KR101516077B1 - 휴머노이드 로봇 외피 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴머노이드 로봇 외피 제작방법에 관한 것으로서, 최종 휴머노이드 로봇의 외부형상과 동일한 최종마스터카피와, 외부형상과 동일하거나 차이가 있는 초기마스터카피를 형성하는 단계와; 상기 최종마스터카피에 대응되는 중공형틀을 갖는 주몰드를 형성하는 단계와; 상기 초기마스터카피에 대응되는 중공형틀을 가지며 탄성력을 갖는 탄성몰드를 형성하는 단계와; 상기 탄성몰드의 외부로 일정 강도를 갖는 하드몰드를 형성하는 단계와; 상기 하드몰드, 상기 탄성몰드 및 상기 초기마스터카피를 서로 분리시키는 단계와; 상기 탄성몰드의 머리영역에 일정크기의 삽입홀을 관통형성하는 단계와; 상기 삽입홀을 통해 상기 탄성몰드의 내벽면에 액상외피재료를 균일하게 형성시키는 단계와; 상기 액상외피재료가 경화되어 외피가 형성된 후, 상기 탄성몰드의 외부를 상기 하드몰드로 고정한 후, 상기 삽입홀을 통해 프레임과 상기 휴머노이드 로봇의 지방층을 형성하는 액상재료를 주입하는 단계와; 상기 액상재료의 경화가 완료된 후 상기 하드몰드와 상기 탄성몰드를 분리하여 상기 휴머노이드 로봇 제작을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴머노이드 로봇 외피 제작방법{HUMANOID ROBOT SKIN PRODUCTING METHOD}

본 발명은 휴머노이드 로봇 외피 제작방법에 관한 것으로서, 보다 자세히는 파팅라인이 외부로 드러나지 않고 수축시 불필요한 주름의 생성을 방지하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법에 관한 것이다.

급속한 산업 발달에 따라 다양한 로봇이 등장하고 있다. 이러한 로봇은 인간과 비슷한 외형, 피부, 움직임을 갖는 휴머노이드 로봇의 형태로 진화하고 있다.

휴머노이드 로봇의 제작과 관련하여 공개특허 제10-2009-0069537호 "안드로이드 로봇의 내피 제작방법", 등록특허 제10-1010528호 "로봇의 외피"에 개시된 바 있다.

휴머노이드 로봇은 인간과의 친근함을 향상시키기 위해 인간과 유사한 얼굴형태와 피부를 갖는것이 중요한 팩트가 된다.

도 1은 종래 휴머노이드 로봇의 외피를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 휴머노이드 로봇의 최종 외부형상과 동일한 마스터카피(11)를 이용해 형틀(13)을 뜨게 된다. 이 형틀(13) 속에 마스터카피(11)를 제거한 후 뼈대와 근육, 그리고 일정량의 지방을 포함한 복합체(15)를 삽입한 후 형틀을 닫는다.

그리고 이 속에 피부나 살을 재현할 재료(17)를 주입한 후 경화시키고, 일정한 시간이 경과하면 형틀(13)을 열고 경화가 완료된 모델(18)을 형틀로부터 분리시킨다. 최종적으로 해당모델(18)은 그것의 앞면이나 옆면에 형틀의 접합선에 의하여 생성된 파팅라인(18a)을 포함하게 된다.

이 파팅라인은 미관상 지향되는 것이 아니므로 제거의 필요성이 대두되고 있다. 경질 재료라면 연마를 통해 이 파팅라인을 제거하는 것이 가능하나 탄성중합체인 외피에 발생한 파팅라인은 제거가 용이하지 않은 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 파팅라인이 외부로 드러나지 않고 수축시 불필요한 주름의 생성을 방지하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조과정이 간단하여 제조에 소요되는 비용과 기술력을 낮추어 널리 이용될 수 있는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 휴머노이드 로봇 외피 제작방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 휴머노이드 로봇 외피 제작방법은, 최종 휴머노이드 로봇의 외부형상과 동일한 최종마스터카피와, 외부형상과 동일하거나 차이가 있는 초기마스터카피를 형성하는 단계와; 상기 최종마스터카피에 대응되는 중공형틀을 갖는 주몰드를 형성하는 단계와; 상기 초기마스터카피에 대응되는 중공형틀을 가지며 탄성력을 갖는 탄성몰드를 형성하는 단계와; 상기 탄성몰드의 외부로 일정 강도를 갖는 하드몰드를 형성하는 단계와; 상기 하드몰드, 상기 탄성몰드 및 상기 초기마스터카피를 서로 분리시키는 단계와; 상기 탄성몰드의 머리영역에 일정크기의 삽입홀을 관통형성하는 단계와; 상기 삽입홀을 통해 상기 탄성몰드의 내벽면에 액상외피재료를 균일하게 형성시키는 단계와; 상기 액상외피재료가 경화되어 외피가 형성된 후, 상기 탄성몰드의 외부를 상기 하드몰드로 고정한 후, 상기 삽입홀을 통해 프레임과 상기 휴머노이드 로봇의 지방층을 형성하는 액상재료를 주입하는 단계와; 상기 액상재료의 경화가 완료된 후 상기 하드몰드와 상기 탄성몰드를 분리하여 상기 휴머노이드 로봇 제작을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 탄성몰드의 내벽면에 상기 액상외피재료를 균일하게 형성하는 단계는, 도포부재를 이용해 상기 내벽면에 특정두께로 상기 액상외피재료를 도포하거나, 점도가 약한 액상외피재료를 상기 탄성몰드 내부로 투입하고 원심주조법에 의해 상기 내벽면에 도포하거나, 상기 내벽면이 외부로 노출되도록 상기 탄성몰드를 뒤집은 후 상기 액상외피재료에 침지시키는 방법 중 어느하나일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 초기마스터카피와 상기 최종마스터카피 사이의 차이에 의해 상기 외피와 상기 프레임 또는 상기 지방층 사이에 여백공간이 형성될 경우, 진공압을 형성하여 상기 여백공간을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 프레임은 조립된 모듈형태로 상기 삽입홀을 통해 삽입되거나, 작은 조립부품형태로 상기 삽입홀을 통해 삽입된 후 상기 외피 내부에서 조립이 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 프레임 또는 상기 액상재료를 삽입하기 전에 상기 프레임 또는 상기 탄성몰드 내부의 적어도 일 영역에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하며, 상기 접착제는 열에 의해 접착력이 형성되거나, 시간의 경과에 의해 접착력이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 액상재료는 지방층 또는 근육성분이 주입되는 복수개의 패드로 구비되고, 상기 패드는 비어있는 상태로 상기 탄성몰드 내부에 배치되고, 공급관을 통해 상기 패드가 배치되는 신체의 부위에 따라 서로 다른 양의 지방층이 삽입될 수 있다.

삭제

삭제

삭제

본 발명에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작방법은 머리영역에 형성되는 삽입홀을 제외하고 외부로 파팅라인이 노출되지 않게 된다.

또한, 삽입홀이 머리영역이므로 가발로 은폐되므로 외피 제작과정의 흔적이 외부로 전혀 노출되지 않게 된다.

이에 따라 보다 인간에 가까운 외피를 제공할 수 있어 친근함을 제공할 수 있다.

또한, 제작과정에 따라 외피의 보강, 지방보충, 근육두께 등의 조절이 가능하므로 보다 디테일한 외피를 표현할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제작된 외피 단일 개체의 외형상이 최종적으로 목표로 하는 외형상의 모양 및 크기와 상이하기 때문에 외피 외의 다른 개체를 감쌀 경우 긴장된 상태(pre-tension)에 놓일 수 있으므로, 추후 수축된 상태에 놓여도 상쇄효과로 인하여 의도하지 주름의 생성을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도들이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도이고,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도이고,
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제조과정을 도시한 예시도들이다.

먼저 초기마스터카피(100a)와 최종마스터카피(100b)를 각각 제작한다. 초기마스터카피(100a)의 표면은 최종적으로 휴머노이드 로봇 외피(130)의 외면이 되는 이유로 피부의 미세한 디테일을 모두 반영해야 한다. 초기마스터카피(100a)는 실제 피부의 미세한 디테일을 모두 반영해야 하지만, 크기와 모양은 최종적으로 제작하고자 하는 휴머노이드 로봇의 외형상(外形象)과 동일하지 않아도 된다.

휴머노이드 로봇 외피 제작과정에서 초기마스터카피(100a)가 필요한 이유는 외피를 제작하기 위해서이다. 외피는 탄성력을 갖는 연질 재질이므로 추후에 크기와 모양은 가변가능하다. 초기마스터카피(100a)가 최종 휴머노이드 로봇의 외형상과 상이한 모양과 크기를 갖는 경우 추후 보정작업을 통해 보완이 가능하다.

여기서, 초기마스터카피(100a)의 형상을 최종 완성품의 형상과 상이하게 할 수 있는 이유는 인체의 움직임 때문이다. 예를 들어 근육이 수축할 때 그 위의 외피(130)도 근육과 같이 수축하지만 외피의 재료에 따라 이 수축과정에 전혀 의도되지 않거나 혹은 미적(美的)으로 전혀 지향되지 않는 주름이 생길 수 있다.

따라서 이 근육 부분의 외피(130)를 완성품의 외형상의 동일한 부분에 비해 더 작게, 짧게, 그리고 두껍게 만들어주고, 이후 보정작업에 의해 상기 부분의 외피(130)를 더 크게 팽창하도록 하게 한다. 초기에 두께를 두껍게 만들어야 팽창시 두께가 얇아지는 것을 보상할 수 있기 때문이다.

이렇게 팽창시키면, 그 아래에 있는 근육이 수축할 때 상기의 외피(130)도 같이 수축하며 이 때 일종의 상쇄효과로 인하여 상기의 불필요한 주름이 생기지 않게 된다. 그리고 외피(130)의 형상은 그것을 만들 때 사용된 초기마스터카피(100a)의 형상에 영향을 받으므로, 초기마스터카피(100a)를 최종 휴머노이드 로봇의 크기와 모양과 다르게 형성할 수 있다.

반면, 최종마스터카피(100b)는 최종 목표로 하고자 하는 완성품의 외형상과 완전히 동일하게 형성한다. 상술한 초기마스터카피(100a)의 외형상이 최종 휴머노이드 로봇의 외형상과 완전히 동일 할 경우, 최종마스터카피(100b)는 초기마스터카피(100a)와 같으며, 그렇지 않을 경우 최종마스터카피(100b)와 초기마스터카피(100a)는 다른 것이다.

도 2(a) 내지 도 2(c)에 도시된 바와 같이 최종마스터카피(100b) 위에 형틀, 주몰드(110a)를 제작한다. 주몰드(110a)가 금속이면 최종마스터카피(100b)는 세라믹일 수 있다. 주몰드(110a)와 최종마스터카피(100b)의 재질은 각 제조과정에 따라 요구되는 강도와 탄성에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

한편, 도 2(e) 내지 도 2(g)에 도시된 바와 같이 초기마스터카피(100a) 위에 하드몰드(110c)를 한 개 더 제작한다. 이를 위해 초기마스터카피(100a) 위에 이형제를 도포한 후 건조시킨다. 이 과정은 필요에 따라 수 차례 반복될 수 있다. 그 후 도 2(e)에 도시된 바와 같이 초기마스터카피(100a) 외부에 탄성몰드(110b)가 될 재료를 얇게 도포한다. 탄성몰드(110b)를 형성하는 재료는 액상, 혹은 젤이어야 하며 점도는 그것의 일정한 비중이 주어졌을 때 도포시 중력에 의해 흘러내리지 않을 정도가 되어야 한다.

이 재료는 시간이 경과하거나 온도가 증가함에 따라 경화한다. 도포작업은 스프레이나 붓작업으로 행해질 수 있으며 일정한 강도를 얻기 위해 수 차례 반복될 수 있다.

여기서, 탄성몰드(110b)는 경화되었을 때 최소 350%의 신장성을 허용하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이 350% 신장성의 기준은 탄성몰드(110b)를 초기마스터카피(100a)로부터 벗겨낼 때, 탄성몰드(110b)의 목 부분이 초기마스터카피(100a)의 어깨나 골반부분을 통과할 때 손상을 입지 않도록 하기 위해 설정된 것이다. 다만, 초기마스터카피(110a)가 고온에서 용융이 가능한 재료로 되어 있거나 기체로 채워진 패드와 같은 형태로 구성되어 있다면 350%의 신장성이 요구되지 않는다.

도 2(f)에 도시된 바와 같이 탄성몰드(110b)를 초기마스터카피(100a)에서 분리시키지 않은 상태에서 탄성몰드(110b)위에 이형제를 도포한 후 건조시킨다. 이 위에 하드몰드(110c)를 한층 더 제작한다. 하드몰드(110c)의 강도는 추후 수행되는 여러 과정을 견뎌내야 할 정도가 되어야 한다.

도 2(g)에 도시된 바와 같이 하드몰드(110c)를 반으로 잘라 탄성몰드(110b)와 분리하고, 탄성몰드(110b)는 초기마스터카피로부터 벗겨낸다. 여기서, 탄성몰드(110b)를 벗겨내기 위해 탄성몰드(110b)의 머리 부분에 삽입홀(113)을 관통형성한다. 삽입홀(113)의 둘레는 목부분의 둘레보다 크게 형성된다.

이 과정을 겨처 작업자는 초기마스터카피(100a), 최종마스터카피(100b), 주몰드(110a), 탄성몰드(110b), 하드몰드(110c)를 얻게 된다. 주몰드(110a)와 하드몰드(110c)는 추후 진행될 각종 캐스팅 단계 도중 형상을 유지할 수 있도록 고정시켜주는 역할을 한다.

탄성몰드(110b)가 제작되면, 탄성몰드(110b) 내부에 액상외피재료(120)를 도포하여 외피(130)를 형성한다.

여기서, 액상외피재료(120)는 실리콘 고무나 폴리우레탄 고무, 혹은 다황화 고무 같은 각종 고무류이며 경화 전에는 그것이 경화제와 주제로 나눠져 있던, 나눠져 있지 않던 간에 저점도, 고점도 액상, 혹은 젤 상태로 존재한다. 액상외피재료(120)는 그것의 주제가 경화제의 첨가에 의해 시간의 경과에 따라 경화하는 것일 수도 있으며 온도의 가열에 의해 경화하는 열경화성일 수도 있다. 두 고무 모두 상용품이 이미 존재하며 전자의 경우 Smooth-On사의 Ecoflex와 Dragon Skin, 혹은 신에츠의 여러 실리콘 고무 제품에 저점도 PDMS를 혼합한 것들이 있다. 그 외에 비정질 실리카, 플라티늄 콤플렉스, 실록산, PDMS 등으로 이루어진 것일 수 있다.

또한, Shore hardness는 최대 20A가 되어야 하며, 이 수치가 넘어갈 경우 피부의 질감과 차이가 발생하므로 바람직하지 않다.

여기서, 액상외피재료(120)는 경화가 일어나기 전의 상태를 일컫으며, 외피(130)는 액상외피재료(120)가 경화가 된 상태를 일컫는다. 액상외피재료(120)의 재료는 상술한 조건을 부합하는 한 다양한 재료가 단일 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

탄성몰드(110b) 내부에 액상외피재료(120)를 도포하는 방법은 세 가지 방법을 이용할 수 있다.

먼저, 첫번째 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 액상외피재료(120)를 혼합해준 후, 붓과 같은 도포부재(B)를 이용해 이형제가 건조된 탄성몰드(110b)의 내벽면에 고르게 도포해준다. 액상외피재료(120)는 젤 상태이거나 고점도로 형성하여 붓도장 도중 흘러내리지 않도록 한다. 탄성몰드(110b)의 내벽면은 초기마스터카피(100a)의 외면의 디테일을 모두 보존하고 있으므로 이 단계에서 제작되는 외피(130) 또한 초기마스터카피(100a)와 같은 디테일을 반영하고 있다. 이 때, 필요해 의해 전체적으로 또는 국소적으로 두께를 두껍게 하고자 하면 붓작업은 여러 차례 더 반복될 수 있다.

이 때, 탄성몰드(110b)의 내부를 도포부재(B)로 도포시키는 대신 스프레이(A)를 이용해, 이형제가 미리 적용된 탄성몰드(110b) 내부에 분사시킨 후 경화시켜 외피(130)를 제작할 수도 있다. 액상외피재료(120)가 분사하기에 적합하지 않은 고점도나 젤상의 실리콘일 경우 저점도 polydimethylsiloxane, 실리콘 오일과 혼합하여 저점도 액상형으로 만들 수 있다. 경화제와 주제를 혼합한 후 분사하거나, 주제를 먼저 분사하고 경화제를 그 위에 분사하거나 혹은 그 반대로 하여 얇은 외피재료 막을 얻는 것이 가능하다. 경우에 따라 스프레이 분사작업은 여러 차례 더 반복되어 외피(130)의 두께를 조절할 수 있다.

두번째 방법은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 액상외피재료(120)의 점도를 약하게 하여 흘러내림을 야기하게 형성한다. 실리콘 액상외피재료(120)의 경우 실리콘 오일과 같은 신너를 첨가하여 점도를 낮춘 후 탄성몰드(110b)에 발라주고, 고여버린 액상외피재료(120)는 메인홀이나 다른 구멍을 통해 배출시켜준다.

그리고, 경우에 따라 도 4(b)와 도 4(c)에 도시된 바와 같이 이형제가 미리 적용된 탄성몰드(110b) 내에 저점도 액상외피재료(120)를 일정량 부어준다. 이 때, 공급되는 액상외피재료(120)의 량이 최종 외피(130)의 두께를 결정한다.

액상외피재료(120)를 탄성몰드(110b) 내부로 공급한 후 삽입홀(113) 부분을 밀폐하고 이 위를 하드몰드(110c)로 감싸준 후 단단히 고정시킨다. 그리고, 하드몰드(110c)를 원심주조장치(140)에 고정한 후 원심주조방법을 시행한다. 원심주조방법에 의해 탄성몰드(110b)의 내면에 외피(130)가 막의 형태로 형성될 수 있다.

이 때, 원심주조장치의 회전 속도는 전 회전 시간에 걸쳐 상이하게 조절된다. 즉, 액상외피재료가 탄성몰드(110b)의 양 팔 부분과 양 다리 부분에 걸쳐 모두 퍼져야 하므로 초기 회전시에는 속도를 낮추고 시간이 경과함에 따라 점차 높여야 한다. 즉 낮은 회전 속도는 액상외피 재료가 전 영역대에 확산되도록 하고, 높은 회전 속도는 도포된 액상외피재료(120)가 균일한 두께가 되도록 한다.

세번째 방법은, 탄성몰드(110b)를 뒤집고 액상외피재료(120)에 침지(dipping)시킨다. 이것은 Dip-coating 기법이라 불리운다. 탄성몰드(110b) 외면에 과다하게 묻어 나온 액상외피재료(120)는 경화되기 전에 걸러준다. 걸러주는 작업은, 중력과 같은 자연의 힘을 이용하거나 다른 기구를 이용할 수 있다. 이 경우 경화 지연제를 첨가하여 액상외피재료(120)의 두께가 과하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

경화가 일정시간 경과하거나 액상외피재료(120)의 두께가 충분히 얇아 액상외피재료(120)가 흘러내리지 않으면 탄성몰드(110b)를 다시 뒤집어 원상태로 복귀시킨다. 경우에 따라 탄성몰드(110b)를 복귀시키지 않고 뒤집은 상태를 유지한 후 탄성몰드(110b)와 외피(130)를 분리시킬 수도 있다.

여기서, 상술한 세 가지 방법에 걸쳐 액상외피재료(120)가 열경화성 타입이라면, 액상외피재료를 도포한 후 열원을 주위에 위치시키거나, 액상외피재료가 도포된 탄성몰드(110b) 자체를 가열시켜 액상외피재료(120)의 경화를 촉진시킬수도 있다.

상술한 과정에 의해 외피(130)가 형성되면, 도 5(a)와 도(5b)에 도시된 바와 같이 탄성몰드(110b)와 외피(130)가 결합된 상태에서, 외피(130) 내부에 휴머노이드로봇의 골격으로 기능하는 프레임(150)을 삽입한다. 탄성몰드(110b)는 신장성을 허용하는 재료로 선택되었으므로 프레임(150)의 골반 부분과 어깨 부분이 탄성몰드(110b)의 목 부분을 통과하여 삽입될 수 있다.

이 때, 프레임(150)은 외부에서 조립이 완료된 모듈의 형태로 삽입되거나, 작은 파트들로 분해된 상태로 외피(130) 내부에서 조립하여 완성될 수도 있다. 이렇게 프레임(150)을 작은 부품으로 분해하여 내부에서 조립할 경우 외피(130)에 삽입되는 파트들의 크기가 줄어드므로 외피(130)의 외피삽입홀(131)의 크기도 현저히 줄어들 수 있다. 일례로, 프레임(150)을 모듈화해서 삽입할 때 삽입홀(113)의 직경은 30~40cm이지만 프레임(150)을 분해하여 삽입할 경우, 예를 들어 엉덩이뼈를 10개의 부품으로 분리시키면 외피삽입홀(113)의 지름은 3cm로 형성할 수 있다. 연질 재료의 신장률이 통상 300~500%라는 것을 염두하면 외피삽입홀(113)의 크기는 지름이 6mm까지 줄어들 수 있다. 이 경우, 외부로 드러나는 외피삽입홀(113)의 크기가 최소화될 수 있다.

도 5(c)에 도시된 바와 같이 프레임(150)이 배치된 외피(130)가 결합된 탄성몰드(110b)를 하드몰드(110c)로 감싼 후 고정시킨다. 그 후 외피삽입홀(113)을 통해 지방층이나 살이 될 액상형의 액상재료(160)를 부어 넣은 후 경화시킨다. 경화가 완료되면 하드몰드(110c)를 떼어내고 탄성몰드(110b)를 벗겨낸다. 최종적인 결과물은 도5(f)에 도시된 바와 파팅라인이 전혀 외부로 드러나지 않는다. 다만, 머리의 외피삽입홀(113)이 외부로 노출되지만 가발로 가려지기 때문에 외피(130) 제작 흔적이 전혀 외부로 보이지 않게 된다.

한편, 상술한 바람직한 실시예로부터 변형된 예로 도 6에 도시된 바와 같이 외피(130) 내부에 프레임(150)을 삽입한다. 그리고, 프레임(150)이 삽입된 외피(130)를 주몰드(110a)로 고정시킨 후 상술한 방식으로 살이나 지방이 될 액상재료(160)를 부어 넣는다. 부어 넣은 재료가 경화되면 주몰드(110a)를 해체하고 완성된 휴머노이드 로봇을 검수한다.

한편, 경우에 따라 프레임(150)에 이미 근육과 살, 그리고 지방이 될 재료가 모두 부착되어 있고 외피(130)만을 필요로 할 수 있다. 이 때, 외피가 최종 휴머노이드 로봇의 실제로 목표로 하는 크기보다 크거나 작게 설계된 경우, 외피(130)와 프레임(150) 사이에 빈 공간이 생길 수 있다. 이 경우 외피(130)와 지방이 결합된 프레임(150) 사이를 진공으로 만들어 빈 공간을 제거한다. 진공이 계속 유지될 수 있도록 틈새를 봉인한다. 진공작업을 시행하기 전에 미리 액상외피재료(120) 소량이나 윤활류 소량을 주입시켜 기체 버블의 제거과정을 진행하는 것이 바람직하다.

한편, 프레임(150)의 삽입후에 지방을 형성하는 액상재료는 상술한 바와 같이 액상재료 자체를 공급하거나, 복수개의 패드로 이루어질 수 있다. 패드는 내부에 액상재료가 충진된 형태로 외피(130) 내부에 삽입되거나 액상재료가 충진되지 않은 상태로 외피(130)에 삽입될 수 있다. 빈 패드를 외피(130)에 삽입하고 연결관을 통해 패드에 액상재료(160)를 공급하여 부풀어 오르게 할 수 있다.

이 때, 액상재료는 시간의 경과나 온도의 상승에 의해 젤과 같이 경화할 수 있거나, 경화하지 않을 수도 있다.

이 방법을 사용하면 원하는 위치에만 국부적으로 지방을 주입시켜줄 수 있으므로 그 부분의 외피만 팽창시킬 수 있어 최종 외형상을 목표로 보정하는 작업이 좀 더 용이하게 진행될 수 있다.

또한, 패드 삽입법을 통해 외피(130) 내부로 다양한 재료를 주입시킬 수 있다는 장점이 있다. 상술한 액상재료(160)를 직접 공급하는 방법을 사용할 경우 단지 한 개의 액상재료(160)만을 주입시킬 수 있지만 패드를 복수로 제작하고 연결관를 밖으로 연결하면, 그 패드의 개수만큼 주입할 수 있는 재료의 종류가 더 증가한다고 할 수 있다. 이는 지방재료나 근육재료의 강도를 필요에 따라 선별 할 수 있음을 의미하며, 이 모든 작업은 프레임(150)을 외피(130) 내부에 삽입한 이후에 이루어질 수 있으므로 외피(130)를 손상시키지 않고 이루어질 수 있다.

한편, 상술한 액상재료(160)를 외피(130) 내부에 공급하기 전 또는 프레임(150)을 외피(130)에 삽입하기에 앞서, 외피(130)의 내면에 또는 프레임(150)의 외면에 이형제나 윤활제를 적용할 수 있다. 이 경우, 추후에 유지,보수가 요구될 경우 휴머노이드 로봇으로부터 외피(130)만을 따로 분리시킬 수 있는 유용성이 있다.

한편, 이형제나 윤활류를 외피(130)와 프레임(150) 사이에 적용시켜줄 경우, 외피(130)가 프레임(150)으로부터 미끄러지는 경우가 있을 수 있다. 이에 특정 부분들에 접착제(미도시)를 도포하여 외피(130)와 프레임(150)에 구속력을 인가한다.

이 때, 접착제는 열에 의해 접착력이 생성되는 형태, 또는 시간의 경과에 의해 접착력이 생성되는 형태가 사용되는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 조립이 완료된 후에 외피(130)를 보강하는 단계가 추가될 수 있다. 외피(130)의 보강은 완성된 외피(130)에 프레임(150)을 삽입할 때 외피(130)가 제한된 연성으로 인하여 손상될 수 있기 때문이다.

이를 해결하기 위해 프레임(150)을 작은 부품으로 분리해서 외피(130) 내부에 삽입한 후 그 내부에서 조립할 수 있다. 그러나, 내부에서 조립하는 것이 불가능한 상황에서 더 연질적인 외피를 채택해야 하나 그런 재료의 경우, 잡아당겼을 때 필요 이상으로 늘어날 수 있으며 둔부의 경우 그것을 이루는 지방재료가 중력에 의해 쳐지는 것을 방지할 수 없다. 이 문제점을 해결하기 위해 외피(130)의 내면에 보강층을 설치해줄 필요가 있다. 여기서 언급되지 않은 이유에 의해서도 보강층을 설치해줄 수 있다.

보강층은 조립이 끝난 프레임(150)을 외피(130) 내부에 삽입하기 전, 조립이 끝난 프레임(150)을 외피(130) 내부에 삽입하고 난 후, 조립을 필요로 하는 프레임(150)을 외피(130) 내부에 삽입하고 조립을 끝낸 후, 조립을 필요로 하는 프레임(150)을 외피(130) 내부에 삽입하기 전에 형성할 수 있다.

보강층을 이루는 재료는, 유리섬유 혹은 폴리우레탄 섬유 등 고탄성 섬유(연성이 거의 필요하지 않은 부위, 즉 콜라겐이 많이 분포되어 있는 부위), Nylon Powermesh fabric, 스판덱스사(폴리우레탄 섬유의 일종), 폴리우레탄 중합탄성체, Tin-촉매형 실리콘 중합 탄성체, 혹은 그 밖의 섬유사나 연질 중합탄성체일 수 있다

보강층은, 섬유 재료의 경우 경화전의 액상 중합탄성체로 적셔준 후 외피(130)의 내면에 붙여준다. 섬유사를 이용하지 않은 경우 경화전의 액상 중합탄성체를 외피(130)의 내면에 도포시켜준다.

한편, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도이다.

먼저, 도7(a)에 도시된 바와 같이 최종 목표로 하는 휴머노이드 로봇의 모든 디테일을 외면에 반영하는 세라믹마스터카피(200a)를 제작한다. 이 때, 세라믹마스터카피(200a)는 바람직한 실시예에 따른 초기마스터카피(100a)와 같이 최종 목표로 하는 휴머노이드 로봇과 동일한 크기와 형상을 갖지 않을 수도 있다.

재료는 고온을 견뎌낼 수 있는 세라믹으로 한정한다. 세라믹마스터카피(200a)는 후술할 파괴 작업을 용이하게 하기 위해 속이 비어있게 형성된다. 세라믹마스터카피(200a)는 조각과 같은 작업을 통해서 직접적으로 만들어질 수 있다.

도 7(b)에 도시된 바와 같이 내면이 세라믹마스터카피(200a)의 외면로부터 일정한 간격을 지닌 외부몰드(210a)를 제작한다. 외부몰드(210a)는 세라믹마스터카피(200a)와는 달리 단일체일 필요도 없으며 통상의 몰드처럼 앞과 뒤 부분으로 나뉘어져 있어도 되며 그것의 내면이나 외면 모두 특수한 디테일을 포함하고 있지 않아도 아무런 문제점이 존재하지 않는다.

도 7(c)에 도시된 바와 같이 세라믹마스터카피(200a)를 외부몰드(210a)의 내부에 위치 시킨 후 두 개체의 사이의 이격공간으로 액상 금속을 주입시킨 후 응고시켜 금속몰드(210b)를 형성한다. 금속몰드(210b) 성분은 통상적인 캐스팅에 쓰이는 것이라면 무엇이든 가능하다.

도7(d)에 도시된 바와 같이 금속몰드(210b)의 외면과 내면에 부착된 세라믹마스터카피(200a)과 외부몰드(210a)를 망치(C)와 같은 수단을 이용해 물리적으로 부수어 제거한다. 이에 의해 도 7(e)에 도시된 금속몰드(210b)를 얻게 되며 이것의 내면은 세라믹마스터카피(200a)의 디테일을 보존하고 있다.

세라믹마스터카피(200a)가 제작되면, 상술한 바람직한 실시예에서와 같이 세라믹마스터카피(200a) 내부에 액상외피재료(120)를 도포하여 외피(130)를 형성할 수 있다.

또한, 금속몰드(210b)가 지닌 높은 열전도성과 높은 녹는점을 이용하여 외피(130)를 형성할 수도 있다. 도7(f)와 같이 삽입홀(213)을 통해 금속몰드(210b) 내부로 액상 열경화성고무로 형성된 액상외피재료(120)를 채워 넣는다. 삽입홀(213)을 봉인하고 이 금속몰드(210b)에 일정시간 동안 열을 가해 금속몰드(210b) 내부에 있는 열경화성 고무가 금속몰드(210b)의 내면의 표면에서 경화가 일어나게 하여 도7(i)에 도시된 바와 같은 얇은 외피(130)를 생성하게 한다.

열원을 제거한 후 경화반응이 일어나지 않은 재료는 도7(j)에 도시된 바와 같이 금속몰드(210b)의 삽입홀(213)을 열어 그 통로로 배출시킨다. 이 단계를 통해 금속몰드(210b)의 내면에 부착된 형태로 외피(130)를 얻게 되며 이 외피(130)는 삽입홀(213)이 가발로 가려질 수 있는 머리 위에만 존재하게 되며 세라믹마스터카피(200a)의 세밀한 디테일을 보존하고 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 개략적으로 도시한 개략도이다. 먼저, 도 8(a)에 도시된 바와 같이 용융마스터카피(200b)를 준비한다. 용융마스터카피(200b)는 고온에서 액상화하는 것이어야 하는 데 왁스나 유토, plastiline같은 재료일 수 있다.

도8(b)에 도시된 바와 같이 용융마스터카피(200b) 위에 일정한 두께를 지닌 고체몰드(210c)를 제작한다. Glass transition temperature나 녹는 점이 용융마스터카피(200b)보다 높고 그것의 표면에너지로 하여금 용융마스터카피(200b)에 잘 부착되어 용융마스터카피(200b)의 외면에 존재하는 세밀한 디테일을 모두 보존할 수 있는 재료라면 무엇이든지 이 목적에 부합한다. 그 예들은 에폭시 레진, 경질 폴리우레탄 레진, 석고, 혹은 Smooth-on사의 EpoxAcast 같은 것들이 있다.

고체몰드(210c)의 삽입홀(213c)를 절단하고 고온에 가열시킨다. 도8(c)에 도시된 바와 같이 고체몰드(210c)의 내부에서 완전히 액화된 용융마스터카피(200b)를 고체몰드(210c)의 삽입홀(213c) 부분을 통해 모두 배출시킨다.

그리고, 상술한 바람직한 실시예에서 도시한 바와 같이 고체몰드(210c)의 내벽면에 액상외피재료(120)를 도포하여 외피(130)를 제작한다.

한편, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작과정을 도시한 개략도이다.

도 9(a)에 도시된 바와 같이 절삭이 용이한 절삭모재(300)를 준비한다. 절삭모재(300)는에폭시 레진이나 경질 폴리우레탄 레진, 시바툴 같은 재료가 선택될 수 있다. 절삭모재(300)를 절삭하여 최종 휴머노이드 로봇의 외형의 디테일을 반영한 중공마스터카피(310)를 형성한다. 이 때, 중공마스터카피(310)의 크기와 모양은 최종 휴머노이드 로봇과 동일하지 않을 수도 있다.

중공마스터카피(310)는 경우에 따라 3D 프린터를 이용해 제작될 수도 있다.

이렇게 형성된 중공마스터카피(310)에 상술한 바와 같이 액상외피재료(120)를 도포하여 외피(130)를 제작할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 휴머노이드 로봇 외피 제작방법은 머리영역에 형성되는 삽입홀을 제외하고 외부로 파팅라인이 노출되지 않게 된다.

또한, 삽입홀이 머리영역이므로 가발로 은폐되므로 외피 제작과정의 흔적이 외부로 전혀 노출되지 않게 된다.

이에 따라 보다 인간에 가까운 외피를 제공할 수 있어 친근함을 제공할 수 있다.

또한, 제작과정에 따라 외피의 보강, 지방보충, 근육두께 등의 조절이 가능하므로 보다 디테일한 외피를 표현할 수 있다.

또한, 외피 단일 개체의 형상과 크기가 최종적으로 목표로 하는 안드로이드 로봇의 외형상과 상이하게 제작될 수도 있으므로 수축시 불필요한 주름의 생성을 방지할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 휴머노이드 로봇 외피 제작방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100a : 초기마스터카피 100b : 최종마스터카피
110a : 주몰드 110b : 탄성몰드
110c : 하드몰드 113 : 삽입홀
115 : 내부공간 120 : 액상외피재료
130 : 외피 131 : 외피삽입홀
140 : 원심주조장치 150 : 프레임
160 : 액상재료 200a : 세라믹마스터카피
200b : 용융마스터카피 210a : 외부몰드
211: 내부공간 210b : 금속몰드
210c : 고체몰드

Claims (9)

1. 휴머노이드 로봇 외피 제작방법에 있어서,
   최종 휴머노이드 로봇의 외부형상과 동일한 최종마스터카피와, 외부형상과 동일하거나 차이가 있는 초기마스터카피를 형성하는 단계와;
   상기 최종마스터카피에 대응되는 중공형틀을 갖는 주몰드를 형성하는 단계와;
   상기 초기마스터카피에 대응되는 중공형틀을 가지며 탄성력을 갖는 탄성몰드를 형성하는 단계와;
   상기 탄성몰드의 외부로 일정 강도를 갖는 하드몰드를 형성하는 단계와;
   상기 하드몰드, 상기 탄성몰드 및 상기 초기마스터카피를 서로 분리시키는 단계와;
   상기 탄성몰드의 머리영역에 일정크기의 삽입홀을 관통형성하는 단계와;
   상기 삽입홀을 통해 상기 탄성몰드의 내벽면에 액상외피재료를 형성시키는 단계와;
   상기 액상외피재료가 경화되어 외피가 형성된 후, 상기 탄성몰드의 외부를 상기 하드몰드로 고정한 후, 상기 삽입홀을 통해 프레임과 상기 휴머노이드 로봇의 지방층을 형성하는 액상재료를 주입하는 단계와;
   상기 액상재료의 경화가 완료된 후 상기 하드몰드와 상기 탄성몰드를 분리하여 상기 휴머노이드 로봇 제작을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성몰드의 내벽면에 상기 액상외피재료를 균일하게 형성하는 단계는, 도포부재를 이용해 상기 내벽면에 특정두께로 상기 액상외피재료를 도포하거나, 점도가 약한 액상외피재료를 상기 탄성몰드 내부로 투입하고 원심주조법에 의해 상기 내벽면에 도포하거나, 상기 내벽면이 외부로 노출되도록 상기 탄성몰드를 뒤집은 후 상기 액상외피재료에 침지시키는 방법 중 어느하나인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 초기마스터카피와 상기 최종마스터카피 사이의 차이에 의해 상기 외피와 상기 프레임 또는 상기 지방층 사이에 여백공간이 형성될 경우, 진공압을 형성하여 상기 여백공간을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프레임은 조립된 모듈형태로 상기 삽입홀을 통해 삽입되거나, 작은 조립부품형태로 상기 삽입홀을 통해 삽입된 후 상기 외피 내부에서 조립이 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 프레임 또는 상기 액상재료를 삽입하기 전에 상기 프레임 또는 상기 탄성몰드 내부의 적어도 일 영역에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하며,
   상기 접착제는 열에 의해 접착력이 형성되거나, 시간의 경과에 의해 접착력이 형성되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 액상재료는 지방층이 주입되는 복수개의 패드로 구비되고,
   상기 패드는 비어있는 상태로 상기 탄성몰드 내부에 배치되고, 공급관을 통해 상기 패드가 배치되는 신체의 부위에 따라 서로 다른 양의 지방층이 삽입되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇 외피 제작방법.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images