KR101372740B1

KR101372740B1 - 사족 주행로봇

Info

Publication number: KR101372740B1
Application number: KR1020130011049A
Authority: KR
Inventors: 공경철; 나병훈
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-03-11

Abstract

본 발명은 단일 구동장치로 각각의 족유닛을 구동하여, 구조를 단순화시키고, 경량화를 실현함과 동시에 비용을 줄일 수 있는 사족 주행로봇에 관한 것이다.

Description

사족 주행로봇{RUNNING ROBOT HAVING FOUR LEGS}

본 발명은 사족 주행로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 단일 구동장치로 각각의 족유닛을 구동하여, 구조를 단순화시키고, 경량화를 실현함과 동시에 비용을 줄일 수 있는 사족 주행로봇에 관한 것이다.

로봇은 위험한 환경에서 인간의 활동을 대신하거나, 인간의 신체적인 능력보다 높은 동적 능력이 필요한 곳에서 많이 사용되고 있다.

최근 다양한 목적의 다족(multi leg) 주행로봇이 소개되고 있다. 다족 주행로봇의 경우, 회전 바퀴를 갖는 자동차 형태의 로봇과 달리 산악지역 등과 같은 험로 등에서 빠른 주행이 가능하며, 최근에는 군사적인 목적으로 하중 운반용 주행로봇도 소개되고 있다.

이미 소개된 주행로봇들은 주변상황을 감지하고, 각각의 족유닛을 독립적으로 구동하기 위하여 각각의 족유닛 등에 센서 또는 모터를 개별적으로 구비하여, 비용이 커지고 구성이 복잡해지며 경량화에 한계가 있었다.

그러나, 군사용 또는 재난 감시 등의 상황에서 사용되기 위한 로봇의 경우에는 로봇의 회수 또는 복귀가 불필요하거나 어려운 경우가 있을 수 있다.

따라서, 이러한 경우에는 개별 로봇의 구조를 단순화하여, 경량화하고, 비용을 최소화할 수 있는 주행로봇이 요구된다.

본 발명은 단일 구동장치로 각각의 족유닛을 구동하여, 구조를 단순화시키고, 경량화를 실현함과 동시에 비용을 줄일 수 있는 사족 주행로봇을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구동력을 제공하는 하나의 회전모터, 상기 회전모터의 구동력을 4개로 분배하는 분배축을 구비하는 동력 분배유닛, 상기 회전모터와 상기 동력 분배유닛을 연결하는 감속유닛;

상기 동력 분배유닛에 의하여 분배된 동력에 의하여 구동되도록 몸체에 각각 장착되며, 회전 가능한 관절로 연결되는 2개의 족부재를 포함하는 4개의 족유닛 및, 4개의 족유닛의 각각의 족부재와 구동링크로 연결되며, 상기 동력 분배유닛에 의하여 분배된 동력에 의하여 각각의 족유닛을 구동하는 4개의 구동유닛을 포함하는 사족 주행로봇을 제공한다.

또한, 상기 회전모터는 회전축이 상하 방향으로 배치되도록 설치될 수 있다.

그리고, 상기 감속유닛은 상기 회전모터에 설치되는 웜기어와 상기 동력 분배유닛의 분배축에 장착된 감속기어를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 동력 분배유닛은 상기 분배축에 구비된 4개의 분배풀리, 상기 족유닛 측에 구비되어 각각의 분배풀리의 구동력이 전달되는 4개의 구동풀리 및 상기 분배풀리의 구동력을 상기 구동풀리로 전달하는 4개의 구동벨트를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 동력 분배유닛은 상기 분배축에 구비된 4개의 분배기어, 상기 족유닛 측에 구비되어 각각의 분배기어의 구동력이 전달되는 4개의 구동기어 및 상기 분배기어의 구동력을 상기 구동기어로 전달하는 4개의 구동체인을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 족유닛을 구성하는 2개의 족부재 중 지면에 접지되는 족부재는 곡면 형상을 갖는 긴 판재 형태가질 수 있다.

그리고, 곡면 형태를 갖는 상기 족부재는 주행방향과 반대방향으로 볼록하도록 곡면 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 구동유닛은 상기 동력 분배유닛을 구성하는 구동풀리 또는 구동기어에 의하여 회전 구동되는 구동플레이트 및 상기 구동플레이트에 일단이 회전 가능하게 함께 중첩되어 체결되고, 타단은 각각 2개의 족부재에 회전 가능하게 체결되는 구동링크를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 사족 주행로봇의 몸체는 4개의 족유닛 중 2개의 족유닛이 구비되는 상체부 및 나머지 2개의 족유닛이 구비되는 하체부를 포함하여 구성되며, 상기 상체부 및 상기 하체부는 상기 회전모터에서 제공된 구동력에 의하여 회전 가능하게 체결될 수 있다.

또한, 상기 상체부 또는 상기 하체부의 구동풀리 또는 구동기어의 구동축에 분배플레이트가 장착되고, 상기 분배플레이트의 외곽 영역에 그 일단이 회전 가능하게 연결되고, 그 타단은 상기 하체부 또는 상기 상체부에 회전가능하게 연결되는 연결샤프트를 더 구비하며, 상기 분배플레이트의 회전시 상기 하체부 또는 상기 상체부를 추진 또는 견인하여 상기 상체부 및 상기 하체부는 체결각도의 변경이 가능할 수 있다.

그리고, 상기 연결샤프트의 타단은 상기 하체부 또는 상기 상체부에 고정된 고정브라켓에 회전가능하게 연결될 수 있다.

여기서, 상기 상체부 또는 상기 하체부 중 어느 하나에 상기 회전모터에 전력 공급을 위한 배터리가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 상체부 또는 상기 하체부 중 어느 하나에 컨트롤러 기판이 구비되며, 상기 컨트롤러 기판은 메모리 또는 통신 모듈이 구비될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 회전모터의 구동력을 4개의 분배풀리로 분배하는 분배축, 상기 분배축에 구비된 분배풀리와 각각 구동벨트에 의하여 연결된 4개의 구동풀리, 상기 구동풀리에 의해 구동되는 구동 플레이트, 상기 구동 플레이트에 회전 가능하게 일단이 함께 체결된 한 쌍의 구동링크 및, 한 쌍의 상기 구동링크의 타단이 각각 회전 가능하게 체결되며, 각 쌍은 회전 가능한 관절로 연결된 4쌍의 족부재를 포함하는 사족 주행로봇을 제공한다.

그리고, 상기 회전모터의 회전축에 웜기어가 구비되고 상기 분배축에 상기 웜기어에 의하여 구동되는 감속기어가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 사족 주행로봇에 의하면, 4족을 구동하기 위한 구동유닛이 회전모터 하나만 채용되므로, 구동장치의 구조가 단순화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 사족 주행로봇에 의하면, 하나의 회전모터의 채용에 의하여 비용을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 사족 주행로봇에 의하면, 구성이 단순해지므로, 로봇의 경량화를 구현할 수 있으므로, 동일 구동장치가 적용되는 경우라도 고속 주행을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 사족 주행로봇에 의하면, 구동장치로서 회전모터 하나만 사용하므로, 별도의 센서 또는 컨트롤러 없이도 배터리 및 회전모터의 전원 스위치만 구비해도 의도된 주행동작을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 사족 주행로봇에 의하면, 회전모터의 RPM 또는 감속유닛의 감속비 등에 따라 주행속도를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 감속유닛 및 동력 분배유닛의 다른 방향 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 구동유닛 및 족유닛의 측면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 상체부에 구비된 족유닛과 구동유닛의 1 보행주기(gait cycle) 동안의 움직임의 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 주행동작의 측면도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 사족 주행로봇(1000)의 사시도를 도시한다. 본 발명에 따른 주행로봇은 4개의 족유닛(200)을 구비하여, 일반 4족 동물과 같은 주행을 구현할 수 있다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 사족 주행로봇(1000)은 상체부(A)와 하체부(B)로 구획되어 주행 동작이 수행되는 과정에서 상기 상체부(A)와 상기 하체부(B)가 어느 정도 회전 동작이 가능하도록 구성될 수 있다. 이는 4족 동물의 자연스러운 주행동작의 모방이 가능하게 함과 동시에 1 싸이클 주행동작에 의하여 이동가능한 이동거리를 증가시킬 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다. 그리고, 사족 주행로봇(1000)의 몸체가 상체부(A) 및 하체부(B)로 구획되지 않고 하나의 몸체로 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 상체부(A) 및 상기 하체부(B) 내측에 구비되는 수용공간에는 후술하는 회전모터(100)에 전력을 제공하기 위한 배터리(E) 및 상기 컨트롤러 기판(P) 등이 구비될 수 있다.

상기 컨트롤러 기판(P)은 상기 회전모터(100) 또는 상기 배터리(E)의 센싱 또는 제어를 위한 회로부를 구비할 수 있다. 상기 컨트롤러 기판(P) 또는 상기 회로부는 센싱 또는 감지 정보의 저장을 위한 메모리 및 촬상 정보의 무선 전송을 위한 통신회로를 구비할 수 있다.

통신 기능을 제공하기 위하여, 회로부가 통신회로를 구비함과 동시에 상기 컨트롤러 기판(P)에는 데이터 송수신을 위한 통신 모듈(예를 들면, 안테나 모듈) 등을 포함할 수 있으며, 상기 통신 모듈을 통해 송신되는 정보는 상기 배터리(E)의 충전량 정보, 후술하는 카메라 유닛(C)의 촬상 정보 또는 기타 장착된 센서(예를 들면, 위치 또는 날씨)의 감지정보 등일 수 있으며, 상기 통신 모듈을 통해 수신되는 정보는 새로운 제어입력 신호와 관련된 정보 등일 수 있다.

상기 상체부(A) 전방에 주행방향 촬영을 위한 카메라 유닛(C)을 구비할 수 있다. 상기 카메라 유닛(C)은 군사용 또는 재난 정보 획득 등을 위한 촬영작업을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 카메라 유닛(C)에서 촬상된 정보는 상기 컨트롤러 기판(P)에 구비된 제어부 등의 메모리에 저장되거나, 제어부에 구비된 통신모듈을 통하여 무선으로 정보 수신자에게 전송될 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 구동력을 제공하는 하나의 회전모터(100), 상기 회전모터(100)의 구동력을 4개로 분배하는 분배축(510)을 구비하는 동력 분배유닛(500), 상기 회전모터(100)와 상기 동력 분배유닛(500)을 연결하는 감속유닛, 상기 동력 분배유닛(500)에 의하여 분배된 동력에 의하여 구동되도록 몸체에 각각 장착되며, 회전 가능한 관절로 연결되는 2개의 족부재를 포함하는 4개의 족유닛(200) 및, 4개의 족유닛(200)의 각각의 족부재와 구동링크로 연결되며, 상기 동력 분배유닛(500)에 의하여 분배된 동력에 의하여 각각의 족유닛(200)을 구동하는 4개의 구동유닛(300)을 포함하는 사족 주행로봇을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 사족 주행로봇에 구비되는 4개의 족유닛(200)은 상체부(A)에 2개가 구비되고, 하체부(B)에 2개가 구비될 수 있다.

물론, 도 1에 도시된 실시예와 달리, 상기 상체부(A) 또는 상기 하체부(B)에 구비되는 족유닛(200)의 개수는 더 많아질 수도 있다.

본 발명에 따른 사족 주행로봇은 구조를 단순화하여, 경량화하고 각각의 로봇의 가격을 최소화하기 위하여 사족 주행로봇의 구동력을 제공하는 구동수단으로서 한 개의 회전모터(100)를 구비한다.

즉, 본 발명에 따른 사족 주행로봇은 하나의 회전모터(100)를 통해 4개의 족유닛(200)을 동시에 구동시킨다는 기술적인 특징을 갖는다.

즉, 일반적인 회전모터(100) 하나를 구동장치로 4개의 족유닛(200)을 함께 구동시켜, 구동장치를 단순화하여, 비용을 절감함과 동시에 경량화할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 분해 사시도를 도시하며, 도 3은 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 감속유닛 및 동력 분배유닛(500)의 다른 방향 사시도를 도시한다.

상기 회전모터(100)는 상기 상체부(A) 또는 상기 하체부(B)를 구성하는 프레임 중 어느 하나에 장착될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 상기 회전모터(100)는 상기 상체부(A)의 상부 프레임(a1)과 상기 하체부(B)의 상부 프레임(b1)의 연결부위에 장착됨이 도시된다. 구체적으로, 상기 연결부위를 구성하는 상기 상체부(A)의 상부 프레임(a1) 측에 장착된다.

상기 연결부위는 후술하는 동력 분배유닛(500)의 분배축(510)에 의하여 축결합되는 구조를 가지나, 일정 수준의 회전을 허용하는 형태로 구성될 수 있다.

상기 회전모터(100)의 회전축(101)은 상기 상체부(A)의 상부 프레임(a1)과 상기 하체부(B)의 상부 프레임(b1)의 연결부위를 관통하여 상하방향으로 설치될 수 있다.

상기 회전모터(100)의 회전축(101)은 상기 상체부(A)의 상부 프레임(a1) 및 상기 하체부(B)의 상부 프레임(b1)의 연결부위를 관통하여 하방으로 연장되며, 그 하단은 감속유닛을 구성하는 웜기어(410)에 연결될 수 있다.

상기 웜기어(410)는 동력 분배유닛(500)을 구성하는 분배축(510) 상에 구비되는 종동 감속기어(430)에 연결되어 상기 웜기어(410)의 회전에 대응하여 감속된 속도로 상기 분배축(510)을 구동하게 된다.

상기 분배축(510) 상에는 4개의 분배풀리(530)(또는 분배기어)가 구비될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 분배축(510) 양단부에 2개씩 총 4개의 분배풀리(530)가 구비될 수 있다. 따라서, 상기 감속기어(430)가 상기 웜기어(410)에 의하여 구동되면, 상기 분배축(510)에 구비되면 상기 분배풀리(530)가 구동되고, 상기 분배풀리(530)의 구동력은 각각의 족유닛(200)을 구동하기 위한 구동유닛(300)을 구동하는 구동풀리(550)(또는 구동기어)로 전달될 수 있다.

상기 감속기어(430)의 회전 구동에 의하여 상기 분배축(510)이 제1 방향(주행로봇이 전진하는 방향)으로 회전하면, 상기 분배풀리(530) 및 상기 구동풀리(550) 모두 동일한 방향으로 회전될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 분배풀리(530)와 상기 구동풀리(550)를 연결하는 동력 전달수단은 구동벨트로 도시되었으나, 상기 분배풀리(530)와 상기 구동풀리(550)가 각각 분배기어와 구동기어로 대체되는 경우 구동체인일 수 있다.

후술하는 각각의 족유닛(200)을 구동하기 위한 구동유닛(300)을 구동하는 구동풀리(550)는 상기 상체부(A)의 하부 프레임(a2) 및 상기 하체부(B)의 하부 프레임(b2)에 회전 가능하게 장착된다.

상기 구동풀리(550)는 상기 하부 프레임과 상부 프레임을 연결하는 연결 프레임(b3)을 관통하여 구동디스크(570)와 체결된다. 상기 구동디스크(570)는 각각의 족유닛(200)을 구동하는 구동유닛(300)을 구성하는 구동 플레이트(310)에 체결되어 구동 플레이트(310)를 회전 구동시킬 수 있다.

상기 구동풀리(550)가 상기 구동 플레이트(310)에 직접 축결합되는 방법도 가능하지만, 일정한 면적을 가지며 구동링크에 충분한 토크를 제공해야 하는 구동 플레이트(310)를 구동하기 위하여 상기 구동풀리(550)에 의하여 구동되며 상기 연결 프레임(b3)을 관통하는 구동축(552)은 구동디스크(570)를 매개로 상기 구동 플레이트(310)에 체결될 수 있다.

본 발명에 따른 사족 주행로봇은 4개의 족유닛(200)을 구비하고, 각각의 족유닛(200)은 각각의 구동유닛(300)에 의하여 구동될 수 있다.

각각의 족유닛(200)은 사족 주행로봇의 몸체를 구획하는 상체부(A) 및 하체부(B)에 각각 상단이 연결되는 제1 족부재(210) 및 상기 제1 족부재(210)의 하단에 회전 가능하게 체결되는 제2 족부재(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 족부재(210)의 상단에는 상기 상체부(A) 또는 하체부(B)의 상부 프레임(b1)에 자유 회전이 가능하게 장착된 회전롤러(211r)가 삽입 체결되는 개구홀(211)이 구비될 수 있다.

상기 회전롤러(211r)는 주행로봇의 주행과정에서 구동력이 인가되는 구성이 아니라 마찰을 최소화하며 상기 제1 족부재(210)의 상단의 회전동작을 지지하는 구성일 수 있다.

따라서, 상기 회전롤러(211r)는 상기 상체부(A) 또는 하체부(B)의 상부 프레임(b1)의 고정축을 지지하며 상기 제1 족부재(210)의 상단에 구비된 개구홀에 삽입 장착되는 베어링일 수 있다. 그리고, 상기 제1 족부재(210)의 하단은 상기 제2 족부재(230)의 상단 측에 연결될 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 몸체를 구성하는 상체부(A) 및 하체부(B)가 주행 과정에서 각각의 족유닛(200)의 보행주기에 따른 보폭을 극대화하고 노면 상태에 따른 유연한 동작이 가능하도록 하기 위하여, 주행동작에 따라 그 체결각도가 변경이 가능하도록 구성될 수 있다.

사족 주행로봇의 몸체를 구성하는 상체부(A) 및 하체부(B)의 체결각도가 주행 과정에서 일정한 형태로 반복적으로 스트레칭과 같은 동작이 수행되도록 하기 위해서 본 발명은 각각의 족유닛(200)을 구동하기 위하여 분배된 구동력을 사용할 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하체부(B)의 하부 플레이트에 구비된 구동풀리(550)와는 달리, 상기 상체부(A)의 하부 플레이트(a2)에 구비된 구동풀리(550)로 전달된 회전 구동력의 일부를 사용하기 위하여, 상기 상체부(A)의 하부 플레이트(a2)에 구비된 구동풀리(550)는 내측으로 그 구동축(552')이 각각 연장되고 연장된 구동축(552')에 구동축(552')과 함께 회전되는 한 쌍의 분배플레이트(580)가 체결되고, 상기 분배플레이트(580)의 외곽의 특정 지점에 연결샤프트(590)의 일단이 회전 가능하게 체결된다.

상기 연결샤프트(590)의 타단은 상기 하체부(B) 측으로 연장되어 상기 하체부(B)의 상부 프레임(b1) 측에 고정된 고정브라켓(b4)에 회전 가능하게 체결된다.

따라서, 상기 회전모터(100)에서 제공된 회전 구동력은 상기 분배축(510), 상기 분배풀리(530), 상기 구동풀리(550)의 구동축, 상기 분배플레이트(580), 상기 연결샤프트(590)로 순차적으로 전달될 수 있다.

이 경우, 상기 분배플레이트(580)의 회전시 상기 분배플레이트(580)에 체결된 상기 연결샤프트(590)는 상기 하체부(B) 방향으로 미리 결정된 거리만큼 왕복 변위되어 상기 고정브라켓(b4)을 밀거나 견인하게 된다.

이 경우, 상기 상체부(A)와 상기 하체부(B)는 그 체결 각도가 가변될 수 있으므로, 상기 연결샤프트(590)의 왕복에 대응하여 체결 각도가 변화되어 상기 상체부(A)와 상기 하체부(B)는 각각의 족유닛(200)의 구동에 따른 주행동작시 상체부(A)와 하체부(B)의 회전동작이 함께 수반될 수 있다. 구체적인 작동 상태는 도 6을 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 구동유닛(300) 및 족유닛(200)의 측면도를 도시한다. 구체적으로, 도 4(a)는 상기 상체부(A)에 장착되는 족유닛(200)의 제2 족부재(230)의 하단이 지면에 접촉된 상태를 도시하며, 도 4(b)는 상기 상체부(A)에 장착되는 족유닛(200)의 제2 족부재(230)의 하단이 지면과 이격되도록 구동된 상태를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 족부재(230)는 경량화 또는 주행시 충격완화 등의 목적을 위하여 곡면 형상을 갖는 긴 판재 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 족부재(230)는 주행방향과 반대방향으로 볼록하도록 곡면 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 족부재(210)의 하단과 제2 족부재(230)의 상단을 상호 회전이 가능하도록 체결하는 것이 어려울 수 있으므로, 브라켓 부재(220)를 매개로 체결될 수 있다.

그리고, 각각의 족유닛(200)을 구동하기 위하여 구동유닛(300)이 구비될 수 있다. 상기 구동유닛(300)은 상기 동력 분배유닛(500)의 구동디스크(570)에 체결되어 함께 회전 구동되는 구동 플레이트(310) 및 상기 구동 플레이트(310)에 각각 일단이 연결되는 제1 구동링크(320) 및 제2 구동링크(350)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동 플레이트(310)는 상기 동력 분배유닛(500)의 구동디스크(570)와 동일한 가상의 회전축을 중심으로 회전하게 되며, 상기 구동 플레이트(310)의 외곽의 특정 지점에 상기 제1 구동링크(320) 및 제2 구동링크(350)의 일단이 회전 가능하도록 동일한 위치에 중첩되어 체결될 수 있다.

또한, 상기 제1 구동링크(320) 및 제2 구동링크(350)의 타단은 각각 족유닛(200)의 제1 족부재(210) 및 제2 족부재(230)에 회전 가능하게 체결될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 상기 구동디스크(570)에 체결된 구동 플레이트(310)가 회전 구동되는 경우 상기 구동 플레이트(310)의 외곽의 특정 지점에 회전 가능하게 체결된 제1 구동링크(320) 및 제2 구동링크(350)의 일단은 원형 궤적을 그리며 회전되며, 상기 구동링크 및 제2 구동링크(350)의 타단은 상호 회전이 가능하게 연결된 각각의 제1 족부재(210) 및 제2 족부재(230)를 구동하여 주행동작이 가능하게 된다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구동링크(320)의 타단은 제1 족부재(210)의 대략 중심부에 연결될 수 있으며, 상기 제2 구동링크(350)의 타단은 제2 족부재(230)의 대략 상부에 연결될 수 있다. 다만, 상기 제1 족부재(210) 및 상기 제2 족부재(230)는 브라켓 부재(220)를 매개로 연결되므로 상기 제2 구동링크(350)의 타단은 제2 족부재(230)의 대략 상부에 대응되는 브라켓 부재(220)에 연결될 수 있다.

이와 같은 각각의 구동링크와 각각의 족부재의 연결부위는 상기 구동유닛(300)을 구성하는 구동 플레이트(310)의 회전축의 위치, 제1 구동링크(320) 및 제2 구동링크(350)의 일단이 구동 플레이트(310)에 연결되는 연결부위의 회전 반경 및 그에 따른 4족 보행 주기가 형성되도록 입각기 및 유각기를 형성하기 위한 조건 등을 고려하여 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 사족 주행로봇의 상체부(A)에 구비된 족유닛(200)과 구동유닛(300)의 1 보행주기(gait cycle) 동안의 움직임의 상태도이다.

상기 족유닛(200)의 제2 족부재(230)의 하단이 지면과 분리되는 상태를 1 보행주기(gait cycle)의 0%로 하는 경우, 도 5(a) 내지 도 5(f)는 각각 0%, 20%, 40%, 60%, 60%, 80%, 0%의 보행주기(gait cycle) 상태도를 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 구체적으로, 상기 구동유닛(300)을 구성하는 구동 플레이트(310)의 1회전에 의하여 해당 족유닛(200)의 1 보행주기(gait cycle)가 완성됨을 확인할 수 있다.

즉, 족유닛(200)을 구성하는 족부재가 보행주기(gait cycle)를 형성하며 구동될 수 있도록 하나의 회전모터(100)에서 제공되는 회전 구동력을 4곳으로 분배하고, 분배된 구동력에 의하여 회전되는 구동 플레이트(310)에 2개의 구동링크의 일단을 동일 지점에서 체결하여 구동시키고 2개의 구동링크의 각각의 타단을 하나의 족유닛(200)을 구성하는 2개의 족부재에 회전 가능하게 연결하는 방법을 사용하여, 하나의 회전모터(100)를 통해 4개의 족유닛(200)을 구비하는 주행로봇을 구동할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 사족 주행로봇(1000)의 주행동작의 측면도를 도시한다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 사족 주행로봇(1000)은 하나의 회전모터에서 제공된 구동력이 동력 분배유닛(500)에 의하여 각각의 족유닛(200)으로 분배되고, 그 중 일부 구동력을 다시 상체부(A)에서 재분배하여 연결 샤프트를 매개로 하체부(B) 측에 고정된 고정브라켓(b4)을 구동시키는 방법으로 사족 주행로봇(1000)의 주행 과정에서 상체부(A)와 하체부(B)의 체결각도를 변화시킬 수 있다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 연결샤프트(590)가 상기 상체부(A) 측으로 견인되면 상기 연결샤프트(590)에 회전 가능하게 체결된 상기 고정브라켓(b4)이 함께 견인되어 상기 상체부(A)에 대해 상기 하체부(B)가 지면 방향으로 변위되도록 소정 각도 회전되며, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상기 연결샤프트(590)가 상기 하체부(B) 측으로 추진되면 상기 연결샤프트(590)에 회전 가능하게 체결된 상기 고정브라켓(b4)이 함께 추진되어 상기 상체부(A)에 대해 상기 하체부(B)는 지면과 멀어지는 방향으로 변위되도록 소정 각도 회전될 수 있다.

도 3 또는 도 6에 도시된 실시예는 상기 분배플레이트(580)는 상체부(A)에 구비되고 상기 고정브라켓(b4)은 하체부(B)에 구비되는 것으로 도시되었으나, 필요에 따라 상기 분배플레이트(580)가 하체부(B)에 구비되고 상기 고정브라켓(b4)이 상체부(A)에 구비될 수도 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100: 회전모터
101: 회전축
200: 족유닛
210: 제1 족부재
220: 브라켓 부재
230: 제2 족부재
300: 구동유닛
310: 구동 플레이트
320: 제1 구동링크
350: 제2 구동링크
410: 웜기어
430: 감속기어
510: 분배축
530: 분배풀리
550: 구동풀리
570: 구동디스크
580: 분배플레이트
590: 연결샤프트
1000: 사족 주행로봇

Claims

구동력을 제공하는 하나의 회전모터;
상기 회전모터의 구동력을 4개로 분배하는 분배축을 구비하는 동력 분배유닛;
상기 회전모터와 상기 동력 분배유닛을 연결하는 감속유닛;
상기 동력 분배유닛에 의하여 분배된 동력에 의하여 구동되도록 몸체에 각각 장착되며, 회전 가능한 관절로 연결되는 2개의 족부재를 포함하는 4개의 족유닛; 및,
4개의 족유닛의 각각의 족부재와 구동링크로 연결되며, 상기 동력 분배유닛에 의하여 분배된 동력에 의하여 각각의 족유닛을 구동하는 4개의 구동유닛;을 포함하며,
상기 동력 분배유닛은 상기 분배축에 구비된 4개의 분배풀리 또는 분배기어, 상기 족유닛 측에 구비되어 각각의 상기 분배풀리 또는 분배기어의에 의하여 분배된 구동력이 전달되는 4개의 구동풀리 또는 구동기어를 포함하고,
각각의 상기 구동유닛은 상기 구동풀리 또는 상기 구동기어와 체결되어 함께 구동되는 구동플레이트 및 일단은 상기 구동플레이트에 회전 가능하게 중첩되어 함께 체결되며, 타단은 각각 2개의 상기 족부재에 회전 가능하게 체결되는 2개의 구동링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
상기 회전모터는 회전축이 상하 방향으로 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
상기 감속유닛은 상기 회전모터에 설치되는 웜기어와 상기 동력 분배유닛의 분배축에 장착된 감속기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
상기 동력 분배유닛은 상기 분배풀리의 구동력을 상기 구동풀리로 전달하는 4개의 구동벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
상기 동력 분배유닛은 상기 분배기어의 구동력을 상기 구동기어로 전달하는 4개의 구동체인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
상기 족유닛을 구성하는 2개의 족부재 중 지면에 접지되는 족부재는 곡면 형상을 갖는 긴 판재 형태를 갖는 사족 주행로봇.
제1항에 있어서,
곡면 형태를 갖는 상기 족부재는 주행방향과 반대방향으로 볼록하도록 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
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제1항에 있어서,
상기 사족 주행로봇의 몸체는 4개의 족유닛 중 2개의 족유닛이 구비되는 상체부 및 나머지 2개의 족유닛이 구비되는 하체부를 포함하여 구성되며, 상기 상체부 및 상기 하체부는 상기 회전모터에서 제공된 구동력에 의하여 회전 가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제9항에 있어서,
상기 상체부 또는 상기 하체부의 구동풀리 또는 구동기어의 구동축에 분배플레이트가 장착되고, 상기 분배플레이트의 외곽 영역에 그 일단이 회전 가능하게 연결되고, 그 타단은 상기 하체부 또는 상기 상체부에 회전가능하게 연결되는 연결샤프트를 더 구비하며, 상기 분배플레이트의 회전시 상기 하체부 또는 상기 상체부를 추진 또는 견인하여 상기 상체부 및 상기 하체부는 체결각도의 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제10항에 있어서,
상기 연결샤프트의 타단은 상기 하체부 또는 상기 상체부에 고정된 고정브라켓에 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제9항에 있어서,
상기 상체부 또는 상기 하체부 중 어느 하나에 상기 회전모터에 전력 공급을 위한 배터리가 구비되는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제9항에 있어서,
상기 상체부 또는 상기 하체부 중 어느 하나에 컨트롤러 기판이 구비되며, 상기 컨트롤러 기판은 메모리 또는 통신 모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
제9항에 있어서,
상기 상체부 전방에 주행방향 촬상 또는 촬영을 위한 카메라 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 사족 주행로봇.
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