KR101685916B1

KR101685916B1 - 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘

Info

Publication number: KR101685916B1
Application number: KR1020150065761A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 이진이; 박종원; 이진우; 윤병호; 김충희
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-12-13
Also published as: KR20160133123A

Abstract

본 발명은 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘에 관한 것으로, 더욱 상세하게 고양이 뒷다리의 움직임을 생체 모방한 생체 모방형 이족 로봇의 좌우 측면에 꼬리가 장착됨으로써, 3차원 이동시 균형을 잡으면서 고속주행이 가능할 뿐만 아니라, 제어가 간단한 자세보정 메커니즘에 관한 것이다.

Description

2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘{The balancing mechanism for Fast biped locomotion}

일반적으로, 사족 보행 로봇(네 다리를 가지고 이동 가능한 로봇)은 바퀴나 레일, 트랙을 가지는 운송 수단에 비해서 지형 극복성이 뛰어나므로 미래의 이동 수단으로 각광 받고 있으며 활발히 연구 진행되고 있는 분야이다.

그러나 현재까지 개발된 대부분의 사족 로봇은 균형을 잡으면서 이동하는데 초점이 맞춰져 있어서 이동 속도가 굉장히 느린 단점이 있다.

따라서 사족 로봇의 다양한 활용을 위하여 로봇의 이동 속도를 증대시킬 필요성이 있다.

이러한 필요성에 따라, 살아있는 생명체를 모방하는 생체 모방학을 로봇의 기구학적 설계에 응용하여 이동능력과 기동능력을 향상시키는 예가 로봇연구자들에게 각광을 받고 있다.

또한, 최근까지 몇몇 연구자들에 의해, 생체 모방학에 근거하여 사족보행 로봇의 다리구조와 보행 자세 결정에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그들이 연구한 보행동물의 기구학적 구조와 보행 자세를 로봇에 적용하려는 시도가 있어 왔다.

그 하나의 예로, 국내공개특허 제2003-0029554호(명칭 : 레그식 보행 로봇 및 로봇 완구의 보행작동구조, 공개일: 2003.04.14)에는 레그식 보행로봇의 구조가 개시되어 있다.

상기 특허에는 곤충의 보행동작을 모방하여 관절과 다리 등을 구성하고 위치제어와 속도제어를 수행하는 내용이 포함되어 있으며, 그 대표적 구조가 도 1에 도시되어 있다.

그러나 이러한 종래의 로봇은 각종 모터와 기어 및 연결부재를 이용하여 다리의 거동을 제어하게 되어 있지만, 다리의 관절구조에 대한 고려가 전혀 없었으므로 변위와 각도에 대한 현실성이 부족하다는 단점이 있었다.

이 외에도, 현재까지 개발된 대부분의 족형로봇은 각 조인트의 여러 개의 구동기를 가지고 있어, 로봇의 무게가 많이 나가고, 다리의 관성모멘트가 크기 때문에 다리의 고속 주행이 매우 어렵다는 단점이 있었다.

또한, 족형 로봇의 경우, 주로 다자유도로 구성된 다리를 이용하여 균형과, 이동을 동시에 제어하여 로봇을 구동하는 전략을 가지는데, 이 때문에 로봇의 제어기는 다리의 복잡한 역기구학을 실시간으로 해석해야 하고, 각 족의 위치와 속도에 따라서, 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향으로의 균형과 속도에 따른 보행 패턴을 동시에 구현해야 하는 복잡하고 느린 제어로직으로 구성되어 있어 고속 주행이 어려웠다.

국내공개특허 제2003-0029554호(명칭 : 레그식 보행 로봇 및 로봇 완구의 보행작동구조, 공개일: 2003.04.14)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고양이 뒷다리의 움직임을 생체 모방한 생체 모방형 이족 로봇의 좌우 측면에 꼬리가 장착됨으로써, 3차원 이동시 균형을 잡으면서 고속주행이 가능할 뿐만 아니라, 제어가 간단한 자세보정 메커니즘을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 자세보정 메커니즘은 구동력 발생수단으로부터 구동력이 입력되어 일단(110)을 기준으로 회전가능하게 형성된 입력링크(100)와, 일단(210)이 상기 입력링크(100)의 일단(110)과 간격을 두고 배치되어 있고 일단(210)을 기준으로 회전가능하게 형성되는 베이스 링크(200)와, 상기 입력링크(100)의 타단(130)과 상기 베이스 링크(200) 상의 A지점(250)을 연결하는 제1링크(300)와, 일단(410)이 상기 베이스 링크(200)의 타단(230)에 연결되어 있는 제2링크(400)와, 상기 제1링크(300)의 A지점(250)과 상기 제2링크(400) 상의 C지점(530)을 연결하는 제3링크(500)와, 상기 제2링크(400)의 타단(430)에 연결되는 구동링크(600)를 포함하며, y축 방향으로 일정 거리 이격되어 장착되는 한 쌍의 다리부(10); 한 쌍의 상기 다리부(10)가 y축 방향으로 서로 일정거리 이격되어 장착되도록 간격을 형성하는 몸체부(20); 상기 몸체부(20)의 일정 지점이 y축 방향으로 연결되어 형성되는 제1지지부(21)에 장착되며, pitch방향으로 회전하는 제1회전축(31)을 포함하는 제1꼬리회전용 모터(30); 상기 제1꼬리회전용 모터(30)의 제1회전축(31)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전하는 제1꼬리부(40); 를 포함하며, 상기 베이스 링크(200), 상기 제1링크(300), 상기 제2링크(400) 및 상기 제3링크(500)에 의해 폐쇄된 사각형의 공간이 형성되며, 상기 입력링크(100)의 회전운동은 상기 베이스 링크(200)와 상기 제1링크(300)와 상기 제2링크(400)와 상기 제3링크(500)의 상대운동을 만들어 내어 상기 구동링크를 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자세보정 메커니즘은 상기 몸체부(20)의 상기 제1지지부(21)에 장착되며, pitch방향으로 회전하는 제2회전축(51)을 포함하는 제2꼬리회전용 모터(50); 상기 제2꼬리회전용 모터(50)의 제2회전축(51)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전하는 제2꼬리부(60); 를 포함하며, 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)에는 날개 형태의 제1블레이드(41) 및 제2블레이드(61)가 더 장착될 수 있다.

또한, 상기 자세보정 메커니즘은 상기 몸체부(20)의 일정 지점이 y축 방향으로 연결되어 형성되며, 상기 제1지지부(21)와 z축 방향으로 일정거리 이격된 제2지지부(22)에 장착되며, roll방향으로 회전하는 제3회전축(71)을 포함하는 제3꼬리회전용 모터(70); 상기 제3꼬리회전용 모터(70)의 제3회전축(71)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 roll 방향으로 회전하는 제3꼬리부(80); 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3꼬리부(80)에는 날개 형태의 제3블레이드(81)가 더 장착될 수 있다.

또한, 상기 구동링크는 일자형의 연결부(610)와, 상기 연결부(610)의 일단(611)으로부터 각도를 가지며 절곡된 일자형의 절곡부(630)와, 상기 절곡부(630)의 단부로부터 곡선 형태로 굽어진 원호형의 원호부(650)와, 상기 제2링크(400)의 타단에 상기 연결부(610)의 일단이 연결될 수 있다.

또한, 상기 구동링크는 상기 절곡부(630)가 상기 연결부(610)로부터 하측 방향으로 예각을 가지며 절곡되어 형성되고, 상기 원호부(650)가 상기 절곡부(630)로부터 연장되되, 원호를 이루는 외주면이 하측을 향하도록 굽어져 형성될 수 있다.

또한, 상기 원호부(650)는 탄소섬유 및 에폭시의 복합재로 제조될 수 있다.

또한, 상기 자세보정 메커니즘은 상기 연결부(610)의 타단(613)과 상기 베이스 링크(200) 상의 D지점(270)을 연결하는 연결링크(700)를 더 포함하여, 상기 연결부(610)와 상기 베이스 링크(200) 사이의 각도가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 상기 연결링크(700)는 일정 탄성을 갖는 탄성부재(710)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2링크(400)는 상기 베이스 링크(200)가 연결된 일단(410)과, 상기 구동링크(600)가 연결된 타단(430) 및 C지점(530)을 연결한 선이 삼각형 형상을 이루되, 상기 C지점(530)이 꼭지점을 이루도록 외측으로 돌출된 링크의 단부에 위치할 수 있다.

또한, 상기 자세보정 메커니즘은 한 쌍의 다리부(10)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 배치되어 장착되되, z축 방향으로 상측에 위치한 상기 베이스 링크(200)에서부터, 하측에 위치한 상기 구동링크(600)로 갈수록 서로 이격된 거리가 점차적으로 좁아질 수 있다.

또한, 상기 자세보정 메커니즘은 상기 베이스 링크(200), 상기 제1링크(300), 상기 제2링크(400) 및 상기 제3링크(500)에 의해 폐쇄된 사각형의 공간이 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘은 고양이 뒷다리의 움직임을 생체 모방한 생체 모방형 이족 로봇의 좌우 측면에 꼬리가 장착됨으로써, 3차원 이동시 균형을 잡으면서 고속주행이 가능할 뿐만 아니라, 제어가 간단해질 수 있다는 장점이 있다.

좀 더 상세하게, 본 발명은 다리 1개에 모터 1개만 사용하는 간단한 구조의 생체 모방형 이족 로봇 메커니즘을 사용하여 고속 주행 가능한데, 이때, 자세 제어를 위한 동적 자유도를 다리가 아닌 몸체의 좌우 측면에 장착되어 구속된 꼬리를 이용하였다.

상기 꼬리는 pitch 방향의 토크를 작용하여 로봇을 앞ㆍ뒤로 쓰러지지 않게 하고, 전방에 장착된 꼬리는 roll 방향의 토크를 발생시켜 양옆으로 쓰러지지 않도록 하여 2족 로봇의 자세를 제어하게 되는데, 이러한 제어 방식은 복잡한 다리 구조에 대한 기구학을 해석할 필요 없이, 매우 간단한 역진자 모델만을 이용하여 자세 제어가 가능하므로, 기존에 2족 로봇이 다자유도의 복잡한 다리의 역기구학을 실시간으로 해석하면서 제어하는 방식에 비해, 효과적이고, 간단하게 고속 주행 시 자세 제어가 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 회전하는 꼬리에 블레이드를 장착함으로써, 꼬리의 회전속도가 증가함에 따라, 공기 저항력을 크게 받게 되는데, 이는 모터 속도의 새츄레이션(saturation)이 발생되더라도 지속적인 역방향 토크생성이 가능하게 함에 따라 로봇의 자세제어가 유리하게 할 수 있다.

또, 본 발명은 한 쌍의 다리가 서로 대칭이 되도록 장착되되, 하측으로 갈수록 서로간의 이격거리가 좁아지도록 장착됨으로써, 작동시 보폭이 좁아져 roll 방향 모멘트가 감소하게 됨에 따라 안정적인 고속 주행이 가능하다.

도 1은 종래의 레그식 보행로봇의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 또 다른 자세보정 메커니즘의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 정면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 궤적을 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 주행 상태를 나타낸 시뮬레이션.
도 9는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 pitch 방향 제어를 위한 자유물체도.
도 10은 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘에서 제1꼬리 및 제2꼬리만 사용한 경우와, 제1블레이드 및 제2블레이드를 함께 사용한 경우의 토크 포화상태를 비교한 그래프.

이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2 내지 4는 본 발명에 따른 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘의 사시도, 측면도 및 정면도를 나타낸 것으로, 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2족 고속 주행을 위한 자세보정 메커니즘은 크게 한 쌍의 다리부(10), 몸체부(20), 제1꼬리회전용 모터(30), 제1꼬리부(40)를 포함하여 형성된다.

먼저, 상기 다리부(10)는 y축 방향으로 일정 거리 이격되어 장착되는 두 개의 다리부(10)가 쌍을 이루어 형성되는 것으로, 입력링크(100), 베이스 링크(200), 제1링크(300), 제2링크(400), 제3링크(500) 및 구동링크를 포함하여 형성된다.

상기 입력링크(100)는 일단(110)에 모터와 같은 구동력 발생수단(150)으로부터 구동력이 입력되어 일단(110)을 기준으로 하여 로봇 본체 등에 회전 가능하게 마련된다.

상기 베이스 링크(200)는 일자형으로 상기 입력링크(100)보다 5배 정도 길게 형성되는 것이 바람직하며, 일단(210)이 입력링크(100)의 일단(110)과 어느 정도의 간격을 두고 배치되어 있고, 일단(210)을 기준으로 하여 로봇 본체 등에 회전 가능하게 마련된다. 즉, 입력링크(100)의 일단(110)과 타단이 배치된 방향과 동일한 방향으로 베이스 링크(200)의 일단(210)과 타단(230)이 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 로봇 본체는 상기 몸체부(20)로 자세한 설명은 이하에서 추가로 하기로 한다.

상기 베이스 링크(200)에는 후술할 제1링크(300)가 연결되는 A지점(250)과, 후술한 연결링크(700)가 연결되는 D지점(270)이 각각 형성되어 있다. A지점(250)은 베이스 링크(200)의 타단(230)보다 일단(210)에서 더 가까운 거리에 배치되어 있고, D지점(270)은 베이스 링크(200)의 일단(210)보다 타단(230)에서 더 가까운 거리에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제1링크(300)는 일자형이며, 입력링크(100)의 타단(130)과 베이스 링크(200) 상의 A지점(250)을 연결한다. 즉, 상기 제1링크(300)의 일단은 입력링크(100)의 타단(130)과 힌지 가능하게 연결되어 있고, 제1링크(300)의 타단은 베이스 링크(200)상의 A지점(250)과 힌지 가능하게 연결되어 있다.

제2링크(400)는 일단(410)이 제1링크(300)의 타단과 힌지 가능하게 연결되어 있다. 제2링크(400)의 상세구조는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

제3링크(500)는 일자형이며, 제1링크(300)의 B지점(510)과 제2링크(400)의 C지점(530)을 연결한다. 즉, 제3링크(500)의 일단(510)은 제1링크(300)의 B지점(510)과 힌지 가능하게 연결되어 있고, 제3링크(500)의 타단(530)은 제2링크(400)의 C지점(530)과 힌지 가능하게 연결되어 있다

제2링크(400)는 베이스 링크(200)가 연결된 일단(410)과, 구동링크(600)가 연결된 타단(430)과, 제3링크(500)가 연결된 C지점(530)을 연결한 선이 삼각형 형상을 이루되, 상기 C지점(530)이 꼭지점을 이루도록 외측으로 돌출된 링크의 단부에 위치하는 것이 바람직하며, 상기 제3링크(500)가 연결된 C지점(530)은 베이스 링크(200)의 타단(230)보다 일단(210)에서 더 가까운 거리에 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 각 링크의 길이는 입력링크(100), 제1링크(300), 제3링크(500), 베이스 링크(200), 제2링크(400)의 순서대로 길이가 긴 것이 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다.

또한, 베이스 링크(200)와 제1링크(300)와 제2링크(400)와 제3링크(500)에 의해 폐쇄된 사각형의 공간(R)이 형성되며, 특히, 제1링크(300)의 B지점(510)에서 베이스 링크(200)의 A지점(250)까지, 베이스 링크(200)의 A지점(250)에서 베이스 링크(200)의 타단(230)까지, 베이스 링크(200)의 타단(230)인 제2링크(400)의 일단(410)에서 제2링크(400)의 C지점(530)까지, 제2링크(400)의 C지점(530)인 제3링크(500)의 타단(530)에서 제3링크(500)의 타단(530)까지가 폐쇄된 사각형(R)의 각 변을 이룬다.

이때, 상기 입력링크(100)의 회전운동은 상기 베이스 링크(200)와 상기 제1링크(300)와 상기 제2링크(400)와 상기 제3링크(500)의 상대운동을 만들어 내어 상기 구동링크(600)를 구동시키게 된다.

상기 구동링크(600)는 연결부(610)와 절곡부(630)와 원호부(650)로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 연결부(610)는 일자형으로 형성되며, 연결부(610)의 일단(611)은 제2링크(400)의 타단(430)에 힌지 가능하게 연결되고, 연결부(610)의 타단(613)은 후술할 연결링크(700)가 연결된다.

상기 절곡부(630)는 연결부(610)의 일단(611)으로부터 각도를 가지며 일자형으로 절곡되어 있다. 특히, 절곡부(630)는 상기 연결부(610)로부터 하측 방향으로 예각(α)을 가지며 절곡되는 것이 바람직하다.

상기 원호부(650)는 절곡부(630)의 단부로부터 곡선 형태로 굽어진 원호형을 이룬다. 특히, 원호부(650)는 상기 절곡부(630)로부터 연장되되, 원호를 이루는 외주면이 하측을 향하도록 굽어져 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 원호부(650)는 일정 탄성을 갖도록 형성되어 2족 로봇이 주행하며 바닥면과 마찰이 발생되더라도 어느 정도의 변형 후 다시 원복될 수 있도록 탄소섬유 및 에폭시의 복합재로 제조되는 것이 바람직하다.

연결링크(700)는 연결부(610)의 타단(613)과 베이스 링크(200) 상의 D지점(270)을 연결한다. 즉, 연결링크(700)의 일단은 연결부(610)의 타단(613)과 힌지 가능하게 연결되어 있고, 연결링크(700)의 타단은 베이스 링크(200) 상의 D지점(270)과 힌지 가능하게 연결되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 자세보정 메커니즘은 상기 연결링크(700)가 연결부(610)의 타단(613)과 베이스 링크(200) 상의 D지점(270)을 연결함으로써, 각 링크 들이 유기적인 결합에 의한 상대 운동을 하더라도 연결부(610)와 베이스 링크(200) 사이의 각도가 일정하게 유지될 수 있으며, 구조적으로 안정적이다.

이때, 상기 연결링크(700)는 일정 탄성을 갖는 탄성부재(710)를 더 포함하여 형성됨으로써 주행 시 충격을 흡수하는 아킬레스 건 역할을 하게 된다.

한편, 상기 몸체부(20)는 상술한 바와 같은 구성을 같은 한 쌍의 다리부(10)가 y축 방향으로 서로 일정거리 이격되어 장착되도록 간격을 형성하는 것으로, 정면에서 보았을 때 도 5에 도시된 바와 같이 대략 U자 형태로 형성될 수 있으나, 이 외에도 얼마든지 다른 형태로 변경실시가 가능하다.

특히, 본원 발명에 따른 2족 고속주행을 위한 자세보정 메커니즘은 생체 모방형 이족 로봇의 좌우 측면에 꼬리가 장착됨으로써, 3차원 이동시 균형을 잡으면서 고속주행이 가능할 뿐만 아니라, 제어가 간단해진다는 특징을 갖는데, 이를 위해 본원 발명은 제1꼬리부(40) 및 제1꼬리회전용 모터(30)를 포함하여 형성된다.

상기 제1꼬리회전용 모터(30)는 상기 몸체부(20)의 일정지점이 y축 방향으로 연장되어 형성되는 제1지지부(21)에 결합되어 장착되며, 제1회전축(31)이 pitch 방향으로 회전하도록 제1회전축(31)의 길이방향과 y축 방향이 나란하게 배치되도록 장착된다.

상기 제1꼬리부(40)는 상기 제1꼬리회전용 모터(30)의 제1회전축(31)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전한다. 상기 제1꼬리부(40)는 얇고 길게 형성되되, 그 길이가 상기 다리부(10)의 주행에 방해를 주지 않을 정도로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1꼬리부(40)는 꼬리의 길이를 충분히 늘이면, 적은 꼬리 질량으로도 큰 토크 생성이 가능하기 때문에 로봇의 경량설계가 가능하도록 한다.

본원 발명에 따른 2족 고속주행을 위한 자세보정 메커니즘은 상기 제1꼬리부(40)와 마찬가지로 pitch 방향으로 회전하는 제2꼬리부(60)와 이를 회전시키는 제2꼬리회전용 모터(50)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

상기 제2꼬리회전용 모터(50)는 상기 제1지지부(21)에 장착되며, pitch 방향으로 회전하는 제2회전축(51)을 포함하고, 상기 제2회전축(51)이 상기 제1회전축(31)과 동일선상에 위치하도록 배치되며, 상기 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 장착되는 것이 바람직하다.

상기 제2꼬리부(60)는 상기 제2꼬리회전용 모터(50)의 제2회전축(51)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전하게 된다.

즉, 본원 발명에 따른 2족 고속주행을 위한 자세보정 메커니즘은 상기 몸체부(20)의 y축 방향으로 일측에서는 상기 제1꼬리부(40)가 회전하고, 타측에서는 상기 제2꼬리부(60)가 회전함으로써, 한 쌍의 다리부(10)가 주행하는 동안 양측에서 토크를 생성하여 앞뒤로 쓰러지지 않도록 균형을 잡게 된다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)에는 대기 저항을 이용하여 포화되지 않고 연속적으로 토크가 생성될 수 있도록 날개 형태의 제1블레이드(41) 및 제2블레이드(61)가 더 장착될 수 있다.

다시 말해, 본원 발명은 회전하는 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)에 제1블레이드(41) 및 제2블레이드(61)를 장착함으로써, 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)의 회전속도가 증가함에 따라, 공기 저항력을 크게 받게 되는데, 이는 모터 속도의 새츄레이션(saturation)이 발생되더라도 지속적인 역방향 토크생성이 가능하게 함에 따라 로봇의 자세제어가 유리하게 할 수 있다.

또한, 본원 발명의 자세보정 메커니즘은 roll 방향으로 회전하는 제3꼬리부(80)와, 이를 회전시키는 제3꼬리회전용 모터(70)를 포함하여 형성된다.

상기 제3꼬리회전용 모터(70)는 상기 몸체부(20)의 일정 지점이 y축 방향으로 연결되어 형성되며, 상기 제1지지부(21)와 z축 방향으로 일정거리 이격된 제2지지부(22)에 장착되며, roll방향으로 회전하는 제3회전축(71)을 포함하여 형성된다.

상기 제3꼬리부(80)는 상기 제3꼬리회전용 모터(70)의 제3회전축(71)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 roll 방향으로 회전한다.

이때, 상기 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)와 마찬가지로 상기 제3꼬리부(80)에는 날개 형태의 제3블레이드(81)가 더 장착될 수 있다.

이에 따라, 본원 발명에 따른 2족 고속주행을 위한 자세보정 메커니즘은 상기 몸체부(20)의 전방 또는 후방에서 roll 방향으로 회전하는 상기 제3꼬리부(80)가 더 구비됨으로써, 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)에 의해 앞뒤로 쓰러지지 않음은 물론, 양옆으로 쓰러지지 않고 균형을 잡으며 빠른 속도로 주행이 가능하다.

또한, 본원 발명의 자세보정 메커니즘은 한 쌍의 다리부(10)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 배치되어 장착되되, z축 방향으로 상측에 위치한 상기 베이스 링크(200)에서부터, 하측에 위치한 상기 구동링크로 갈수록 서로 이격된 거리가 점차적으로 좁아지도록 형성될 수 있다.

이는 캣워크(cat walk)에서 착안된 것으로, 주행 시 보폭이 좁아져 roll 방향 모멘트가 감소하게 됨에 따라 안정적인 고속 주행이 가능하다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자세보정 메커니즘의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시한 바와 같이, 입력링크(100)의 일단(110)과 베이스 링크(200)의 일단(210)은 로봇 본체(미도시)에 위치가 변하지 않도록 고정되어, 회전 중심점이 되는 부분이다.

모터의 구동력 입력에 의한 입력링크(100)의 회전운동은 베이스 링크(200)와 제1링크(300)와 제2링크(400)와 제3링크(500)의 상대운동을 만들어 내어 구동링크(600)를 구동시킨다. 이러한 구동링크(600)의 움직임으로 인하여 지면으로 힘이 전달되는 구조이다.

도 7은 입력링크(100)의 각도에 따른 링크들의 상대적인 위치를 한 것으로, 입력링크(100)의 각도가 0ㅀ일 때, 구동링크(600)는 지면으로부터 떨어져 있으며, 구동링크(600)의 연결부(610)가 배치되는 방향이 지면상의 수직선에 가깝도록 배치된다.

입력링크(100)의 각도가 -90°일 때, 구동링크(600)는 지면으로부터 떨어져 있으며, 구동링크(600)의 연결부(610)가 배치되는 방향이 지면상의 수직선에 가깝도록 배치되되, 입력링크(100)의 각도가 0°일 때 보다는 수직선과 더 큰 각도를 가지며 배치된다.

입력링크(100)의 각도가 -180°일 때, 구동링크(600)는 지면으로부터 떨어져 있으며, 구동링크(600)의 연결부(610)가 배치되는 방향이 지 상의 수평선에 가깝도록 배치된다.

입력링크(100)의 각도가 -270°일 때, 구동링크(600)의 원호부(650)는 지면과 맞닿으며, 구동링크(600)의 연결부(610)가 배치되는 방향이 지면상의 수직선에 가깝도록 배치되되, 입력링크(100)의 각도가 -90°일 때와 동일한 형상으로 배치된다.

즉, 입력링크(100)의 각도가 -90°일 때와 -270°일 때 구동링크(600)가 배치되는 형상은 동일하나, 입력링크(100)의 각도가 -90°일 때에는 구동링크(600)가 지면으로부터 떨어져 있으며, 입력링크(100)의 각도가 -270°일 때에는 구동링크(600)가 지면으로부터 맞닿아 있다.

상술한 바와 같이, 본원 발명의 자세보정 메커니즘은 작동 시, 상기 제1꼬리부(40), 제2꼬리부(60) 및 제3꼬리부(80)는 일정 속도로 회전하며 토크를 생성하게 되어, 좌ㆍ우측 다리의 보행 패턴은 그대로 유지한 채 독립적인 자세 제어가 가능하며, 고속 주행이 가능하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 다리부
100 : 입력링크
110, 130 : 입력링크의 일단, 타단
150 : 구동력 발생수단
200 : 베이스 링크
210, 230 : 베이스 링크의 일단, 타단
250 : A지점 270 : D지점
300 : 제1링크
400 : 제2링크
410, 430 : 제2링크의 일단, 타단
500 : 제3링크
510 : B지점 530 : C지점
600 : 구동링크
610 : 연결부
611, 613 : 연결부의 일단, 타단
630 : 절곡부 650 : 원호부
700 : 연결링크 710 : 탄성부재
20 : 몸체부 21 : 제1지지부
22 : 제2지지부
30 : 제1꼬리회전용 모터 31 : 제1회전축
40 : 제1꼬리부 41 : 제1블레이드
50 : 제2꼬리회전용 모터 51 : 제2회전축
60 : 제2꼬리부 61 : 제2블레이드
70 : 제3꼬리회전용 모터 71 : 제3회전축
80 : 제3꼬리부 81 : 제3블레이드

Claims

구동력 발생수단으로부터 구동력이 입력되어 일단(110)을 기준으로 회전가능하게 형성된 입력링크(100)와, 일단(210)이 상기 입력링크(100)의 일단(110)과 간격을 두고 배치되어 있고 일단(210)을 기준으로 회전가능하게 형성되는 베이스 링크(200)와, 상기 입력링크(100)의 타단(130)과 상기 베이스 링크(200) 상의 A지점(250)을 연결하는 제1링크(300)와, 일단(410)이 상기 베이스 링크(200)의 타단(230)에 연결되어 있는 제2링크(400)와, 상기 제1링크(300)의 A지점(250)과 상기 제2링크(400) 상의 C지점(530)을 연결하는 제3링크(500)와, 상기 제2링크(400)의 타단(430)에 연결되는 구동링크(600)를 포함하며, y축 방향으로 일정 거리 이격되어 장착되는 한 쌍의 다리부(10);
한 쌍의 상기 다리부(10)가 y축 방향으로 서로 일정거리 이격되어 장착되도록 간격을 형성하는 몸체부(20);
상기 몸체부(20)의 일정 지점이 y축 방향으로 연결되어 형성되는 제1지지부(21)에 장착되며, pitch방향으로 회전하는 제1회전축(31)을 포함하는 제1꼬리회전용 모터(30);
상기 제1꼬리회전용 모터(30)의 제1회전축(31)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전하는 제1꼬리부(40); 를 포함하며,
상기 베이스 링크(200), 상기 제1링크(300), 상기 제2링크(400) 및 상기 제3링크(500)에 의해 폐쇄된 공간이 형성되며,
상기 입력링크(100)의 회전운동은 상기 베이스 링크(200)와 상기 제1링크(300)와 상기 제2링크(400)와 상기 제3링크(500)의 상대운동을 만들어 내어 상기 구동링크를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제 1항에 있어서,
상기 자세보정 메커니즘은
상기 몸체부(20)의 상기 제1지지부(21)에 장착되며, pitch방향으로 회전하는 제2회전축(51)을 포함하는 제2꼬리회전용 모터(50);
상기 제2꼬리회전용 모터(50)의 제2회전축(51)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 pitch 방향으로 회전하는 제2꼬리부(60); 를 포함하며,
제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제 2항에 있어서,
상기 제1꼬리부(40) 및 제2꼬리부(60)에는
날개 형태의 제1블레이드(41) 및 제2블레이드(61)가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제 2항에 있어서,
상기 자세보정 메커니즘은
상기 몸체부(20)의 일정 지점이 y축 방향으로 연결되어 형성되며, 상기 제1지지부(21)와 z축 방향으로 일정거리 이격된 제2지지부(22)에 장착되며, roll방향으로 회전하는 제3회전축(71)을 포함하는 제3꼬리회전용 모터(70);
상기 제3꼬리회전용 모터(70)의 제3회전축(71)에 수직한 방향으로 연장 형성되어 roll 방향으로 회전하는 제3꼬리부(80); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제 4항에 있어서,
상기 제3꼬리부(80)에는
날개 형태의 제3블레이드(81)가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 구동링크는
일자형의 연결부(610)와,
상기 연결부(610)의 일단(611)으로부터 각도를 가지며 절곡된 일자형의 절곡부(630)와,
상기 절곡부(630)의 단부로부터 곡선 형태로 굽어진 원호형의 원호부(650)와,
상기 제2링크(400)의 타단에 상기 연결부(610)의 일단이 연결된 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제6항에 있어서,
상기 구동링크는
상기 절곡부(630)가 상기 연결부(610)로부터 하측 방향으로 예각을 가지며 절곡되어 형성되고,
상기 원호부(650)가 상기 절곡부(630)로부터 연장되되, 원호를 이루는 외주면이 하측을 향하도록 굽어져 형성되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제7항에 있어서,
상기 원호부(650)는
탄소섬유 및 에폭시의 복합재로 제조되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제6항에 있어서,
상기 자세보정 메커니즘은
상기 연결부(610)의 타단(613)과 상기 베이스 링크(200) 상의 D지점(270)을 연결하는 연결링크(700)를 더 포함하여,
상기 연결부(610)와 상기 베이스 링크(200) 사이의 각도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제9항에 있어서,
상기 연결링크(700)는
일정 탄성을 갖는 탄성부재(710)를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 제2링크(400)는
상기 베이스 링크(200)가 연결된 일단(410)과, 상기 구동링크(600)가 연결된 타단(430) 및 C지점(530)을 연결한 선이 삼각형 형상을 이루되, 상기 C지점(530)이 꼭지점을 이루도록 외측으로 돌출된 링크의 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 자세보정 메커니즘은
한 쌍의 다리부(10)가 x축을 중심으로 대칭이 되도록 배치되어 장착되되,
z축 방향으로 상측에 위치한 상기 베이스 링크(200)에서부터, 하측에 위치한 상기 구동링크(600)로 갈수록 서로 이격된 거리가 점차적으로 좁아지는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 자세보정 메커니즘은
상기 베이스 링크(200), 상기 제1링크(300), 상기 제2링크(400) 및 상기 제3링크(500)에 의해 폐쇄된 사각형의 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 자세보정 메커니즘.