KR101956280B1 - 이족 보행로봇 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이족 보행로봇 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 각 부품을 3D 프린터로 출력하여 구동할 수 있도록 설계한 이족 보행로봇 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

이족 보행로봇 및 그 제조방법 {THE BIPED WALKING ROBOT AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 이족 보행로봇 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 각 부품을 3D 프린터로 출력하여 구동할 수 있도록 설계한 이족 보행로봇 및 그 제조방법에 관한 것이다.

3D 프린터는 종래의 2차원적인 출력물에서 3차원 적인 출력물의 출력이 가능하게 한다. 3D 프린터에는 그 출력방법에 따라 다양한 종류가 개발되었으나, 필라멘트를 녹여 아래쪽에서부터 적층하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 가장 보편적으로 사용된다.

로봇의 제조에 있어서도, 이러한 3D프린터를 이용하여 좀더 손쉽게 제조할 수 있게 되었다. 그러나, FDM방식의 프린터 출력물의 경우 각 부품의 강도로 인해 각 구성부품을 볼트 조립하는 경우 불량이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 특히, 구동 장치를 포함하는 보행로봇등의 경우에는, 구동 장치의 연결부에 더 큰 응력이 작용하여 각 부품의 부러짐등의 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 등록특허 제 10-1068123호

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3D 프린팅시 이족 보행로봇의 각 구성부품의 강도를 보강하고, 구동장치 연결부에 볼트 사용을 최소화 함으로써, 각 부품을 3D 프린터로 출력하여 구동할 수 있도록 설계한 이족 보행로봇 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇은 구성부품이 상호 조립되어 로봇형상을 이루는 이족 보행로봇에 있어서, 상기 구성부품을 구동하기 위한 서보모터; 상기 서보모터의 회전축과 결합하여 회전하는 혼부재;를 포함하고 상기 구성부품에는 상기 혼부재를 수용하기 위한 브라켓부가 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 구성부품은 몸체부; 상기 몸체부의 하부에 상기 서보모터를 통해 연결되는 좌우 일조의 하체부; 상기 몸체부의 양 측부에 상기 서보모터를 통해 연결되는 좌우 일조의 팔부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체부는 상기 몸체부의 전면과 후면을 연결하여 지지하는 강도보강바를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 혼부재는 길이방향 양 단부에 일정한 곡률를 갖는 곡면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 브라켓부는 상기 구성부품의 내측을 향해 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기 브라켓부는 일정거리 이격되도록 형성되는 제 1날개부 및 제 2날개부를 포함하고, 상기 혼부재는 상기 제 1날개부 및 제 2날개부 사이에 삽입되어 고정 지지될 수 있다.

또한, 상기 브라켓부와 상기 혼부재가 결합하여 원형의 횡단면을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 브라켓부의 반경방향 외측으로는 상기 제 1날개부 및 제 2날개부의 강도 보강을 위한 강도보강부가 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 강도보강부는 상기 제 1날개부 및 제 2날개부의 반경방향 외측 단부로부터 하향 경사지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 회전축은 육각형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구성부품 및 상기 혼부재는 3D 프린터로 출력될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 제조방법은, 3D프린터로 출력되는 구성부품이 상호 조립되어 로봇형상을 이루는 이족 보행로봇의 제조방법에 있어서,

3D 프린팅에 적합하도록 각 구성부품을 모델링 하는 단계; 상기 구성부품을 3D 프린터로 출력하는 단계; 상기 구성부품을 상호 조립하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 모델링 단계는 상기 부품에 대한 조립시 응력해석을 통해 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 이족 보행로봇은 3D 프린터로 출력한 각 구성부품에 대해 조립시 적당한 강도를 가질 수 있는 구조를 제시함으로써 손쉽게 3D 프린터로 제조 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇 몸체부의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혼부재 및 서보모터 결합부의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 대퇴부의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 제조방법을 보여주는 흐름도.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 사시도이다, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 구성부품이 상호 조립되어 2족 보행이 가능한 직립형 로봇형상을 이루게 된다.

크게는 몸체부(100)와, 몸체부(100)의 하부에 연결되는 좌우 일조의 하체부(300) 및 몸체부(100)의 양 측부에 연결되는 좌우 일조의 팔부(200)를 포함하여 구성될 수 있고, 팔부(200)와 하체부(300)를 각각 구동함으로써 양 다리로 보행이 가능한 이족 보행로봇이다.

구체적으로 몸체부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 팔부(200)가 연결되는 상부 프레임(110)과 하체부(300)가 연결되는 하부 프레임(130)이 결합되어 이루어 질 수 있다.

또한, 팔부(200)는 몸체부(100)의 상부 프레임(110)에 연결되는 어깨부(210), 손부(220) 그리고 어깨부(210)와 손부(220) 사이에 구비되어 팔꿈치 역할을 하는 관절부를 포함하여 구성될 수 다. 하체부(300)는 상기 몸체부(100)의 하부 프레임(130)에 연결되는 대퇴부(310), 대퇴부(310)의 하부에 연결되는 무릎부(320), 그리고 무릎부(320)의 하부에 연결되는 발목부(330)와 발부(340)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하 구성부품이라 칭한다.

본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇은 상술한 각 구성부품을 3D 프린터로 프린팅하고, 각 구성부품간에는 서보모터(500)등과 같은 구동장치(이하 서보모터(500))로 연결하여 몸체부(100) 내측에 구비하는 제어부를 통해 각 서보모터(500)를 구동함으로써 보행이 가능할 수 있다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 서보모터(500)와 각 구성부품을 체결함에 있어서, 결합부의 강도를 저해 할 수 있는 볼트의 사용을 최소화하기 위해 도 3에서 도시된 바와 같은 서보모터(500) 결합부의 구조를 제시한다.

구체적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 구성부품이 상호 조립되어 로봇형상을 이루는 이족 보행로봇에 있어서, 상기 구성부품을 구동하기 위한 서보모터(500), 상기 서보모터(500)의 회전축과 결합하여 회전하는 혼부재(520)를 포함하고, 상기 구성부품에는 상기 혼부재(520)를 수용하기 위한 브라켓부(530)가 일체로 형성될 수 있다.

혼부재(520)는 도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 일정한 두께를 같고, 길이방향 양 단부에는 일정한 곡률의 곡면이 각각 형성될 수 있다. 또한, 중앙부에는 서보모터(500)의 회전축이 삽입 연결되기 위한 삽입홀(523)이 일정 깊이로 형성될 수 있고, 삽입홀(523)의 저면 중앙부에는 구성부품, 혼부재(520), 서보모터(500)의 회전축을 동축상으로 관통하여 볼트 체결하기 위한 볼트 체결홀이 형성될 수 있다.

삽입홀(523)에는 서보모터(500)의 회전축이 삽입, 고정됨으로써 회전축과 함께 혼부재(520)가 함께 회전하게 된다. 이러한 혼부재(520)는 회전축과 같이 회전하면서, 서보모터(500)의 구동력을 구성부품에 전달하는 역할을 해야 하므로 회전축의 외주면과 삽입홀(523)의 내주면에는 서로 치합될 수 있도록 대응되는 형태의 세레이션이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 강도확보를 위해 정육각형의 횡단면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 3D 프린터로 출력 제조할 수 있는 혼부재(520)에 형성되는 삽입홀(523)의 형상 역시 이에 대응하여 서로 치합될 수 있도록 정육각형의 단면으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 삽입홀(523)의 주위로는 서보모터(500)에 결합시 위치 고정을 용이하게 하기 위한 위치고정용 돌기부(522)가 더 형성될 수 있다.

다음으로, 혼부재(520)의 회전을 통해 구성부품에 그 구동력이 전달 되어야 하므로, 서보모터(500)가 설치되는 구성부품의 내주면 일측으로는 혼부재(520)를 수용하여 구동력을 구성부품에 전달하기 위한 브라켓부(530)가 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 브라켓부(530)는 구성부품의 강도유지를 위해 내측으로 돌출형성 되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 혼부재(520)를 길이방향 양측면에서 밀착 수용할 수 있도록 혼부재(520)의 폭만큼 일정거리 이격되어 형성되는 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532)를 포함하여 구성될 수 있다. 제 1날개부(531)와 제 2날개부(532) 사이에 혼부재(520)가 밀착 삽입되어, 회전축에 연동하여 혼부재(520)가 회전하는 동안 상기 브라켓부(530)에 의해 고정 지지됨으로써, 구동력을 구성부품에 전달할 수 있는 것이다.

이때, 상기 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532)와 혼부재(520)가 결합한 상태에서는 원형의 단면을 갖도록 형성됨이 바람직한데, 이는 혼부재(520)의 회전에 연동하여 구성부품 역시 회전하게 되므로, 각 구성부품 상호간의 간섭을 방지하기 위함이다. 이를 위해 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532)의 반경방향 외측면은 혼부재(520)의 양단면에 형성된 곡면과 동일한 곡률의 갖도록 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.

그러나, 구성부품의 내측면에 일체로 형성되는 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532) 만으로는 이러한 구동력에 대응하기 어려울 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 상기 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532)의 반경방향 외측으로 강도보강부(540)가 연장 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 강도보강부(540)는 상기 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532)의 반경방향 외측 단부로부터 하향 경사지도록 형성될 수 있다.

이렇게 서보모터(500)의 회전축이 혼부재(520)의 삽입홀(523)에 삽입되어 결합된 상태에서 혼부재(520)가 상기 제 1날개부(531) 및 제 2날개부(532) 사이에 수용되어 밀착 지지되면, 중앙부에 구비된 볼트 체결홀을 통해 하나의 볼트만을 사용하여, 서보모터(500)를 구성부품에 고정하는 동시에 서보모터(500)의 구동력을 구성부품에 전달함으로써, 하체부(300) 또는 팔부(200)를 회동할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇 몸체부(100)의 사시도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 몸체부(100)는 상술한 바와 같이, 도 2(a),(b)에 도시된 상부 프레임(110)과 도 2(c),(d)에 도시된 하부 프레임(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 상부 프레임(110)과 하부 프레임(130) 모두 양측면과 저면이 개방된 형상으로 이루어지므로, 전면과 후면 사이를 연결하는 강도보강바(120a,120b)를 더 포함함으로써, 3D 프린터로 출력시 강도를 유지할 수 있게 된다. 본 발명에서의 상술한 구성부품들 중 'ㄷ'자 형상의 단면을 갖도록 형성되는 어깨부(210) 역시 이러한 강도보강바(120a,120b)를 구비하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 이족 보행로봇의 제조방법은 3D프린터로 출력되는 구성부품이 상호 조립되어 로봇형상을 이루는 이족 보행로봇의 제조방법에 있어서, 3D 프린팅에 적합하도록 각 구성부품을 모델링 하는 단계(S100), 상기 구성부품을 3D 프린터로 출력하는 단계(S200), 상기 구성부품을 상호 조립하는 단계(S300)를 포함하여 이루어 질 수 있다.

또한, 이때 상기 모델링 단계(S100)는 상기 부품에 대한 조립시 응력해석을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.

앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 (이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예 일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

100: 몸체부
110: 상부 프레임
120a,120b: 강도보강바
130: 하부 프레임
200: 팔부
210: 어깨부
220: 손부
300: 하체부
310: 대퇴부
320: 무릎부
330: 발목부
340: 발부
500: 서보모터
520: 혼부재
521: 곡면
522: 위치 고정 돌기부
523: 회전축 삽입홀
524: 볼트체결홀
530: 브라켓부
531: 제 1날개부
532: 제 2날개부
540: 강도보강부

Claims (13)

1. 몸체부;
   상기 몸체부의 양측방에 결합되는 팔부; 및
   상기 몸체부의 하부에 결합되는 하체부를 포함하고,
   상기 몸체부는 상기 팔부가 결합되는 상부 프레임과, 상기 하체부가 결합되는 하부 프레임을 포함하고,
   상기 상부 프레임은 상판과, 상기 상판으로부터 연장되는 전판과, 상기 상판으로부터 연장되는 후판을 포함하고, 상기 상부 프레임은 양측면과 저면이 개방된 형상을 가지며,
   상기 상부 프레임은 상기 상부 프레임의 상기 상판, 상기 전판 및 상기 후판을 연결하며 상기 상부 프레임의 상기 상판으로부터 제1높이로 돌출되는 강도보강바를 더 포함하고,
   상기 하부 프레임은 상판과, 상기 하부 프레임의 상기 상판으로부터 연장되는 전판과, 상기 하부 프레임의 상기 상판으로부터 연장되는 후판을 포함하고, 상기 하부 프레임은 양측면과 저면이 개방된 형상을 가지며,
   상기 하부 프레임은 상기 하부 프레임의 상기 상판, 상기 하부 프레임의 상기 전판 및 상기 하부 프레임의 상기 후판을 연결하며 상기 하부 프레임의 상기 상판으로부터 상기 제1높이보다 긴 제2높이로 돌출되는 강도보강바를 더 포함하고,
   상기 하부 프레임의 상기 전판의 일부는 상기 상부 프레임의 상기 전판의 내측에 배치되어 수평방향으로 오버랩되고,
   상기 팔부는 상기 몸체부의 상기 상부 프레임에 연결되는 어깨부와, 손부와, 상기 어깨부와 상기 손부 사이에 구비되어 팔꿈치 역할을 하는 관절부를 포함하고,
   상기 하체부는 상기 몸체부의 상기 하부 프레임에 연결되는 대퇴부와, 상기 대퇴부의 하부에 연결되는 무릎부와, 상기 무릎부의 하부에 연결되는 발목부와, 상기 발목부에 연결되는 발부를 포함하고,
   상기 하체부는 상기 무릎부에 상기 발목부를 회전 가능하게 연결하는 서보모터를 포함하고,
   상기 서보모터는 육각형의 단면을 갖는 회전축을 포함하고,
   상기 하체부는 상기 발목부와 상기 서보모터의 상기 회전축에 결합되는 혼부재를 포함하고,
   상기 혼부재는 상기 서보모터의 상기 회전축의 형상과 대응하는 형상으로 형성되어 상기 회전축이 삽입되는 삽입홈을 포함하고 길이방향의 양단부에서 곡률을 갖도록 형성되고,
   상기 하체부의 상기 발목부는 상기 혼부재를 수용하기 위해 내측으로 돌출 형성되고 서로 이격되는 제1날개부 및 제2날개부를 포함하는 브라켓부를 포함하는 이족 보행로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부에 상기 하체부를 회전 가능하게 연결하는 추가 서보모터를 더 포함하는 이족 보행로봇.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부에 상기 팔부를 회전 가능하게 연결하는 추가 서보모터를 더 포함하는 이족 보행로봇.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 브라켓부와 상기 혼부재가 결합하여 원형의 횡단면을 가지는 이족 보행로봇.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 브라켓부의 반경방향 외측으로는 상기 제1날개부 및 상기 제2날개부의 강도 보강을 위한 강도보강부가 연장 형성되는 이족 보행로봇.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 강도보강부는 상기 제1날개부 및 상기 제2날개부의 반경방향 외측 단부로부터 하향 경사지도록 형성되는 이족 보행로봇.
   
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 하체부 및 상기 혼부재는 3D 프린터로 출력되는 이족 보행로봇.
    
12. 제1항의 이족 보행로봇을 제조하기 위한 이족 보행로봇의 제조방법에 있어서,
    3D 프린팅에 적합하도록 상기 이족 보행로봇의 각 구성부품을 모델링하는 제1단계;
    상기 구성부품을 3D 프린터로 출력하는 제2단계; 및
    상기 구성부품을 상호 조립하는 제3단계를 포함하는 이족 보행로봇의 제조방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1단계는 상기 구성부품에 대한 조립 시 응력해석을 통해 이루어지는 이족 보행로봇의 제조방법.

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