KR101994947B1

KR101994947B1 - 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇

Info

Publication number: KR101994947B1
Application number: KR1020180079399A
Authority: KR
Inventors: 정승환
Original assignee: 정승환
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-07-01

Abstract

본 발명은 추진체에 의해 로봇의 자세를 제어하는 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇에 관한 것으로, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치는 로봇 몸체의 하중을 지지하거나 견인하기 위한 추력을 생성하는 추진체 및, 상기 로봇 몸체와 상기 추진체 사이에 설치되어 상기 로봇 몸체를 상기 추진체에 대해 회동시키거나 상기 추진체를 상기 로봇 몸체에 대해 회동시키는 회동기구를 포함하되, 상기 회동기구는 적어도 2개의 회동축을 가지며, 각 회동축은 서로 직각을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 로봇은 위와 같은 자세제어 장치가 설치되는 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하며, 자세제어 장치가 설치되는 제1 몸체 및 제2 몸체와, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 연결하는 휘어짐이나 신축이 가능한 제3 몸체를 포함할 수 있다.

Description

로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇{Apparatus for Controlling Posture of Robot and Robot Equipped with the Same}

본 발명은 로봇의 자세제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추진체를 이용하여 로봇의 자세를 제어하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계를 말하며, 종래에는 주로 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 작업을 수행하는데 사용되었으나, 최근 로봇 공학의 발전으로 인해 가정용 및 의료용 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

이러한 로봇은 구현하고자 하는 다양한 동작을 위해 자세를 제어하는 것이 핵심이며, 자세제어를 함에 있어 고려하여야 할 중요한 요소 중 하나가 로봇의 중량이다. 보통, 로봇의 중량이 증가할 경우 보다 견고하면서도 강한 토크 등이 요구되는바 이를 제어함에 있어 사용되는 부품의 개수가 증가되고 해당 부품의 성능이 우수하여야 하는 것은 물론, 높은 수준의 연산처리가 가능한 하드웨어가 필요하며, 로봇의 외형을 구성하고 디자인 함에 있어 많은 제약을 받게 된다.

이러한 많은 요구사항과 제약에 따라 중량이 큰 로봇의 경우 어떠한 자세를 취하거나 동작을 구현함에 있어 많은 시간이 소요되는바 민첩성 및 운동성이 둔화된다. 또한, 로봇을 제작함에 있어 고도화된 부품 등을 사용하여야 하므로 비용이 증가되고 사용할 수 있는 부품의 종류도 한정된다는 문제점이 있다.

KR 10-1151273 B1(2012.06.14.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 로봇 몸체의 하중을 지지하거나 견인하여 다양한 동작을 구현할 수 있는 자세를 용이하게 유도할 수 있도록 추진체를 이용한 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치는 로봇 몸체의 하중을 지지하거나 견인하기 위한 추력을 생성하는 추진체 및, 상기 로봇 몸체와 상기 추진체 사이에 설치되어 상기 로봇 몸체를 상기 추진체에 대해 회동시키거나 상기 추진체를 상기 로봇 몸체에 대해 회동시키는 회동기구를 포함하되, 상기 회동기구는 적어도 2개의 회동축을 가지며, 각 회동축은 서로 직각을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 로봇은 위와 같은 자세제어 장치가 설치되는 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇은, 추진체의 추력을 이용해 로봇 몸체의 하중을 지지함으로써 중량에 따른 제약을 줄여 로봇을 구성하는 부품의 선택을 폭넓게 할 수 있으며, 부품의 개수를 줄이고 상대적으로 저렴한 부품의 사용이 가능하여 로봇 제작 비용이 절감되고, 로봇의 외형을 구성하고 디자인함에 있어 다양성을 확보할 수 있도록 한다.

또한, 모래 등과 같이 지지력이 약하여 움직임이 어려운 사용환경에서도 추력 발생을 통해 로봇의 하중을 견인함으로써, 용이한 움직임이 가능하게 한다.

또한, 추진체의 추력을 통해 로봇 몸체의 안정적인 자세제어를 손쉽게 유도할 수 있도록 함으로써, 로봇의 민첩성과 운동성이 증대되고 행동반경이 넓어지는 것은 물론, 다양한 동작을 수행할 수 있는 로봇의 제작이 가능하게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제1 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 8은 도 2의 부분도이다.
도 9 내지 11은 제1 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제2 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제3 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.
도 14a 내지 14c는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제4 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.
도 15 내지 19는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치를 구비한 로봇을 도시한 도면이다.

아래에서는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)는 로봇 몸체(2)의 하중을 지지하거나 견인하기 위한 추력을 생성하는 추진체(100) 및, 상기 로봇 몸체(2)와 상기 추진체(100) 사이에 설치되어 상기 로봇 몸체(2)를 상기 추진체(100)에 대해 회동시키거나 상기 추진체(100)를 상기 로봇 몸체(2)에 대해 회동시키는 회동기구(200)를 포함하여 구성된다.

상기 추진체(100)는 발생되는 추력에 의해 자체적인 호버링(hovering) 비행이 가능한 장치로서, 다양한 방식의 추진체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 자체적인 호버링 비행이 가능한 싱글콥터 형태의 추진체(100)가 사용될 수 있으며, 이외에도 쿼드콥터 등의 멀티콥터나 헬리콥터, 로켓과 같은 형태의 추진체가 사용될 수도 있다. 다만, 추진체(100)의 중량과 부피에 비례하여 로봇 몸체(2)의 중량과 부피도 증가하므로, 추진체(100)는 가능한 가볍고 작은 것이 바람직하며, 그 개수도 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 회동기구(200)는 서로 직각을 이루는 적어도 2개의 회동축(x, y, z)을 중심으로 상기 로봇 몸체(2) 또는 상기 추진체(100)를 회동시키는 회동 구동부(10, 20, 30)를 구비한다.

이와 같은 추진체(100) 및 회동기구(200)에 의해, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)는 추진체(100)로 로봇 몸체(2)의 하중을 지지하면서 회동기구(200)에 의해 로봇 몸체(2)를 회동시켜 로봇 몸체(2)의 기울기나 위치를 변동시키거나, 회동기구(200)에 의해 추진체(100)를 회동시켜 추력의 방향을 바꿔 로봇 몸체(2)의 하중을 견인하면서 로봇 몸체(2)의 위치를 변동시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제1 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이고, 도 3 내지 8은 도 2의 부분도이며, 도 9 내지 11은 제1 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.

도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회동기구(200)는 추진체(100)의 축(z')과 직각을 이루는 제1 회동축(x)을 갖는 제1 회동 구동부(10)와, 추진체(100)의 축(z') 및 상기 제1 회동축(x)과 각각 직각을 이루는 제2 회동축(y)을 갖는 제2 회동 구동부(20) 및, 추진체(100)의 축(z')과 평행한 제3 회동축(z)을 갖는 제3 회동 구동부(30)로 구성되는 회동 구동부를 구비한다. 바람직하게, 상기 제3 회동축(z)은 상기 추진체(100)의 축(z')과 동일한 축으로 형성될 수 있다.

상기 회동기구(200)는 추진체(100)에 결합되는 추진체 결합부(40)와 로봇 몸체(2)에 상기 제1 회동축(x)을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 프레임(50)을 포함하며, 상기 추진체 결합부(40)와 상기 프레임(50)은 상기 제2 회동 구동부(20)에 의해 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회동 가능하게 결합된다.

상기 추진체 결합부(40)는 상기 추진체(100)를 상기 회동기구(200)에 결합하기 위한 부분으로서 그 형상이나 형태에는 제약이 없으며, 예를 들어 상기 추진체(100)나 상기 회동 구동부의 일부로써 일체로 형성될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따라 프레임(50)을 로봇 몸체(2)에 제1 회동축(x)을 중심으로 회동 가능하게 결합하기 위해, 상기 로봇 몸체(2)에는 회전축부(51)가 구비되고, 상기 프레임(50)에는 상기 회전축부(51)와 결합되는 회전 베어링부(52)가 구비될 수 있다.

도 2, 4를 참조하면, 상기 제2 회동 구동부(20)는 상기 추진체 결합부(40)에 고정 설치되어 회전력을 발생시키는 모터(21)와, 상기 프레임(50)에 일단이 고정 결합되고, 타단은 상기 모터(21)의 회전축(22)에 결합되어 상기 모터(21)의 회전력에 의해 상기 프레임(50)이 상기 추진체 결합부(40)에 대해 또는 상기 추진체 결합부(40)가 상기 프레임(50)에 대해 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회동되도록 하는 구동부 몸체(23)를 포함한다.

상기 구동부 몸체(23)는 상기 모터(21)의 회전력을 상기 프레임(50)에 전달하기 위해 상기 모터(21)의 회전축(22)과 상기 프레임(50)을 연결하는 부재이며, 도 2, 4에는 견고한 동력 전달과 함께 중량 최소화를 위한 최적의 구동부 몸체(23) 형상을 일 예로서 도시하였으나 그 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 구동부 몸체(23)는 상기 모터(21)의 회전축(22)이 연장된 형태로써 형성되는 것도 가능하며, 이때 구동부 몸체(23)는 회전축(22)의 연장된 부분을 지칭하게 된다.

상기 구동부 몸체(23)는 상기 추진체 결합부(40)와 상기 프레임(50)의 사이에 상기 추진체(100)의 회동공간 확보를 위해 소정의 길이로 구비되는 것이 바람직하지만, 상기 프레임(50)이 상기 모터(21)의 회전축(22)에 직접 연결될 수 있는 경우에는 생략될 수도 있으며, 상기 프레임(50)에 돌출부 또는 연장부의 형태로써 일체로 형성되는 것도 가능하다.

한편, 도 2, 4에서 도면부호 24는 상기 모터(21)를 상기 추진체 결합부(40)에 고정 결합하는 고정 케이싱이며, 상기 모터(21)가 상기 추진체 결합부(40)에 직접 고정되는 경우에는 생략될 수 있는 구성이다.

도 2, 5 및 6을 참조하면, 상기 제1 회동 구동부(10)는 상기 추진체 결합부(40)에 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회전 가능하게 설치되며, 회전력을 발생시키는 모터(11)와, 상기 프레임(50)에 일단이 고정 결합되고, 타단은 상기 모터(11)에 고정 결합되어, 상기 프레임(50) 또는 상기 추진체 결합부(40)가 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회전할 때 상기 모터(11)와 함께 상기 추진체 결합부(40) 상에서 회전하는 구동부 몸체(12)와, 상기 로봇 몸체(2)가 상기 프레임(50)에 대해 또는 상기 프레임(50)이 상기 로봇 몸체(2)에 대해 상기 제1 회동축(x)을 중심으로 회동되도록, 상기 모터(11)의 회전력을 상기 로봇 몸체(2)의 상기 제1 회동축(x) 상에 고정 설치된 회동요소(53, 53')로 전달하는 동력전달기구(13)를 포함한다.

도 2, 5 및 6에 도시된 일 실시예에 따라, 상기 회동요소는 상기 로봇 몸체(2)에 고정 결합된 제2 피니언 기어(53)이고, 도 3을 참조하면 상기 제2 피니언 기어(53)는 상기 로봇 몸체(2)의 회전축부(51)에 고정 결합될 수 있다.

또한, 상기 동력전달기구(13)는 상기 모터(11)의 회전축(14)에 결합된 제1 피니언 기어(15)와, 상기 제1 피니언 기어(15) 및 상기 제2 피니언 기어(53)와 치합되는 기어(16)를 양단에 구비하고 상기 제1 피니언 기어(15)의 회전 동력을 상기 제2 피니언 기어(53)로 전달하는 회전 샤프트(17)로 구성될 수 있다.

상기 회전 샤프트(17)는 유니버설 조인트의 연속된 결합으로 이루어져 상기 프레임(50)의 형상을 추종하면서 굴곡진 형태로 구성될 수 있으며, 도 7을 참조하면 상기 프레임(50)에는 상기 회전 샤프트(17)를 지지하기 위한 지지 베어링부(54)가 적절한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구동부 몸체(12)를 상기 추진체 결합부(40)에 대해 제2 회동축(y)을 중심으로 회전될 수 있도록 하기 위해, 상기 추진체 결합부(40) 상에는 상기 구동부 몸체(12)의 둘레면을 따라 배치되는 구름 롤러(18)를 구비하는 구름 회전부(19)가 마련된다.

이에 따라, 상기 제2 회동 구동부(20)에 의해 상기 프레임(50)이 상기 추진체 결합부(40)에 대해 또는 상기 추진체 결합부(40)가 상기 프레임(50)에 대해 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회동할 때, 상기 구동부 몸체(12)는 상기 모터(11)와 함께 상기 추진체 결합부(40)에 대해 제2 회동축(y)을 중심으로 회전함으로써 상기 프레임(50) 및 상기 추진체 결합부(40) 또는 상기 로봇 몸체(2)가 상기 제1 회동축(x)을 중심으로는 회동되지 않도록 한다.

도 2, 8을 참조하면, 상기 추진체 결합부(40)는 상기 추진체(100)에 고정 결합되는 고정부(41)와, 상기 고정부(41)의 외측에 위치하며, 상기 고정부(41)에 상기 제3 회동축(z)을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 회동부(42)를 포함한다.

이를 위해, 상기 고정부(41)의 외측면에는 레일(43)이 형성되며, 상기 회동부(42)의 내측면에는 상기 고정부(41)의 레일(43)을 따라 구름 이동하는 롤러(44)가 구비된다.

한편, 이와 반대로 상기 회동부(42)의 내측면에 레일(43)이 형성되고, 상기 고정부(41)의 외측면에는 상기 회동부(42)의 레일(43)을 따라 구름 이동하는 롤러(44)가 구비될 수도 있으며, 레일(43) 및 롤러(44) 외에 베어링 등 균등 형태의 다른 슬라이딩 수단도 얼마든지 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 제3 회동 구동부(30)는 상기 회동부(42)에 고정 설치되어 회전력을 발생시키는 모터(31)와, 상기 모터(31)의 회전축에 고정 설치되는 피니언 기어(32)와, 상기 고정부(41)에 형성되며, 상기 피니언 기어(32)에 치합되어 상기 모터(31)의 회전력에 의해 상기 회동부(42)가 상기 고정부(41)에 대해 또는 상기 고정부(41)가 상기 회동부(42)에 대해 상기 제3 회동축(z)을 중심으로 회동되도록 하는 링 기어(33)를 포함한다.

본 명세서에서 피니언 기어라는 용어는 각 기어 간의 상대적인 구분을 위한 지칭의 편의상 사용된 것일 뿐이며, 기어의 상대적인 크기를 한정하기 위해 사용된 용어는 아님을 밝혀둔다.

한편, 도 2, 8에서 도면부호 34는 상기 모터(31)를 상기 추진체 결합부(40)에 고정 결합하는 고정 케이싱이다.

도 9에 도시된 변형 실시예에 따라, 상기 회동요소는 상기 로봇 몸체(2)에 고정 결합된 제2 풀리(53')일 수 있으며, 도 3을 참조하면 상기 제2 풀리(53')는 상기 로봇 몸체(2)의 회전축부(51)에 고정 결합될 수 있다.

이에 따라, 상기 동력전달기구(13)는 상기 모터(11)의 회전축(14)에 결합된 제1 풀리(15')와, 상기 제1 풀리(15')의 회전 동력을 상기 제2 풀리(53')로 전달하는 벨트(16')로 구성되며, 상기 벨트(16')는 상기 프레임(50)을 따라 설치된 텐션 풀리들(17')에 의해 상기 프레임(50)의 형상을 추종하면서 굴곡진 형태로 구성될 수 있다.

한편, 상기 제3 회동 구동부(30)에 있어서도 상기 모터(31)의 회전축과 상기 고정부(41)가 상기 피니언 기어(32)와 링 기어(33)가 아닌 벨트, 풀리 결합에 의해 회전력이 전달될 수 있도록 구성될 수도 있을 것이다.

또한, 도 10 및 11에 도시된 변형 실시예에 따르면, 상기 프레임(50)은 반원 형태로 절반만 형성되거나, 사각 형상으로 형성될 수도 있다. 이외에도 상기 프레임(50)은 로봇 몸체(2)나 추진체(100)의 형상을 반영하여 임의의 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 동력전달기구(13)도 프레임(50)의 형상 및 추진체 결합부(40)와의 배치 구조에 따라 연질의 중공축이나 엘보우 메카니즘(elbow mechanism) 등을 이용하여 여러 다양한 형태로 구성될 수 있을 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제2 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)의 제 2실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 달리 제3 회동 구동부(30)를 구비하고 있지 않으며, 이에 따라 추진체 결합부(40)는 고정부(41)와 회동부(42)가 서로 회동되지 않도록 고정 결합되어 있다. 이 경우, 추진체 결합부(40)는 고정부(41)와 회동부(42)로 분리하여 형성하지 않아도 된다.

일반적으로 추진체(100)는 자체적인 회전 비행 기능을 가지고 있으며, 이를 이용하여 제 2실시예는 추진체(100)의 자체적인 회전 비행에 의해 상기 프레임(50)을 상기 제3 회동축(z)을 중심으로 회동되도록 할 수 있고, 이에 따라 제3 회동 구동부(30)를 생략한 것을 특징으로 한다. 또한, 적용예에 따라서는 상기 제3 회동축(z)을 중심으로 한 회동이 요구되지 않는 경우도 있을 수 있으므로, 이러한 경우들에 있어 상기 제 2실시예의 형태는 특별히 적합하게 된다.

제2 실시예는 제1 실시예에 비해 제3 회동 구동부(30)를 생략할 수 있게 됨으로써, 회동기구(200)의 무게 및 크기를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 추진체(100)의 추력 경감이 가능한 장점이 있다.

한편, 제2 실시예에 있어서도 제1 실시예와 마찬가지로 앞서 설명한 도 9 내지 11에 도시된 바와 같은 변형예가 적용될 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제3 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)의 제 3실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 달리 제1 회동 구동부(10)가, 본체는 상기 프레임(50)에 고정 설치되고, 회전축은 상기 로봇 몸체(2)에 고정 설치되어, 회전력을 발생시키는 모터(11)로 이루어져, 상기 모터(11)의 회전력에 의해 상기 로봇 몸체(2)를 상기 프레임(50)에 대해 또는 상기 프레임(50)을 상기 로봇 몸체(2)에 대해 상기 제1 회동축(x)을 중심으로 회동되도록 구성된다.

이때, 상기 모터(11)의 본체는 상기 프레임(50)에 고정 형성된 고정 케이싱(12')에 고정 결합될 수 있고, 상기 모터(11)의 회전축은 상기 로봇 몸체(2)의 회전축부(51)에 고정 결합될 수 있다.

한편, 이와 반대로 상기 모터(11)는 본체가 상기 로봇 몸체(2)에 고정 설치되고, 회전축이 상기 프레임(50)에 고정 설치되는 형태로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)의 제3 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 달리 상기 제3 회동 구동부(30)가 상기 추진체 결합부(40)를 중심으로 상기 제2 회동 구동부(20)와 마주 보는 위치에 구비된다.

이때, 상기 모터(31)는 상기 고정 케이싱(34)을 통해 상기 회동부(42)에 고정 설치되며, 상기 회동부(42)는 상기 프레임(50)에 일단이 고정 결합되고 타단은 상기 회동부(42)에 상기 제2 회동축(y)을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 연결 몸체(35)에 의해 상기 프레임(50)과 연결됨으로써, 회동기구(200)의 작동시 상기 제3 회동 구동부(30)가 상기 제2 회동 구동부(20)와 함께 안정된 무게 밸런스를 유지할 수 있도록 한다.

추진체(100)의 안정적인 호버링 비행을 위해 회동기구(200)는 작동시 무게 중심이 가능한 일정하게 유지되는 것이 바람직하며, 제3 실시예는 제1 회동 구동부(10) 및 제3 회동 구동부(30)가 위와 같은 형태로 구성됨으로써, 로봇의 자세 제어시 회동기구(200)의 무게 중심이 보다 일정하게 유지될 수 있게 된다.

제3 실시예는 제1 실시예에 비해 동력전달기구(13)를 생략할 수 있게 됨으로써, 회동기구(200)의 무게 및 크기의 절감이 가능하고, 또한 동력전달시 발생할 수 있는 시간차와 에너지 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 제3 실시예에 있어서도 제1 실시예와 마찬가지로 앞서 설명한 도 10 및 11에 도시된 바와 같은 변형예가 적용될 수 있다.

도 14a 내지 14c는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치에서 제4 실시예에 따른 회동기구를 도시한 사시도이다.

도 14a 내지 14c를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)의 제4 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 달리 상기 제1 회동 구동부(10)가, 본체는 상기 로봇 몸체(2)에 고정 설치되고, 회전축(14)은 상기 프레임(50)에 고정 설치되어, 회전력을 발생시키는 모터(11)로 이루어져, 상기 모터(11)의 회전력에 의해 상기 로봇 몸체(2)를 상기 프레임(50)에 대해 또는 상기 프레임(50)을 상기 로봇 몸체(2)에 대해 상기 제1 회동축(x)을 중심으로 회동되도록 한다.

이때, 상기 모터(11)의 본체는 상기 로봇 몸체(2)에 일체 또는 결합 형성된 고정 케이싱(12")에 고정 결합될 수 있다.

한편, 이와 반대로 상기 모터(11)는 본체가 상기 프레임(50)에 고정 설치되고, 회전축이 상기 로봇 몸체(2)에 고정 설치되는 형태로 형성되는 것도 가능하다.

도 14c에 도시된 실시예의 경우, 앞서 설명한 제2 실시예와 같이 제3 회동 구동부(30)를 구비하고 있지 않으며, 이에 따라 추진체 결합부(40)는 추진체(100)나 제2 회동 구동부(20)의 일부로써 일체로 형성되어 있다.

제4 실시예에 의하면, 도 14a 내지 14c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 실시예에 비해 프레임(50) 및 제1, 2 회동 구동부(10, 20)의 구조를 보다 단순화하고 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다.

도 15 내지 19는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치를 구비한 로봇을 도시한 도면이다.

도 15a 내지 15c를 참조하면, 로봇 몸체(2)는 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치(1)가 설치되는 제1 몸체(2-1)와 제2 몸체(2-2) 및, 상기 제1 몸체(2-1)와 상기 제2 몸체(2-2)를 연결하는 제3 몸체(2-3)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 몸체(2-1)와 제2 몸체(2-2)는 추진체(100)의 추력 생성에 방해가 되지 않도록 기체 투과율이 높은 소재로 이루어지는 외피(61)를 가지며, 또한 로봇의 자세제어 장치(1)가 설치되는 프레임 구조체(62)를 포함한다.

여기서, 상기 프레임 구조체(62)는 로봇 몸체(2)의 골격을 이루는 것으로 적용되는 로봇 몸체(2)의 형상에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 외피(61)는 필요에 따라 생략될 수도 있다. 반대로, 외피(61)가 소정의 강성을 가지며 골격의 역할을 하는 경우에는 프레임 구조체(62)가 생략될 수도 있다.

상기 외피(61)는 공기가 통과되도록 통공이 형성된 형태를 이룰 수 있음은 물론, 철망과 같이 메쉬(mesh) 형태를 이룰 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 상기 추진체(100)와 외피(61) 간의 간격이 추력 생성에 방해가 되지 않을 정도로 충분한 경우 상기 외피(61)는 기체 투과율이 낮거나 기체가 투과되지 않는 소재로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 추진체(100)의 방향전환에 따른 추력의 발생 방향을 고려하여, 상기 외피(61) 중 추력에 영향을 미치는 부분과 미치지 않는 부분의 기체 투과율을 달리할 수도 있을 것이다.

상기 제3 몸체(2-3)는 상기 제1 몸체(2-1)와 제2 몸체(2-2)의 상대적인 운동에 의해 로봇 몸체(2)의 자세가 변경될 수 있도록, 휘어짐이나 신축이 가능한 소재로 형성되거나(도 15a 및 15b 참조, 이 경우 상기 제1 몸체와 제2 몸체의 외피와 마찬가지로 기체 투과율이 높은 소재가 바람직함), 조인트 또는 관절 형태로 형성될 수 있다(도 15c 참조).

한편, 도 16a, 16b에서와 같이 로봇 몸체(2)는 상기 제2 몸체(2-2) 및/또는 제3 몸체(2-3)가 생략된 형태로 구성될 수도 있다.

도 16a을 참조하면, 로봇 몸체(2)는 제3 몸체(2-3)가 생략된 형태로서 자세제어 장치(1)가 설치되는 제1 몸체(2-1)와 제2 몸체(2-2)만으로 이루어져, 자세제어 장치(1)에 의한 제1 몸체(2-1)와 제2 몸체(2-2)의 상대적인 운동에 의해 로봇 몸체(2)의 자세가 변경될 수 있도록 구성된다.

또한, 도 16b를 참조하면, 로봇 몸체(2)는 제2 몸체(2-2) 및 제3 몸체(2-3)가 생략된 형태로서 자세제어 장치(1)가 설치되는 제1 몸체(2-1)만으로 이루어지며, 제1 몸체(2-1)는 휘어짐이나 신축이 가능한 소재 또는 구조(조인트 또는 관절 형태)로 이루어져, 자세제어 장치(1)에 의한 제1 몸체(2-1)의 형상 변화에 의해 로봇 몸체(2)의 자세가 변경될 수 있도록 구성된다.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 로봇 몸체(2)는 상기 제2 몸체(2-2)가 생략된 형태로서 자세제어 장치(1)가 설치되지 않은 제3 몸체(2-3)와 자세제어 장치(1)가 설치되는 제1 몸체(2-1)로 이루어져, 제3 몸체(2-3)에 대한 제1 몸체(2-1)의 상대적인 운동에 의해 로봇 몸체(2)의 자세가 변경될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 경우에 있어 제3 몸체(2-3)는 도 16a와 같은 형태로서 제1 몸체(2-1)와 배치되어 연동될 수 있으므로 반드시 휘어짐이나 신축이 가능한 소재 또는 구조로 형성될 필요는 없다.

한편, 각 제1 몸체(2-1) 또는 제2 몸체(2-2)에 구비되는 자세제어 장치(1)의 개수는 추진체(100)의 추력 성능 및 동작 구현 목적에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 제1 몸체(2-1) 또는 제2 몸체(2-2) 중 어느 하나는 본 발명에 따른 자세제어 장치(1)가 아닌 다른 형태의 자세제어 장치가 구비되거나, 자세제어 장치가 전혀 구비되지 않을 수도 있다.

도 17 내지 19에 도시된 바와 같이, 위와 같이 구성되는 로봇 몸체(2)는 로봇의 몸통부(2')나 팔, 다리(2")일 수 있다.

도 17 및 18을 참조하면, 추진체(100)는 로봇 몸체(2)의 하중을 지지하면서 자체적인 호버링 비행 중이며, 회동기구(200)에 의해 로봇 몸체(2)가 호버링 비행 중인 추진체(100)에 대해 회동됨으로써 로봇 몸체(2)의 기울기나 위치가 변동되게 할 수 있다.

또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 로봇이 이동하는 경우에는 로봇의 몸통부(2')에 대해 추진체(100)를 회동시켜 추진체(100)에 의해 생성되는 추력의 방향을 바꿈으로써 로봇의 이동에 필요한 구동력을 보조하거나 증가시킬 수 있도록 할 수 있다. 이때, 회동기구(200)에 의한 추진체(100)의 원활한 회동을 위해 회동시 추진체(100)의 추력을 감소시키거나 발생시키지 않을 수도 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇에 의하면, 추진체의 추력을 이용해 로봇 몸체의 하중을 지지함으로써 중량에 따른 제약을 줄여 로봇을 구성하는 부품의 선택을 폭넓게 할 수 있으며, 부품의 개수를 줄이고 상대적으로 저렴한 부품의 사용이 가능하여 로봇 제작 비용이 절감되고, 로봇의 외형을 구성하고 디자인함에 있어 다양성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 모래 등과 같이 지지력이 약하여 움직임이 어려운 사용환경에서도 추력 발생을 통해 로봇의 하중을 견인함으로써, 움직임이 용이해지게 된다.

또한, 추진체의 추력을 통해 로봇 몸체의 안정적인 자세제어를 손쉽게 유도할 수 있도록 함으로써, 로봇의 민첩성과 운동성이 증대되고 행동반경이 넓어지는 것은 물론, 다양한 동작을 수행할 수 있는 로봇의 제작이 가능하게 된다.

이상, 본 발명에 따른 로봇의 자세제어 장치 및 이를 구비한 로봇을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니며, 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1: 자세제어 장치 2: 로봇 몸체
2': 몸통부 2": 팔, 다리
2-1: 제1 몸체 2-2: 제2 몸체
2-3: 제3 몸체 10: 제1 회동 구동부
11: 모터 12: 구동부 몸체
12', 12": 고정 케이싱 13: 동력전달기구
14: 모터 회전축 15: 제1 피니언 기어
15': 제1 풀리 16: 기어
16': 벨트 17: 회전 샤프트
17': 텐션 풀리 18: 구름 롤러
19: 구름 회전부 20: 제2 회동 구동부
21: 모터 22: 모터 회전축
23: 구동부 몸체 24: 고정 케이싱
30: 제3 회동 구동부 31: 모터
32: 피니언 기어 33: 링 기어
34: 고정 케이싱 35: 연결 몸체
40: 추진체 결합부 41: 고정부
42: 회동부 43: 레일
44: 롤러 50: 프레임
51: 회전축부 52: 회전 베어링부
53: 제2 피니언 기어 53': 제2 풀리
54: 지지 베어링부 61: 외피
62: 프레임 구조체 100: 추진체
200: 회동기구 x: 제1 회동축
y: 제2 회동축 z: 제3 회동축
z': 추진체 축

Claims

로봇 몸체의 하중을 지지하거나 견인하기 위한 추력을 생성하는 추진체 및,
상기 로봇 몸체와 상기 추진체 사이에 설치되어 상기 로봇 몸체를 상기 추진체에 대해 회동시키거나 상기 추진체를 상기 로봇 몸체에 대해 회동시키는 회동기구를 포함하는 로봇의 자세제어 장치에 있어서,
상기 회동기구는 서로 직각을 이루는 적어도 2개의 회동축을 중심으로 상기 로봇 몸체 또는 상기 추진체를 회동시키는 회동 구동부를 구비하되,
상기 회동 구동부는 상기 추진체의 축과 직각을 이루는 제1 회동축을 갖는 제1 회동 구동부와, 상기 추진체의 축 및 상기 제1 회동축과 각각 직각을 이루는 제2 회동축을 갖는 제2 회동 구동부를 포함하고,
상기 회동기구는 상기 추진체에 결합되는 추진체 결합부와, 상기 로봇 몸체와 상기 제1 회동축을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 프레임을 포함하며, 상기 추진체 결합부와 상기 프레임은 상기 제2 회동 구동부에 의해 상기 제2 회동축을 중심으로 회동 가능하게 결합되고,
상기 제1 회동 구동부는, 상기 제2 회동축을 중심으로 회전 가능하게 설치되며 회전력을 발생시키는 모터와, 상기 프레임 또는 상기 추진체 결합부가 상기 제2 회동축을 중심으로 회전할 때 상기 모터 및 프레임과 함께 상기 추진체 결합부에 대해 회전하는 구동부 몸체와, 상기 로봇 몸체가 상기 프레임에 대해 또는 상기 프레임이 상기 로봇 몸체에 대해 상기 제1 회동축을 중심으로 회동되도록 상기 모터의 회전력을 상기 로봇 몸체의 상기 제1 회동축 상에 고정 설치된 회동요소로 전달하는 동력전달기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 제2 회동 구동부는
상기 추진체 결합부에 고정 설치되어 회전력을 발생시키는 모터와,
상기 프레임에 일단이 고정 결합되고, 타단은 상기 모터의 회전축에 결합되어 상기 모터의 회전력에 의해 상기 프레임이 상기 추진체 결합부에 대해 또는 상기 추진체 결합부가 상기 프레임에 대해 상기 제2 회동축을 중심으로 회동되도록 하는 구동부 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 회동요소는 상기 로봇 몸체에 고정 결합된 제2 피니언 기어이며,
상기 동력전달기구는
상기 모터의 회전축에 결합된 제1 피니언 기어와,
상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어와 치합되는 기어를 양단에 구비하고 상기 제1 피니언 기어의 회전 동력을 상기 제2 피니언 기어로 전달하는 회전 샤프트로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 회전 샤프트는 유니버설 조인트의 연속된 결합으로 이루어져 상기 프레임의 형상을 추종하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회동요소는 상기 로봇 몸체에 고정 결합된 제2 풀리이며,
상기 동력전달기구는
상기 모터의 회전축에 결합된 제1 풀리와,
상기 제1 풀리의 회전 동력을 상기 제2 풀리로 전달하는 벨트로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 벨트는 상기 프레임을 따라 설치된 텐션 풀리들에 의해 상기 프레임의 형상을 추종하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
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로봇 몸체의 하중을 지지하거나 견인하기 위한 추력을 생성하는 추진체 및,
상기 로봇 몸체와 상기 추진체 사이에 설치되어 상기 로봇 몸체를 상기 추진체에 대해 회동시키거나 상기 추진체를 상기 로봇 몸체에 대해 회동시키는 회동기구를 포함하는 로봇의 자세제어 장치에 있어서,
상기 회동기구는 서로 직각을 이루는 적어도 2개의 회동축을 중심으로 상기 로봇 몸체 또는 상기 추진체를 회동시키는 회동 구동부를 구비하되,
상기 회동 구동부는 상기 추진체의 축과 직각을 이루는 제1 회동축을 갖는 제1 회동 구동부와, 상기 추진체의 축 및 상기 제1 회동축과 각각 직각을 이루는 제2 회동축을 갖는 제2 회동 구동부, 및 상기 추진체의 축과 평행한 제3 회동축을 갖는 제3 회동 구동부를 포함하고,
상기 회동기구는 상기 추진체에 결합되는 추진체 결합부와, 상기 로봇 몸체와 상기 제1 회동축을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 프레임을 포함하며, 상기 추진체 결합부와 상기 프레임은 상기 제2 회동 구동부에 의해 상기 제2 회동축을 중심으로 회동 가능하게 결합되고,
상기 추진체 결합부는 상기 추진체에 고정 결합되는 고정부와, 상기 고정부의 외측에 위치하며, 상기 고정부에 상기 제3 회동축을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제3 회동축은 상기 추진체의 축과 동일한 축인 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
삭제
청구항 13에 있어서,
상기 고정부의 외측면에는 레일이 형성되며,
상기 회동부의 내측면에는 상기 고정부의 레일을 따라 구름 이동하는 롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제3 회동 구동부는
상기 회동부에 고정 설치되어 회전력을 발생시키는 모터와,
상기 모터의 회전축에 고정 설치되는 피니언 기어와,
상기 고정부에 형성되며, 상기 피니언 기어에 치합되어 상기 모터의 회전력에 의해 상기 회동부가 상기 고정부에 대해 또는 상기 고정부가 상기 회동부에 대해 상기 제3 회동축을 중심으로 회동되도록 하는 링 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 제3 회동 구동부는 상기 추진체 결합부를 중심으로 상기 제2 회동 구동부와 마주 보는 위치에 구비되되,
상기 모터는 상기 회동부에 고정 설치되며, 상기 회동부는 상기 프레임에 일단이 고정 결합되고 타단은 상기 회동부에 상기 제2 회동축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 연결 몸체에 의해 상기 프레임과 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 회동 구동부는
본체가 상기 프레임에 고정 설치되고, 회전축은 상기 로봇 몸체에 고정 설치되어, 회전력을 발생시키는 모터로 이루어져,
상기 모터의 회전력에 의해 상기 로봇 몸체를 상기 프레임에 대해 또는 상기 프레임을 상기 로봇 몸체에 대해 상기 제1 회동축을 중심으로 회동되도록 하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 회동 구동부는
본체가 상기 로봇 몸체에 고정 설치되고, 회전축은 상기 프레임에 고정 설치되어, 회전력을 발생시키는 모터로 이루어져,
상기 모터의 회전력에 의해 상기 로봇 몸체를 상기 프레임에 대해 또는 상기 프레임을 상기 로봇 몸체에 대해 상기 제1 회동축을 중심으로 회동되도록 하는 것을 특징으로 하는 로봇의 자세제어 장치.
청구항 1, 5, 7 내지 10, 13, 14, 16 내지 20 중 어느 한 항에 따른 자세제어 장치가 설치되는 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
청구항 1, 5, 7 내지 10, 13, 14, 16 내지 20 중 어느 한 항에 따른 자세제어 장치가 설치되는 제1 몸체 및 제2 몸체를 포함하며,
상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 서로 상대 운동이 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇.