KR101336802B1 - 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇에 관한 것으로, 본 발명에 따른 휴머노이드 로봇은 타격을 당할 시의 충격은 완화시키고, 타격을 가할시의 파괴력을 증가시킬 수 있도록 함으로써 복싱 게임에 최적화 되어 있다.
Description
본 발명은 로봇에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 직립 보행이 가능하며 로봇들끼리 상호 복싱 경기가 가능하도록 최적화 된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇에 관한 것이다.
휴머노이드 로봇은 다수의 관절로 연결되며 각각의 관절이 별도로 움직일 수 있어서 직립 보행도 가능하다.
이러한 휴머노이드 로봇에는 다양한 기능을 부여하여 심부름을 하거나, 춤을 추거나, 게임의 용도로 사용되는 등 인간 생활에 도움을 줄 수 있다. 특히 로봇들 간의 격투를 통해 승부를 가를 수 있는 용도로 사용될 수도 있다.
그러나 로봇간의 격투, 즉 복싱을 수행하기 위해서는 과격한 동작 특성과 큰 충격을 고려하여 특화된 구성 요소가 부여되어야만 한다.
휴머노이드 로봇과 관련된 기술로는 대한민국공개특허 제10-2011-0047847호 등이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 복싱을 수행할 시 최적의 타격과 방어가 가능하도록 설계된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇은, 상단에 머리부가 장착된 상부몸통; 상기 상부몸통의 하부에서 회전 가능하게 연결되는 하부몸통; 각각 작동되는 다수의 관절들로 이루어지며, 상기 상부몸통 양측에 장착되는 팔부; 각각 작동되는 다수의 관절들로 이루어지며, 상기 하부몸통 하단에 장착되는 다리부; 및 상기 상부몸통과 하부몸통 사이의 회전과, 상기 팔부의 관절들의 동작과, 상기 다리부의 관절들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는 상기 상부몸통 양측의 팔부 중 어느 하나의 팔부를 뻗어 펀치가 이루어지도록 할 시, 상기 뻗어지는 팔부 측으로 상기 상부몸통이 비틀어지도록 상기 상부몸통과 하부몸통 사이를 회전시킨다.
여기서, 충격을 감지하는 자이로센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 자이로센서를 통해 타 로봇에 의해 펀치가 가격되었음을 인지하였을 때, 상기 펀치가 가격된 방향으로 상기 상부몸통 및 하부몸통을 포함하는 상체가 수그러지도록 상기 하부몸통과 상기 다리부 사이를 회전시킬 수 있다.
또한, 충격을 감지하는 자이로센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 팔부를 뻗어 펀치가 이루어지도록 한 후, 상기 자이로센서를 통해 상기 펀치가 타 로봇에 가격되었음을 인지하면, 상기 상부몸통 및 하부몸통을 포함하는 상체가 수그러지도록 상기 하부몸통과 상기 다리부 사이를 회전시킬 수 있다.
또, 상기 상부몸통과 하부몸통은 상기 상부몸통의 하단에 위치한 상부프레임과, 상기 하부몸통의 상단에 위치한 하부프레임이 서로 맞닿은 상태에서 모터의 동력에 의해 회전 가능하게 연결되되, 상기 모터의 모터축 회전력은 동력전달축, 혼 및 결합프레임을 통해 상기 하부프레임에 전달되며, 상기 상부프레임이 상기 결합프레임의 둘레를 감싸고 받친 상태로 구현됨으로써, 외부로부터 충격이 전해지더라도 상기 충격이 상기 결합프레임을 통해 상기 상부프레임측으로 분산되도록 하여 상기 모터축에 전해지는 충격을 완화시켜줄 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 하나의 몸통에 팔 다리가 연결된 구조가 아니고, 몸통을 상부몸통과 하부몸통으로 구분하여 상황에 따라 동작할 수 있도록 함으로써 타격 효과가 증진된다. 즉 펀치 동작시 팔을 뻗는 측으로 상부몸통이 나아가도록 회전시킴으로써 리치가 더 길어질 수가 있다. 따라서 박진감 넘치는 동작이 가능하다.
더불어 상부몸통과 하부몸통이 서로 회전 가능하도록 연결되는데, 본 발명에서는 모터축의 회전력이 동력전달축, 혼, 결합프레임 및 하부프레임이 결합된 상태에서 상부프레임이 결합프레임을 감싸고 받쳐주는 형태로 구현되었다. 즉, 모터축을 하부몸통의 하부프레임에 직접 연결하여 회전 가능하게 한다면, 타격시에 그 충격이 모터축에 모두 전달되어 내구성이 약해지지만, 본 발명에서는 상부프레임이 모터축과 함께 회전하는 결합프레임의 둘레를 감싸고 받친 상태이기 때문에 타격이 가해지더라도 모터축에 충격이 모두 전달되는 것이 아니라, 결합프레임을 거쳐 상부프레임으로 충격이 분산될 수가 있다. 따라서 상부몸통과 하부몸통을 회전 가능하게 연결하더라도 모터축의 내구성이 약해질 우려를 없애줄 수가 있는 것이다.
또한, 자이로센서를 통해 타격을 감지하면, 타격된 방향으로 몸체가 기울어지도록 모터들을 구동시킴으로써 타격에 의해 쓰러질 가능성을 최대한 줄여줄 수 있으며, 더불어 타격에 맞대응하도록 모터를 구동시키는 것이기 때문에 그 반작용 회전력이 더해져 파괴력을 증가시킬 수도 있다.
또, 주먹부에는 우레탄폼 성형으로 제작된 글러브를 탑재하였기 때문에 마찰력을 증가시켜 가격 효과를 높여줄 수가 있다. 즉, 주먹부가 다른 구성부들과 같은 경질재질로 되어 있다면 가격시에 타격 부위에서 주먹이 미끄러져 버리지만, 마찰력이 좋은 글러브를 끼고 있으면 미끄러지지 않고 마찰력에 의해 상대 로봇을 밀쳐버리는 효과가 있는 것이다. 더불어 등커버에도 글러브와 같이 쿠션 효과를 갖는 재질을 장착한다면 뒤로 넘어졌을 시의 충격을 완화시켜줄 수가 있다.
또 펀치를 가격할 시에는 다리부 관절들을 조절하여 자세가 낮춰지도록 함으로써 안정감이 향상된다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇을 나타낸 사시도.
도2는 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 후면도.
도3은 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 작동을 설명하기 위한 블록도.
도4는 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 펀치 동작을 설명하기 위한 사시도.
도5는 도4에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 펀치 동작을 위에서 바라본 도면.
도6은 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 상부몸통과 하부몸통을 연결하는 허리관절구성부를 설명하기 위한 분해사시도.
도7은 도6에 도시된 허리관절구성부를 설명하기 위한 개략적인 결합 단면도.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 어퍼컷 동작을 설명하기 위한 사시도.
도9는 타격을 받았을 시 타격 방향으로 몸체를 수그리도록 작동함으로써 균형을 잡는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도10은 펀치를 가격할 시 상대로봇에 충격이 전달되면 파괴력이 배가되도록 몸체가 기울어지도록 작동하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 서 있는 상태를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 펀치를 가하고 있을 때를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
도13은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 어퍼컷을 가하고 있을 때를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
도2는 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 후면도.
도3은 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 작동을 설명하기 위한 블록도.
도4는 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 펀치 동작을 설명하기 위한 사시도.
도5는 도4에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 펀치 동작을 위에서 바라본 도면.
도6은 도1에 도시된 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 상부몸통과 하부몸통을 연결하는 허리관절구성부를 설명하기 위한 분해사시도.
도7은 도6에 도시된 허리관절구성부를 설명하기 위한 개략적인 결합 단면도.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇의 어퍼컷 동작을 설명하기 위한 사시도.
도9는 타격을 받았을 시 타격 방향으로 몸체를 수그리도록 작동함으로써 균형을 잡는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도10은 펀치를 가격할 시 상대로봇에 충격이 전달되면 파괴력이 배가되도록 몸체가 기울어지도록 작동하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 서 있는 상태를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 펀치를 가하고 있을 때를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
도13은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇이 어퍼컷을 가하고 있을 때를 다양한 각도에서 살펴본 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇(이하 '복싱로봇'이라 함)을 나타낸 사시도이고, 도2는 복싱로봇을 뒤에서 바라본 도면이며, 도3은 도1에 도시된 복싱로봇의 작동을 설명하기 위한 제어 구성들의 블록도이다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)은 몸통(120,140), 머리부(110), 팔부(130) 및 다리부(150)가 상호 결합되어 인간의 형상을 취하고 있다.
몸통은 상부몸통(120)과 하부몸통(140)으로 구분되는데, 상부몸통(120)의 상부에는 머리부(110)가 결합되어 있으며, 양측에는 각각 팔부(130)가 결합되어 있고, 하부에는 하부몸통(140)이 결합되어 있다. 상부몸통(120)과 머리부(110) 및 팔부(130)는 연결프레임(181), 혼(182) 및 동력전달축(193)으로 이루어진 관절구성부(180)에 의해 회전 가능하게 결합되어 있고, 따라서 동력전달축(193)에 모터축(161)이 연결되어 회전함으로써 관절의 움직임이 가능하다. 또한 상부몸통(120)과 하부몸통(140)은 상부프레임(124), 하부프레임(141), 동력전달축(193), 혼(194), 결합프레임(195)으로 이루어진 허리관절구성부(190)에 의해 회전 가능하게 결합되어 있고, 동력전달축(193)에 모터축(161)이 연결되어 회전함으로써 관절의 움직임이 가능하다.
여기서 허리관절구성부(190)는 타격시 내구성을 강화시키기 위해 결합프레임(195)이 더 포함된 것이며, 그 외 구성들에 의한 관절 회전 원리는 다른 부위의 관절구성부(180)들과 동일하다. 따라서 다른 부위의 관절구성부(180)들에 설명은 이하의 허리관절구성부(190)에 대한 설명으로 대체하도록 한다.
한편 상부몸통(120)에는 각각의 모터(160) 회전을 제어하기 위해 PCB와 각종 소자로 이루어진 제어부(121)가 탑재되어 있고, 타격을 감지하는 자이로센서(122)도 탑재되어 있다. 이렇게 상부몸통(120)에 구비된 제어부(121)는 외부 충격에서 보호되어야 하기 때문에 등커버(123)로 덮혀 있다. 제어부(121)에 의한 모터(160) 작동에 대해서는 이하에서 다시 설명토록 한다.
하부몸통(140)은 상부몸통(120)의 아래에 위치하며, 하부몸통(140)의 하부 양측에는 다리부(150)가 각각 결합되어 있다.
여기서 팔부(130)와 다리부(150)는 보행이나 펀치 등의 동작을 취하기 위해 보다 세분화되어 연결되어 있다. 즉 팔부(130)는 상부몸통(120)과 직접 연결되는 어깨부(131)와, 팔목부(132) 및 주먹부(133)로 이루어지며, 다리부(150)는 대퇴부(151)와, 무릎부(152), 발목부(153) 및 발부(154)로 이루어져 있다. 물론 팔부(130)와 다리부(150)의 각 구성부들은 관절구성부(180)에 의해 결합되어 있기 때문에 모터(160)의 회전으로 움직임으로써 보행이나 펀치 등의 동작 수행이 가능하다.
팔부(130)의 가장 끝에 위치하는 주먹부(133)는 뼈대(미도시)와 뼈대를 둘러싸는 글러브로 이루어진다. 글러브는 우레탄폼 성형으로 제작되며 쿠션 효과와 마찰 높다는 특징이 있다. 즉, 주먹부(133)가 다른 구성부들과 같은 경질재질로 되어 있다면 복싱을 위한 펀치 가격시에 타격 부위에서 주먹부(133)가 미끄러져 버리지만, 마찰력이 좋은 글러브를 끼고 있으면 미끄러지지 않고 마찰력에 의해 상대 로봇을 밀쳐버리는 효과가 있다.
또한 상부몸통(120)의 등커버(123)에도 글러브와 같이 쿠션 효과를 갖는 재질을 장착한다면 뒤로 넘어졌을 시의 충격을 완화시켜줄 수 있다.
도3을 참조하여 복싱로봇(100)의 동작을 설명하면, 먼저 복싱로봇(100)은 케이블(미도시)을 통해 전원이 공급되고 조작부(10)를 통해 조작신호를 수신할 수 있다. 사용자가 조작부(10)의 키입력이나 조이스틱 조작을 가하면 제어부(121)에서 조작신호를 수신하고, 수신된 조작신호에 대응하도록 각각의 모터(160)를 구동시킨다.
예컨대 펀치를 명령하는 조작신호가 입력된다면 제어부(121)는 상부몸통(120)과 어깨부(131)를 연결하는 부위의 모터(160)를 가동시켜 어깨부(131)가 위로 들어올려지도록 하며, 또한 어깨부(131)와 팔목부(132)를 연결하는 부위의 모터(160)를 가동시켜 팔목부(132)가 어깨부(131)와 거의 평행하게 펼쳐지도록 한다. 따라서 도4에 도시된 것과 같이 팔부(130)가 앞으로 쭉 펴지는 동작을 수행함으로써 펀치가 가능하다.
이때 본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)에서는 펀치 명령이 입력되었을 시 팔부(130)를 똑바로 펴지도록 하는 동작 외에 펀치가 날아가는 방향으로 상부몸통(120)도 비틀어 나아가도록 한다. 즉 펀치 자세를 위에서 살펴보면 도5를 참조하면, 오른쪽 팔부(130)가 펼쳐졌을시 상부몸통(120)의 오른쪽 부분이 전방으로 나아가도록 도면상 반시계 방향으로 상부몸통(120)을 회전시킨다. 따라서 상부몸통(120)이 비틀어진 것 만큼 주먹부(133)가 더 멀리 나아갈 수가 있다. 즉 복싱 경기시 리치가 길어지는 효과가 있기 때문에 더욱 박진감 넘치는 동작이 이루어지는 것이다.
즉 본 발명의 실시예에서는 하나의 몸통에 팔 다리가 연결된 구조가 아니고, 몸통을 상부몸통(120)과 하부몸통(140)으로 구분하여 서로 회전이 가능하기 때문에 허리를 돌려주는 동작 수행이 가능한 것이고, 이에 따라 인간의 동작, 특히 복싱 동작을 최대한 유사하게 재현시킬 수가 있는 것이다.
또한 펀치를 명령하는 조작신호가 입력되었을 시 제어부(121)는 팔부(130)를 펼치도록 해당 모터(160)들을 제어하고, 펀치 방향으로 상부몸통(120)이 미틀어지도록 모터(160)를 제어할 뿐만 아니라, 펀치 시의 충격으로 인해 넘어지는 것을 방지하기 위해 자세를 낮추도록 하는 모터(160) 제어도 수행한다.
즉 왼쪽 다리부(150)와 오른쪽 다리부(150)가 서로 벌어지도록 모터(160)를 제어하고, 대퇴부(151)와 무릎부(152)도 굽혀지도록 모터(160)를 제어함으로써 낮은 자세이면서도 넓은 기저면(물체의 일부가 그 물체의 무게를 지탱해 주고 있는 지점의 면적, 즉 지면 위에 물체가 닿은 지점의 외곽을 연결했을 때 생기는 면을 말함. 기저면이 넓을수록 그리고 높이가 낮을수록 잘 넘어지지 않는다)을 갖도록 하여 넘어지는 것을 방지할 수가 있는 것이다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)에서 팔부(130)를 이루고 있는 어깨부(131)와 팔목부(132)는 기본적으로 45도정도 기울어진 상태로 결합되어 있다. 이는 사람이 복싱 경기를 할 때 펀치를 가할 시 팔목이 살짝 비틀어져서 나아가는 것을 최대한 유사하게 재현하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)에서는 자이로센서(122)를 통해 타격을 감지하면 타격 방향으로 몸체가 기울어지도록 각각의 모터(160)를 회전시킨다. 예컨대 상대 로봇이 왼손 펀치를 가하여 본 복싱로봇(100)의 상부몸통(120) 우측으로 타격이 전해졌다면 상부몸통(120) 우측이 뒤로 밀리면서 넘어지려고 할 것이다. 이때 자이로센서(122)는 상부몸통(120) 우측이 뒤로 밀려나는 것을 감지하여 그 신호를 제어부(121)로 전달하고, 제어부(121)는 이에 대응하여 상부몸통(120)과 하부몸통(140)을 연결하는 모터(160)를 구동시킨다. 즉 상부몸통(120)이 타격이 전해진 방향에 대항하도록 도5를 기준으로 하면 반시계 방향으로 회전하도록 모터(160)를 구동시키는 것이다. 더불어 하부몸통(140)과 다리부(150)를 연결하는 모터(160)를 구동하여 하부몸통(140)이 앞으로 기울어지도록 모터(160)를 회전시킨다. 따라서 상대 로봇에 의한 타격이 전해지더라도 상부몸통(120)이 타격 방향으로 회전하도록 그리고 하부몸통(140)이 타격 방향으로 기울어지도록 모터(160)가 구동됨으로써 복싱로봇(100)이 타격에 의해 쉽게 균형을 잃고 넘어지는 것을 방지할 수가 있다.
도9의 참조도를 살펴보면 전방에서 상대 로봇의 타격이 전해졌을 시 제어부(121)가 타격에 대항하여 모터(160)를 동작시킴으로써 타격 방향에 대하여 몸체가 수그러지는 예시를 도시한 것이다. 즉 하부몸통(140)과 다리부(150)를 연결하는 부분의 모터가 도9에 도시된 상태에서 하부몸통(140)이 시계방향으로 기울어지도록 작동하는 것이다. 따라서 하부몸통(140)이 앞으로 기울어지기 때문에 받은 타격에 의해 뒤로 넘어지지 아니하고, 오히려 상체가 상대방 펀치에 대항하여 기울어짐으로 인해 그 반발력으로 복싱로봇(100)은 상체가 앞으로 기울어진 상태로 다리부(150)의 지면 지지점이 뒤로 밀려나면서 중심을 잡게된다.
즉, 상체 전체가 앞으로 수그러지도록 작동을 하는데, 앞에는 상대로봇의 주먹이 버티고 있으므로, 펀치를 맞은 로봇이 앞으로 수그리더라도 그 로봇의 상체가 전방으로 이동하지는 못하게 되며, 따라서 상체가 앞으로 이동하지 못하는 상태에서 상체가 앞으로 수그러지면 그 결과 로봇의 하체가 뒤로 이동하게 된다. 따라서 로봇이 뒷걸음질 치는 듯한 동작을 하게되며, 이때 발이 지면에 대한 접촉지점이 뒤로 이동하게 되므로 잘 넘어지지 않게 되는 것이다.
사람이 실제 복싱을 할 때에도 타격이 전해지면 그에 대항하도록 관절을 움직임으로써 넘어지는 것을 방지하는데, 본 실시예에 따른 복싱로봇(100)에서도 자이로센서(122)의 타격 감지에 따라 그에 대항하도록 모터(160) 회전을 일으켜 펀치가 있을 때마다 쉽게 넘어짐으로써 복싱 게임이 자주 중단되는 문제를 최대한 방지할 수가 있는 것이다.
더불어 자이로센서(122)가 타격을 감지하여 이에 맞대응하도록 모터(160)를 구동시킨다면 힘에 반발하는 반작용 회전력이 더해지는 것이기 때문에 오히려 상대방에게 역으로 힘을 전달할 수 있다는 효과도 있다.
또한 본 실시예에서는 펀치를 위한 작동을 수행할 시, 펀치가 상대 로봇에 전달되었을 때와 전달되지 않았을 때의 제어도 서로 다르다. 즉 펀치 명령이 입력되면 제어부(121)는 팔부(130)를 뻗침과 동시에 상부몸통(120)이 펀치를 가하는 방향으로 비틀도록 작동하되, 만약 펀치가 도10의 참조도에 도시된 것처럼 상대 로봇에 전해진다면 펀치가 가해진 충격에 의한 반발력이 발생하는데, 이때 그 반발력은 자이로센서(122)에서 감지할 수가 있다. 따라서 제어부(121)는 펀치를 상대방에게 가격함으로써 생기는 반작용에 대응하여 몸체가 앞으로 수그러지도록(도10에서 반시계 방향으로 회전하도록) 하부몸통(140)과 다리부(150)를 연결하는 모터(160)를 회전시킨다. 따라서 펀치에 의해 상대방에게 충격을 줌과 동시에 몸체를 앞으로 숙이면서 힘이 더해져서 파괴력이 증가하게 되는 것이다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)은 기본적으로 복싱이라는 격투 게임을 즐기기 위해 설계한 것이다. 따라서 로봇들간의 싸움으로 인해 충격이 빈번하게 전해짐으로써 내구성이 약화될 가능성이 높다. 특히 충격이 가장 많이 전해지는 부분은 상부몸통(120)인데, 이 때문에 상부몸통(120)과 하부몸통(140)이 연결되어 있는 부분에 큰 충격이 전해지기 마련이다.
만약 상부몸통(120)에 모터(160)가 구비되어 있고, 그 모터(160)의 축이 하부몸통(140)과 직접 연결되어 회전이 가능한 구조라면 상대 로봇의 펀치에 의한 충격이 그대로 모터축(161)에 모두 전달되어 결합이 분리되거나 모터축(161)이 부러질 가능성이 높다.
하지만 본 실시예에서는 상부몸통(120)과 하부몸통(140)을 연결하는 허리관절구성부(190)의 연결 구조를 변화시켜 내구성을 향상시켰다. 즉 도6 및 도7을 참조하면, 허리관절구성부(190)는 상부프레임(124), 하부프레임(141), 동력전달축(193), 혼(194), 결합프레임(195) 및 볼트(196) 등으로 이루어진다.
상부프레임(124)의 내측에는 결합프레임(195)이 안착할 수 있도록 구멍이 형성되어 있으며, 하부프레임(141)에도 상부프레임(124)의 구멍에 대응하는 구멍이 형성되어 있다. 이때 상부프레임(124)의 구멍이 하부프레임(141)의 구멍보다 크다. 따라서 상부프레임(124)과 하부프레임(141)이 맞닿았을 시 위에서 바라보면 상부프레임(124)의 구멍 안쪽으로 하부프레임(141)의 구멍 둘레 면적이 보이게 된다. 이때 하부프레임(141)의 구멍 둘레에는 볼트공(141a)이 다수 형성되어 있다.
결합프레임(195)은 혼(194)이 안착할 수 있도록 내측에 구멍이 형성되어 있고 외측 둘레는 아래쪽이 더 직경이 작도록 단차가 형성되어 있다. 따라서 결합프레임(195)의 하부가 상부프레임(124)의 구멍에 삽입 안착된다. 또한 결합프레임(195)의 구멍 둘레에도 볼트공(195a)이 다수 형성되어 있다.
혼(194)은 상부 내측에 동력전달축(193)의 톱니부(193b)가 삽입 결합되는 축안착부(194a)가 형성되어 있으며, 축안착부(194a)의 내측 둘레면에는 동력전달축(193)의 톱니부(193b)와 맞물리도록 톱니가 형성되어 있다. 또한 혼(194)의 둘레에도 볼트공(194b)이 형성되어 있다.
동력전달축(193)의 내측에는 모터축(161)이 결합되는 모터축결합홀(193a)이 형성되어 있으며 하부 둘레에는 톱니부(193b)가 형성되어 있다. 따라서 모터축결합홀(193a)에 모터축(161)이 끼워져 결합되고, 모터(160)는 상부몸통(120) 내부에 위치하는 모터하우징(170)에 고정된다.
또한 동력전달축(193)의 하단 일 지점에는 돌기(193c)가 돌출 형성되어 있고, 혼(194)의 축안착부(194a) 하단 일 지점에도 상기 돌기(193c)가 끼워지는 홈이 형성되어 있다. 동력전달축(193)이 회전하면 톱니끼리의 맞물림에 의해 혼(194)도 회전하게 되는데, 동력전달축(193) 하단의 돌기(193c)가 혼(194)에 끼워진 상태이기 때문에 회전력 전달 성능이 더욱 높아질 수 있다.
도7에 도시된 것처럼 하부프레임(141), 상부프레임(124), 결합프레임(195) 및 혼(194)이 차례대로 결합되면 볼트공들(141a,194b,195a)이 상호 연통된다. 이 상태에서 볼트(196)가 하부프레임(141), 결합프레임(195) 및 혼(194)을 관통하여 서로 결합한다. 즉 상부프레임(124)은 볼트(196)에 의한 결합에서 제외된다. 그리고 모터축결합홀(193a)에 모터축(161)이 결합된 상태의 동력전달축(193)이 혼(194)에 삽입 안착된다.
이 상태에서 모터(160)가 동작하여 모터축(161)이 회전한다면, 회전력은 동력전달축(193), 혼(194), 결합프레임(195) 및 하부프레임(141)에 전달된다. 역시나 회전력은 상부프레임(124)에는 전달되지 않는다. 즉 모터(160)가 회전하면 상부몸통(120)에 위치한 모터하우징(170), 모터(160) 및 상부프레임(124)은 회전하지 아니하고, 동력전달축(193), 혼(194), 결합프레임(195) 및 하부프레임(141)이 회전한다. 결과적으로 하부프레임(141)의 회전에 의해 하부몸통(140)이 회전하는 것이다. 여기서 모터하우징(170) 내에 위치한 모터(160)가 회전하여 하부몸통(140)이 회전한다고 표현은 했지만, 도4 및 도5에 도시된 것처럼 하부몸통(140)에 결합된 다리부(150)가 지면에 지지된 상태이기 때문에 상부몸통(120)이 고정된 상태로 하부몸통(140)이 회전이 이루어지진 않는다. 즉 실제로는 상부몸통(120)이 회전하게 되는데, 모터(160) 동력이 시작된 상부몸통(120)을 기준으로 본다면 상대적으로 하부몸통(140)이 회전하게 되는 결과를 가져오는 것이다.
여기서 모터축(161)의 회전력을 하부몸통(140)에 위치하는 하부프레임(141)에 전달하는 축 역할을 하기 위해 동력전달축(193)과 혼(194) 및 결합프레임(195)이 사용되었다. 즉 모터축(161)은 가늘지만, 회전력 전달을 위한 축 열할의 최종 수행자인 결합프레임(195)은 상대적인 직경이 매우 크다. 더군다나 하부프레임(141)이 결합된 상태에서 상부프레임(124)이 결합프레임(195)을 감싸서 받쳐주는 형태를 취한다.
즉, 모터축(161)을 하부프레임(141)에 직접 연결하여 회전 가능하게 하였다면, 타격시에 그 충격이 모터축(161)에 모두 전달되어 내구성이 약해지지만, 본 실시예에서는 상부프레임(124)이 모터축(161)과 함께 회전하는 결합프레임(195)의 둘레를 감싸고 받친 상태이기 때문에 타격이 가해지더라도 모터축(161)에 충격이 모두 전달되는 것이 아니라, 축 역할을 하게되는 결합프레임(195)을 거쳐 상부프레임(124)으로 충격이 분산될 수가 있는 것이다. 따라서 상부몸통(120)과 하부몸통(140)을 회전 가능하게 연결하더라도 모터축(161)의 내구성이 약해질 우려가 없다.
한편 도8은 복싱로봇(100)이 다른 자세를 취한 것을 도시한 것이다. 즉 사용자가 조작부(10)를 통해 복싱로봇(100)이 어퍼컷 동작을 취하도록 명령을 입력한 것이며, 이에 따라 제어부(121)가 각각의 모터(160)를 구동시킴으로써 어퍼컷 동작이 이루어지도록 한 것이다. 이때 어퍼컷 동작의 특성을 고려하여 제어부(121)는 한쪽 다리는 굽혀지고 한쪽 다리는 펴지도록 함으로써 상부몸통(120)과 하부몸통(140)이 한쪽으로 기울어지면서 어퍼컷 타격이 더욱 효과적으로 전달되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복싱로봇(100)이 서 있는 자세(도11), 펀치를 가하는 자세(도12) 및 어퍼컷을 가하는 자세(도13)를 다양한 각도에서 살펴본 참조도가 도11 내지 도13에 도시되어 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 조작부
100 : 복싱로봇
110 : 머리부
120 : 상부몸통
121 : 제어부
122 : 자이로센서
123 : 등커버
124 : 상부프레임
130 : 팔부
131 : 어깨부
132 : 팔목부
133 : 주먹부
140 : 하부몸통
141 : 하부프레임
141a : 볼트공
150 : 다리부
151 : 대퇴부
152 : 무릎부
153 : 발목부
154 : 발부
160 : 모터
161 : 모터축
170 : 모터하우징
180 : 관절구성부
181 : 연결프레임
182 : 혼
190 : 허리관절구성부
193 : 동력전달축
193a : 모터축결합홀
193b : 톱니부
193c : 돌기
194 : 혼
194a : 축안착부
194b : 볼트공
195 : 결합프레임
195a : 볼트공
196 : 볼트
100 : 복싱로봇
110 : 머리부
120 : 상부몸통
121 : 제어부
122 : 자이로센서
123 : 등커버
124 : 상부프레임
130 : 팔부
131 : 어깨부
132 : 팔목부
133 : 주먹부
140 : 하부몸통
141 : 하부프레임
141a : 볼트공
150 : 다리부
151 : 대퇴부
152 : 무릎부
153 : 발목부
154 : 발부
160 : 모터
161 : 모터축
170 : 모터하우징
180 : 관절구성부
181 : 연결프레임
182 : 혼
190 : 허리관절구성부
193 : 동력전달축
193a : 모터축결합홀
193b : 톱니부
193c : 돌기
194 : 혼
194a : 축안착부
194b : 볼트공
195 : 결합프레임
195a : 볼트공
196 : 볼트
Claims (4)
- 상단에 머리부가 장착된 상부몸통;
상기 상부몸통의 하부에서 회전 가능하게 연결되는 하부몸통;
각각 작동되는 다수의 관절들로 이루어지며, 상기 상부몸통 양측에 장착되는 팔부;
각각 작동되는 다수의 관절들로 이루어지며, 상기 하부몸통 하단에 장착되는 다리부; 및
상기 상부몸통과 하부몸통 사이의 회전과, 상기 팔부의 관절들의 동작과, 상기 다리부의 관절들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는 상기 상부몸통 양측의 팔부 중 어느 하나의 팔부를 뻗어 펀치가 이루어지도록 할 시, 상기 뻗어지는 팔부 측으로 상기 상부몸통이 비틀어지도록 상기 상부몸통과 하부몸통 사이를 회전시키는 것이며,
상기 상부몸통과 하부몸통은 상기 상부몸통의 하단에 위치한 상부프레임과, 상기 하부몸통의 상단에 위치한 하부프레임이 서로 맞닿은 상태에서 모터의 동력에 의해 회전 가능하게 연결되되, 상기 모터의 모터축 회전력은 동력전달축, 혼 및 결합프레임을 통해 상기 하부프레임에 전달되며, 상기 상부프레임이 상기 결합프레임의 둘레를 감싸고 받친 상태로 구현됨으로써, 외부로부터 충격이 전해지더라도 상기 충격이 상기 결합프레임을 통해 상기 상부프레임측으로 분산되도록 하여 상기 모터축에 전해지는 충격을 완화시켜주는 것을 특징으로 하는 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇. - 제1항에 있어서,
충격을 감지하는 자이로센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 자이로센서를 통해 타 로봇에 의해 펀치가 가격되었음을 인지하였을 때, 상기 펀치가 가격된 방향으로 상기 상부몸통 및 하부몸통을 포함하는 상체가 수그러지도록 상기 하부몸통과 상기 다리부 사이를 회전시키는 것을 특징으로 하는 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇.
- 제1항에 있어서,
충격을 감지하는 자이로센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 팔부를 뻗어 펀치가 이루어지도록 한 후, 상기 자이로센서를 통해 상기 펀치가 타 로봇에 가격되었음을 인지하면, 상기 상부몸통 및 하부몸통을 포함하는 상체가 수그러지도록 상기 하부몸통과 상기 다리부 사이를 회전시키는 것을 특징으로 하는 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇.
- 삭제
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| KR1020120081535A KR101336802B1 (ko) | 2012-07-26 | 2012-07-26 | 복싱을 수행하는 휴머노이드 로봇 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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