KR102604752B1 - 공연 로봇 및 공연 로봇을 포함하는 로봇 공연 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇은, 척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 바디 유닛, 제1 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 제1 팔 모사 링크, 제2 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 다른 하나를 모사하는 제2 팔 모사 링크, 무릎 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 다리 모사 링크, 유압을 기반으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크 중 적어도 하나를 움직이는 적어도 하나의 구동 유닛 및 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 다른 하나를 모사하고, 하단이 외부 구조물에 마운팅되며, 상기 구동 유닛으로 유압이 제공되도록 상기 구동 유닛과 외부의 유체 탱크를 유체 소통 가능하게 연결하는, 고정 다리 링크를 포함한다.

Description

공연 로봇 및 공연 로봇을 포함하는 로봇 공연 시스템{Robot performing system including a performing robot and the performing robot}

본 발명은 공연 로봇 및 공연 로봇을 포함하는 로봇 공연 시스템에 관한 것이다.

기술의 발전에 따라 로봇은 다양한 산업 분야에 걸쳐 활용되고 있다. 종래의 경우, 로봇은 주로 인간의 작업을 돕거나, 인간이 활동하기 어려운 환경에서 작업을 수행하기 위해 사용되곤 하였다. 그런데 최근에는, 사람들에게 다양한 볼거리를 제공하기 위해 로봇을 이용하는 경우가 늘고 있다.

공연을 위한 로봇은 캐릭터, 동물, 식물 등 다양한 주제를 모티브로 제작되어 관객들의 흥미를 유발하고 있다. 일부 공연 로봇은, 사람과 유사한 동작을 취하도록 사람을 모방한 관절을 가질 수 있었다.

그런데, 위와 같이 관절을 가진 로봇은, 관절에 집중되는 하중, 구동하기 위해 필요한 힘, 로봇의 정지 및/또는 구동 중의 밸런싱(balancing) 등의 이슈로 대형화에 어려움이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사람의 동작을 모사할 수 있는 대형의 공연 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공연 로봇은 인체의 움직임을 모사한다.

상기 공연 로봇은, 척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 바디 유닛, 제1 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 제1 팔 모사 링크, 제2 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 다른 하나를 모사하는 제2 팔 모사 링크, 무릎 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 다리 모사 링크, 유압을 기반으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크 중 적어도 하나를 움직이는 적어도 하나의 구동 유닛 및 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 다른 하나를 모사하고, 하단이 외부 구조물에 마운팅되며, 상기 구동 유닛으로 유압이 제공되도록 상기 구동 유닛과 외부의 유체 탱크를 유체 소통 가능하게 연결하는, 고정 다리 링크를 포함한다.

상기 외부 구조물에 마운팅된 상기 고정 다리 링크를 기준으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크가 제어될 수 있다.

상기 고정 다리 링크는, 하단이 상기 외부 구조물에 마운팅되는 마운팅 링크 및 상단이 상기 바디 유닛에 연결되고 하단이 상기 마운팅 링크의 상단에 연결되며, 적어도 일부가 상기 마운팅 링크의 높이 방향을 중심으로 각도가 조절되는 슬루잉 링크를 포함할 수 있다.

상기 고정 다리 링크는, 외관상 상기 고정 다리 링크 전체가 상기 마운팅 링크의 높이 방향을 중심으로 각도가 조절되는 것으로 보여지도록, 상기 고정 다리 링크의 외골격을 형성하며 상기 슬루잉 링크의 적어도 일부와 함께 상기 마운팅 링크에 대해 상대적으로 각도가 조절되는 고정 다리 외피를 더 포함할 수 있다.

상기 고정 다리 링크는, 적어도 하나의 상기 구동 유닛과 상기 유체 탱크를 연결하며, 상기 고정 다리 외피 내측으로 배치되는 유압 호스를 더 포함할 수 있다.

상기 슬루잉 링크는, 상기 바디 유닛에 대하여 상기 마운팅 링크의 높이 방향에 교차하는 방향을 중심으로 각도가 조절될 수 있도록 연결되는 고관절 링크 및 상기 고관절 링크의 하단과 상기 마운팅 링크의 상단을 연결하며, 상기 마운팅 링크의 높이 방향을 중심으로 각도가 조절되는 선회 베어링(slewing bearing)을 포함할 수 있다.

상기 고정 다리 링크는, 태권도의 자세들 중에서 한 쪽 다리가 지면에 수직인 축에 대하여 기울여진 자세들 중 적어도 하나와 유사하도록, 상기 외부 구조물에 소정 각도로 기울어진 방향으로 연결될 수 있다.

상기 고정 다리 링크는, 상기 다리 모사 링크가 공중에 떠 있는 상태에서 균형을 유지하도록, 상기 다리 모사 링크보다 무겁게 형성될 수 있다.

상기 바디 유닛은, 상기 척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 몸통 모사 링크, 일단이 상기 몸통 모사 링크의 일측에 상기 몸통 모사 링크의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결되고, 타단이 상기 제1 팔 모사 링크와 연결되어 상기 인체의 두 어깨 중 어느 하나를 모사하는 제1 어깨 모사 링크 및 일단이 상기 몸통 모사 링크의 타측에 상기 몸통 모사 링크의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결되고, 타단이 상기 제2 팔 모사 링크와 연결되어 상기 인체의 두 어깨 중 다른 하나를 모사하는 제2 어깨 모사 링크를 포함할 수 있다.

상기 몸통 모사 링크는, 상기 다리 모사 링크 및 상시 고정 다리 링크와 연결되는 하부 바디 링크, 상기 하부 바디 링크에 대하여 횡단면(transverse plane)에 교차하는 제1 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 구비되는 로터리 프레임 및

상기 제1 어깨 모사 링크 및 상기 제2 어깨 모사 링크와 연결되며, 상기 로터리 프레임에 대하여 관상면(coronal plane)에 교차하는 제2 방향과 시상면(sagittal plane)에 교차하는 제3 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 구비되는 상부 바디 링크를 포함하여, 상기 하부 바디 링크, 상기 로터리 프레임 및 상기 상부 바디 링크의 조합으로 상기 척추 모사 관절을 구현할 수 있다.

상기 다리 모사 링크는, 상기 무릎 모사 관절이 펴진 상태에서 상기 외부 구조물에 선택적으로 고정될 수 있도록, 하단부에 형성되어 상기 외부 구조물에 의해 선택적으로 클램핑 되는 고정단을 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 로봇 공연 시스템은, 인체의 움직임을 모사하는 공연 로봇, 상기 공연 로봇를 지지하는 구조물, 상기 공연 로봇의 작동에 필요한 유압을 제공하도록, 상기 공연 로봇과 연결된 유체 탱크 및 상기 공연 로봇과 통신 가능하게 연결되어 상기 공연 로봇을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 공연 로봇은, 척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 바디 유닛, 제1 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 제1 팔 모사 링크, 제2 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 다른 하나를 모사하는 제2 팔 모사 링크, 무릎 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 다리 모사 링크, 상기 제어부에 의해 제어 받으며, 유압을 기반으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크 중 적어도 하나를 움직이는 적어도 하나의 구동 유닛 및 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 다른 하나를 모사하고, 하단이 상기 구조물에 마운팅되며, 상기 구동 유닛으로 유압이 제공되도록 상기 구동 유닛과 상기 유체 탱크를 연결하는, 고정 다리 링크를 포함한다.

상기 다리 모사 링크는 하단부에 형성된 고정단을 포함하고, 상기 외부 구조물은, 상기 다리 모사 링크의 상기 무릎 모사 관절이 펴진 상태에서 상기 고정단을 선택적으로 클램핑하는 클램핑 유닛을 포함할 수 있다.

상기 공연 로봇은 키가 사람보다 크도록 형성될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

대형의 로봇이 밸런싱을 유지하며 사람의 동작을 모사할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템을 표현한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇의 골격 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 골격 파트를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마운팅 링크가 구조물에 마운팅 된 것을 표현한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 외피가 정면을 바라보도록 위치된 것을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 외피가 도 7에 대하여 반시계 방향으로 90도 회전한 것을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 다리 골격 파트를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 유닛을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 유닛이 고정단을 클램핑하는 과정을 표현한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 바디 골격 파트를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절을 표현한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절의 분해 사시도다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절의 동작을 표현한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 로봇의 작동 예시를 표현한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템을 표현한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템의 블록도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템(5)은 공연 로봇(1), 구조물(2), 유압 공급부(3) 및 제어부(4)를 포함할 수 있다.

공연 로봇(1)은 미리 설정된 동작들을 수행하는 로봇일 수 있다. 예를 들어, 공연 로봇(1)은 수 미터, 또는 수십 미터 이상의 키를 갖는 대형 로봇일 수 있다.

인체의 동작을 모사할 수 있도록, 공연 로봇(1)은 복수의 구동 유닛과 복수의 링크 구조물을 포함하여 구성될 수 있다. 각각의 링크 구조물은 적어도 하나의 구동 유닛에 의해 동작하며, 인체의 특정 관절 구조를 모사하는 구조물일 수 있다. 예를 들어, 각각의 링크 구조물은 인체의 관절 중에 복수의 태권도 자세를 모사하는데 사용되는 관절을 모사하도록 구성될 수 있다.

구동 유닛은 유압 공급부(3)에서 공급된 작동유를 기반으로 복수의 링크를 구동하는 유닛이다. 예를 들어, 구동 유닛은 유압 실린더, 리니어 액츄에이터, 로터리 액츄에이터, 유압 모터와 유압 모터에 치합되는 기어 등으로 마련될 수 있다. 일 예로, 관절의 축 방향 회전 동작은 유압 모터와 기어의 회전 구동에 의해 구현될 수 있다. 또한, 일 예로, 관절에 의한 선회 동작은 리니어 액츄에이터 및/또는 유압 모터에 의해 링크가 선회 구동되어 구현될 수 있다.

구조물(2)은 공연 로봇(1)이 마운팅되어 고정되는 기단(基壇)일 수 있다. 구조물(2)은 공연 로봇(1)의 공연 수행 중에 및/또는 정지 상태에서 공연 로봇(1)이 중심을 잃지 않도록 지지할 수 있다. 예를 들어, 마운팅된 공연 로봇(1)이 수평을 유지하도록, 구조물(2)의 상면은 평평하게 형성될 수 있다. 또한, 구조물(2)은 공연 로봇(1)의 하중을 견딜 수 있는 강성을 지닌 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 구조물(2)은 상술한 기능을 수행할 수 있도록, 콘크리트와 철골을 이용하여 형성될 수 있다.

한편, 강풍, 지진 등으로 인하여 공연 로봇(1)이 넘어지는 것을 방지하기 위해, 구조물(2)은 공연 로봇(1)을 선택적으로 클램핑하는 클램핑 유닛(26)을 더 포함할 수 있다. 공연 로봇(1)이 구조물(2)에 마운팅 되는 방법과 클램핑 유닛(26)에 대한 자세한 내용은 후술한다.

유압 공급부(3)는 유체 탱크, 유압 펌프 및 복수의 밸브를 포함하는 구성요소이다. 유체 탱크는 구동 유닛의 구동에 필요한 작동유를 저장하는 탱크일 수 있다. 유압 펌프는 유체 탱크 내의 작동유가 공연 로봇(1)으로 공급되도록 압력을 제공하는 펌프일 수 있다. 각각의 밸브는 적어도 하나의 구동 유닛에 공급되는 작동유에 의한 유압을 조절하는 밸브일 수 있다. 이때, 유체 탱크는 공연 로봇(1)의 다리를 통하여, 공연 로봇(1)에 장착된 구동 유닛들로 작동유를 전달할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.

제어부(4)는 공연 로봇(1), 유압 공급부(3) 및 클램핑 유닛(26)을 제어하는 프로세서일 수 있다. 이를 위하여, 제어부(4)는 공연 로봇(1), 유압 공급부(3) 및 클램핑 유닛(26)에 유/무선 통신 가능하게 연결될 수 있다. 일 예로, 제어부(4)는 사용자에 의해 조작되며, 공연 로봇(1)을 제어하는 프로그램이 기록된 컴퓨팅 유닛일 수 있다.

제어부(4)는 공연 로봇(1)이 미리 설정된 공연을 수행하도록 공연 로봇(1)에 포함된 구동 유닛, 조명 장치, 음향 장치를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(4)는 유압 공급부(3)의 밸브 개폐 제어를 통해 공연 로봇(1)의 작동을 제어할 수 있을 것이다.

제어부(4)는 공연 로봇(1)이 소정 주기마다 자세를 변경하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 공연 로봇(1)은 제어부(4)의 제어를 받아 소정 주기마다 서로 다른 태권도 자세를 모사할 수 있다.

로봇 공연 시스템(5)의 외부 및/또는 내부 요인으로 인하여 공연의 수행이 불가능하거나 어려운 경우, 제어부(4)는 공연 로봇(1)의 작동을 정지시킬 수 있다. 이때, 제어부(4)는 공연 로봇(1)에 공급되던 유압을 점진적으로 변경하여, 공연 로봇(1)을 기본 상태(예를 들어, 차려 자세)로 변경할 수 있다. 이후, 제어부(4)는 클램핑 유닛(26)을 제어하여 공연 로봇(1)을 고정할 수 있다.

이하에서는 상술한 설명을 바탕으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇의 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇의 골격 구조를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 공연 로봇(1)은 바디 유닛(100), 제1 팔 모사 링크(200), 제2 팔 모사 링크(300), 다리 모사 링크(400) 및 고정 다리 링크(500)를 포함한다. 공연 로봇(1)을 구성하는 각 구성요소는, 적어도 하나의 구동 유닛이 장착되어 관절을 중심으로 가동될 수 있다. 또한, 각각의 구성요소는 공연 로봇의 외관을 이루는 외피와 공연 로봇의 골격 구조를 형성하는 골격 파트로 분리될 수 있다. 이때, 각각의 외피는 내부에 각각의 골격 파트가 내장되는 공간이 형성될 수 있다. 또한, 골격 파트는 머리, 팔, 손, 몸통, 다리, 발 등 신체의 관절 구조를 모사하는 링크 구조물일 수 있다.

바디 유닛(100)은 인체의 몸통과 어깨를 모사하는 유닛일 수 있다. 바디 유닛(100)은 바디 골격 파트(110)와 이를 둘러싼 바디 외피(120)로 구성될 수 있다. 바디 골격 파트(110)는 척추 모사 관절 및 어깨 모사 관절을 포함하여, 이를 이용해 인체의 몸통이 갖는 움직임을 구현할 수 있다. 이때, 바디 외피(120)는 바디 골격 파트(110)에 장착된 상태에서 바디 골격 파트(110)의 움직임에 의해 종속적으로 움직일 수 있다.

제1 팔 모사 링크(200)와 제2 팔 모사 링크(300)는 각각 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 유닛이다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 팔 모사 링크(200)가 오른팔을 모사하며, 제2 팔 모사 링크(300)가 왼팔을 모사하는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 팔 모사 링크(200)는 제1 팔 골격 파트(210)와 이를 둘러싼 제1 팔 외피(220)로 구성될 수 있다. 제1 팔 골격 파트(210)는, 인체의 오른팔 팔꿈치 관절에 대응되는 제1 팔꿈치 모사 관절과, 오른팔의 손목 관절에 대응되는 제1 손목 모사 관절을 포함하여, 오른팔과 손목의 움직임을 구현할 수 있다. 이때, 제1 팔 외피(220)는 제1 팔 골격 파트(210)에 장착된 상태에서, 제1 팔 골격 파트(210)의 움직임에 의해 종속적으로 움직일 수 있다.

제2 팔 모사 링크(300)는 제1 팔 모사 링크(200)와 대칭적으로 구성될 수 있으며, 제2 팔 골격 파트(310)와 제2 팔 외피(320)를 포함할 수 있다. 제2 팔 골격 파트(310)는, 인체의 왼팔 팔꿈치 관절에 대응되는 제2 팔꿈치 모사 관절과, 왼팔의 손목 관절에 대응되는 제2 손목 모사 관절을 포함하여, 왼팔과 손목의 움직임을 구현할 수 있다. 제1 팔 외피(220)와 마찬가지로 또는 유사하게, 제2 팔 외피(320)는 제2 팔 골격 파트(310)에 장착된 상태에서, 제2 팔 골격 파트(310)의 움직임에 의해 종속적으로 움직일 수 있다.

다리 모사 링크(400)와 고정 다리 링크(500)는 각각 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 유닛이다. 이하에서는 설명의 편의상 다리 모사 링크(400)가 오른다리를 모사하며, 고정 다리 링크(500)가 왼다리를 모사하는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다리 모사 링크(400)는 구동 다리 골격 파트(410)와 이를 둘러싼 구동 다리 외피(420)로 구성될 수 있다. 구동 다리 골격 파트(410)는 오른다리 무릎 관절에 대응되는 무릎 모사 관절과 발목 관절에 대응되는 발목 모사 관절을 포함하여, 오른다리의 움직임을 구현할 수 있다. 이때, 구동 다리 외피(420)는 구동 다리 골격 파트(410)에 장착된 상태에서, 구동 다리 골격 파트(410)의 움직임에 의해 종속적으로 움직일 수 있다.

고정 다리 링크(500)는 고정 다리 골격 파트(510)와 이를 둘러싼 고정 다리 외피(520)로 구성될 수 있다. 고정 다리 골격 파트(510)는 하단부가 구조물(2)에 마운팅되어 고정될 수 있다. 한편, 고정 다리 외피(520)는 마운팅된 고정 다리 골격 파트(510)에 대하여 독립적으로 각도 조절 가능하게 장착될 수 있다. 이로 인해, 고정 다리 골격 파트(510)가 실제로는 고정되어 있더라도, 겉보기로는 공연 로봇(1)의 왼다리의 동작이 이루어지는 것처럼 보여질 수 있다.

고정 다리 외피(520)에서 인체의 발에 해당하는 부분(이하 '발 외피')의 하단은, 구조물(2)의 상면에 평행하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 발 외피는 구조물(2)과 직접적으로 접촉되지 않도록 배치될 수 있다. 이는, 고정 다리 외피(520)의 동작 과정에서, 발 외피가 구조물(2)과의 마찰에 의해 훼손되는 것을 방지하기 위함일 수 있다. 또는, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 공연 시스템(5)은, 발 외피와 구조물(2) 사이에 배치되는 휠 및/또는 베어링을 더 포함할 수 있다. 이러한, 휠 및/또는 베어링은 구조물(2)에 대하여 발 외피를 지지하며, 고정 다리 외피(520)의 동작 중에 발 외피가 구조물(2)과의 마찰로 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 고정 다리 링크(500)는, 공연 로봇(1)이 태권도 자세들 중 한 쪽 다리로 서 있는 자세들을 수행할 때, 전체적인 균형을 유지하기 수월하도록, 다리 모사 링크(400)에 비해 무겁게 형성될 수 있다. 이로 인해, 공연 로봇(1)의 무게 중심은 공연 로봇의 중심에서 고정 다리 링크(500)측으로 편중될 수 있다. 무게 중심이 지지축인 고정 다리 링크(500)로 편중되므로, 공연 로봇(1)의 밸런싱을 유지하기 수월할 수 있다.

또한, 고정 다리 링크(500)와 바디 유닛(100)의 연결 부위는, 공연 로봇(1)의 무게 중심이 연결 부위에 대하여 수평 방향으로 극단적으로 이격되더라도 파손되지 않도록 설계될 수 있다.

이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여 고정 다리 링크(500)에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 5를 참조하여 고정 다리 링크(500)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 골격 파트를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 고정 다리 골격 파트(510)는 마운팅 링크(530) 및 슬루잉 링크(540)를 포함하여 구성될 수 있다.

마운팅 링크(530)는 하단이 구조물(2)에 마운팅 되는 링크일 수 있다. 예를 들어, 마운팅 링크(530)는 공연 로봇(1)의 왼다리 대부분의 길이를 차지하도록 길게 연장된 링크일 수 있다. 마운팅 링크(530)는 공연 로봇(1)의 무게 중심이 수평 방향으로 극단적으로 이격된 상태에서도 훼손되지 않도록 설계될 수 있다.

마운팅 링크(530)의 하단에는 외측 방향으로 돌출된 플랜지(532)가 형성될 수 있다. 플랜지(532)는 마운팅 링크(530)가 구조물(2)에 고정되도록, 구조물(2)에 체결될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

마운팅 링크(530)는 태권도 자세 중에 한쪽 다리가 기울여진 상태로 몸을 지탱하는 복수의 자세를 모사할 수 있도록, 높이 방향(a1, 또는 구조물에 수직한 방향)에 대하여 일정 각도 기울 여진 방향(a2)을 갖도록 형성될 수 있다.

태권도 자세는 크게 서기, 막기, 지르기, 차기로 구별할 수 있으며, 다수의 자세에서 한쪽 다리가 지면에 수직한 축(a1)에 대하여 4 도에서 12도 가량 기울어진다. 이를 고려하여, 마운팅 링크(530)를 구조물(2)에 수직한 방향(a1)에 대하여 6도 가량 기울여진 방향(a2)을 갖도록 형성할 경우, 공연 로봇(1)의 한쪽 다리가 구조물(2)에 고정된 상태에서 다양한 태권도 자세를 모사할 수 있다. 예를 들어, 이 경우, 태극 품새 1장 내지 8장을 구성하는 자세들 중에 87개(태극 1 장 내지 8장에 포함된 동작들의 약 38%)의 동작을 구현할 수 있다.

한편, 마운팅 링크(530)는 하측 방향으로 갈수록 두꺼워지는 형상으로 구비될 수 있다. 이는, 고정 다리 링크(500)의 무게 중심을 하측으로 편중시켜, 공연 로봇(1)의 작동 중에 밸런스를 유지하기 용이하도록 하는 효과가 있다.

슬루잉 링크(540)는 바디 유닛(100)과 마운팅 링크(530)를 연결하는 링크일 수 있다. 이를 위해, 슬루잉 링크(540)는 상단이 바디 유닛(100)에 연결되고, 하단이 마운팅 링크(530)에 연결될 수 있다. 보다 상세하게, 슬루잉 링크(540)는 고관절 링크(542)와 선회 베어링(slewing bearing)을 포함하여 구성될 수 있다.

고관절 링크(542)는 상단이 바디 유닛(100)에 연결되고, 하단이 선회 베어링(544)에 연결될 수 있다. 또한, 고관절 링크(542)는 마운팅 링크(530)에 교차하는 방향을 중심으로 각도 조절 가능하도록, 바디 유닛(100)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 고관절 링크(542)는 바디 유닛(100)에 대하여 공연 로봇(1)의 관상면(coronal plane)에 수직한 방향을 중심으로 각도 조절 가능할 수 있다.

고관절 링크(542)와 바디 유닛(100)의 사이에는 구동 유닛(710)(이하, '고관절 구동 유닛')이 배치되어 고관절 링크(542)와 바디 유닛(100)의 각도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 고관절 구동 유닛(710)은 길이 조절을 기반으로 고관절 링크(542)와 바디 유닛(100)의 각도를 조절하는 리니어 액츄에이터일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 고관절 구동 유닛은 유압 모터와 기어 또는 그 밖의 유압 기기로도 구비될 수 있을 것이다.

선회 베어링(544)은 고관절 링크(542)와 마운팅 링크(530)를 연결하는 베어링일 수 있다. 구체적으로 선회 베어링(544)은, 상단이 고관절 링크(542)의 하단에 연결되며, 하단이 마운팅 링크(530)의 상단에 연결될 수 있다.

선회 베어링(544)은 마운팅 링크(530)의 높이 방향(a1)을 중심으로 각도가 조절되도록 형성될 수 있다. 선회 베어링(544)은 고관절 링크(542) 및/또는 마운팅 링크(530)에 고정되는 이너 링(inner ring), 이너 링과 동심원의 형태로 이너 링의 바깥 쪽에 위치되며 외부로 노출되는 아우터 링(outer ring) 및 이너 링과 아우터 링 사이에 배치되는 볼(ball)(및/또는 롤러; roller)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 볼 및/또는 롤러는 이너 링에 대하여 아우터 링이 회전 가능하도록 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 선회 베어링(544)은 아우터 링이 마운팅 링크(530)의 높이 방향(a1)을 중심으로 회전되도록 구조물(2)의 상단에 평행하게 배치될 수 있다.

선회 베어링(544)은, 공연 로봇(1)의 무게 중심이 수평 방향으로 극단적으로 이격되어, 선회 베어링(544)에 작용되는 회전 모멘트가 최대일 때에도 파손되지 않는 강성을 가진 물질로 구성될 수 있다.

구동 유닛은 아우터 링의 기어를 회전시키는 유압 모터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 유압 모터는 아우터 링의 아웃 라인을 따라 형성된 기어에 치합되어, 유압을 기반으로 아우터 링을 회전시킬 수 있다.

이하에서는 도 6을 참조하여 마운팅 링크(530)와 구조물(2)의 관계에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마운팅 링크가 구조물에 마운팅 된 것을 표현한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 마운팅 링크(530)의 하단은 구조물(2)에 형성된 마운팅홈(21)에 삽입되어 마운팅될 수 있다. 도 3을 참조하면, 고정 다리 골격 파트(510)는 고정 다리 외피(520)보다 길게 형성되어, 마운팅 링크(530)의 하단부가 고정 다리 외피(520)에서 돌출될 수 있다. 고정 다리 외피(520)에서 돌출된 부분은 구조물(2)에 형성된 마운팅홈(21)에 삽입될 수 있다.

마운팅홈(21)의 깊이는 고정 다리 외피(520)에서 마운팅 링크(530)가 돌출된 부분의 높이에 대응하여 형성될 수 있다. 따라서, 공연 로봇(1)이 구조물(2)에 마운팅된 상태에서, 플랜지(532)가 마운팅홈(21)의 하면에 밀착될 수 있다.

마운팅홈(21)의 하측에는 마운팅홈(21)의 하면의 적어도 일부를 구성하는 마운트 유닛(22)이 위치될 수 있다. 마운트 유닛(22)은 플랜지(532)가 체결되는 구조물이다. 예를 들어, 마운트 유닛(22)은 장축 형상의 구조물일 수 있다. 플랜지(532)는 마운트 유닛(22)에 밀착된 상태에서 체결 부재(미번호)들에 의해 체결될 수 있다. 이때 체결 부재는, 스크류, 볼트, 리벳, 등 일 수 있다.

한편, 구조물(2)은 마운팅홈(21)을 형성하고 마운트 유닛(22)을 지지하는 지지 구조체(24)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(24)는 마운트 유닛(22)의 축 방향을 둘러싸도록 형성되어, 마운트 유닛(22)이 일측으로 기울지 않도록 지지할 수 있다. 예를 들어, 이러한, 지지 구조체(24)는 콘크리트로 구성될 수 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여, 고정 다리 링크(500)의 동작과 고정 다리 링크(500)를 통한 유체 공급에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 외피가 정면을 바라보도록 위치된 것을 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 다리 외피가 도 7에 대하여 반시계 방향으로 90도 회전한 것을 도시한 도면이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 고정 다리 외피(520)는 마운팅 링크(530)에 대하여 독립적으로 각도가 조절될 수 있다.

이를 위하여, 고정 다리 외피(520)는 적어도 일부가 선회 베어링(544)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 고정 다리 외피(520)는 고정 다리 골격 파트(510)가 내장된 상태에서 내벽의 일부가 선회 베어링(544)에 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 고정 다리 외피(520)의 내벽은 선회 베어링(544)의 아우터 링의 적어도 일부에 연결될 수 있다. 따라서, 고정 다리 외피(520)는 아우터 링이 유압 모터에 의해 회전되면 아우터 링과 함께 회전되며, 마운팅 링크(530)에 대하여 각도가 조절될 수 있다.

이로 인하여, 실제로는 마운팅 링크(530)가 회전하지 않더라도, 외관상 고정 다리 링크(500)가 마운팅 링크(530)의 높이 방향(a1)을 중심으로 회전되는 것처럼 보여질 수 있다.

한편, 고정 다리 링크(500)는, 공연 로봇(1)을 구동하는 각각의 구동 유닛에 작동에 필요한 유압이 공급되도록, 유압 공급부(3)의 유체 탱크와 연결될 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 고정 다리 링크(500)는 복수의 유압 호스(550)를 통해 외부의 유체 탱크와 연결될 수 있다. 각각의 유압 호스(550)는 공연 로봇(1)에 장착된 구동 유닛에 구동에 필요한 작동유를 전달하는 호스일 수 있다.

복수의 유압 호스(550)는 외부에 노출되지 않도록, 고정 다리 링크(500)의 내부를 통과하여 각각의 구동 유닛에 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 유압 호스(550)는 골격 파트와 외피 사이의 공간에 배치되어 외부로 노출되지 않을 수 있다.

복수의 유압 호스(550)는 고정 다리 링크(500)의 내부에서 고정 다리 링크(500)의 높이 방향을 따라 정렬되어 배치될 수 있다. 이때, 유압 호스(550)는 고정 다리 외피(520)와 함께 회전하지 않도록, 고정 다리 외피(520)와 접촉되지 않게 배치될 수 있다. 일 예로, 복수의 유압 호스(550)는 고정 다리 외피(520)와 고정 다리 골격 파트(510)의 간극을 지나도록 배치될 수 있다. 또는, 마운팅 링크(530)에는 마운팅 링크(530)의 연장 방향을 따라 홈이 형성되고, 복수의 유압 호스(550)는 홈을 통과하도록 배치될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇(1)은 유압 호스가 밖으로 노출되지 않아, 유압 호스가 공연 로봇(1)의 동작 중에 엉키거나, 공연 로봇(1)의 동작에 간섭하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 유압 호스(550)가 밖으로 노출되지 않으므로, 관객들에게 깔끔한 인상을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 마운팅 링크(530)의 경우, 다른 구성 요소와 달리 동작을 하지 않으므로, 복수의 유압 호스를 안정적으로 지지할 수 있다. 예를 들어, 마운팅 링크(530)가 공연 로봇(1)의 다른 파트들처럼 구동하였다면, 구동 과정에서 유압 호스(550)가 힘을 받아 구동 유닛과의 연결이 끊기거나 파손될 가능성이 있을 수 있다.

이하에서는 도 9 내지 도 11을 참조하여, 다리 모사 링크(400)와 클램핑 유닛(26)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 다리 골격 파트를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 구동 다리 골격 파트는, 상부 다리 링크(412), 하부 다리 링크(414) 및 고정단(416)을 포함할 수 있다.

상부 다리 링크(412)는 고관절 링크(542)와 유사하게, 바디 유닛(100)에 각도 조절 가능하게 연결되는 링크이다. 예를 들어, 상부 다리 링크(412)는 공연 로봇(1)의 키 방향에 교차하는 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 바디 유닛(100)에 연결될 수 있다.

하부 다리 링크(414)는 상단이 상부 다리 링크(412)의 하단에 연결되며 하단이 구조물(2) 방향으로 연장된 링크이다. 하부 다리 링크(414)와 상부 다리 링크(412)의 결합으로 무릎 모사 관절이 구현될 수 있다.

고정단(416)은 하부 다리 링크(414)의 하단에 연결되며, 고정 다리 외피(520)의 발 부분에 내장될 수 있다. 다리 모사 링크(400)가 완전히 펴진 상태에서 고정단(416)의 하면은 구조물(2)의 상면 상에 위치될 수 있다.

구체적으로, 고정단(416)은 상단이 하부 다리 링크(414)의 하단에 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 고정단(416)은 상단에서 하단으로 연장되며 직경이 길어지도록 형성될 수 있다. 고정단(416)의 내부에는 연장 방향을 따라 삽입홈(4161)이 형성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 유닛을 도시한 도면이다.

클램핑 유닛(26)은 제어부(4)에 의해 제어되어 고정단(416)을 선택적으로 클램핑하는 유압 기기일 수 있다. 도 10을 참조하면, 클램핑 유닛(26)은 지지 구조체(24)에 형성된 홈에 배치될 수 있다.

클램핑 유닛(26)은 본체(2610), 리프팅 샤프트(2620), 밀착판(2630), 삽입단(2640) 및 클램핑 암(2650)을 포함할 수 있다. 본체(2610)는 지지 구조체(24)에 삽입되어 지지될 수 있다. 본체(2610)는 유체 탱크와 연결되어 유압을 공급 받으며, 유압을 기반으로 리프팅 샤프트(2620) 및/또는 클램핑 암(2650)을 구동할 수 있다.

리프팅 샤프트(2620)는 본체(2610)에 대하여 승강 가능하게 조립되는 샤프트일 수 있다. 예를 들어, 리프팅 샤프트(2620)는 유체 탱크로부터 본체(2610)로 제공된 유압이 변경되면 공연 로봇(1) 방향(고정단 방향)으로 상승되도록 설정될 수 있다. 밀착판(2630)은 리프팅 샤프트(2620)의 상단에 연결되는 플레이트일 수 있다. 밀착판(2630)은 리프팅 샤프트(2620)의 상승 또는 하강에 의해 다리 모사 링크(400)에 접근 또는 이격될 수 있다. 일 예로, 밀착판(2630)이 최대한 상승된 상태에서, 밀착판(2630)의 적어도 일부가 고정단(416)에 밀착될 수 있다.

삽입단(2640)은 밀착판(2630)의 상면에 배치되며 상단이 고정단(416) 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 삽입단(2640)은 밀착판(2630)이 최대한 상승된 상태에서, 삽입홈(4161) 내부로 삽입될 수 있다. 이를 위해 삽입단(2640)의 높이는 삽입홈(4161)의 깊이에 대응되도록 형성될 수 있다.

클램핑 암(2650)은 유압을 기초로 작동되며, 고정단(416)을 파지하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 클램핑 암(2650)은 밀착판(2630)의 외측에 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 클램핑 암(2650)에서 고정단(416)에 밀착되는 부분은 고정단(416)의 아웃라인에 대응된 형상을 가질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑 유닛이 고정단을 클램핑하는 과정을 표현한 도면이다. 구체적으로, 도 11(a)는 초기 위치에 위치된 클램핑 유닛을 도시한 도면이다. 또한, 도 11(b)는 삽입단이 상승되어 고정단에 삽입된 상태를 도시한 도면이다. 또한, 도 11(c)는 클램핑 암이 고정단(416)을 클램핑한 상태를 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이, 클램핑 유닛(26)은 제어부(4)의 제어에 의해 다리 모사 링크(400)를 선택적으로 고정할 수 있다. 예를 들어, 강풍 환경, 지진 환경 등에서, 공연 로봇(1)에 대한 추가적인 고정력이 필요할 경우, 사용자는 제어부(4)를 조작하여 클램핑 유닛(26)이 다리 모사 링크(400)를 클램핑하도록 할 수 있다.

사용자가 제어부(4)를 이용하여 클램핑 유닛(26)을 구동하면, 도 11(a) 및 도 11(b)와 같이, 먼저 리프팅 샤프트(2620)가 고정단(416) 방향으로 상승될 수 있다. 이후, 도 11(b)와 같이 삽입단(2640)이 삽입홈(4161)에 삽입되면, 클램핑 암(2650)이 삽입단(2640) 방향으로 각도 조절되어 고정단(416)을 파지하게 될 수 있다. 클램핑 유닛(26)이 고정단(416)의 고정을 해제하는 것은 상술한 과정의 역순이 될 수 있다.

이하에서는, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바디 유닛에 대하여 상세하게 설명한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 바디 골격 파트를 도시한 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 바디 골격 파트(110)는 몸통 모사 링크(130), 제1 어깨 모사 링크(140), 제2 어깨 모사 링크(150) 및 헤드 링크(160)를 포함할 수 있다.

몸통 모사 링크(130)는 인체의 몸통의 움직임을 모사하는 링크 구조물일 수 있다. 이를 위해, 몸통 모사 링크(130)는 사람 몸의 3축 자유도 움직임을 구현하는 척추 모사 관절을 포함할 수 있다.

몸통 모사 링크(130)는 하부 바디 링크(132), 로터리 프레임(134) 및 상부 바디 링크(136)를 포함하여 구성될 수 있다.

하부 바디 링크(132)는 다리 모사 링크(400)와 고정 다리 링크(500)의 상단이 연결되는 프레임일 수 있다. 로터리 프레임(134)은 하부 바디 링크(132)에 대하여 횡단면(transverse plane)에 교차하는 제1 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 결합될 수 있다. 상부 바디 링크(136)는 인체의 가슴 부분에 대응되는 링크 구조물일 수 있다. 상부 바디 링크(136)에는 제1 어깨 모사 링크(140)와 제2 어깨 모사 링크(150)가 연결될 수 있다.

한편, 상부 바디 링크(136)는 로터리 프레임(134)에 관상면(coronal plane)에 교차하는 제2 방향과 시상면(sagittal plane)에 교차하는 제3 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 결합될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

제1 어깨 모사 링크(140)는 인체의 어깨 및/또는 쇄골의 움직임을 모사하는 링크일 수 있다. 이를 위해, 제1 어깨 모사 링크(140)는 일단이 상부 바디 링크(136)의 오른쪽에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 어깨 모사 링크(140)는 몸통 모사 링크(130)에 몸통 모사 링크(130)의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제1 어깨 모사 링크(140)의 타단에는 제1 팔 모사 링크(200)가 공연 로봇(1)의 관상면(coronal plane)에 수직한 축을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 팔 모사 링크(200)는, 상부 바디 링크(136)와 제1 팔 모사 링크(200)의 사이에 배치된 리니어 액츄에이터의 구동에 의해, 어깨 및/또는 쇄골의 움직임을 구현할 수 있다.

제2 어깨 모사 링크(150)는 인체의 어깨 및/또는 쇄골의 움직임을 모사하는 링크일 수 있다. 이를 위해, 제2 어깨 모사 링크(150)는 일단이 상부 바디 링크(136)의 왼쪽에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 어깨 모사 링크(150)는 몸통 모사 링크(130)에 몸통 모사 링크(130)의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제2 어깨 모사 링크(150)의 타단에는 제2 팔 모사 링크(300)가 공연 로봇(1)의 관상면(coronal plane)에 수직한 축을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 팔 모사 링크(300)는, 상부 바디 링크(136)와 제2 팔 모사 링크(300)의 사이에 배치된 리니어 액츄에이터의 구동에 의해, 어깨 및/또는 쇄골의 움직임을 구현할 수 있다.

헤드 링크(160)는 상부 바디 링크(136)의 상단에 각도 조절 가능하게 결합되는 링크일 수 있다. 헤드 링크(160)는 헤드 외피(170, 도 3 참조)의 내부에 내장될 수 있으며, 헤드 외피(170)는 헤드 링크(160)에 종속적으로 동작될 수 있다.

이하에서는 도 13 내지 도 15를 참조하여 척추 모사 관절에 대하여 상세히 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절을 표현한 도면이다. 또한, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절의 분해 사시도이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 모사 관절의 동작을 표현한 도면이다.

도 13 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 척추 모사 관절은 지지 플레이트(1322), 로터리 프레임(134), 2축 샤프트(1342) 및 상부 회전단(1362)의 결합에 의해 구현될 수 있다.

구체적으로, 하부 바디 링크(132)는 상단에 배치되어, 로터리 프레임(134)을 지지 하는 지지 플레이트(1322)를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(1322)는 로터리 프레임(134)을 지지하도록 수평 방향으로 연장 형성될 수 있다.

로터리 프레임(134)은 지지 플레이트(1322)에 제1 방향(도 15 참조)을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결될 수 있다. 로터리 프레임(134)은 서로 평행하도록 배치되며 몸통 모사 링크(130)의 높이 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 제1 회전축 지지 프레임(미번호, 도 14 참조)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제1 회전축 지지 프레임에는 서로 마주보는 제1 회전축 삽입홀(미번호, 도 14 참조)이 형성될 수 있다.

로터리 프레임(134)은 제1 회전축 삽입홀에 삽입되어, 회전축 역할을 수행하는 2축 샤프트(1342)를 더 포함할 수 있다. 2축 샤프트(1342)는 십자 형태로 2개의 샤프트가 교차된 형상의 회전축일 수 있다. 이때, 2축 샤프트(1342)는 2개의 샤프트가 서로 직교하도록 형성될 수 있다. 2축 샤프트(1342)를 구성하는 어느 한 샤프트의 양단은 마주보는 제1 회전축 삽입홀에 각각 삽입될 수 있다. 제1 회전축 삽입홀에 삽입된 축은 척추 모사 관절의 제2 방향 축 운동(도 15 참조)을 가능하게 할 수 있다.

상부 바디 링크(136)는 하단에 배치되어, 로터리 프레임(134)과 연결되는 상부 회전단(1362)을 포함할 수 있다. 상부 회전단(1362)은 몸통 모사 링크(130)의 높이 방향을 따래 배치되는 한 쌍의 제2 회전축 지지 프레임(미번호, 도 14 참조)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제2 회전축 지지 프레임에는 서로 마주보는 제2 회전축 삽입홀(미번호, 도 14 참조)이 형성될 수 있다. 2축 샤프트(1342) 중 로터리 프레임(134)에 장착되지 않은 축은 양단이 마주보는 제2 회전축 삽입홀에 각각 삽입되어 지지될 수 있다. 제2 회전축 삽입홀에 삽입된 축에 의해 척추 모사 관절의 제3 방향 축 운동(도 15 참조)이 구현될 수 있다.

한편, 구동 유닛(700)은 척추 모사 관절을 구동하기 위한 복수의 몸통 구동 유닛(720)을 포함할 수 있다. 각각의 몸통 구동 유닛(720)은 상단이 상부 회전단(1362)에 연결되고 하단이 지지 플레이트(1322)에 연결될 수 있다. 복수의 몸통 구동 유닛(720)의 독립적인 구동에 의해, 도 15에 도시된 바와 같은 척추 모사 관절의 3축 회전 운동이 구현될 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 로봇의 작동 예시를 표현한 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연 로봇은 수 미터 이상의 키(높이)를 갖는 대형 로봇일 수 있다.

이러한 대형 로봇의 동작의 경우, 균형 유지를 위한 카운터 밸런스가 상당히 중요한 이슈일 수 있다. 이는 로봇의 자체 중량을 감당하지 못하고 넘어지게 되면, 주변에 큰 충격을 줄 수 있기 때문이다.

이를 고려하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 공연 로봇(1)의 무게 중심이 고정 다리 링크(500)로부터 일정 거리 내의 영역에 위치되도록, 공연 로봇(1)을 제어할 수 있다. 이때, 일정 거리 내의 영역은 고정 다리 링크(500)가 하중의 편중을 지탱할 수 있는 범위를 의미할 수 있다. 일 예로, 도 16과 같이 옆차기를 실시하는 경우, 공연 로봇(1)의 몸체와 팔의 동작으로 인하여 무게 중심이 일정 거리 내의 영역에 위치될 수 있다. 보다 상세하게, 옆차기의 경우, 공연 로봇(1)의 밸런스 유지를 위하여, 제2 팔 모사 링크(300)와 바디 유닛(100)의 상체 부분이 선회 베어링(544)보다 좌측에 위치될 수 있다.

예를 들어, 도 16과 같이 공연 로봇(1)이 발차기를 수행할 경우, 제어부(4)는 공연 로봇(1)의 몸통이 발차기 반대 방향으로 기울도록, 공연 로봇(1)을 제어할 수 있다. 보다 상세하게, 제어부(4)는 다리 모사 링크(400)를 상승시킴과 동시에 또는 이에 연속적으로, 바디 유닛(100)이 발차기 방향의 반대 방향으로 기울도록 구동 유닛(700)을 제어할 수 있다.

또한, 다리 모사 링크(400)의 구동과 동시에 또는 이와 연속적으로, 제어부(4)는 공연 로봇(1)의 가슴과 양 팔이 발차기 방향의 반대 방향을 향하도록, 구동 유닛(700)을 동작시킬 수 있다. 이 경우, 몸통 모사 링크(130)가 발차기 반대 방향으로 비틀림 구동될 수 있다. 또한, 제1 팔 모사 링크(200)와 제2 팔 모사 링크(300)는, 공연 로봇(1)의 양손이 고정 다리 링크(500)의 상측 허리에 위치되도록 동작될 수 있다.

한편, 공연 로봇(1)은 동작이 천이되면 소정 시간 동안 해당 자세를 유지한 후, 다시 기본 자세로 돌아온 후 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 16의 원문자 1번에서 7번의 과정을 거쳐 옆차기를 실시한 후, 다시 원문자 7번에서 1번의 과정을 거쳐 원상태로 복귀할 수 있다.

한편, 제어부(4)는 태권도 자세에 대한 유사성이 증대되도록, 자세를 천이하며, 헤드 외피에 의한 시선의 끝이 발 끝 또는 손 끝 등을 바라보도록 헤드 링크(160)를 제어할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 공연 로봇
100: 바디 유닛 110: 바디 골격 파트
120: 바디 외피 130: 몸통 모사 링크
132: 하부 바디 링크 1322: 지지 플레이트
134: 로터리 프레임 1342: 2축 샤프트
136: 상부 바디 링크 1362: 상부 회전단
140: 제1 어깨 모사 링크 150: 제2 어깨 모사 링크
160: 헤드 링크 170: 헤드 외피
200: 제1 팔 모사 링크 210: 제1 팔 골격 파트
220: 제1 팔 외피 300: 제2 팔 모사 링크
310: 제2 팔 골격 파트 320: 제2 팔 외피
400: 다리 모사 링크 410: 구동 다리 골격 파트
412: 상부 다리 링크 414: 하부 다리 링크
416: 고정단 4161: 삽입홈
420: 구동 다리 외피 500: 고정 다리 링크
510: 고정 다리 골격 파트 520: 고정 다리 외피
530: 마운팅 링크 532: 플랜지
540: 슬루잉 링크 542: 고관절 링크
544: 선회 베어링 550: 유압 호스
700: 구동 유닛 710: 고관절 구동유닛
720: 몸통 구동유닛 2: 구조물
21: 마운팅홈 22: 마운트 유닛
24: 지지 구조체 26: 클램핑 유닛
2610: 본체 2620: 리프팅 샤프트
2630: 밀착판 2640: 삽입단
2650: 클램핑 암 3: 유압 공급부
4: 제어부 5: 로봇 공연 시스템

Claims (14)

1. 인체의 움직임을 모사한 공연 로봇에 있어서,
   척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 바디 유닛;
   제1 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 제1 팔 모사 링크;
   제2 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 다른 하나를 모사하는 제2 팔 모사 링크;
   무릎 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 다리 모사 링크;
   유압을 기반으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크 중 적어도 하나를 움직이는 적어도 하나의 구동 유닛; 및
   상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 다른 하나를 모사하고, 하단이 외부 구조물에 마운팅되며, 상기 구동 유닛으로 유압이 제공되도록 상기 구동 유닛과 외부의 유체 탱크를 유체 소통 가능하게 연결하는, 고정 다리 링크;를 포함하고,
   상기 고정 다리 링크는,
   하단이 상기 외부 구조물에 마운팅되는 마운팅 링크; 및
   상단이 상기 바디 유닛에 연결되고, 하단이 상기 마운팅 링크의 상단에 연결되며, 적어도 일부가 상기 외부 구조물에 교차되는 축을 중심으로 각도가 조절되는 슬루잉 링크;를 포함하는, 공연 로봇.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 외부 구조물에 마운팅된 상기 고정 다리 링크를 기준으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크가 제어되는, 공연 로봇.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 고정 다리 링크는,
   외관상 상기 고정 다리 링크 전체가 상기 외부 구조물에 교차되는 축을 중심으로 각도가 조절되는 것으로 보여지도록, 상기 고정 다리 링크의 외골격을 형성하며 상기 슬루잉 링크의 적어도 일부와 함께 상기 마운팅 링크에 대해 상대적으로 각도가 조절되는 고정 다리 외피를 더 포함하는, 공연 로봇.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 고정 다리 링크는,
   적어도 하나의 상기 구동 유닛과 상기 유체 탱크를 연결하며, 상기 고정 다리 외피 내측으로 배치되는 유압 호스를 더 포함하는, 공연 로봇.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 슬루잉 링크는,
   상기 바디 유닛에 대하여 상기 외부 구조물에 교차되는 축을 중심으로 각도가 조절될 수 있도록 연결되는 고관절 링크; 및
   상기 고관절 링크의 하단과 상기 마운팅 링크의 상단을 연결하며, 상기 외부 구조물에 교차되는 축을 중심으로 각도가 조절되는 선회 베어링(slewing bearing);을 포함하는, 공연 로봇.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 고정 다리 링크는,
   태권도의 자세들 중에서 한 쪽 다리가 지면에 수직인 축에 대하여 기울여진 자세들 중 적어도 하나와 유사하도록, 상기 외부 구조물에 소정 각도로 기울어진 방향으로 연결되는, 공연 로봇.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 고정 다리 링크는,
   상기 다리 모사 링크가 공중에 떠 있는 상태에서 균형을 유지하도록, 상기 다리 모사 링크보다 무겁게 형성되는, 공연 로봇.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 바디 유닛은,
   상기 척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 몸통 모사 링크;
   일단이 상기 몸통 모사 링크의 일측에 상기 몸통 모사 링크의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결되고, 타단이 상기 제1 팔 모사 링크와 연결되어 상기 인체의 두 어깨 중 어느 하나를 모사하는 제1 어깨 모사 링크; 및
   일단이 상기 몸통 모사 링크의 타측에 상기 몸통 모사 링크의 높이 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 연결되고, 타단이 상기 제2 팔 모사 링크와 연결되어 상기 인체의 두 어깨 중 다른 하나를 모사하는 제2 어깨 모사 링크;를 포함하는, 공연 로봇.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 몸통 모사 링크는,
    상기 다리 모사 링크 및 상기 고정 다리 링크와 연결되는 하부 바디 링크;
    상기 하부 바디 링크에 대하여 횡단면(transverse plane)에 교차하는 제1 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 구비되는 로터리 프레임; 및
    상기 제1 어깨 모사 링크 및 상기 제2 어깨 모사 링크와 연결되며, 상기 로터리 프레임에 대하여 관상면(coronal plane)에 교차하는 제2 방향과 시상면(sagittal plane)에 교차하는 제3 방향을 중심으로 각도 조절 가능하게 구비되는 상부 바디 링크;를 포함하여,
    상기 하부 바디 링크, 상기 로터리 프레임 및 상기 상부 바디 링크의 조합으로 상기 척추 모사 관절을 구현하는, 공연 로봇.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 다리 모사 링크는,
    상기 무릎 모사 관절이 펴진 상태에서 상기 외부 구조물에 선택적으로 고정될 수 있도록, 하단부에 형성되어 상기 외부 구조물에 의해 선택적으로 클램핑 되는 고정단을 포함하는, 공연 로봇.
12. 인체의 움직임을 모사하는 공연 로봇;
    상기 공연 로봇를 지지하는 구조물;
    상기 공연 로봇의 작동에 필요한 유압을 제공하도록, 상기 공연 로봇과 연결된 유체 탱크; 및
    상기 공연 로봇과 통신 가능하게 연결되어 상기 공연 로봇을 제어하는 제어부;를 포함하는 로봇 공연 시스템에 있어서,
    상기 공연 로봇은,
    척추 모사 관절을 가지며 상기 인체의 몸통을 모사하는 바디 유닛;
    제1 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 어느 하나를 모사하는 제1 팔 모사 링크;
    제2 팔꿈치 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 팔 중 다른 하나를 모사하는 제2 팔 모사 링크;
    무릎 모사 관절을 가지며, 상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 어느 하나를 모사하는 다리 모사 링크;
    상기 제어부에 의해 제어 받으며, 유압을 기반으로 상기 바디 유닛, 상기 제1 팔 모사 링크, 상기 제2 팔 모사 링크 및 상기 다리 모사 링크 중 적어도 하나를 움직이는 적어도 하나의 구동 유닛; 및
    상기 바디 유닛에 연결되어 상기 인체의 두 다리 중 다른 하나를 모사하고, 하단이 상기 구조물에 마운팅되며, 상기 구동 유닛으로 유압이 제공되도록 상기 구동 유닛과 상기 유체 탱크를 연결하는, 고정 다리 링크;를 포함하고,
    상기 고정 다리 링크는,
    하단이 상기 구조물에 마운팅되는 마운팅 링크; 및
    상단이 상기 바디 유닛에 연결되고, 하단이 상기 마운팅 링크의 상단에 연결되며, 적어도 일부가 상기 구조물에 교차되는 축을 중심으로 각도가 조절되는 슬루잉 링크;를 포함하는, 로봇 공연 시스템.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 다리 모사 링크는 하단부에 형성된 고정단을 포함하고,
    상기 구조물은, 상기 다리 모사 링크의 상기 무릎 모사 관절이 펴진 상태에서 상기 고정단을 선택적으로 클램핑하는 클램핑 유닛을 포함하는, 로봇 공연 시스템.
14. 제12 항에 있어서,
    상기 공연 로봇은 키가 사람보다 크도록 형성되는, 로봇 공연 시스템.

Images