KR20090021018A

KR20090021018A - 탄성 다리구조 및 이를 구비한 다리형 로봇

Info

Publication number: KR20090021018A
Application number: KR1020070085726A
Authority: KR
Inventors: 오준호; 조백규
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-27
Also published as: KR100890430B1

Abstract

본 발명은 이동속도를 높이기 위한 탄성 다리구조 및 그를 이용한 보행로봇에 관한 것으로, 그 목적은 보행로봇의 이동속도를 크게 증대하기 위해 사람의 달리기와 같은 행동의 메커니즘을 구현함에 있어, 구동부의 충격완화 장치의 복잡성을 줄여 무게를 줄이고, 단순한 구조로 보행로봇의 달리는 과정을 만들어 내는 탄성 다리구조 및 그를 이용한 보행로봇을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 윗다리부와 아래다리부의 연결부인 무릎관절에 탄성력을 갖는 스프링을 설치함으로 지면에 딛는 충격시 에너지를 저장하여 완충효과를 주어 다른 장치에 충격을 완화하고, 저장된 에너지의 즉각적인 복원력에 의해 순간적 반발력으로 지면을 밀어내어 다리로봇의 달리는 과정을 만들어 내는 탄성 다리구조 및 그를 이용한 보행로봇에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

관절스프링, 로봇, 충격흡수, 로봇다리, 다리형로봇, 충격력저장.

Description

탄성 다리구조 및 이를 구비한 다리형 로봇 {ELASTIC LEG STRUCTURE AND ROBOT HAVING THE SAME}

도 1 은 본 발명에 따른 탄성 다리의 정면 예시도,

도 2 는 본 발명에 따른 탄성 다리의 측면 예시도,

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다리 구조의 관절부 예시도,

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄성 다리의 분해도,

도 5 는 본 발명에 따른 하각부 연결단의 평면도,

도 6 는 본 발명에 따른 다리형 로봇의 예시도,

도 7 은 본 발명의 사용 예시에 따른 탄성 실험 계수 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A : 로봇몸체 B : 탄성 다리

1 : 상각부 11 : 상각부 내측바

12 : 상각부 외측바 13 : 힌지 고정단

14 : 힌지 베어링

2 : 하각부 21 : 하각부 내측바

22 : 하각부 외측바 23 : 하각부 연결단

3 : 구동부 30 : 감속기

301 : 케이싱 302 : 회전체

31 : 모터 310 : 풀리

311 : 풀리 벨트 32 : 탄성체(SPRING)

33 : 지지블록 34 : 무릎관절축

35 : 무릎관절축 지지대 36 : 상하각 연결단

37 : 상하각 연결스페이서 38 : 탄성체 하각지지대

4 : 발목부 40 : 족부 연결단

41 : 발목피치축 42 : 피치축 지지대

43 : 피치축 감속기 44 : 피치축 모터

45 : 발목롤축 46 : 롤축 지지대

47 : 롤축 감속기 48 : 롤축 모터

5 : 족부 51 : 힘모멘트센서

본 발명은 탄성 다리구조 및 이를 구비한 다리형 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무릎을 지탱하는 관절부에 선형스프링을 설치하여 탄성에 의한 반동으로 뛰는 행동이 가능한 탄성 다리구조 및 이를 구비한 다리형 로봇을 제공함에 있 다.

일반적으로 이동로봇은 그 수단에 따라 복수개의 다리를 갖는 다리형 로봇과 바퀴를 갖는 바퀴형 로봇으로 나눌 수 있다. 다리를 이동수단으로 하는 로봇의 경우 다리의 수에 따라 이족로봇이나 4족 이상의 로봇과 같은 방법으로 구체화 시킬 수 있다. 바퀴형 로봇의 경우 평지에서 빠르게 움직일 수 있지만, 장애물이 있거나 평지가 아닌 요철 지형일 경우, 또는 경사가 급한 지역에서의 움직임은 극히 제한된다. 이러한 환경적 적응요건 때문에 다리형 로봇이 대안이 되고 있다.

다리형 로봇의 가장 큰 특징은 기구부에서 기인하는 운동성이다. 그러나, 다리형 로봇은 그 활용성은 뛰어난 반면에 구동관계가 복잡하여 넘어지지 않도록 중심을 유지하고, 속도에 따라 걷기 위한 구동 메커니즘과 구동과정이 복잡해지며, 아직까지 중심을 유지하는 데에 많은 자원을 할애하고 있기 때문에 이동속도가 매우 제한적이다.

따라서, 다리형 로봇 매커니즘의 효용성을 증대시키기 위해 로봇의 이동속도를 높이는 것이 요구되고 있다.

다리형 로봇에 빠른 운동성을 구현하기 위해서는 뛰는 동작을 구현하여야 하는데, 이를 위해서는 구동부가 순간적으로 관절을 구동하기 용이하도록 에너지를 저장할 수 있는 장치와 족부의 착지 시 지면과의 충돌에 기인한 충격력을 흡수하는 장치가 필요하다. 즉, 다리형 로봇의 신속한 구동을 위한 각부 메커니즘의 효용성을 증대시키기 위해서는 로봇 관절의 순간적 회전속도를 높이는 방법과 족부 착지 시 충격력을 흡수 및 완화시키는 방법이 요구된다. 현재 다리형 로봇의 신속한 운동을 구현하기 위해서는 다음과 같은 주요한 문제가 있다.

먼저, 다리 관절 구동부의 무게 대비 출력 용량이 작다. 로봇의 신속한 움직임을 위해서는 자중이 작으며, 큰 출력 용량을 갖는 로봇 관절 구동기가 필요하다. 하지만 구동기의 자체 무게를 고려하면 구동기의 크기는 제한되고, 이는 구동기의 출력을 제한하게 되어 구동부 출력만을 이용하여 로봇의 신속한 운동을 구현하기에는 한계가 있다.

또한, 로봇의 신속한 보행 및 주행운동은 족부와 지면과의 접촉을 수반한다. 족부가 지면에 착지 시 족부와 지면과의 충돌에 의하여 유도되는 충격력은 다리를 갖는 로봇의 보행 및 주행 운동에 있어서 지속적-주기적으로 발생하며, 이러한 지속적인 지면과 다리의 충격으로 인해 로봇의 파손이 우려된다. 기존의 이족보행 로봇의 충격 흡수장치는 주로 족부에 충격 흡수장치를 장착하는 방법이 많이 있으나, 이는 족부의 기구부가 복잡해지며 무게가 증가하는 단점이 있어 효과적이지 못하다.

전술한 충격력은 로봇의 이동속도가 증가함에 따라서 증가하는 성향을 띄게 되며, 로봇 자중의 수배에 달한다. 이러한 충격력은 다리형 로봇의 전복과 같은 안정성에 큰 위험을 초래할 수 있기 때문에, 이를 흡수하여 충격력을 감소시키고 다른 구조물로의 전파를 방지하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 목적은 보행로봇의 이동속도를 크게 증대하기 위해 사람의 달리기와 같은 행동의 메커니즘을 구현함에 있어, 구동부의 충격완화 장치의 복잡성을 줄여 무게를 줄이고, 단순한 구조로 보행로봇의 달리는 과정을 만들어 내는 탄성 다리구조 및 그를 이용한 보행로봇을 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄성 다리구조 및 이를 구비한 다리형 로봇은,

다리형 로봇의 착지시 충격 흡수가 가능한 다리구조로서, 다리형 로봇의 몸체와 연결되어 이를 지지하는 상각부; 상기 상각부와 회전가능하게 연결되고, 지면을 딛는 하각부; 상기 상각부에 대해서 하각부에 회전운동을 발생시키는 구동부를 포함하고; 상기 구동부는 상각부에 결합된 모터와, 상기 모터의 회전속도를 감속시켜 토크를 전달하는 감속기와, 상기 감속기에 일단이 연결되고 상기 하각부에 타단이 결합되어 상기 감속기를 통해 전달된 상기 모터의 회전력을 상기 하각부에 전달하며, 상기 하각부의 회전방향으로 충격을 받을 시 탄성 변형되어 충격을 흡수하고 복원시 상기 모터의 출력을 보완하는 탄성체를 포함하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조에 의해 달성된다.

그리고, 보행하기 위한 시스템과 자세제어 장치를 구비한 로봇몸체; 상기 로봇몸체에 결합되는 2개 이상의 탄성 다리를 포함하며; 상기 각 탄성 다리는, 상기 로봇몸체와 연결되어 이를 지지하는 상각부; 상기 상각부와 회전가능하게 연결되고, 지면을 딛는 하각부; 상기 상각부에 대해서 하각부에 회전운동을 발생시키는 구동부를 포함하고; 상기 구동부는 상각부에 결합된 모터와, 상기 모터의 회전속도를 감속시켜 토크를 전달하는 감속기와, 상기 감속기에 일단이 연결되고 상기 하각부에 타단이 결합되어 상기 감속기를 통해 전달된 상기 모터의 회전력을 상기 하각 부에 전달하며, 상기 하각부의 회전방향으로 충격을 받을 시 탄성 변형되어 충격을 흡수하고 복원시 상기 모터의 출력을 보완하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇에 의해 달성된다.

또, 상기 탄성체는 사각 빔 형태의 스프링으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 감속기는 윗다리에 결합된 케이싱과, 상기 케이싱에 수용되고, 일측이 상기 탄성체와 결합하며 상기 모터에 의해 구동하는 회전체를 구비할 수 있다.

또한, 상기 감속기의 회전체와 상기 탄성체를 서로 연결고정하는 지지블록을 더 포함할 수 있다.

또, 상기 지지블록은 상기 탄성체의 재료 및 형상에 따라 탄성체를 수용 가능하도록 공간조절가능한 ㄷ자 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하각부와 회전가능하게 연결되며 지면과 접촉하는 족부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 족부는 상기 하각부의 길이방향과 직교하는 2개의 회전축에 대해 각각 회전가능할 수 있다.

또한, 상기 하각부와 족부 사이에 설치되어 상기 족부에 작용하는 힘과 모멘트를 측정하는 힘모멘트센서를 더 포함할 수 있다.

또, 상기 탄성 다리는 쾌속보행시 서로 순차적으로 지면을 딛으며 보행 사이클 중 모든 탄성 다리가 지면과 접촉하지 않는 상태가 존재할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다리구조의 관절부 예시도이고, 도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄성 다리의 분해도이며, 도 1 은 본 발명에 따른 탄성 다리의 정면도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 탄성 다리의 측면도이다.

도 1 내지 도 4 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄성다리(B)는 상각부(1), 하각부(2), 탄성체(32)를 구비한 구동부(3)를 포함한다.

탄성다리(B)는 로봇몸체(A)와 결합되는 상각부(1)와, 지면을 딛는 하각부(2)와, 상기 상각부(1)와 하각부(2) 사이를 힌지 결합하여 구동되도록 하는 구동부(3)를 포함한다.

상각부(1)는 바 형태의 외골격을 이루는 상각부 내측바(11)와, 상각부 외측바(12)를 구비하고, 일측은 로봇몸체(A)와 결합되며, 타측은 하각부(2)와 힌지 고정단(13)과 힌지 베어링(14)을 통해 회전가능하도록 힌지 결합된다.

하각부(2)는 바 형태의 외골격을 이루는 하각부 내측바(21)와, 하각부 외측바(22)를 구비하고, 일측은 상각부(1) 타측에 힌지 결합되며, 타측은 지면을 딛도 록 이루어진다.

구동부(3)는 상기 상각부(1)와 하각부(2)가 회전구동하도록 모터(31)와, 모터(31)의 회전력을 전달하는 풀리(310), 풀리벨트(311) 및 무릎관절축(34)과, 모터(31)의 회전속도를 감속시켜 토크를 전달하는 감속기(30)를 구비한다. 상기 모터(31)는 토크를 높이기 위해 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.

모터(31)는 상각부(1)에 설치되는 것이 효율적인 공간배치로 바람직하다. 본 실시예에서는 상각부 내측바(11)와 상각부 외측바(12)가 마주보는 상각부 외측바(12) 내부에 상기 모터(32) 회전축이 관통되어 구비된다. 상각부 외측바(12) 외부로 관통된 상기 모터(32) 회전축에 풀리(310)가 결합된다.

상기 무릎관절축(34)은 상기 상각부(1)와 하각부(2)가 회전하는 중심축에 마련된다.

모터(31)와 무릎관절축(34)의 각 회전 끝단에 결합된 풀리(310)들과 풀리(310)들을 서로 연동시키는 풀리벨트(311)가 제공된다.

이러한 구성에 따라, 모터(31) 회전축이 회전하면 각 풀리(310)들과 풀리벨트(311)의 회전에 의해 무릎관절축(34)이 회전하게 된다.

무릎관절축(34)과 무릎관절축(34)에 연결된 풀리(310)는 상각부(1) 하단 회전부에 구비된 무릎관절축 지지대(35)로 고정된다.

상각부(1)와 고정된 무릎관절축 지지대(35)를 힌지로 회전가능하게 중앙부에 구속하고, 일단이 상하각 연결스페이서(37)로 하각부(2)와 이격을 두고 고정되도록 한 상하각 연결단(36)이 구비된다.

감속기(30)는 케이싱(301)과 상기 케이싱(301)과 맞물려 회전구동하는 회전체(302)로 구성되어 있다.

상기 케이싱(301)은 중앙에 무릎관절축(34)이 관통되어 일면이 상기 상각부 외측바(12) 내면 하단에 설치되어 있다. 상기 회전체(302)는 상기 무릎관절축(34)과 연동되어 회전한다. 상기 회전체(302)의 일면는 회전체(302)의 회전시 함께 연동하는 지지블록(33)이 구비된다.

상기 하각부(2) 하부에는 탄성체 하각지지대(38)가 구비되어 상기 하각부 내측바(21)와 하각부 외측바(22)를 이격거리를 유지한 상태로 고정시킨다.

상기 지지블록(33)과 탄성체 하각지지대(38) 사이에 탄성체(32)가 설치되어 고정된다.

이때, 탄성체(32)는 하각부 연결단(23)의 천공부(230)가 삽입된 형태로 유지하는 것이 효율적인 공간배치상 바람직하나, 탄성체(32)와 하각부 연결단(23)은 그 위치와 상관관계에 대하여 서로 무관하므로 그 범위를 한정하지 않는다.

도 5 는 본 발명에 따른 하각부 연결단의 평면도이다.

상기 하각부(2) 상부에는 하각부 연결단(23)이 상기 하각부 내측바(21)와 하각부 외측바(22)사이에 고정되어, 상기 하각부 외측바(22)와 하각부 내측바(21)가 서로 이격되어 고정되도록 한다. 상기 하각부 연결단(23)은 도 5 에 도시된 바와 같이, 내부에 천공부(230)가 형성되어 탄성체(32)에 삽입되어 유동하여도 마찰이 없도록 하는 것이 바람직하다.

상기 탄성체(32)는 판 스프링을 사용하며, 사각 빔 형태의 선형 스프링으로 형성되는 것이 바람직하다.

스프링은 재질, 외형, 하중 인가방향에 따라 강성이 다르며, 강성(k : 스프링상수로 대변된다)은,

로 계산된다.

선형 스프링은 강성이 높아 동작의 신뢰성이 높고, 동작 속도가 빠르며, 수명이 매우 길고 다수의 접점을 갖는 등 여러가지 특징이 있다. 따라서, 외압을 가한 후 즉각적인 탄성 반발력을 낼 수 있는 선형 스프링은 본 발명의 특성상 매우 적합하다.

상기 지지블록(33)은 상기 선형 스프링을 고정하는 클램프로서, ㄷ자 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 선형 스프링의 두께가 변경될 경우 그에 따라 적당한 치수를 갖는 것으로 교체할 수 있다. 지지블록(33)은 탄성체(32)의 일단과, 상기 회전체(302)를 서로 고정하므로, 회전체(302)의 회전시 탄성체(32)도 연동하게 된다.

전술한 바와 같이, 상기 상각부(1)에 결합된 상기 모터(31)에 구동시 풀리(310)와 풀리벨트(311)의 연동으로 그 힘이 무릎관절축(34)에 전달되고, 무릎관절축(34)에 연결된 회전체가 회전함에 따라 탄성체(32)도 연동하게 되며, 상기 탄 성체(32)의 끝단에 결합된 탄성체 하각지지대(38)를 통해 하각부(2)에 그 힘이 전달되어 구동하게 된다.

이때, 상각부(1)와 하각부(2)는 서로 힌지로 연결되어 있으므로, 서로 각을 이루며 접히도록 구동된다.

여기서, 상각부(1)와 하각부(2)는 서로의 연결관계는 전술한 바와 같이, 그 구동 방향은 유동가능한 힌지로 서로 연결되어 각을 이루며 회전하지만, 그 구동의 힘의 전달은 탄성체(32)에 의해 상각부(1)에서 하각부(2)로 회전에너지가 전달된다. 그러므로, 상각부(1)와 하각부(2)의 연동시 상기 탄성체(32)의 의한 탄성에너지가 더 부가되어 회전에너지의 토크를 증대시킬 수 있다.

본 발명의 탄성다리(B)는 하각부(2) 하단에 설치되어 직접적으로 지면을 딛는 족부(5) 및 그 족부(5)와 구동연결을 하는 발목부(4)를 더 포함한다.

상기 하각부(2)의 끝단에 결합되어 족부(5)와 연결하는 발목부(4)에는 롤축운동과 피치축운동 장치들이 구비된 족부 연결단(40)이 구비되어 있다.

족부(5)의 상면에는 상기 족부 연결단(40) 하부와 연결되어 전달되는 힘의 방향과 크기를 측정하는 힘모멘트 센서(51)를 더 포함하고 있다.

발복부(4)는 도 1 에 도시된 것처럼 탄성다리(B)를 정면을 두고 족부(5)를 가로방향으로 회전운동하는 롤축운동과, 도 2 에 도시된 것처럼 탄성다리(B)를 측면에 두고 족부(5)를 가로방향으로 회전운동하는 피치축운동하는 장치들을 구비하 고 있다.

피치축운동장치는 하각부(2) 하부에 연결된 피치축 모터(44)와, 하각부(2)하단에 연결되어 족부(5)의 피치운동 회전하는 피치축 감속기(43)와, 상기 피치축 감속기(43)의 회전축에 연결되어 피치축 감속기(43)를 회전시키는 발목피치축(41)과, 상기 발목피치축(41)과 피치축 모터(44)를 연동시키는 풀리와 풀리벨트가 배치된 피치축 지지대(42)를 구비하고 있다.

롤축운동장치는 상기 족부 연결단(40)에 설치된 롤축 모터(48)와, 족부(5)의 롤운동 회전하는 롤축 감속기(47)와, 상기 롤축 감속기(47)의 회전축에 연결되어 롤축 감속기(47)를 회전시키는 발목롤축(45)과, 상기 발목롤축(45)과 롤축 모터(48)를 연동시키는 풀리와 풀리벨트가 배치된 롤축 지지대(46)를 구비하고 있다.

롤축과 피치축 운동장치의 구동력으로 족부(5)의 각각 롤축과 피치축운동은 각각 힌지로 연결되어 그 회전방향으로 구동하게 구성되어 있으나, 그 구동관계설명은 통상적인 모터연동관계 설명이므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다.

도 5 는 본 발명에 따른 다리형 로봇의 예시도이다.

본 발명의 탄성 다리(B)는 대칭이 되는 한 쌍이 일조가 되어 상기 상각부(1)의 상단이 결합되는 로봇몸체(A)로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 로봇몸체(A)에 설치되는 탄성 다리(B)의 수는 적어도 하나 이상으로 그 수를 한정하지 않는다.

여기서, 로봇몸체(A) 내부에는 각 탄성 다리(B)의 제어와 구동에 대한 신호를 보내는 제어장치가 구비되어 있으며, 보행구동에 필요한 시스템과 서거나 앉거 나 걷거나 뛰는 동작에서 쓰러지지 않도록 자세를 유지시키는 자세제어장치를 구비하고 있다.

이하 본 발명의 실시 예에 의한 작용을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 로봇이 보행하는 것을 넘어서 빠른 속도로 인간과 같이 달리기 위한 장치이다.

달리는 동작을 구현하기 위해서는 빠른 속도로 무릎관절을 구동하며 지면을 딛는 행동으로 보폭을 크게 하면서 모든 다리가 지면에 접촉하지 않는 상태를 실현해야한다. 이를 위해, 큰 힘과 빠른 속도로 움직일 수 있는 반응성이 빠른 관절이 필요하다.

본 발명은 로봇몸체(A)의 한 쌍의 탄성 다리(B)가 서로 순차적으로 지면을 딛는 보행 사이클을 이룬다.

탄성 다리(B)가 지면이 딛는 과정을 설명하면 다음과 같다.

모터(31)의 구동으로 족부(5)가 지면에 내딛으면, 지면과 닿는 족부(5)에서는 바닥과의 충격이 발생한다.

이때의 충격력은 하각부(2)를 통해 상부로 전달되고, 이 충격력은 직접적으로 상각부(1)와 구동력이 연결되는 탄성체(32)로 전달된다.

이때, 탄성체(32)가 충격에 의한 탄성변형을 받기 위해선 상기 족부(5)가 지면에 닿을 때, 상각부(1)와 하각부(2)가 항상 180도 미만인 것이 바람직하다.

탄성 다리(B)의 상각부(1)와 하각부(2)가 일직선으로 수직으로 서있으면 보행시 스프링효과를 얻을 수 없다. 그러므로, 보행시 반드시 상각부(1)와 하각부(2)는 항상 180도 미만인 것이 바람직하다.

그러나, 일반적으로 보행시 메커니즘 상 일직선으로 펴진 상태에서 지면과 접촉하는 상황이 발생하지 않기 때문에 문제가 되지 않는다.

이하, 상각부(1)와 하각부(2)가 180도 미만의 굽힌 각도를 이루는 것을 무릎굽힘이라 한다.

이러한 탄성체(32)로 전달된 충격력은 탄성체(32)의 변형에 의해 일정량흡수되어 상각부(1)에 전달되는 힘을 감소시킨다.

그리고, 탄성체(32)에 의해 절감된 충격력은 감속기(30)에 토크를 발생시키고, 이러한 토크는 감속기(30)에 의해 선행 제어되어 모터(31)에 무리한 토크를 유발시키지 않는다.

이후, 모터(31)의 구동에 의해 감속기(30)는 상기 상각부(1)와 하각부(2)의 무릎굽힘을 펴는 구동을 발생시킨다.

이때, 탄성체(32)에 의해 저장된 변형에너지는 선형스프링의 특성인 즉각적인 반발력에 의해 굽혀진 상각부(1)와 하각부(2)의 무릎굽힘을 펴는데 모터(31)와 감속기(30)의 힘을 증가시킨다. 이러한 과정이 한 쌍의 탄성 다리(B)에 순차적으로 번갈아 발생함에 따라 뛰는 동작이 가능해진다.

도 7 은 본 발명의 사용 예시에 따른 탄성 실험 계수 그래프이다.

본 그래프의 점선표시된 '탄성계수작음'과 실선표시된 '탄성계수큼'은 각각 선형스프링의 탄성계수가 상대적으로 작은 경우(k = 900Nm/rad)와 상대적으로 큰 경우(k = 17730Nm/rad)를 나타낸 것이다.

선형스프링의 탄성계수가 큰 경우 지면에 대한 반발력의 크기가 더 크며, 선형스프링의 탄성 계수가 클수록 복원작용시간이 빨라진다. 또한, 종래에는 다리체 전체에 충격을 받으므로 충격전달이 큰 반면에 본 발명의 탄성 다리는 탄성체(32)에 의해 충격력이 흡수되어 다리전체에 가해지는 충격이 감소된다.

(그래프에서 두 개의 비교가 스프링이 설치됐을 경우와 설치되지 않았을 경우의 실험데이터인지 아님 위와 같이 스프링 계수가 다른 것의 비교실험인지 추가설명바랍니다 .)

이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 상각부와 하각부 사이에 설치된 탄성체로 인해 구동력을 전달함으로써, 하각부에 발생하는 충격을 탄성체가 흡수하는 동시에 즉각적인 반발력으로 모터의 움직임에 강한 토크를 발생시키면서, 상각부와 하각부의 벌어지는 힘을 크게 높이고, 또한, 빠르게 작용함으로 탄성 다리가 로봇몸체를 솟구치게 함으로 지속적인 점프가 가능해진다.

그로인해, 한 쌍의 탄성 다리가 순차적으로 번갈아가며 점프를 하게 되어, 로봇자체의 달리기를 할 수 있게 됨으로서, 로봇의 쾌속보행을 가능하게 하여 그 실효성이 크게 증대된다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims

다리형 로봇의 착지시 충격 흡수가 가능한 다리구조로서,

다리형 로봇의 몸체와 연결되어 이를 지지하는 상각부;

상기 상각부와 회전가능하게 연결되고, 지면을 딛는 하각부;

상기 상각부에 대해서 하각부에 회전운동을 발생시키는 구동부를 포함하고;

상기 구동부는 상각부에 결합된 모터와,

상기 모터의 회전속도를 감속시켜 토크를 전달하는 감속기와,

상기 감속기에 일단이 연결되고 상기 하각부에 타단이 결합되어 상기 감속기를 통해 전달된 상기 모터의 회전력을 상기 하각부에 전달하며, 상기 하각부의 회전방향으로 충격을 받을 시 탄성 변형되어 충격을 흡수하고 복원시 상기 모터의 출력을 보완하는 탄성체를 포함하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 1 항에 있어서,

상기 탄성체는 사각 빔 형태의 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 1 항에 있어서,

상기 감속기는

윗다리에 결합된 케이싱과,

상기 케이싱에 수용되고, 일측이 상기 탄성체와 결합하며 상기 모터에 의해 구동하는 회전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 3 항에 있어서,

상기 감속기의 회전체와 상기 탄성체를 서로 연결고정하는 지지블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 4 항에 있어서,

상기 지지블록은 상기 탄성체의 재료 및 형상에 따라 탄성체를 수용이 가능하도록 공간조절가능한 ㄷ자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 1 항에 있어서,

상기 하각부와 회전가능하게 연결되며 지면과 접촉하는 족부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 6 항에 있어서,

상기 족부는 상기 하각부의 길이방향과 직교하는 2개의 회전축에 대해 각각 회전가능한 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
제 6 항에 있어서,

상기 하각부와 족부 사이에 설치되어 상기 족부에 작용하는 힘과 모멘트를 측정하는 힘모멘트센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다리형 로봇의 탄성 다리구조.
보행하기 위한 시스템과 자세제어 장치를 구비한 로봇몸체;

상기 로봇몸체에 결합되는 2개 이상의 탄성 다리를 포함하며;

상기 각 탄성 다리는,

상기 로봇몸체와 연결되어 이를 지지하는 상각부;

상기 상각부와 회전가능하게 연결되고, 지면을 딛는 하각부;

상기 상각부에 대해서 하각부에 회전운동을 발생시키는 구동부를 포함하고;

상기 구동부는 상각부에 결합된 모터와,

상기 모터의 회전속도를 감속시켜 토크를 전달하는 감속기와,

상기 감속기에 일단이 연결되고 상기 하각부에 타단이 결합되어 상기 감속기를 통해 전달된 상기 모터의 회전력을 상기 하각부에 전달하며, 상기 하각부의 회전방향으로 충격을 받을 시 탄성 변형되어 충격을 흡수하고 복원시 상기 모터의 출력을 보완하는 탄성체를 포함하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 9 항에 있어서,

상기 탄성체는 사각 빔 형태의 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 9 항에 있어서,

상기 감속기는 윗다리에 결합된 케이싱과,

상기 케이싱에 수용되고, 일측이 상기 탄성체와 결합하며 상기 모터에 의해 구동하는 회전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 11 항에 있어서,

상기 감속기의 회전체와 상기 탄성체를 서로 연결고정하는 지지블록을 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 12 항에 있어서,

상기 지지블록은 상기 탄성체의 재료 및 형상에 따라 탄성체를 수용이 가능하도록 공간조절가능한 ㄷ자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 9 항에 있어서,

상기 하각부와 회전가능하게 연결되며 지면과 접촉하는 족부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 14 항에 있어서,

상기 족부는 상기 하각부의 길이방향과 직교하는 2개의 회전축에 대해 각각 회전가능한 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 14 항에 있어서,

상기 하각부와 족부 사이에 설치되어 상기 족부에 작용하는 힘과 모멘트를 측정하 는 힘모멘트센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.
제 9 항에 있어서,

상기 탄성 다리는 쾌속보행시 서로 순차적으로 지면을 딛으며 보행 사이클 중 모든 탄성 다리가 지면과 접촉하지 않는 상태가 존재하는 것을 특징으로 하는 탄성 다리구조를 구비한 다리형 로봇.