다리(4)를 들어 이동하도록 제어한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서의 4족 보행 로봇이 정적 보행을 할 때의 지지다각형의 변화는 도 6과 같다. 즉 초기상태에서는 네 개의 다리로 지지하고 있다가 제2다리에 해당하는 2번다리와, 제3다리에 해당하는 3번다리의 두 다리를 들어 이동한다. 이 때 지지다각형은 제1다리에 해당하는 1번다리와 제4다리에 해당하는 4번 다리로 형성되는 긴 사각형 형태이며 긴 변이 로봇의 진행 방향과 같으므로 로봇을 좌우 방향으로 이동하지 않아도 로봇의 무게 중심이 항상 이 지지사각형 안에 있어서 로봇이 안정된다. 따라서 이 구간에서는 로봇의 속도를 매우 빠르게 할 수 있다.

다시 말해, 2번 다리와 3번 다리가 착지한 후에는 2번 다리와 3번 다리의 끝 단에 부착된 발의 길이와 2번 다리와 3번 다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 두 변으로 하는 직사각형이 지지다각형이 된다. 상기 지지사각형은 로봇 몸체의 좌우 방향으로 긴 직사각형 형태이다. 이 때에는 로봇의 진행 방향 쪽의 지지다각형이 변의 길이가 짧아 로봇을 많이 이동시킬 수는 없지만 로봇의 무게 중심이 지지다각형 안에 있도록 할 수는 있다. 이 구간에서는 로봇의 이동 속도는 빠르지 않지만 복잡한 로봇 제어를 하지 않고도 마치 동적 보행에서와 같이 두 개의 다리로 로봇 몸체를 지탱하고 나머지 두 개의 다리를 이동할 수 있으므로 기존 로봇에서의 정적 보행에서 보다는 빠른 속도로 로봇을 이동시킬 수 있다.

기존 4족 보행 로봇에서는 두 개의 다리로만 로봇을 지탱하는 것이 로봇의 보행 속도를 높이기 위해서는 좋은데, 이는 정적 보행에서는 불가능하고 제어가 복잡하고 비용이 많이 드는 동적 보행에서만 가능한 반면, 본 발명에서는 정적 보행에서도 두 개의 다리로 로봇을 지탱하며 동적 보행과 유사한 형태로 로봇을 빠르게 보행시킬 수 있다 또한 동적 보행에서는 로봇의 안정성이 떨어지는데 본 발명에 의한 4족 보행 로봇에서는 안정성도 보장된다.

본 발명에 의한 4족 보행로봇은 도 6에 도시된 바와 같이 항상 두 개의 다리로 지지하는 보행 방식 외에 2 개의 다리 지지와 3 개의 다리 지지를 모두 사용하는 보행도 가능하며, 이는 도 7 및 도 8에 나타나 있다.

본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어에 대한 제2실시예로서, 상기 제어부(50)는 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 상기 제1다리(1)와 제4다리(4)로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리(2)와 제3다리(3)를 들어 이동하고, 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)가 착지함과 동시에 제1다리(1)를 들어 제2다리(2), 제3다리(3) 및 제4다리(4)로 지지삼각형이 형성되고, 상기 제1다리(1)를 이동하고 상기 제1다리(1)가 착지함과 동시에 상기 제4다리(4)를 들어 제1다리(1), 제2다리(2) 및 제3다리(3)로 지지삼각형이 형성되고 상기 제4다리(4)를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성할 수 있다.

도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제1다리에 해당하는 1번 다리와 제4다리에 해당하는 4번 다리로 지지사각형이 형성되며 좌우 다리인 2번 다리와 3번 다리를 들어 이동하고, 2번 다리와 3번 다리가 착지함과 동시에 1번 다리를 들어 2번 다리와 3번 다리 및 4번 다리로 지지삼각형이 형성되고 1번 다리를 이동하고, 1번 다리가 착지함과 동시에 4번 다리를 들어 1번 다리, 2번 다리 및 3번 다리로 지지삼각형이 형성되고 4번 다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기가 완성된다.

본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어에 대한 제3실시예로서, 상기 제어부(50)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1다리(1) 및 제4다리(4)로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)를 들어 이동하고, 상기 제2다리(2) 및 제3다리(3)가 착지함과 동시에 상기 제4다리(4)를 들어 상기 제1다리(1), 제2다리(2) 및 제3다리(3)로 지지 삼각형이 형성되고 상기 제4다리(4)를 이동하고 제4다리(4)가 착지함과 동시에 제1다리(1)를 들어 제2다리(2), 제3다리(3) 및 제4다리(4)로 지지 삼각형이 형성되고 제1다리(1)를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성한다.

도 8을 참조 하여 보다 구체적으로 설명하면, 1번 다리와 4번 다리로 지지사각형이 형성되며 좌우 다리인 2번 다리와 3번 다리를 들어 이동하고, 2번 다리와 3번 다리가 착지함과 동시에 4번 다리를 들어 1번 다리, 2번 다리 및 3번 다리로 지지삼각형이 형성되고 4번 다리를 이동하고, 4번 다리가 착지함과 동시에 1번 다리를 들어 2번 다리, 3번 다리 및 4번 다리로 지지삼각형이 형성되고 1번 다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기가 완성된다.

도 9는 본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어에 대한 제1실시예를 흐름도로 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 네 개의 다리는 제1다리(1), 상기 제1다리(1)와 이웃한 제2다리(2), 상기 제2다리(2)와 대각선 방향으로 위치한 제3다리(3) 및 상기 제1다리(1)와 대각선 방향으로 위치한 제4다리(4)를 구비하고, 상기 제1다리(1)와 상기 제4다리(4)가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리(2)와 상기 제3다리(3)가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하도록 한다.(S910단계)

그리고 나서, 상기 초기 상태에서는 네 개의 다리로 지지하고 있다가 상기 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 로봇의 제1다리 및 제4다리의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 제1다리 및 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지사각형을 형성하면서 제2다리 및 제3다리를 들어 이동하도록 제어한다.(S920단계)

그 다음에 상기 제2다리 및 제3다리가 착지한 후에는 상기 제2다리 및 제3다리의 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리 및 제3다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형의 지지사각형을 형성하면서 상기 제1다리 및 제4다리를 들어 이동하도록 제어한다.(S930단계)

도 10은 본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어에 대한 제2실시예를 흐름도로 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 네 개의 다리는 제1다리(1), 상기 제1다리(1)와 이웃한 제2다리(2), 상기 제2다리(2)와 대각선 방향으로 위치한 제3다리(3) 및 상기 제1다리(1)와 대각선 방향으로 위치한 제4다리(4)를 구비하고, 제1다리(1)와 상기 제4다리(4)가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 제2다리(2)와 제3다리(3)가 이루는 대각선방향은 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하도록 한다.(S1010단계)

그리고 나서 상기 제1다리 및 상기 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리와 상기 제3다리를 들어 이동한다.(S1020단계) 그 다음에 상기 제2다리 및 상기 제3다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 상기 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동한다.(S1030단계) 그 후, 상기 제1다리를 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동한다.(S1040단계)

도 11은 본 발명에 의한 4족보행 로봇의 보행제어에 대한 제3실시예를 흐름도로 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 본 발명에 의한 4족 보행 로봇의 네 개의 다리는 제1다리(1), 상기 제1다리(1)와 이웃한 제2다리(2), 제2다리(2)와 대각선 방향으로 위치한 제3다리(3) 및 제1다리(1)와 대각선 방향으로 위치한 제4다리(4)를 구비하고, 제1다리(1)와 제4다리(4)가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 제2다리(2)와 제3다리(3)가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치한다.(S1110단계)

그리고 나서 상기 제1다리 및 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 진행방향으로 이동한다.(S1120단계) 그 다음에 상기 제2다리 및 제3다리는 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동한다.(S1130단계) 그 후, 상기 제4다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동한다.(S1140단계)

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 제1다리 2 : 제2다리 3 : 제3다리
4 : 제4다리 50 : 제어부

Claims (8)

1. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇에 있어서,
   제1다리;
   상기 제1다리와 이웃한 제2다리;
   상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리;
   상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리; 및
   상기 로봇의 보행을 제어하며, 상기 로봇의 진행방향과 동일한 방향으로 로봇의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리와 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지 사각형이 형성되고, 상기 지지사각형의 좌우 방향의 변의 길이는 상기 지지사각형의 전후 방향의 변의 길이보다 짧고, 전진 보행 시에 로봇의 무게 중심이 상기 지지사각형 내에 있도록 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하며,
   상기 제어부는
   상기 네 개의 다리로 지지하고 있는 초기 상태에서 지지다각형이 제1다리 및 제4다리의 발의 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리 및 제4다리의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 긴 사각형 형태를 유지하면서, 상기 제2다리 및 제3다리를 든 상태에서 구부러진 상기 제1다리 및 제4다리를 로봇 진행방향으로 펴는 동작에 의해 로봇이 진행하도록 제어하며,
   상기 제2다리 및 제3다리가 착지한 후에는 상기 제2다리 및 제3다리의 끝 단에 부착된 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리 및 제3다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형이 지지다각형이 되면서 상기 제1다리 및 제4다리를 든 상태에서 구부러진 상기 제2다리 및 제3다리를 로봇 진행방향으로 펴는 동작에 의해 로봇이 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇에 있어서,
   제1다리;
   상기 제1다리와 이웃한 제2다리;
   상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리;
   상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리; 및
   상기 로봇의 보행을 제어하며, 상기 로봇의 진행방향과 동일한 방향으로 로봇의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리와 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지 사각형이 형성되고, 상기 지지사각형의 좌우 방향의 변의 길이는 상기 지지사각형의 전후방향의 변의 길이보다 짧고, 전진 보행 시에 로봇의 무게 중심이 상기 지지사각형 내에 있도록 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하며,
   상기 제어부는
   상기 제1다리와 제4다리로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리와 제3다리를 들어 이동하고, 상기 제2다리 및 제3다리가 착지함과 동시에 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지삼각형이 형성되고, 상기 제1다리를 이동하고 상기 제1다리가 착지함과 동시에 상기 제4다리를 들어 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지삼각형이 형성되고 상기 제4다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성하는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇.
5. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇에 있어서,
   제1다리;
   상기 제1다리와 이웃한 제2다리;
   상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리;
   상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리; 및
   상기 로봇의 보행을 제어하며, 상기 로봇의 진행방향과 동일한 방향으로 로봇의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리와 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지 사각형이 형성되고, 상기 지지사각형의 좌우 방향의 변의 길이는 상기 지지사각형의 전후방향의 변의 길이보다 짧고, 전진 보행 시에 로봇의 무게 중심이 상기 지지사각형 내에 있도록 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치하며,
   상기 제어부는
   상기 제1다리 및 제4다리로 지지사각형이 형성되며, 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 이동하고, 상기 제2다리 및 제3다리가 착지함과 동시에 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지 삼각형이 형성되고 상기 제4다리를 이동하고 제4다리가 착지함과 동시에 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지 삼각형이 형성되고 제1다리를 이동하여 착지함으로써 보행의 한 주기를 완성하는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇.
6. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서,
   상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때,
   상기 네 개의 다리로 지지하고 있는 초기 상태에서 상기 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 로봇의 상기 제1다리 및 제4다리의 발 폭을 평행하는 두변으로 하고, 상기 제1다리 및 제4다리의 부착 위치 사이의 간격을 평행하는 다른 두변으로 하는 직사각형 형태의 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리 및 제3다리를 든 상태에서 구부러진 상기 제1다리 및 제4다리를 로봇 진행방향으로 펴는 동작에 의해 로봇이 진행하도록 제어하는 단계; 및
   상기 제2다리 및 제3다리가 착지한 후에는 상기 제2다리 및 제3다리의 발의 길이를 평행하는 두 변으로 하고 상기 제2다리 및 제3다리가 부착된 좌우 간격에 해당하는 길이를 평행하는 다른 두 변으로 하는 직사각형의 지지사각형을 형성하면서 상기 제1다리 및 제4다리를 든 상태에서 구부러진 상기 제2다리 및 제3다리를 로봇 진행방향으로 펴는 동작에 의해 로봇이 진행하도록 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 로봇의 보행 시에 로봇의 무게 중심이 상기 지지사각형 내에 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법.
7. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서,
   상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때,
   상기 제1다리 및 상기 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리와 상기 제3다리를 들어 이동하는 단계;
   상기 제2다리 및 상기 제3다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 상기 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동하는 단계; 및
   상기 제1다리를 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇의 보행 제어방법.
8. 네 개의 다리를 구비하는 4족 보행 로봇의 보행제어 방법에 있어서,
   상기 네 개의 다리는 제1다리, 상기 제1다리와 이웃한 제2다리, 상기 제2다리와 대각선 방향으로 위치한 제3다리 및 상기 제1다리와 대각선 방향으로 위치한 제4다리를 구비하고, 상기 제1다리와 상기 제4다리가 이루는 대각선 방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 같은 방향으로 위치하고, 상기 제2다리와 상기 제3다리가 이루는 대각선방향은 상기 4족 보행 로봇의 진행방향과 직각방향으로 위치할 때,
   상기 제1다리 및 제4다리로 지지사각형을 형성하면서 상기 제2다리 및 제3다리를 들어 진행방향으로 이동하는 단계;
   상기 제2다리 및 제3다리는 착지하면서 상기 제4다리를 들어 상기 제1다리, 제2다리 및 제3다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제4다리를 이동하는 단계; 및
   상기 제4다리를 착지하면서 상기 제1다리를 들어 제2다리, 제3다리 및 제4다리로 지지 삼각형을 형성하고 상기 제1다리를 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 보행 로봇의 보행 제어방법.

Images