KR101361491B1

KR101361491B1 - 지네를 생체 모방한 로봇

Info

Publication number: KR101361491B1
Application number: KR1020120128817A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 윤병호; 박종원; 김영국; 이진이; 안정도
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-02-13

Abstract

본 발명은 지네를 생체 모방한 로봇에 관한 것으로서, 그 구성은, 제1프레임(111,151)과 제1샤프트(112,152)와 제1이동수단(113,153)을 포함하는 다수개의 제1단위 몸체(110,150)로 이루어지며, 각각의 상기 제1단위 몸체(110,150)의 상기 제1샤프트(112,152)는 제1연결축(130)으로 연결되어 있는 헤드 모듈(100); 제2프레임(211,251)과 제2샤프트(212,252)와 제2이동수단(213,253)을 포함하는 다수개의 제2단위 몸체(210,250)로 이루어지며, 각각의 상기 제2단위 몸체(210,250)의 상기 제2샤프트(212,252)는 제2연결축(230)으로 연결되어 있는 바디 모듈(200); 제3프레임(311)과 제3샤프트(312)와 제3이동수단(313)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제3단위 몸체(310)로 이루어지며, 각각의 상기 제3단위 몸체(310)의 상기 제3샤프트(312)가 연동하도록 연결되어 있는 테일 모듈(300);을 포함하여, 상기 헤드 모듈(100)의 상기 제1샤프트(152)와 상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(212)는 헤드-바디 연결축(400)으로 연결되어 있고, 상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(252)와 상기 테일 모듈(300)의 상기 제3샤프트(312)는 바디-테일 연결축(500)으로 연결되어 있어, 로봇보다 높은 장애물을 넘을 수 있고, 동력전달을 효과적으로 할 수 있으며, 지네에서 착안한 이동수단을 이용하여 험지를 빠르게 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 모듈의 개수를 조절하여 길이 변화가 자유로운 효과가 있다.

Description

지네를 생체 모방한 로봇{Robot inspired from centipede}

본 발명은 험지에서도 빠른 주행이 가능한 지네를 생체 모방한 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 험지를 주행하는 로봇은 전쟁 상황이나 인명구조 상황에서 많이 활용되고 있다. 특히 노면이 평탄하지 않은 험지에서 극복 성능을 높이기 위하여 여러 개의 모듈이 연결된 형태의 로봇이 많이 제작되고 있다.

종래 험지 주행 로봇이 대한민국 공개특허 제10-2011-0107717호, 대한민국 공개특허 제10-2012-0053236호 등에 제시되어 있다.

그러나 종래 험지 주행 로봇 시스템은 모듈 간의 위치 변화에 따라 동력 전달이 쉽지 않기 때문에 여러 개의 구동기를 필수적으로 장착하고 있으며, 이는 시스템을 복잡하게 하므로 시스템의 효율을 현저히 떨어뜨린다는 문제점이 있다.

또한, 군사 작전 및 재난 현장에서 사용되는 로봇은 작고 빠르며 험지 극복 능력이 뛰어나야 한다. 종래의 로봇은 크기가 작아질수록 동력원의 한계에 따라 빠른 주행 속도를 갖지 못했으며 험지 극복 능력 또한 로봇이 가지고 있는 바퀴나 트랙의 크기에 따라 극복할 수 있는 험지의 높이가 제한되었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 작지만 빠르게 이동이 가능하며 로봇의 크기에 비해 높은 장애물을 극복할 수 있는 메커니즘의 개발이 요구되어오고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0107717호(2011.10.4, 레이크 휠이 장착된 구동암 및 이를 구비한 이동 로봇) 대한민국 공개특허 제10-2012-0053236호(2012.5.22, 평지 및 계단 주행이 가능한 변형 바퀴, 바퀴조립체 및 이를 구비한 이동 로봇)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 장애물을 넘을 때 최전방의 단위 몸체를 들어 로봇보다 높은 장애물을 넘을 수 있고, 각 단위 몸체를 연결하는 축이 플렉시블 샤프트로 이루어져 있어 험지 장애물로 인하여 몇 개의 다리가 움직일 수 없는 상태에 있어도 동력전달을 할 수 있으며, 지네에서 착안한 이동수단을 이용하여 험지를 빠르게 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 모듈의 개수를 조절하여 길이 변화가 자유로우며, 카메라가 장착되어 영상을 사용자에게 송신하여 정보를 제공할 수 있는 지네를 생체 모방한 로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은, 제1프레임(111,151)과, 상기 제1프레임(111,151) 내에 회전가능하게 마련되는 제1샤프트(112,152)와, 상기 제1프레임(111,151)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제1샤프트(112,152)의 회전력을 전달받아 회전하는 제1이동수단(113,153)을 포함하는 다수개의 제1단위 몸체(110,150)로 이루어지며, 각각의 상기 제1단위 몸체110,150)의 상기 제1샤프트(112,152)는 제1연결축(130)으로 연결되어 있는 헤드 모듈(head module,100); 제2프레임(211,251)과, 상기 제2프레임(211,251) 내에 회전가능하게 마련되는 제2샤프트(212,252)와, 상기 제2프레임(211,251)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제2샤프트(212,252)의 회전력을 전달받아 회전하는 제2이동수단(213,253)을 포함하는 다수개의 제2단위 몸체(210,250)로 이루어지며, 각각의 상기 제2단위 몸체(210,250)의 상기 제2샤프트(212,252)는 제2연결축(230)으로 연결되어 있는 바디 모듈(body module,200); 제3프레임(311)과, 상기 제3프레임(311) 내에 회전가능하게 마련되는 제3샤프트(312)와, 상기 제3프레임(311)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제3샤프트(312)의 회전력을 전달받아 회전하는 제3이동수단(313)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제3단위 몸체(310)로 이루어지며, 각각의 상기 제3단위 몸체(310)의 상기 제3샤프트(312)가 연동하도록 연결되어 있는 테일 모듈(tail module,300);을 포함하고, 상기 헤드 모듈(100)의 상기 제1샤프트(152)와 상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(212)는 헤드-바디 연결축(400)으로 연결되어 있고, 상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(252)와 상기 테일 모듈(300)의 상기 제3샤프트(312)는 바디-테일 연결축(500)으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1연결축(130)과 상기 제2연결축(230)과 상기 헤드-바디 연결축(400)과 상기 바디-테일 연결축(500)은, 휨과 비틀림을 가능하게 하는 탄성 재질인 플렉시블 샤프트(flexible shaft)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1샤프트(112,152)의 회전력을 상기 제1이동수단(113,153)에 전달하고, 상기 제2샤프트(212,252)의 회전력을 상기 제2이동수단(213,253)에 전달하고, 상기 제3샤프트(312)의 회전력을 상기 제3이동수단(313)에 전달하는 각각의 회전력 전달수단은 교차축 기어인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1단위 몸체(110,150)는, 상기 제1샤프트(112,152)에 설치되는 제1평기어(116,156)와, 상기 제1샤프트(112,152)의 상부에 배치되어 상기 제1평기어(116,156)와 맞물려 회전하는 제2평기어(117,157)가 설치되어 있는 제1-1샤프트(115,155)를 더 포함하고, 최전방에 배치된 상기 제1단위 몸체(110)의 상기 제1프레임(111)과, 최전방의 후방에 배치된 상기 제1단위 몸체(150)의 상기 제1프레임(151)은 힌지 가능하게 연결되어 있어, 최전방에 배치된 상기 제1단위 몸체(110,150)가 상부로 들어올려지는 헤드-업(head-up)이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 헤드 모듈(100)에는, 영상입력장치와, 상기 영상입력장치에 의해 입력된 영상 데이터를 외부로 전송하는 영상송신장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테일 모듈(300)에는, 상기 제3샤프트(312)에 구동력을 발생시키는 구동력 발생수단(370)과, 상기 구동력 발생수단(370)의 구동을 원격으로 제어할 수 있도록 하는 원격제어장치(remote control device)와, 상기 구동력 발생수단(370)에 전기에너지를 제공하는 배터리(390)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1샤프트(112,152)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제1이동수단(113,153)에 회전력이 전달되고, 상기 제2샤프트(212,252)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제2이동수단(213,253)에 회전력이 전달되고, 상기 제3샤프트(312)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제3이동수단(313)에 회전력이 전달됨에 따라, 상기 구동력 발생수단(370)은 두 개로 구성되어 각각 좌,우의 상기 제3샤프트(312)에 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테일 모듈(300)에는, 제3-1프레임(351)과, 상기 제3-1프레임(351)의 양측에 회전가능하게 마련되어 피동으로 굴러가는 제3-1이동수단(353)을 포함하는 적어도 하나 이상의 제3-1단위 몸체(350)을 더 포함하여, 상기 제3-1단위 몸체(350)는 상기 제3단위 몸체(310)의 후방에 배치되고, 상기 제3-1단위 몸체(350)와 상기 제3단위 몸체(310)의 사이에 상기 구동력 발생수단(370)이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제3-1이동수단(353)은, 제1보스(353a)와, 상기 제1보스(353a)를 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 휠부(353b)와, 상기 휠부(353b)로부터 어느 일방향의 원주 방향으로 각각 뻗어나가되, 서로 이격한 레그부(353c)로 구성된 휠-레그(wheel-leg)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1이동수단(113,153)과 상기 제2이동수단(213,253)과 상기 제3이동수단(310)은, 제2보스(113a)와, 상기 제2보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 주 스포크(113b)와, 상기 주 스포크(113b) 상의 한 지점으로부터 상기 제2보스(113a)에 수직한 방향으로 뻗어나가는 부 스포크(foot,113c)를 포함하여, 상기 주 스포크(113b)와 상기 부 스포크(113c)는 '와이(y)'자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 주 스포크(113b)는 상기 제2보스(113a)로부터 거리가 멀어질수록 간격이 벌어지도록 경사지게 마련되어 있고, 상기 부 스포크(113c)는 상기 제2보스(113a)에 수직한 방향으로 뻗어나가는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1이동수단(113,153)과 상기 제2이동수단(213,253)과 상기 제3이동수단(313)에 있어서, 어느 하나의 이동수단과 인접한 다른 이동수단은, 상기 단위 몸체(110,150,210,250,310)로부터 상기 주 스포크(113b)가 장착되는 지점과의 거리가 각각 다르도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 홀수번째 배치되는 상기 이동수단(113,213,313)의 주 스포크(113b)가 장착되는 보스(113a,213a,313a)의 길이가 서로 같도록 구성되어 있고, 짝수번째 배치되는 상기 이동수단(153,253)의 주 스포크(113b)가 장착되는 보스(153a,253a)의 길이 서로 같도록 구성되되, 상기 짝수번째 배치되는 상기 이동수단(153,253)의 보스(153a,253a)의 길이가 홀수번째 배치되는 상기 이동수단(113,213,313)의 보스(113a,213a,313a)의 길이보다 길도록 형성되어, 상기 단위 몸체(110,150,210,250,310)로부터 상기 주 스포크(113b)가 장착되는 지점이 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지네를 생체 모방한 로봇에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 최전방에 배치된 제1단위 몸체가 상부로 들어올려지는 헤드-업(head-up)이 가능한 구조이므로 로봇보다 높은 장애물을 넘을 수 있다.

또한, 지면의 형태에 따라서 로봇의 주행방향과 수직한 방향으로 최전방의 제1프레임이 후방의 제1프레임으로부터 회전할 수 있고, 이때, 제1연결축과 제1-1연결축은 플렉시블 샤프트로 이루어져 휘어지거나 비틀려지면서도 회전력을 전달할 수 있어, 추가적인 구동수단의 필요없이 수동적으로 장애물을 극복할 수 있다.

나아가, 연결축의 강체 구조를 가지는 시스템에 비하여 지면에 최대한 밀착할 수 있기 때문에 지면의 반력을 최대로 이용하여 효율적인 주행이 가능하다.

둘째, 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이 영상송신장치에 의해 사용자에게 송신되어, 원격으로 시스템 주위의 상황을 파악할 수 있다.

셋째, 각 모듈을 연결하는 연결축이 탄성 재질인 플렉시블 샤프트로 이루어짐에 따라, 험지 장애물로 인하여 몇 개의 이동수단이 움직일 수 없는 상태에서도 동력을 전달할 수 있다.

넷째, 바디 모듈의 제2단위 몸체의 개수를 조절하여 필요한 길이만큼 개수를 늘이거나 줄일 수 있으므로 환경에 따라 바디 모듈의 전체길이의 조절이 가능하다.

다섯째, 각 이동수단의 주 스포크가 장착되는 지점이 교대로 배치되어 있어, 주 스포크의 길이를 길게 하면서도 이웃하는 주 스포크와 서로 닿지 않도록 배치함으로써, 주 스포크의 길이가 길어져 장애물 등을 보다 쉽게 극복할 수 있다.

여섯째, 실제 지네가 기어가는 지형의 폭에 따라 다리의 관절을 조절하여 양측의 다리의 폭을 조절하는 것에 착안하여 주 스포크와 부 스포크로 구성함으로써, 넓은 지형과 좁은 지형을 극복할 수 있고, 험지를 빠르게 극복할 수 있다.

일곱째, 상기와 같은 구성으로 인하여 군사 작전 및 재난 현장에서 원격으로 조종하여 험지 장애물을 원활하게 극복할 수 있고, 고속으로 주행할 수 있어 정찰 및 상황 파악에 효과적이다.

또한, 군사작전 상황에서 사람 대신 적군의 상태 및 아군의 진행 경로를 사전에 탐사하여 위험 환경에 의한 인명피해를 줄일 수 있고, 상황 변경에 따른 작전의 유기적인 수행과 능동적인 대처가 가능하다.

나아가, 재난, 재해 발생 시의 무너진 건물 잔해 내부나 원자력 발전소의 내부와 같이 사람의 접근이 어렵거나 협소한 공간에 침투하여 필요한 현장 정보를 얻을 수 있고, 빠른 정보 파악을 바탕으로 적절한 대응이 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지네를 생체 모방한 로봇을 도시한 도면.
도 2 내지 도 4는 도 1의 헤드 모듈을 도시한 도면.
도 5는 플렉시블 샤프트를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 도 1의 바디 모듈을 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 도 1의 테일 모듈을 도시한 도면.
도 10은 도 1의 제1이동수단 및 제2이동수단 및 제3이동수단을 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 도 1의 제3-1이동수단을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지네를 생체 모방한 로봇은 헤드 모듈(100)과 바디 모듈(200)과 테일 모듈(300)로 이루어져 있다.

먼저, 헤드 모듈(100)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 다수개의 제1단위 몸체(110,150)로 이루어지는데, 본 실시예에서는 두 개의 제1단위 몸체(110,150)로 이루어져 있다.

각각의 제1단위 몸체(110,150)는 제1프레임(111,151)과 제1샤프트(112,152)와 제1이동수단(113,153)과 제1회전력 전달수단(114,154)을 포함하는 것이 바람직하다.

제1프레임(111,151)은 제1단위 몸체(110,150)의 뼈대를 이루는 것으로서, 본 실시예에서는 대략 가로로 긴 육각형 형태이다.

제1샤프트(112,152)는 제1프레임(111,151) 내에 회전가능하게 마련되고, 평행하게 배치된 좌,우의 두 개로 구성되어 있다.

제1이동수단(113,153)은 제1프레임(111,151)의 양측에 회전가능하게 마련된다. 제1이동수단(113,153)의 상세구조는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

제1회전력 전달수단(114,154)은 제1샤프트(112,152)의 회전력을 제1이동수단(113,153)에 전달하며, 좌측의 제1회전력 전달수단(114,154)은 좌측의 제1샤프트(112,152)의 회전력을 좌측의 제1이동수단(113,153)에 전달하고, 우측의 제1회전력 전달수단(114,154)은 우측의 제1샤프트(112,152)의 회전력을 우측의 제1이동수단(113,153)에 전달한다.

본 실시예에서 제1회전력 전달수단(114,154)은, 도 4에 도시한 바와 같이 교차축 기어인 것이 바람직하다. 즉, 제1샤프트(112,152)에는 제1-1베벨기어(114a,154a)가 설치되고, 제1이동수단(113,153)의 회전축(113-1,153-1)에는 제1-1베벨기어(114a,154a)와 맞물러 회전하는 제1-2베벨기어(114b,154b)가 설치되어, 제1샤프트(112,152)의 회전력이 제1이동수단(113,153)의 회전축(113-1,153-1)에 전달됨으로써, 제1이동수단(113,153)이 회전한다.

제1샤프트(112,152)의 후단에는 제1평기어(116,156)가 설치되어 있고, 제1샤프트(112,152)의 상부에 평행하게 회전가능하게 마련되는 제1-1샤프트(115,155)에는 제1평기어(116,156)와 맞물려 회전하는 제2평기어(117,157)가 설치되어 있다. 따라서, 제1샤프트(112,152)의 회전시 제1평기어(116,156)와 제2평기어(117,157)에 의해 회전력을 전달받아 제1-1샤프트(115,155)도 회전한다.

상기와 같이 구성되는 제1단위 몸체(110,150) 중 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)의 제1샤프트(112)와 최전방의 후방에 배치되는 제1단위 몸체(150)의 제1샤프트(152)는 제1연결축(130)으로 연결된다. 또한, 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)의 제1-1샤프트(115)와 최전방의 후방에 배치되는 제1단위 몸체(150)의 제1-1샤프트(155)는 제1-1연결축(135)으로 연결된다.

제1연결축(130)과 제1-1연결축(135)은, 도 5에 도시한 바와 같이 휨과 비틀림을 가능하게 하는 고무와 같은 탄성 재질인 플렉시블 샤프트인 것이 바람직하다.

또한, 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)의 제1프레임(111)과 최전방의 후방에 배치되는 제1단위 몸체(150)의 제1프레임(151)은 힌지 가능하게 연결되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되어, 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)가 상부로 들어올려지는 헤드-업(head-up)이 가능한 구조이므로 로봇보다 높은 장애물을 넘을 수 있다.

또한, 지면의 형태에 따라서 로봇의 주행방향과 수직한 방향으로 최전방의 제1프레임(111)이 후방의 제1프레임(151)으로부터 회전할 수 있고, 이때, 제1연결축(130)과 제1-1연결축(135)은 플렉시블 샤프트로 이루어져 휘어지거나 비틀려지면서도 회전력을 전달할 수 있어, 추가적인 구동수단의 필요없이 수동적으로 장애물을 극복할 수 있다.

한편, 헤드 모듈(100)에는 영상입력장치(미도시)와, 영상입력장치에 의해 입력된 영상 데이터를 외부로 전송하는 영상송신장치(미도시)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

특히, 영상입력장치는 시스템 주위의 상황을 촬영하는 카메라 등이 될 수 있으며, 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)에 설치되는 것이 촬영이 용이하다는 점에서 바람직하다.

이와 같이, 영상입력장치에 의해 촬영된 영상이 영상송신장치에 의해 사용자에게 송신되어, 원격으로 시스템 주위의 상황을 파악할 수 있다.

다음으로, 바디 모듈(200)은, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 다수개의 제2단위 몸체(210,250)로 이루어지는데, 본 실시예에서는 두 개의 제2단위 몸체(210,250)로 이루어져 있으나, 바디 모듈(200)의 제2단위 몸체(210,250)의 개수를 조절하여 필요한 길이만큼 개수를 늘이거나 줄일 수 있어, 환경에 따라 바디 모듈(200)의 전체길이의 조절이 가능하다.

각각의 제2단위 몸체(210,250)는 제2프레임(211,251)과 제2샤프트(212,252)와 제2이동수단(213,253)과 제2회전력 전달수단(214,254)을 포함하는 것이 바람직하다.

제2프레임(211,251)은 제2단위 몸체(210,250)의 뼈대를 이루는 것으로서, 본 실시예에서는 대략 가로로 긴 육각형 형태이다.

제2샤프트(212,252)는 제2프레임(211,251) 내에 회전가능하게 마련되고, 평행하게 배치된 좌,우의 두 개로 구성되어 있다.

제2이동수단(213,253)은 제2프레임(211,251)의 양측에 회전가능하게 마련된다. 제2이동수단(213,253)의 상세구조는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

제2회전력 전달수단(214,254)은 제2샤프트(212,252)의 회전력을 제2이동수단(213,253)에 전달하며, 좌측의 제2회전력 전달수단(214,254)은 좌측의 제2샤프트(212,252)의 회전력을 좌측의 제2이동수단(213,253)에 전달하고, 우측의 제2회전력 전달수단(214,254)은 우측의 제2샤프트(212,252)의 회전력을 우측의 제2이동수단(213,253)에 전달한다.

본 실시예에서 제2회전력 전달수단(214,254)은, 도 4에 도시한 바와 같이 교차축 기어인 것이 바람직하다. 즉, 제2샤프트(212,252)에는 제2-1베벨기어(214a,254a)가 설치되고,제2이동수단(213,253)의 회전축(213a,253a)에는 제2-1베벨기어(214a,254a)가와 맞물러 회전하는 제2-2베벨기어(214b,254b)가 설치되어, 제2샤프트(212,252)의 회전력이 제2이동수단(213,253)의 회전축(213a,253a)에 전달됨으로써, 제2이동수단(213,253)이 회전한다.

상기와 같이 구성되는 제2단위 몸체(210,250) 중 전방에 배치된 제2단위 몸체(210)의 제2샤프트(212)와 후방에 배치되는 제2단위 몸체(250)의 제2샤프트(252)는 제2연결축(230)으로 연결된다. 제2연결축(230)과 제2-1연결축(135)은 휨과 비틀림을 가능하게 하는 고무와 같은 탄성 재질인 플렉시블 샤프트인 것이 바람직하다.

다음으로, 테일 모듈(300)은, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 적어도 하나 이상의 제3단위 몸체(310)로 이루어지는데, 본 실시예에서는 하나의 제3단위 몸체(310)로 이루어져 있으며, 실시예에 따라 다수개로 구성될 수도 있다.

제3단위 몸체(310)는 제3프레임(311)과 제3샤프트(312)와 제3이동수단(313)과 제3회전력 전달수단(미도시)을 포함하는 것이 바람직하다.

제3프레임(311)은 제3단위 몸체(310)의 뼈대를 이루는 것으로서, 본 실시예에서는 대략 가로로 긴 육각형 형태이다.

제3샤프트(312)는 제3프레임(311) 내에 회전가능하게 마련되고, 평행하게 배치된 좌,우의 두 개로 구성되어 있다.

제3이동수단(313)은 제3프레임(311)의 양측에 회전가능하게 마련된다. 제3이동수단(313)의 상세구조는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

제3회전력 전달수단은 제3샤프트(312)의 회전력을 제3이동수단(313)에 전달하며, 좌측의 제3회전력 전달수단은 좌측의 제3샤프트(312)의 회전력을 좌측의 제3이동수단(313)에 전달하고, 우측의 제3회전력 전달수단은 우측의 제3샤프트(312)의 회전력을 우측의 제3이동수단(313)에 전달한다.

본 실시예에서 제3회전력 전달수단은 교차축 기어인 것이 바람직하며, 제1회전력 전달수단(114,154) 및 제2회전력 전달수단(214,254)과 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성되는 제3단위 몸체(310)가 실시예에 따라 다수개로 구성될 경우에는 전방에 배치된 제3단위 몸체(310)의 제3샤프트(312)와 후방에 배치되는 제3단위 몸체의 제3샤프트가 연동하도록 연결되는 것이 바람직하다.

한편, 테일 모듈(300)에는 적어도 하나 이상의 제3-1단위 몸체(350)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 하나의 제3-1단위 몸체(350)가 마련되어 있다.

제3-1단위 몸체(350)는 제3-1프레임(351)과, 제3-1프레임(351)의 양측에 회전가능하게 마련되어 피동으로 굴러가는 제3-1이동수단(353)을 포함한다. 제3-1이동수단(353)의 상세구조는 하기에서 다시 설명하기로 한다. 이와 같이 구성되는 제3-1단위 몸체(350)는 제3단위 몸체(310)의 후방에 배치된다.

제3-1단위 몸체(350)와 제3단위 몸체(310)의 사이에는 구동력을 발생시키는 구동력 발생수단(370)이 마련되어 있고, 구동력 발생수단(370)의 회전축은 제3단위 몸체(310)에 마련된 제3샤프트(312)에 구동력을 전달하도록 연결되어 있다. 본 실시예에서 구동력 발생수단(370)은 두 개로 구성되어 각각 좌,우의 제3샤프트(312)에 구동력을 발생시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 테일 모듈(300)에는 구동력 발생수단(370)의 구동을 원격으로 제어할 수 있도록 하는 원격제어장치(remote control device) 등이 장착되어 있고, 전방에 배치되는 제3단위 몸체(310)에는 구동력 발생수단(370)에 전기에너지를 제공하는 배터리(390)가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성되는 헤드 모듈(100)과 바디 모듈(200)과 테일 모듈(300)은 각각 헤드-바디 연결축(400)과 바디-테일 연결축(500)으로 연결되어 있다.

즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 헤드 모듈(100)의 후방에 배치된 제1단위 몸체(150)의 제1샤프트(152)와 바디 모듈(200)의 전방에 배치된 제2단위 몸체(210)의 제2샤프트(212)는 헤드-바디 연결축(400)으로 연결되어 있다.

또한, 바디 모듈(200)의 후방에 배치된 제2단위 몸체(250)의 제2샤프트(252)와 테일 모듈(300)의 전방에 배치된 제3단위 몸체(310)의 제3샤프트(312)는 바디-테일 연결축(500)으로 연결되어 있다.

헤드-바디 연결축(400)과 바디-테일 연결축(500)은, 도 5에 도시한 바와 같이 휨과 비틀림을 가능하게 하는 고무와 같은 탄성 재질인 플렉시블 샤프트인 것이 바람직하다.

이와 같이, 각 모듈을 연결하는 연결축(400,500)이 탄성 재질인 플렉시블 샤프트로 이루어짐에 따라, 험지 장애물로 인하여 몇 개의 이동수단이 움직일 수 없는 상태에서도 동력을 전달할 수 있다.

각 이동수단(113,153,213,253,313)에 대한 설명

도 10에 도시한 바와 같이, 제1이동수단(113,153)과 제2이동수단(213,253)과 제3이동수단(313)은 보스(113a)와 주 스포크(113b)와 부 스포크(113c)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 10에는 제1이동수단(113,153)을 예로 도시하였으며, 제1이동수단(113,153)을 예로 들어 설명하기로 한다.

보스(113a)는 회전중심을 말한다.

주 스포크(113b)는 복수개로 구성되어 보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치되고, 보스(113a)로부터 거리가 멀어질수록 간격이 벌어지도록 경사지게 마련되어 있다. 본 실시예에서 주 스포크(113b)는 세 개로 구성되어 보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.

부 스포크(113c)는 주 스포크(113b) 상의 한 지점으로부터 보스(113a)에 수직한 방향으로 뻗어나가도록 마련되어 있다. 본 실시예에서 부 스포크(113c)는 주 스포크(113b) 상의 중간지점에서 뻗어나가되, 주 스포크(113b)에서 단위 몸체 방향으로 뻗어나가며, 부 스포크(113c)의 끝단은 주 스포크(113b)의 끝단과 동일한 위치에 마련된다.

상기와 같이 구성되는 주 스포크(113b)와 부 스포크(113c)는 '와이(y)'자 형태를 이룬다.

상기와 같이 구성되는 제1이동수단(113,153)과 제2이동수단(213,253)과 제3이동수단(313)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 어느 하나의 이동수단과 인접한 다른 이동수단은 단위 몸체로부터 주 스포크(113b)가 장착되는 지점과의 거리가 각각 다르도록 구성되어 있다. 즉, 주 스포크(113b)가 장착된 보스(113a)의 길이가 각각 다르도록 구성되어 있다.

본 실시예에서는 최전방에 배치된 제1단위 몸체(110)의 제1이동수단(113)과, 세번째에 배치된 제2단위 몸체(210)의 제2이동수단(213)과, 다섯번째에 배치된 제3단위 몸체(300)의 제3이동수단(313)의 보스(113a,213a,313a)의 길이가 같도록 구성되어 있으며, 즉, 단위 몸체(110,210,310)로부터 주 스포크(113b)가 장착되는 지점의 거리가 동일하도록 구성되어 있다.

또한, 두번째에 배치된 제1단위 몸체(150)의 제1이동수단(153)과, 네번째에 배치된 제2단위 몸체(250)의 제2이동수단(253)의 보스(153a,253a)의 길이가 같도록 구성되어 있으며, 즉, 단위 몸체(110,210,310)로부터 주 스포크(113b)가 장착되는 지점의 거리가 동일하도록 구성되어 있다.

특히, 제1이동수단(113)과 제2이동수단(213)과 제3이동수단(313)의 보스(113a)의 길이보다 제1이동수단(153)과 제2이동수단(253)의 보스(113a)의 길이가 길게 형성되어, 각 이동수단의 주 스포크(113b)가 장착되는 지점이 교대로 배치되어 있다.

이와 같이, 각 이동수단의 주 스포크(113b)가 장착되는 지점이 교대로 배치되어 있어, 주 스포크(113b)의 길이를 길게 하면서도 이웃하는 주 스포크(113b)와 서로 닿지 않도록 배치함으로써, 주 스포크(113b)의 길이가 길어져 장애물 등을 보다 쉽게 극복할 수 있다.

또한, 실제 지네가 기어가는 지형의 폭에 따라 다리의 관절을 조절하여 양측의 다리의 폭을 조절하는 것에 착안하여 주 스포크(113b)와 부 스포크(113c)로 구성함으로써, 넓은 지형과 좁은 지형을 극복할 수 있고, 험지를 빠르게 극복할 수 있다.

제3-1이동수단(353)에 대한 설명

맨 뒤에 배치되는 제3-1단위 몸체(350)의 제3-1이동수단(353)은 상기에서 서술한 이동수단(113,153,213,253,313)과는 차이점이 있다. 즉, 상기의 이동수단(113,153,213,253,313)은 각 이동수단(113,153,213,253,313)이 연결되어 있는 샤프트(112,152,212,252,312)의 회전에 의해 능동으로 구동하지만, 제3-1이동수단(353)은 구동되는 것이 아닌 피동으로 따라 굴러간다.

도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 제3-1이동수단(353)은 보스(113a)와 휠부(353b)와 레그부(353c)로 이루어져 있다.

보스(113a)는 회전중심을 말하며, 제3-1이동수단(353)을 회전시키는 회전축에 끼워진다.

휠부(353b)는 복수개로 구성되어, 보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 본 실시예에서 휠부(353b)는 세 개로 구성되어 보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치되어 있다.

레그부(353c)는 각 휠부(353b)로부터 어느 일방향의 원주 방향으로 각각 뻗어나가되, 서로 이격되어 있다. 본 실시예에서 레그부(353c)는 휠부(353b)로부터 시계 방향으로 뻗어나가도록 배치되어 있다.

상기와 같이 구성되는 제3-1이동수단(353)은 빠른 주행이 가능한 휠-레그(wheel-leg)의 형태이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 헤드 모듈 110,150 : 제1단위 몸체
111,151 : 제1프레임 112,152 : 제1샤프트
113,153 : 제1이동수단 113-1,153-1 : 회전축
113a : 보스 113b : 주 스포크
113c : 부 스포크 114,154 : 제1회전력 전달수단
115,155 : 제1-1샤프트 116,156 : 제1평기어
117,157 : 제2평기어 130 : 제1연결축
135 : 제1-1연결축 200 : 바디 모듈
210,250 : 제2단위 몸체 211,251 : 제2프레임
212,252 : 제2샤프트 213,253 : 제2이동수단
214,254 : 제2회전력 전달수단 230 : 제2연결축
300 : 테일 모듈 310 : 제3단위 몸체
311 : 제3프레임 312 : 제3샤프트
313 : 제3이동수단 314 : 제3회전력 전달수단
350 : 제3-1단위 몸체 351 : 제3-1프레임
353 : 제3-1이동수단 353a : 보스
353b : 휠부 353c : 레그부
400 : 헤드-바디 연결축
500 : 바디-테일 연결축

Claims

제1프레임(111,151)과, 상기 제1프레임(111,151) 내에 회전가능하게 마련되는 제1샤프트(112,152)와, 상기 제1프레임(111,151)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제1샤프트(112,152)의 회전력을 전달받아 회전하는 제1이동수단(113,153)을 포함하는 다수개의 제1단위 몸체(110,150)로 이루어지며, 각각의 상기 제1단위 몸체110,150)의 상기 제1샤프트(112,152)는 제1연결축(130)으로 연결되어 있는 헤드 모듈(head module,100);
제2프레임(211,251)과, 상기 제2프레임(211,251) 내에 회전가능하게 마련되는 제2샤프트(212,252)와, 상기 제2프레임(211,251)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제2샤프트(212,252)의 회전력을 전달받아 회전하는 제2이동수단(213,253)을 포함하는 다수개의 제2단위 몸체(210,250)로 이루어지며, 각각의 상기 제2단위 몸체(210,250)의 상기 제2샤프트(212,252)는 제2연결축(230)으로 연결되어 있는 바디 모듈(body module,200);
제3프레임(311)과, 상기 제3프레임(311) 내에 회전가능하게 마련되는 제3샤프트(312)와, 상기 제3프레임(311)의 양측에 회전가능하게 마련되어 상기 제3샤프트(312)의 회전력을 전달받아 회전하는 제3이동수단(313)을 포함하는 적어도 하나의 제3단위 몸체(310)로 이루어지며, 각각의 상기 제3단위 몸체(310)의 상기 제3샤프트(312)가 연동하도록 연결되어 있는 테일 모듈(tail module,300);을 포함하고,
상기 헤드 모듈(100)의 상기 제1샤프트(152)와 상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(212)는 헤드-바디 연결축(400)으로 연결되어 있고,
상기 바디 모듈(200)의 상기 제2샤프트(252)와 상기 테일 모듈(300)의 상기 제3샤프트(312)는 바디-테일 연결축(500)으로 연결되어 있으며,
상기 제1이동수단(113,153)과 상기 제2이동수단(213,253)과 상기 제3이동수단(313)은,
제2보스(113a)와, 상기 제2보스(113a)를 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 주 스포크(113b)와, 상기 주 스포크(113b) 상의 한 지점으로부터 상기 제2보스(113a)에 수직한 방향으로 뻗어나가는 부 스포크(foot,113c)를 포함하여, 상기 주 스포크(113b)와 상기 부 스포크(113c)는 '와이(y)'자 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제1연결축(130)과 상기 제2연결축(230)과 상기 헤드-바디 연결축(400)과 상기 바디-테일 연결축(500)은,
휨과 비틀림을 가능하게 하는 탄성 재질인 플렉시블 샤프트(flexible shaft)인 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1샤프트(112,152)의 회전력을 상기 제1이동수단(113,153)에 전달하고, 상기 제2샤프트(212,252)의 회전력을 상기 제2이동수단(213,253)에 전달하고, 상기 제3샤프트(312)의 회전력을 상기 제3이동수단(313)에 전달하는 각각의 회전력 전달수단은 교차축 기어인 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1단위 몸체(110,150)는,
상기 제1샤프트(112,152)에 설치되는 제1평기어(116,156)와,
상기 제1샤프트(112,152)의 상부에 배치되어 상기 제1평기어(116,156)와 맞물려 회전하는 제2평기어(117,157)가 설치되어 있는 제1-1샤프트(115,155)를 더 포함하고,
최전방에 배치된 상기 제1단위 몸체(110)의 상기 제1프레임(111)과, 최전방의 후방에 배치된 상기 제1단위 몸체(150)의 상기 제1프레임(151)은 힌지 가능하게 연결되어 있어,
최전방에 배치된 상기 제1단위 몸체(110,150)가 상부로 들어올려지는 헤드-업(head-up)이 가능한 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 헤드 모듈(100)에는,
영상입력장치와, 상기 영상입력장치에 의해 입력된 영상 데이터를 외부로 전송하는 영상송신장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 테일 모듈(300)에는,
상기 제3샤프트(312)에 구동력을 발생시키는 구동력 발생수단(370)과,
상기 구동력 발생수단(370)의 구동을 원격으로 제어할 수 있도록 하는 원격제어장치(remote control device)와,
상기 구동력 발생수단(370)에 전기에너지를 제공하는 배터리(390)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제6항에 있어서,
상기 제1샤프트(112,152)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제1이동수단(113,153)에 회전력이 전달되고,
상기 제2샤프트(212,252)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제2이동수단(213,253)에 회전력이 전달되고,
상기 제3샤프트(312)는 좌,우의 두 개로 구성되어 각각 양측의 상기 제3이동수단(313)에 회전력이 전달됨에 따라,
상기 구동력 발생수단(370)은 두 개로 구성되어 각각 좌,우의 상기 제3샤프트(312)에 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제6항에 있어서,
상기 테일 모듈(300)에는,
제3-1프레임(351)과, 상기 제3-1프레임(351)의 양측에 회전가능하게 마련되어 피동으로 굴러가는 제3-1이동수단(353)을 포함하는 적어도 하나의 제3-1단위 몸체(350)을 더 포함하여,
상기 제3-1단위 몸체(350)는 상기 제3단위 몸체(310)의 후방에 배치되고,
상기 제3-1단위 몸체(350)와 상기 제3단위 몸체(310)의 사이에 상기 구동력 발생수단(370)이 배치되는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제8항에 있어서,
상기 제3-1이동수단(353)은,
제1보스(353a)와,
상기 제1보스(353a)를 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 휠부(353b)와,
상기 휠부(353b)로부터 어느 일방향의 원주 방향으로 각각 뻗어나가되, 서로 이격한 레그부(353c)로 구성된 휠-레그(wheel-leg)인 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
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제1항에 있어서,
상기 주 스포크(113b)는 상기 제2보스(113a)로부터 거리가 멀어질수록 간격이 벌어지도록 경사지게 마련되어 있고,
상기 부 스포크(113c)는 상기 제2보스(113a)에 수직한 방향으로 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제1이동수단(113,153)과 상기 제2이동수단(213,253)과 상기 제3이동수단(313)에 있어서,
어느 하나의 이동수단과 인접한 다른 이동수단은,
상기 단위 몸체(110,150,210,250,310)로부터 상기 주 스포크(113b)가 장착되는 지점과의 거리가 각각 다르도록 구성된 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.
제 12항에 있어서,
홀수번째 배치되는 상기 이동수단(113,213,313)의 주 스포크(113b)가 장착되는 보스(113a,213a,313a)의 길이가 서로 같도록 구성되어 있고,
짝수번째 배치되는 상기 이동수단(153,253)의 주 스포크(113b)가 장착되는 보스(153a,253a)의 길이 서로 같도록 구성되되, 상기 짝수번째 배치되는 상기 이동수단(153,253)의 보스(153a,253a)의 길이가 홀수번째 배치되는 상기 이동수단(113,213,313)의 보스(113a,213a,313a)의 길이보다 길도록 형성되어,
상기 단위 몸체(110,150,210,250,310)로부터 상기 주 스포크(113b)가 장착되는 지점이 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 지네를 생체 모방한 로봇.