KR101327975B1 - 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드 - Google Patents

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KR101327975B1 KR1020120052411A KR20120052411A KR101327975B1 KR 101327975 B1 KR101327975 B1 KR 101327975B1 KR 1020120052411 A KR1020120052411 A KR 1020120052411A KR 20120052411 A KR20120052411 A KR 20120052411A KR 101327975 B1 KR101327975 B1 KR 101327975B1
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김정엽
박진영
심형원
김방현
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이판묵
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한국해양과학기술원
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    • Y10S901/00Robots
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Abstract

본 발명은 해저 로봇을 제공한다. 상기 해저 로봇은 로봇 바디와; 상기 로봇 바디에 다수의 자유도를 갖도록 설치되는 다수의 레그; 및 상기 다수의 레그 중 하나 이상에 접철 가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 그립부를 포함한다.

Description

해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드{TEST BED FOR TESTING FUNCTION OF UNDERWATER ROBOT}
본 발명은 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해저로봇에 요구되는 다양한 기술을 개발하기 위한 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드에 관한 것이다.
일반적으로, 해저 지형은 복잡하고 조수간만의 차가 커서 조류가 세고(강조류) 시계가 나쁜(악시계) 해양환경조건을 갖고 있다.
상기와 같이 위험한 해양 환경에는 인류가 쉽게 접근할 수 없다.
따라서, 종래에는 무인 해저 로봇을 사용하여 상기와 같은 문제점을 해소하고자 하였으며, 현재까지 전 세계적으로 널리 활용되어 왔고 그 활용 범위가 점점 확대되어 가고 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록실용신안 제20-0449749호가 있으며, 상기 선행문헌에는 넓은 범위의 해저를 탐사할 수 있고, 육식 어종에 의한 인명 피해를 줄일 수 있는 해저 로봇에 대한 기술이 언급된다.
그러나, 근래에 들어 해저 구조물이나 침몰선박의 조사ㅇ관찰을 하거나, 천해역 해양과학 조사를 하는 경우에, 해저 지형이 불규칙한 지면 형상을 형성하기 때문에, 로봇에 있어서 안정적인 보행과, 보행과 동시 또는 일정 위치에서 조사에 요구되는 샘플을 용이하게 채취할 수 있는 로봇의 개발이 요구되고 있다.
즉, 상술한 바와 같은 해저 로봇에는 해저보행기술과 조류등의 외란 대응 자세 안정화 기술등의 다양한 기술이 요구되고, 이와 같은 기술을 육상에서 테스트할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 해저로봇에 요구되는 다양한 기술을 개발하기 위한 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 제공함에 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 제공한다.
상기 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드는 로봇 바디와; 상기 로봇 바디에 다수의 자유도를 갖도록 설치되는 다수의 레그; 및 상기 다수의 레그 중 하나 이상에 접철 가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 그립부를 포함한다.
상기 각 레그는, 상기 로봇 바디의 중심선을 경계로, 양측에 대응되는 개수를 이루어 설치된다.
상기 각 레그는, 상기 로봇 바디에 설치되는 고정 부재와, 상기 고정 부재에 수평 방향을 따라 회전되도록 설치되는 회전체와, 상기 회전체에 상하로 회전되도록 연결되는 제 1단위 레그와, 상기 제 1단위 레그와 링크 연결되어 상하로 회전되는 제 2단위 레그와, 상기 회전체, 상기 제 1,2단위 레그의 회전을 제어하는 회전부를 구비한다.
상기 회전부는, 제 1회전부와, 제 2회전부와, 제 3회전부를 구비한다.
상기 제 1회전부는, 상기 고정 부재에 설치되는 제 1 수평 회전축과, 상기 회전체의 회전 중심을 형성하는 제 2수평 회전축과, 상기 제 1,2수평 회전축을 연결하는 제 1장력 부재와, 상기 제 1수평 회전축을 회전시키는 제 1모터를 구비하고,
상기 제 2회전부는, 상기 회전체에 형성되며, 상기 제 1단위 레그의 회전 중심을 이루는 제 1수직 회전축과, 상기 제 1단위 레그에 설치되며, 상기 제 1수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 2수직 회전축과, 상기 제 1,2수직 회전축을 연결하는 제 2장력 부재와, 상기 제 1수직 회전축을 회전시키는 제 2모터를 구비하고,
상기 제 3회전부는, 상기 제 1단위 레그와 상기 제 2단위 레그와의 링크 연결 부분에 설치되어 상기 제 2단위 레그의 회전 중심을 이루는 제 1추가 수직 회전축과, 상기 제 1단위 레그에 설치되며, 상기 제 1추가 수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 2추가 수직 회전축과, 상기 제 1,2추가 수직 회전축을 연결하는 제 3장력 부재와, 상기 제 1추가 수직 회전축을 회전시키는 제 3모터를 구비한다.
상기 고정 부재에는, 제 1장력 조절 부재가 설치되고, 상기 회전체에는, 제 2장력 조절 부재가 설치되고, 상기 제 1단위 레그에는, 제 3장력 조절 부재가 설치된다.
상기 각 제 1,2,3장력 조절 부재는, 상기 각 제 1,2,3장력 부재의 장력값을 측정하는 장력 측정기와, 상기 제 1,2,3장력 부재에 밀착되어 가압 유동 가능한 가압 부재와, 측정되는 상기 장력값이 기설정되는 기준 장력값을 이루도록 상기 가압 부재의 유동을 제어하는 제어기를 구비한다.
상기 그립부는, 제 4회전부와, 회전 부재와, 그립퍼를 구비한다.
상기 제 4회전부는, 상기 제 2단위 레그에 설치되며 상기 제 2추가 수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 1그립 회전축과, 상기 제 2단위 레그의 하단에 설치되는 제 2그립 회전축과, 상기 제 1,2그립 회전축을 연결하는 제 4장력 부재와, 상기 제 1그립 회전축을 회전시키는 제 4모터를 구비한다.
상기 회전 부재의 일단은 상기 제 2그립 회전축에 회전 연결된다.
상기 그립퍼는, 상기 회전 부재의 타단에 설치되며, 제 5모터가 구비되는 고정체와, 상기 고정체에 설치되는 그립을 구비한다.
상기 고정체에는, 상기 제 5모터의 회전 동작에 연동되는 주기어와, 상기 주기어와 연동되는 한 쌍의 보조 기어가 설치된다.
상기 그립은 상기 한 쌍의 보조 기어에 일단이 연결되어 연동되도록 한 쌍으로 구성된다.
상기 고정 부재와 상기 로봇 바디의 사이에는 상기 고정 부재와 상기 로봇 바디 간에 발생되는 힘을 측정하는 힘-모멘트 센서가 설치되고, 상기 회전 부재의 일단에는 제 1로드셀이 설치된다.
상기 그립부를 구비하지 않는 상기 제 2단위 레그의 하단에는 해저 지면과 상기 제 2단위 레그의 하단 간에 발생되는 압력값을 측정하는 제 2로드셀이 설치된다.
상기 제어기는, 상기 힘-모멘트 센서에서 측정되는 상기 힘과, 상기 제 1,2로드셀에서 측정되는 상기 압력값을 전송 받아, 상기 다수의 레그가 지지되는 지면의 각도에 따르는 상기 로봇 바디의 무게 중심을 잡도록 상기 제 1,2,3모터를 제어하여 상기 로봇 바디의 자세를 제어할 수 있다.
상기 제 2단위 레그에는, 상기 그립부가 접철되어 내장될 수 있는 수용 공간이 형성된다.
상기 제어기는, 상기 제어기로 작업 신호 또는 워킹 신호를 전송하는 작업 지시 선택부와 연결된다.
상기 제어기는, 상기 작업 지시 선택부로부터 상기 작업 신호를 전송 받으면, 상기 제 4모터 및 상기 제 5모터를 사용하여 상기 회전 부재를 상기 수용 공간으로부터 이탈되도록 하고, 상기 그립의 그립 동작을 실시하도록 하고,
상기 작업 지시 선택부로부터 상기 워킹 신호를 전송 받으면, 상기 회전 부재를 상기 수용 공간으로 위치시킨다.
상기 다수의 레그는, 상기 해저 로봇의 양측부에 설치되는 다수 쌍으로 구성되는 측부 레그들과, 상기 해저 로봇의 일단부에 설치되는 한 쌍으로 구성되는 작업 레그들을 구비하고, 상기 그립부는 상기 각 작업 레그의 제 2단위 레그에 접철 가능하게 설치된다.
본 발명은 해저로봇에서 필요로하는 해저보행기술 또는 조류등의 외란 대응 자세 안정화 기술등을 육상에서 사전에 검증할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 보행시에는 6개의 레그를 모두 사용하여 보행을 하고, 채취등과 같은 작업 동작시에는, 로봇바디의 전단부에 마련되는 한 쌍의 작업레그에서 그립부를 펼쳐 사용할 수 있도록 하여, 해저에서 작업시 기술을 육상에서 미리 검증할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 구조를 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 2a는 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 보여주는 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 보여주는 실물 사진이다.
도 3은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 측부 레그를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 측부 레그를 보여주는 다른 사시도이다.
도 6a는 본 발명에 따르는 작업 레그를 보여주는 사시도이다.
도 6b는 두 개의 작업 레그가 펼쳐진 상태를 유지하는 테스트 베드를 보여주는 실물 사진이다.
도 7은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 전기적인 연결 구성을 보여주는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 제어 시스템을 보여주는 블록이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 구성 및 작용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 구조를 개략적으로 보여주는 도면들이고, 도 2a는 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 보여주는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 테스트 베드의 실물 사진이고, 도 3은 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조 하면, 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드는 크게 로봇 바디(100)와, 다수의 레그(200,500)와, 그립부(400)로 구성된다.
상기 로봇 바디(100)는 상단 및 하단이 내부식성을 갖는 상/하단 패널(110,120)로 구성되고, 상기 패널(110,120)의 측부 역시 내부식성을 갖는 측부 패널(130)로 구성된다.
상기 측부 패널(130)에는 상기 다수의 레그들(200,500)의 일단이 설치되도록 일부 절개된다.
상기 로봇 바디(100)의 내부에는, 해저에서 작업시 도시되지 않는 센서(미도시)로부터 취득되는 정보를 전달 받을 수 있는 제어 패널(미도시)이 설치될 수 있다. 상기 제어 패널은 상기 로봇 바디(100)의 내부에서 방수처리가 완료되는 것이 좋다. 물론, 상기 로봇 바디(100) 자체가 방수기능을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 레그(200,500)는 다수의 자유도를 갖도록 상기 로봇 바디(100)의 외측 둘레부에 설치된다.
상기 다수의 레그(200,500)는 두 쌍의 측부 레그(200)와, 한 쌍의 작업 레그(500)로 구성된다.
상기 두 쌍의 측부 레그(200)는 서로 동일한 구성을 갖고, 상기 한 쌍의 작업 레그(500) 역시 서로 동일한 구성을 갖는다.
따라서, 본 발명에 따르는 다수의 레그(200,500)는 총 6개로 구성되고, 상기 로봇 바디(100)의 양측부에 3개씩 설치된다.
상기 두 쌍의 측부 레그(200)를 설명하도록 한다.
측부 레그(200)
도 4는 본 발명에 따르는 측부 레그를 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따르는 측부 레그를 보여주는 다른 사시도이다.
상기 측부 레그(200)는 총 4개로 구성된다. 상기 각 측부 레그(200)는 4자유도를 갖는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5를 참조 하면, 상기 측부 레그(200)는 고정 부재(201)와, 회전체(230)와, 제 1단위 레그(210)와, 제 2단위 레그(220)와, 회전부로 구성된다.
상기 회전부는 제 1,2,3회전부(310,320,330)로 구성된다.
상기 고정 부재(201)는 상술한 로봇 바디(100)의 측부에 설치된다. 여기서, 상기 고정 부재(201)에는 힘-모멘트 센서(F)가 설치된다. 상기 힘-모멘트 센서(F)는 상기 고정 부재(201)와 상기 로봇 바디(100)의 측부의 사이에 설치된다.
상기 고정 부재(201)에는 상기 회전체(230)가 설치된다. 상기 회전체(230)는 상기 고정 부재(201)에서 수평 방향을 따라 회전될 수 있다.
상기 회전체(230)는 상기 제 1회전부(310)에 의하여 수평 방향을 따라 회전된다.
상기 제 1회전부(310)는 제 1수평 회전축(311)과, 제 2수평 회전축(312)과, 제 1장력 부재(313)와, 제 1모터(315)를 구비한다.
상기 제 1,2수평 회전축(311,312)은 제 1축(①)을 따라 일정 간격을 형성하여 고정 부재(201)에 설치된다.
상기 제 2수평 회전축(312)은 상기 회전체(230)의 회전중심을 이루도록 상기 회전체(230)의 중앙부와 연결된다.
상기 제 1장력 부재(313)는 상기 제 1,2수평 회전축(311,312)을 연결한다. 상기 제 1장력 부재(313)는 밸트와 같은 부재일 수 있다.
따라서, 상기 제 1,2수평 회전축(311,312)은 상기 제 1장력 부재(313)에 의하여 연동될 수 있다.
상기 제 1수평 회전축은(311) 상기 제 1모터(315)와 연결된다. 상기 제 1모터(315)는 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 상기 제 1수평 회전축(311)을 회전시킬 수 있다.
따라서, 상기 제 2수평 회전축(312)은 상기 제 1수평 회전축(311)과 연동되어 회전되고, 상기 회전체(230) 역시 수평 방향을 따라 회전될 수 있다.
상기 제 1단위 레그(210)의 일단은 상기 회전체(230)에 연결되어 제 2축(②)을 회전 중심으로하여 상하로 회전될 수 있게 설치된다.
상기 제 1단위 레그(210)는 상기 제 2회전부(320)에 의하여 상하로 회전될 수 있다.
상기 제 2회전부(320)는 제 1수직 회전축(321)과, 제 2수직 회전축(322)과, 제 2장력 부재(323)와, 제 2모터(325)로 구성된다.
상기 제 1수직 회전축(321)은 상기 회전체(230)에서, 제 2축(②)을 따라 설치된다. 상기 제 1단위 레그(210)의 일단은 상하로 회전 가능하도록 상기 제 1수직 회전축(321)과 연결된다.
상기 제 2수직 회전축(322)은 상기 제 1수직 회전축(321)과 일정 거리를 이루는 위치에서 상기 제 1단위 레그(210)에 설치된다. 상기 제 2수직 회전축(322)은 상기 제 2축(②)을 따른다.
상기 제 2장력 부재(323)는 상기 제 1,2수직 회전축(321,322)과 연결된다. 상기 제 1,2수직 회전축(321,322)은 상기 제 2장력 부재(323)에 의하여 연동 가능하다.
상기 제 2모터(325)는 상기 제 2수직 회전축(322)과 연결된다. 상기 제 2모터(325)는 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 상기 제 2수직 회전축(322)을 회전시킨다. 따라서, 제 1,2수직 회전축(321,322)은 서로 연동되어 회전된다.
이에 따라, 제 1단위 레그(210)는 상기와 같은 동작을 통하여, 상하로 회전될 수 있다.
상기 제 2단위 레그(220)는 상기 제 1단위 레그(210)의 단부에 링크 연결된다.
상기 제 2단위 레그(220)는 제 3회전부(330)에 의하여, 상기 제 1단위 레그(210)의 단부에서 상하로 회전될 수 있다.
상기 제 3회전부(330)는 제 1추가 수직 회전축(331)과, 제 2추가 수직 회전축(332)과, 제 3장력 부재(333) 및 제 3모터(335)로 구성된다.
상기 제 1추가 수직 회전축(331)은 상기 제 1단위 레그(210)와 상기 제 2단위 레그(220)와 링크 연결되는 부분에 설치된다. 따라서, 상기 제 1단위 레그(210)의 타단과 제 2단위 레그(220)의 일단은 상기 제 1추가 수직 회전축(331)에 의하여 상하로 회전될 수 있도록 연결된다. 여기서, 상기 제 1추가 수직 회전축(331)은 상기 제 2축(②)을 따른다.
상기 제 2추가 수직 회전축(332)은 상기 제 1추가 수직 회전축(331)과 일정 간격 이격되도록 상기 제 1단위 레그(210)에 설치된다. 상기 제 2추가 수직 회전축(332)은 상기 제 2축(②)을 따른다.
상기 제 3장력 부재(333)는 상기 제 1,2추가 수직 회전축(331,332)을 연결한다. 따라서, 상기 제 1,2추가 수직 회전축(331,332)은 상기 제 3장력 부재(333)에 의하여 연동 회전될 수 있다.
상기 제 1추가 수직 회전축(331)은 제 3모터(335)와 연결된다. 상기 제 3모터(335)는 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 상기 제 1추가 수직 회전축(331)을 회전시킨다. 따라서, 제 1,2추가 수직 회전축(331,332)은 연동 회전된다.
상기 제 2단위 레그(220)는 상기 제 2단위 레그(220)의 중앙부에서 타단을 따라 외측으로 볼록한 폭을 형성한다. 실질적으로 상기 제 2단위 레그(220)의 타단은 해저 지면에 닿아 로봇 바디(100)를 지지하는 부분이다.
따라서, 상기와 같이 볼록한 폭을 형성하는 경우에, 로봇 바디(100)를 지지함에 있어서, 안정적인 지지력을 확보할 수 있는 잇점이 있다.
이에 더하여, 상술한 고정 부재(201)에는, 제 1장력 조절 부재가 설치되고, 상기 회전체(230)에는, 제 2장력 조절 부재가 설치되고, 상기 제 1단위 레그(210)에는, 제 3장력 조절 부재가 설치된다.
상기 각 제 1,2,3장력 조절 부재는 서로 동일한 구성을 갖는다.
상기 제 1,2,3장력 조절 부재 각각은, 장력 측정기와, 가압 부재(314,324,334)와, 제어기(600, 도 7참조)로 구성될 수 있다.
대표적으로 제 1장력 조절 부재에 포함되는 장력 측정기는 제 1장력 부재(313)의 장력값을 측정한다.
상기 가압 부재(314)는 롤러와 같은 부재일 수 있으며, 제 1장력 부재(313)의 둘레에 밀착 배치된다. 또한, 상기 가압 부재(314)는 상기 제어기(600)에 의해 신축동작하는 실린더(미도시)를 구비하여 상기 제 1장력 부재(313)를 가압할 수 잇도록 직선 유동 가능하게 설치된다.
상기 제어기(600)는 측정되는 장력값을 전송 받아 상기 장력값이 기설정되는 기준 장력값을 이루도록 상기 가압 부재(314)의 유동을 제어할 수 있다. 상기 가압 부재(314)의 유동은 직선 유동일 수 있다.
따라서, 제 1장력 부재(313)는 상기와 같은 장력값의 제어를 통하여 일정한 장력값을 이룰 수 있다.
또한, 상기 제 2장력 부재(323) 및 제 3장력 부재(333) 역시, 상기와 같은 방식으로 일정한 장력값을 유지할 수 있다.
이에 따라, 회전체(230), 제 1단위 레그(210) 및 제 2단위 레그(220)의 회전 동작시 회전 오차 범위를 용이하게 줄일 수 있다.
또한, 상기 제 2단위 레그(220)의 타단에는 제 2로드셀(R2)이 설치된다. 상기 제 2로드셀(R2)은 상기 제 2단위 레그(220)의 타단이 해저 지면을 지지하는 경우에 발생되는 압력값을 측정할 수 있다.
이상, 측부 레그(200)의 구성을 설명하였다. 상기 측부 레그(200)는 4개로 구성되고, 로봇 바디(100)의 중심선을 기준으로 로봇 바디(100)의 양측에 2개씩 배치된다.
작업 레그(500)
도 6a는 본 발명에 따르는 작업 레그를 보여주는 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 작업 레그를 보여주는 실물 사진이다.
도 6a 및 도 6b를 참조 하면, 상기 작업 레그(500)는 한 쌍으로 구성되고, 로봇 바디의 일단부 또는 전단부에 일정 간격을 형성하여 배치된다.
상기 작업 레그(500)는 고정 부재와, 회전체와, 제 1단위 레그(510)와, 제 2단위 레그(520)와, 회전부 및 그립부(400)로 구성된다.
상기 제 1단위 레그(510)와 제 2단위 레그(520)는 측부 레그(200)의 구성 설명에 포함되는 제 1,2단위 레그(210,220)의 구성과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 상기 고정 부재, 회전체 및 회전부 역시, 측부 레그(200)에 포함되는 고정 부재(201), 회전체(230) 및 회전부와 실질적으로 동일하다.
따라서, 상기 제 1,2단위 레그(510,520) 및 상기 회전부의 설명은 이하에서는 생략하기로 한다.
다만, 상기 제 2단위 레그(520)의 타단에는 제 2로드셀(R2)이 설치되지 않는다.
그리고, 상기 제 2단위 레그(520)에는 수용 공간(521)이 형성된다.
상기 그립부(400)는 제 4회전부(430)와, 회전 부재(410)와, 그립퍼(420)로 구성된다.
상기 제 4회전부(430)는 제 1그립 회전축(431)과, 제 2그립 회전축(432)과, 제 4장력 부재(433)와, 제 4모터(435)로 구성된다.
상기 제 1그립 회전축(431)은 상기 제 2단위 레그(520)에 설치되며 상기 제 2추가 수직 회전축(422)과 나란하게 배치된다. 상기 제 2그립 회전축(432)은 상기 제 2단위 레그(520)의 하단에 설치된다. 상기 제 1,2그립 회전축(431,432)은 제 2축(②)을 따른다.
상기 제 4장력 부재(433)는 상기 제 1,2그립 회전축(431,432)을 연결한다. 따라서, 상기 제 1,2그립 회전축(431,432)은 서로 연동 회전될 수 있다.
상기 제 4모터(435)는 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 상기 제 1그립 회전축(431)을 회전시킨다.
상기 회전 부재(410)의 일단은 상기 제 2그립 회전축(432)에 회전 연결된다. 따라서, 상기 회전 부재(410)는 상하로 회전될 수 있다.
따라서, 상기 회전 부재(410)가 접혀있는 경우, 제 2단위 레그(520)에 형성되는 수용 공간(521)에 접혀 수용된 상태를 이루고, 상기 회전 부재(410)가 펴진 경우, 상기 수용 공간(521)으로부터 이탈되는 상태를 이룰 수 있다.
여기서, 상기 회전 부재(410)의 일단에는 압력값을 측정하는 제 1로드셀(R1)이 설치된다.
상기 회전 부재(410)의 타단에는 상기 그립퍼(420)가 설치된다.
상기 그립퍼(420)는 상기 회전 부재(410)의 타단에 설치되며, 제 5모터(423)가 구비되는 고정체(421)와, 상기 고정체(421)에 설치되는 그립(422)으로 구성된다. 상기 그립(422)은 벌어지거나 오므려짐으로써 집게 동작을 실시하는 부재일 수 있다.
상기 고정체(421)에는, 상기 제 5모터(423)의 회전 동작에 연동되는 주기어(G1)와, 상기 주기어(G1)와 연동되는 한 쌍의 보조 기어(G2)가 설치된다.
상기 그립(422)은 상기 한 쌍의 보조 기어(G2)에 일단이 연결되어 연동되도록 한 쌍으로 구성된다.
여기서, 상기 주기어(G1)는 상기 한 쌍의 보조 기어(G2) 중 어느 하나와 기어 연결되고, 한 쌍의 보조 기어(G2)는 서로 기어 연결된다.
따라서, 제 5모터(423)에 의하여, 상기 주기어(G1)가 회전되면, 상기 한 쌍의 보조 기어(G2)는 서로 동시에 연동된다.
그리고, 한 쌍의 보조 기어(G2)에 일단이 연결되는 그립(422)은 서로 벌어지거나 오므려지는 방향을 따라 회전 동작되어 해저에 위치되는 광물을 집는 등의 작업을 실시할 수 있다.
도 7은 본 발명의 해저 로봇의 전기적인 구성을 보여준다.
한편, 도 4 내지 도 7을 참조 하면, 상술한 제어기(600)는 상기 측부 레그(200)에 설치되는 제 2로드셀(R2)과, 작업 레그(500)에 설치되는 제 1로드셀(R1)로부터 해저 지면에서의 지지로 인하여 측정되는 압력값과, 측부레그(200) 및 작업 레그(500)에 포함되는 힘-모멘트 센서들(F)로부터 측정되는 힘을 전송 받아, 레그들(200,500)이 지지되는 지면의 각도에 따라 상기 로봇 바디(100)의 무게 중심을 잡도록 제 1,2,3모터(315,325,335)를 제어하여 상기 로봇 바디(100)의 자세를 제어하도록 할 수 있다.
로봇 바디(100)에 설치되는 다수의 레그(200,500)는 지면을 지지하는 상태로 자세를 유지하여 워킹 또는 작업시 정지할 수 있다.
여기서, 제 1,2로드셀(R1,R2)은 지면을 지지하는 다수의 레그들(200,500)의 단부에서 발생되는 압력값을 측정한다.
이때, 로봇 바디(100)와 각 레그들(200,500)의 시작 부분의 사이에 설치된 힘-모멘트 센서들(F)은 레그 시작 부분에서의 힘을 측정한다.
그리고, 제어기(600)는 상기 측정된 힘과 압력값을 전송 받는다.
상기 제어기(600)는 각 레그들(200,500) 단부에서 발생되는 압력값들 및 힘을 기초로 지면의 각도 또는 경사도를 예측할 수 있다.
상기 제어기(600)는 상기 지면의 각도에 따르는 로봇 바디(100)의 무게 중심을 잡을 수 있는 보정된 힘과, 압력값을 각 레그(200,500) 별로 산출할 수 있다.
그리고, 상기 제어기(600)는 각 레그(200,500) 별로 보정된 힘과 압력값을 이루도록 제 1,23모터를 사용하여, 각 레그(200,500)의 자세 및 로봇 바디(100)의 자세를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르는 해저 로봇은 복잡한 해저 지형에서 워킹시 또는 작업시에 무게 중심이 틀어져 넘어지는 등의 문제를 효율적으로 해결할 수 있다.
또 한편, 상기 제어기(600)는, 상기 제어기(600)로 작업 신호 또는 워킹 신호를 전송하는 작업 지시 선택부(610)와 연결된다.
상기 제어기(600)는 상기 작업 지시 선택부(610)로부터 상기 작업 신호를 전송 받으면, 상기 제 4모터(435) 및 상기 제 5모터(423)를 사용하여 상기 회전 부재(410)를 상기 수용 공간(521)으로부터 이탈되도록 하고, 상기 그립(422)의 그립 동작을 실시하도록 한다.
상기 제어기(600)는 상기 작업 지시 선택부(610)로부터 상기 워킹 신호를 전송 받으면, 상기 회전 부재(410)를 상기 수용 공간(521)으로 위치시킨다.
한편, 도 8은 해저로봇 기능시험용 테스트 베드의 제어시스템을 보여준다.
본 발명의 해저로봇 기능시험용 테스트 베드의 제어시스템은, 원격제어용 랩탑컴퓨터, 주제어컴퓨터(Main Computer), CAN Interface Card, F/T 센서, 관성센서(Inertial sensor), 관절모터제어기(Joint Motor Controller), Dual limit sensor로 구성된다. 상기 F/T 센서는 상술한 힘-모멘트 센서이다.
상기 원격제어용 랩탑 컴퓨터와 주제어컴퓨터는 무선 LAN을 통하여 통신한다.
주제어컴퓨터는 PC104 형식의 버스로 연결된 CAN Interface Card를 통하여 F/T센서, 관성센서 및 상술되는 모터들의 동작을 제어하는 관절모터제어기와 통신한다.
주제어컴퓨터는 랩탑컴퓨터로부터 무선 LAN을 통하여 명령을 수신하고 수신된 명령에 따라 각 관절모터의 입력값을 연산한다.
연산된 관절모터 입력값은 CAN Interface Card를 통하여 CAN통신 프로토콜에 의해 관절모터 제어기로 전송된다.
관절모터제어기는 전송받은 관절모터 입력값에 따라 관절모터를 제어하며, 이때 Dual limit sensor를 이용하여 관절각도의 한계범위 도달 여부를 감시한다.
주제어컴퓨터가 각관절을 제어하여 보행 또는 그립을 이용한 작업 도중 다리에 가해지는 힘과 모멘트를 F/T sensor를 이용하여 계측함으로써 보행 또는 작업상의 이상유무를 판단한다.
또한 관성센서를 이용하여 바디의 자세와 움직임을 감지하여 바디의 균형상태를 인지함으로써 외란에 대한 자세 또는 보행 안정화 제어를 수행할 수 있다.
외란에 대한 안정화 제어 결과로 연산된 관절모터 입력값은 다시 관절모터 제어기로 전송되어 일련의 제어과정을 반복하게 된다.
다음은, 상기의 구성을 참조로 하여, 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드의 작용을 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 3을 참조 하면, 본 발명의 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드는 심해에 투입되는 해저 로봇에 요구되는 다양한 기술, 예컨대 보행기술 및 외란에 대한 자세 안정화 기술애 대한 시험을 육상에서 실시할 수 있다.
로봇 바디(100)에 구비되는 측부 레그들(200)과, 작업 레그들(500)의 하단은 지면에 지지되는 상태를 이룰 수 있다.
이때, 한 쌍의 작업 레그들(500)에 회전부재(410)는 제 2단위레그(520)의 수용공간(521)에 접철되어 수용된 상태를 이룬다.
따라서, 회전부재(410)에 연결되는 그립퍼(420)는 사용되지 않는 상태로 제 2단위레그(520)의 수용공간에 수용된다.
이와 같은 상태에서, 측부 레그(200)의 제 2단위 레그(220) 하단에 설치되는 제 2로드셀(R2)과, 작업 레그(500)에 구비되는 회전 부재(410) 일단에 설치되는 제 1로드셀(R1)은 지면을 지지하면서 발생되는 압력값을 측정하고, 이를 제어기(600)로 전송한다. 상기 압력값은 지면에 대한 수직압축력이다.
이와 아울러, 측부 레그들(200) 및 작업 레그들(500)과 로봇 바디(100)의 사이에 배치되는 힘-모멘트 센서들(F)은, 상기와 같이 지지되는 경우에 발생되는 힘을 측정하여 이를 제어기(600)로 전송한다.
그리고, 상기 제어기(600)는 상기 힘과, 측정되는 상기 압력값들이 상기 로봇 바디(100)의 무게 중심과 평형을 이루도록 상기 제 1,2,3모터(315,325,335)를 제어하여, 상기 로봇 바디(100)의 자세를 제어하도록 할 수 있다.
따라서, 상기 지면이 일정각도로 경사진 지면을 형성하는 경우에, 상기 제어기(600)는 로봇 바디(100)의 무게 중심이 틀어져 로봇바디(100)가 넘어지는 등의 현상을 해소할 수 있도록 상기와 같이 모터제어를 통하여 측부레그들(200) 및 작업레그들(500)의 자세를 변경하여 로봇바디(100)의 자세를 안정적으로 구현할 수 있다.
이에 더하여, 상기 지면이 평평하나, 조류 등의 외란에 직접적으로 노출되는 경우에, 각 힘-모멘트 센서들(F)은 외란에 의한 힘이 반영된 힘을 측정하여, 이를 제어기(600)로 전송하고, 제어기(600)는 모터제어를 통하여 로봇 바디(100)가 넘어지지 않도록 측부레그들(200) 및 작업레그들(500)의 자세를 변경할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르는 작업 지시 선택부(610)를 사용하여, 워킹 신호 또는 작업 신호를 제어기(600)로 전송할 수 있다.
따라서, 상기 제어기(600)는 모터제어를 통하여 측부레그들(200) 및 작업레그들(500)을 동작시켜 워킹동작을 실시할 수 있도록 한다.
이때, 측부 레그(200)의 제 2단위 레그(220) 하단에 설치되는 제 2로드셀(R2)과, 작업 레그(500)에 구비되는 회전 부재(410) 일단에 설치되는 제 1로드셀(R1)은 지면 상에서 워킹하면서 발생되는 압력값을 측정하고, 이를 제어기(600)로 전송한다.
이와 아울러, 측부 레그들(200) 및 작업 레그들(500)과 로봇 바디(100)의 사이에 배치되는 힘-모멘트 센서들(F)은, 상기와 같이 워킹 동작되는 경우에 발생되는 힘을 측정하여 이를 제어기(600)로 전송한다.
그리고, 상기 제어기(600)는 상기와 같이 워킹하면서 전달되는 상기 힘과, 측정되는 상기 압력값들이 상기 바디(100)의 무게 중심과 평형을 이루도록 상기 제 1,2,3모터(315,325,335)를 제어하여, 상기 로봇 바디(100)의 자세를 제어하도록 할 수 있다.
워킹의 경우에 있어, 지면이 경사지거나, 조류 등의 외란에 영향을 받는 경우, 상술한 바와 같이 로봇 바디(100)가 워킹 동작시 넘어지지 않도록 모터제어를 통하여 레그들(200,500)의 자세를 변경 제어한다.
반면에, 상기 제어기(600)가 작업 신호를 전송 받는 경우에, 로봇 바디(100)의 전단부에 설치된 한 쌍의 작업 레그들(500)에서 회전 부재(410)가 회전되어 도 6b에 도시된 바와 같이 제 2단위 레그(520)로부터 펼쳐질 수 있다.
따라서, 상기 회전부재(410)의 단부에 자유를 이루어 연결된 그립퍼(420)는 외부로 돌출되면서, 광물을 채취하는 등의 역할을 수행할 수 있는 준비를 이룰 수 있다.
즉, 상기 제어기(600)는 제 4모터(435)를 사용하여, 한 쌍의 작업 레그(500)에 포함되는 회전 부재(410)를 제 2단위레그(520)의 수용 공간(521)으로부터 이탈되도록 회전시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따르는 그립부(420)는 로봇 바디(100)의 전단부에 설치되는 한 쌍의 작업 레그(500)에서 펼쳐진 상태를 이룰 수 있다.
즉, 본 발명에 따르는 그립부(400)는 상기 작업 레그(500)로부터 펼쳐져 작업을 행할 수 있는 상태를 이룰 수 있다.
그리고, 상기 제어기(600)는 제 5모터(423)를 사용하여, 그리퍼(420)의 그립(422)을 오므리거나 또는 벌리는 방향으로 동작시켜, 광물과 같은 작업 대상물을 집거나 하는 등의 작업을 실시하도록 할 수 있다.
역으로, 그립부(400)를 사용하여 작업을 마친 경우에 작업신호가 중지되면, 그립부(400)는 한 쌍의 작업레그(500)의 제 2단위레그(520)에 형성된 수용공간(521)에 접철되어 위치된다.
즉, 한 쌍의 작업레그(500)에 포함되는 그립부(400)는 펼치기 이전의 상태, 즉 원위치로 복귀된다.
여기서, 상기와 같이, 그립부(400)가 각 작업레그(500)의 제 2단위레그(520)에 형성된 수용공간(521)에 접철되어 위치되는 경우, 나머지 레그들(200), 즉 4개의 측부 레드들(200)을 사용하여 로봇바디(100)가 넘어지지 않도록 자세를 제어해야 한다.
이러한 경우, 본 발명에 따르는 제어기(600)는 모터 제어를 통하여 4개의 측부레그들(200)의 자세를 변경 제어한다. 예컨대, 한 쌍의 작업레그(500)가 설치된 로봇 바디(100)의 일부분은 상방으로 들어올려져 전체적으로 로봇바디(100)의 전단부에서 후단부를 따라 하향 경사지는 모션으로 변경될 수 있다. 이때, 로봇바디(100)는 4개의 측부레그들(200)로 지면 상에서 지지될 수 있다.
이어, 그립부(400)가 접철된 이후에, 제어기(600)는 한 쌍의 작업레그(500)에서 접철된 회전 부재(410)의 단부가 지면을 지지할 수 있도록 한 쌍의 작업레그(500)의 자세를 변경한다.
상기 한 쌍의 작업레그(500)가 지면을 지지하는 경우에, 제어기(600)는 재차 모터제어를 통해, 6개의 레그들(200,500)을 사용하여 로봇바디(100)가 넘어지지 않도록 자세 제어를 실시한다.
따라서, 본 발명에 따르는 실시예는, 해저면에서 워킹시, 다수의 레그를 워킹에 사용하고, 작업시, 로봇 바디의 전단에 설치되는 레그들에서 그립퍼를 펼침으로써, 작업에 요구되는 로봇팔로 혼용 사용할 수 있는 기술을 육상에서 사전에 검증할 수 있다.
100 : 로봇 바디 200 : 측부 레그
210 : 제 1단위 레그 220 : 제 2단위 레그
310 : 제 1회전부 320 : 제 3회전부
330 : 제 3회전부 400 : 그립부
410 : 회전 부재 420 : 그립퍼
421 : 고정체 422 : 그립
500 : 작업 레그 510 : 제 1단위 레그
520 : 제 2단위 레그 521 : 수용 공간

Claims (10)

  1. 로봇 바디;
    상기 로봇 바디에 다수의 자유도를 갖도록 설치되는 다수의 레그; 및
    상기 다수의 레그 중 하나 이상에 접철 가능하도록 설치되는 적어도 하나 이상의 그립부를 포함하고,
    상기 각 레그는,
    상기 로봇 바디에 설치되는 고정 부재와,
    상기 고정 부재에 수평 방향을 따라 회전되도록 설치되는 회전체와,
    상기 회전체에 상하로 회전되도록 연결되는 제 1단위 레그와,
    상기 제 1단위 레그와 링크 연결되어 상하로 회전되는 제 2단위 레그와,
    상기 회전체, 상기 제 1,2단위 레그의 회전을 제어하는 회전부를 구비하며,
    상기 회전부는, 제 1회전부와, 제 2회전부와, 제 3회전부를 구비하되,
    상기 제 1회전부는, 상기 고정 부재에 설치되는 제 1 수평 회전축과, 상기 회전체의 회전 중심을 형성하는 제 2수평 회전축과, 상기 제 1,2수평 회전축을 연결하는 제 1장력 부재와, 상기 제 1수평 회전축을 회전시키는 제 1모터를 구비하고,
    상기 제 2회전부는,
    상기 회전체에 형성되며, 상기 제 1단위 레그의 회전 중심을 이루는 제 1수직 회전축과, 상기 제 1단위 레그에 설치되며, 상기 제 1수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 2수직 회전축과, 상기 제 1,2수직 회전축을 연결하는 제 2장력 부재와, 상기 제 1수직 회전축을 회전시키는 제 2모터를 구비하고,
    상기 제 3회전부는,
    상기 제 1단위 레그와 상기 제 2단위 레그와의 링크 연결 부분에 설치되어 상기 제 2단위 레그의 회전 중심을 이루는 제 1추가 수직 회전축과, 상기 제 1단위 레그에 설치되며, 상기 제 1추가 수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 2추가 수직 회전축과, 상기 제 1,2추가 수직 회전축을 연결하는 제 3장력 부재와, 상기 제 1추가 수직 회전축을 회전시키는 제 3모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 레그는,
    상기 로봇 바디의 중심선을 경계로, 양측에 대응되는 개수를 이루어 설치되는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고정 부재에는, 제 1장력 조절 부재가 설치되고, 상기 회전체에는, 제 2장력 조절 부재가 설치되고, 상기 제 1단위 레그에는, 제 3장력 조절 부재가 설치되고,
    상기 각 제 1,2,3장력 조절 부재는,
    상기 각 제 1,2,3장력 부재의 장력값을 측정하는 장력 측정기와, 상기 제 1,2,3장력 부재에 밀착되어 가압 유동 가능한 가압 부재와, 측정되는 상기 장력값이 기설정되는 기준 장력값을 이루도록 상기 가압 부재의 유동을 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 그립부는, 제 4회전부와, 회전 부재와, 그립퍼를 구비하고,
    상기 제 4회전부는,
    상기 제 2단위 레그에 설치되며 상기 제 2추가 수직 회전축과 나란하게 배치되는 제 1그립 회전축과, 상기 제 2단위 레그의 하단에 설치되는 제 2그립 회전축과, 상기 제 1,2그립 회전축을 연결하는 제 4장력 부재와, 상기 제 1그립 회전축을 회전시키는 제 4모터를 구비하고,
    상기 회전 부재의 일단은 상기 제 2그립 회전축에 회전 연결되고,
    상기 그립퍼는, 상기 회전 부재의 타단에 설치되며, 제 5모터가 구비되는 고정체와, 상기 고정체에 설치되는 그립을 구비하고,
    상기 고정체에는, 상기 제 5모터의 회전 동작에 연동되는 주기어와, 상기 주기어와 연동되는 한 쌍의 보조 기어가 설치되고,
    상기 그립은 상기 한 쌍의 보조 기어에 일단이 연결되어 연동되도록 한 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 고정 부재와 상기 로봇 바디의 사이에는 상기 고정 부재와 상기 로봇 바디 간에 발생되는 힘을 측정하는 힘-모멘트 센서가 설치되고,
    상기 회전 부재의 일단에는 제 1로드셀이 설치되고,
    상기 그립부를 구비하지 않는 상기 제 2단위 레그의 하단에는 해저 지면과 상기 제 2단위 레그의 하단 간에 발생되는 압력값을 측정하는 제 2로드셀이 설치되고,
    상기 제어기는, 상기 힘-모멘트 센서에서 측정되는 상기 힘과, 상기 제 1,2로드셀에서 측정되는 상기 압력값을 전송 받아, 상기 다수의 레그가 지지되는 지면의 각도에 따르는 상기 로봇 바디의 무게 중심을 잡도록 상기 제 1,2,3모터를 제어하여 상기 로봇 바디의 자세를 제어하는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2단위 레그에는,
    상기 그립부가 접철되어 내장될 수 있는 수용 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제어기로 작업 신호 또는 워킹 신호를 전송하는 작업 지시 선택부와 연결되되,
    상기 제어기는, 상기 작업 지시 선택부로부터 상기 작업 신호를 전송 받으면, 상기 제 4모터 및 상기 제 5모터를 사용하여 상기 회전 부재를 상기 수용 공간으로부터 이탈되도록 하고, 상기 그립의 그립 동작을 실시하도록 하고,
    상기 작업 지시 선택부로부터 상기 워킹 신호를 전송 받으면, 상기 회전 부재를 상기 수용 공간으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 다수의 레그는,
    상기 해저 로봇의 양측부에 설치되는 다수 쌍으로 구성되는 측부 레그들과,
    상기 해저 로봇의 일단부에 설치되는 한 쌍으로 구성되는 작업 레그들을 구비하고,
    상기 그립부는 상기 각 작업 레그의 제 2단위 레그에 접철 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 해저 로봇의 기능 시험용 테스트 베드.
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