KR20100135607A - 모듈러 로봇 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

모듈러 로봇 및 그의 제어방법이 개시된다.

본 발명의 모듈러 로봇은 로봇의 몸체를 이루는 육면체형의 본체(100)와, 본체(100)의 두 측면과 이어지는 나머지 두 측면을 이루며 본체(100)에 결합된 ㄴ자형의 회동부재(200)와, 회동부재(200)를 본체(100)의 상방으로 회동시키는 회동메카니즘부(300)와, 본체(100)를 직선, 곡선 또는 회전이동시키는 이동메카니즘부(400)와, 로봇끼리 결합될 때 본체(100)의 결속홈(110)에 다른 로봇의 돌출부(210)를 삽입시켜 상호 결합시키는 도킹 및 록킹메카니즘부(500)와, 회동메카니즘부(300), 이동메카니즘부(400), 도킹 및 록킹메카니즘부(500)를 이용하여 로봇의 운동, 상호 결합 및 분리동작을 제어하는 제어부(600)와, 각 부분에 전원을 공급하는 배터리(700)를 포함하므로, 크기가 작은 블록 형태로서 무선 송신을 통하여 로봇끼리 자동으로 결합면을 인식하여 상호 결합 또는 분리될 수 있고 다양한 형태의 모양을 구현할 수 있으며 여러 가지 사물의 움직임도 표현할 수 있다.

모듈러 로봇, 무선 송수신, 모터, 회동, 이동, 도킹, 록킹

Description

모듈러 로봇 및 그의 제어방법{MODULAR ROBOT AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 자체적으로 결합 및 분리가 가능한 모듈러 로봇에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 모듈러 로봇들 상호간에 무선으로 송수신하면서 자동으로 결합 또는 분리됨으로써 로봇의 형상을 다양하게 변형시킬 수 있고 나비나 뱀 등의 움직임을 표현할 수 있는 모듈러 로봇 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

로봇은 현재 산업용, 교육용 또는 완구용으로 다양한 형태가 개발되어 있으며, 특히 능동적으로 동작할 수 있는 로봇의 경우 여러 가지 목적에서 개발 필요성이 높다. 특히, 자체적으로 결합되고 분리되는 로봇의 경우 동작 및 운동을 통한 교육적인 효과뿐만 아니라 산업상 다양한 분야에서 응용하여 이용할 수 있는 가치가 있다.

또한, 위와 같은 자체적 결합 및 분리만이 아니라, 결합을 통하여 다양한 형상을 표현하거나 변형할 수 있고, 필요에 따라 뱀, 나비, 다족보행, 휴머노이드 로봇 등 다양한 사물의 움직임을 구현할 수 있는 로봇의 개발이 필요하다.

그러나, 현재 교육용 또는 완구용의 조립식 로봇은 로봇끼리 자체적으로 결합하거나 분리할 수 없어서 사용자가 인위적으로 결합시키거나 분리시켜야 할 뿐만 아니라 다양한 움직임을 표현하는 것도 불가능하다.

한국공개특허 제2008-0017081호에는 "블록식 서보모터 교육 및 완구용 로봇"이 개시되어 있는데, 상기 발명은 모터 본체와 구동 마디가 동일한 모양으로 되어 있는 조립가능한 블록식 로봇으로서, 소형의 규격화된 모터 모듈과 4종류의 결합 부품만으로도 다양한 로봇을 조립할 수 있고 용이한 조립 구조 및 컨트롤 방법으로 인해 용이하게 사용할 수 있는 조립식 로봇이다.

그러나, 상기 발명은 조립이 편리하고 다양한 형태를 구현할 수 있으며 구동도 가능하다는 장점이 있으나, 상기에서 언급한 바와 같이 각각의 모듈이 다른 모듈을 인식하여 자체적으로 상호 결합하고, 또한 다양한 움직을 표현하는 것은 불가능하다는 단점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자체적으로 서로 인식하여 자동적으로 결합 및 분리하고 다양한 형태를 구현할 수 있으며 나비나 뱀 등 사물의 움직임도 표현할 수 있는 모듈러 로봇을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 단위블록 형태로서 크기가 작고 작동이 용이하며 휴대가 간편한 모듈러 로봇을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 모듈러 로봇의 자동결합 및 분리와 다양한 움직임을 표현할 수 있는 제어방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

연속되는 두 측면의 중앙에 형성된 결속홈과, 상기 결속홈의 주위에 설치된 다수의 수신센서를 구비하여, 로봇의 몸체를 이루는 육면체형의 본체;

각 면의 중앙에 형성된 돌출부와, 상기 각 돌출부의 단부에서 방사상으로 연장된 한 쌍의 원호부와, 상기 돌출부의 주위에 설치된 다수의 송신센서를 구비하여, 상기 본체의 두 측면과 이어지는 나머지 두 측면을 이루는 ㄴ자형의 회동부재;

상기 본체의 내부 일측에 설치되어 회동부재를 본체의 상방으로 회동시키는 회동메카니즘부;

상기 본체 내부에 설치되며 하부로 돌출되는 한 쌍의 바퀴에 의해 본체를 직선, 곡선 또는 회전이동시키는 이동메카니즘부;

로봇과 다른 로봇이 도킹될 때 본체의 결속홈에 다른 로봇의 돌출부를 삽입시켜 상호 고정시키는 도킹 및 록킹메카니즘부;

다른 로봇에서 송신된 면정보를 이용하여 본체를 다른 로봇의 돌출부 쪽으로 이동시키고 일측의 결속홈에 타측의 돌출부를 도킹시켜 상호 결속시키는 일련의 동작 및 그 역의 동작을 실행하도록 본체의 내부에 설치되는 제어부; 및

상기 본체의 내부에 설치되어 각 부분에 전원을 공급하는 배터리; 를 포함하는 모듈러 로봇을 제공한다.

상기 본체의 결속홈 주위에는 다수의 돌기를 형성하고, 상기 회동부재의 돌출부 주위에는 모듈러 로봇들이 도킹할 때 각 돌기가 삽입되도록 다수의 삽입홈을 형성할 수 있다.

상기 회동메카니즘부는 본체의 일측면 내부에 설치된 모터와, 일단부가 상기 모터의 축에 직각으로 연결되고 타단부가 상기 회동부재의 내측에 고정된 링크를 포함할 수 있다. 상기 모터는 RC 서보모터를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 이동메카니즘부는 본체 내부에 설치된 한 쌍의 모터와, 상기 각 모터에 연결된 한 쌍의 감속기와, 상기 각 감속기에 연결된 한 쌍의 크라운기어와, 상기 각 크라운기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언기어와, 상기 각 피니언기어에 동축으로 연결되어 일부가 본체의 하부로 돌출되는 한 쌍의 바퀴를 포함할 수 있다.

상기 본체의 하부면에는 원활한 이동을 위하여 돌출된 바퀴들 사이의 중앙선과 만나는 일측 모서리에 돌기부가 형성될 수 있다.

상기 도킹 및 록킹메카니즘부는 본체 내부의 결속홈 사이의 모서리에 설치되 는 모터와, 상기 모터에 연결된 감속기와, 상기 감속기에 연결된 구동기어와, 상기 구동기어의 양측에 각각 직각으로 맞물리는 한 쌍의 종동기어와, 다른 모듈러 로봇의 돌출부와 원호부가 삽입될 수 있도록 중앙홈이 형성되고 그 원주상에서 중앙쪽으로 한 쌍의 결속구가 돌출형성되며 상기 각 종동기어와 맞물리어 결속홈 내측면에 각각 회전가능하게 설치되는 한 쌍의 록킹기어를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 다른 로봇의 송신센서에서 송신되어 수신센서로 수신된 면정보에 따라 결속홈과 다른 로봇의 돌출부가 면접하도록 이동시키고, 면접한 결속구와 원호부의 위치를 파악하여 양자의 위치가 어긋나도록 록킹기어를 회전시켜 상호 도킹시키며, 결속홈에 삽입된 원호부가 결속구에 맞물리도록 록킹기어를 회전시켜 본체와 다른 로봇의 회동부재를 결합시키는 일련의 연속되는 동작 또는 그 역의 동작을 실행할 수 있다.

상기 모듈러 로봇의 면정보는 모듈러 로봇의 ID, 각 면에 대한 데이터 및 모터의 회전각을 포함할 수 있으며, 상기 각 면의 데이터는 결속홈이 형성된 면인지 또는 돌출부가 형성된 면인지를 구분하는 데이터일 수 있다.

상기 모듈러 로봇 간의 데이터 전송은 무선 지그비를 이용할 수 있다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

(a) 각 모듈러 로봇에 고유의 ID를 부여하고 상기 각 로봇의 각 면에 대한 면정보를 설정하는 단계;

(b) 각 모듈러 로봇의 수신센서로 수신된 데이터에 의하여 각자의 ID를 확인하고, 송신센서를 통하여 각각의 ID정보 및 면정보를 다른 모듈러 로봇에게 송신하 는 단계;

(c) 각 모듈러 로봇의 수신센서를 통하여 다른 모듈러 로봇의 ID와 면정보를 수신하는 단계;

(d) 수신센서를 통하여 다른 모듈러 로봇의 송신면에 대한 면정보와 자체의 수신면에 대한 면정보를 비교하여 서로 매칭 되는 면을 인식하는 단계; 및

(e) 제어부의 제어에 의해 각 모듈러 로봇이 이동하여 서로 매칭되는 면끼리 도킹한 후 록킹하는 단계; 를 포함하는 모듈러 로봇의 제어방법을 제공한다.

상기 (e)단계에서의 도킹은,

모듈러 로봇들이 인접하게 되면 수신센서를 통하여 도킹될 로봇의 ID를 확인하고 도킹될 면인지를 판단하는 단계;

도킹될 양쪽 면의 면정보가 도킹이 가능한 것으로 판단되면 록킹기어에 표시된 포지션 마킹과 초기치 마킹을 센싱하여 회전각을 인식하는 단계;

일측 로봇의 원호부와 타측로봇의 결속구가 간섭되지 않도록 록킹기어를 회전시키는 단계; 및

양쪽 면이 밀착되도록 일측 로봇의 돌출부를 타측 로봇의 결속홈 내에 삽입하는 단계; 를 포함하여 수행될 수 있다.

상기 (e)단계에서의 록킹은,

양쪽 로봇이 도킹된 상태에서 일측 로봇의 결속구가 타측로봇의 원호부와 결속되도록 결속홈 내의 록킹기어를 일정각도 회전시킴으로써 수행될 수 있다.

본 발명의 모듈러 로봇 및 그의 제어방법에 의하면, 무선 송신을 통하여 로봇이 다른 로봇을 자동으로 인식하고 결합면을 찾아 상호 결합하거나 분리될 수 있고, 다양한 형태의 모양을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 나비나 뱀 등 여러 가지 사물의 움직임도 표현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 모듈러 로봇은 크기가 작은 블록 형태로서 작동이 용이하고 휴대가 간편하다는 효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정 해석해서는 안되며, 본 발명은 발명자가 자신의 발명을 설명하기 위하여 적절한 용어를 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 예시도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇을 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 정면 및 배면사시도로서, 도 1A와 도 2A는 상부측을 나타내고 도 1B와 도 2B는 하부측을 나타낸다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 내부구조를 나타내기 위하여 도시한 분해사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇은 로봇의 몸체를 이루는 육면체형의 본체(100)와, 상기 본체(100)의 두 측면과 이어지는 나머지 두 측면을 이루며 본체(100)에 결합된 ㄴ자형의 회동부재(200)와, 상기 회동부재(200)를 본체(100)의 상방으로 회동시키는 회동메카니즘부(300)와, 상기 본체(100)를 직선, 곡선 또는 회전이동시키는 이동메카니즘부(400)와, 로봇끼리 결합될 때 본체(100)의 결속홈(110)에 다른 로봇의 돌출부(210)를 삽입시켜 상호 결합시키는 도킹 및 록킹메카니즘부(500)와, 상기 회동메카니즘부(300), 이동메카니즘부(400), 도킹 및 록킹메카니즘부(500)를 이용하여 로봇의 운동, 상호 결합 및 분리동작을 제어하는 제어부(600)와, 상기 각 부분에 전원을 공급하는 배터리(700)를 포함한다.

각 구성부분에 대하여 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.

먼저, 본체(100)는 로봇의 몸체를 이루는 육면체형의 부재로서, 도 1A와 도 1B에 도시된 바와 같이, 네 개의 측면 중 두 개의 연속되는 측면의 중앙에 결속홈(110)이 형성되어 있다. 결속홈(110)은 원형으로 이루어져 있으며, 모듈러 로봇끼리 결속시킬 수 있도록 다른 모듈러 로봇의 돌출부(210)가 삽입되는 부분이다. 결속홈(110)의 내부면에는 록킹기어(550)가 회전가능하게 설치되어 있는데, 록킹기어(550)는 결속홈(110)과 동일한 형태의 구멍 및 중심쪽으로 연장된 한 쌍의 결속구(552)가 형성되어 있다.

그리고, 결속홈(110)의 주위에는 다른 모듈러 로봇으로부터 송신되는 결합될 면에 대한 정보를 수신하기 위한 다수의 수신센서(120)가 설치되어 있고, 또한 결합될 면끼리 접촉시 상호 위치고정을 위한 다수의 돌기(130)가 형성되어 있다.

또한, 본체(100)의 내부에는 아래에서 설명할 회동메카니즘부(300), 이동메카니즘부(400), 도킹 및 록킹메카니즘부(500)가 설치되는데, 각 부의 설치와 보호 및 외관을 형성하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같은 본체커버(140), 하부커버(150) 및 내부프레임(160)이 내부에 상호 결합되어 있다.

다음으로, 회동부재(200)는 본체(100)의 두 측면과 이어지는 나머지 두 측면을 이루도록 본체(100)에 결합된 ㄴ자형의 부재로서, 도 2A와 도 2B에서 알 수 있는 바와 같이, 각 면의 중앙에는 결속홈(110)에 삽입될 수 있는 돌출부(210)가 형성되어 있고, 각 돌출부(210)에는 단부에서 방사방향으로 돌출된 한 쌍의 원호부(211)가 형성되어 있다. 원호부(211)는 돌출부(210)가 다른 모듈러 로봇의 결속홈(110)에 삽입될 때 록킹기어(550)의 결속구(552)와 상호 결속됨으로써 모듈러 로봇끼리 고정결합시키는 역할을 한다.

그리고, 돌출부(210)의 주위에는 다른 모듈러 로봇으로 상호 결합될 면에 대한 정보를 송신하기 위한 다수의 송신센서(220)가 설치되어 있고, 또한 결합될 면끼리 접촉시 돌기(130)가 삽입될 수 있는 다수의 삽입홈(230)이 형성되어 있어서, 결합될 모듈러 로봇들의 결합면을 위치고정시킨다.

다음으로, 회동메카니즘부(300)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇 내에 설치된 회동메카니즘부를 도시하고 있다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 회동메카니즘부(300)는 본체(100) 내부의 일측면에 설치되어 회동부재(200)를 본체(100)의 상방으로 회동시키는 역할을 하는 부분으로서, 본체(100)의 일측면 내부에 모터(310)가 설치되어 있고, 모터(310)의 축(311)에는 링크(320)가 직각으로 연결되어 있으며, 링크(320)의 타단부는 회동부 재(200)의 내부 일측에 고정되어 있다. 따라서, 모터(310)의 작동에 따라 링크(320)가 회동하며, 그에 따라 링크(320)에 고정된 회동부재(200)가 회동하게 된다. 회동부재(200)는 회동축(250)(도 3 참조)을 중심으로 0도 내지 180도 범위에서 회동하므로, 모터(310)는 링크(320)를 상기의 각도범위 내에서 회전시키는 스텝모터를 사용하며, 본 발명의 실시예에서는 RC서보모터를 사용하였다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동메카니즘부의 동작을 차례로 나타낸 정면도로서, 도 5a는 회동되지 않은 상태를 나타내고, 도 5b는 90도 회동한 상태를 나타내며, 도 5c는 180도 회동한 상태를 나타낸다. 따라서, 링크(320)와 연결된 회동부재(200)도 본체(100)를 중심으로 상기 각도만큼 회동하게 된다.

다음으로, 도 6을 참조하여 이동메카니즘부(400)를 설명한다.

이동메카니즘부(400)는 본체(100)를 직선, 곡선 또는 회전이동시키는 부분으로서, 도 3과 도 6에 도시된 바와 같이, 본체(100) 내부에 설치된 한 쌍의 모터(410), 각 모터(410)에 연결된 한 쌍의 감속기(420), 각 감속기(420)에 연결된 한 쌍의 크라운기어(430), 각 크라운기어(430)와 맞물리는 한 쌍의 피니언기어(440) 및 각 피니언기어(440)에 동축으로 연결된 한 쌍의 바퀴(450)로 이루어져 있다. 각 부품은 본체(100) 내의 하부커버(150) 상에 고정설치되어 있으며, 바퀴(450)의 하부는 하부커버(150)에 형성된 장공(151)을 통하여 본체의 하부로 돌출된다.

한 쌍의 모터(410)는 독립적으로 작동되도록 설치되어 있고 그와 연결된 부품들도 각 모터(410)의 구동에 따라 상호 간섭되지 안고 독립적으로 작동한다. 따 라서, 양쪽 바퀴(450)가 동시에 같은 방향으로 구동되면 모듈러 로봇은 직진하게 되고, 한쪽 바퀴(450)가 정지되고 다른 쪽 바퀴(450)가 구동되면 모듈러 로봇은 회전하게 되며, 한쪽 바퀴가 다른 쪽 바퀴보다 느리게 회전하면 모듈러 로봇은 곡선운동을 하게된다.

감속기는 모터(410)의 토크를 크게하여 바퀴(450)의 구동력을 높이기 위해 설치된 것이며, 크라운기어(430)와 피니언기어(440)는 직각으로 연결되어 동력을 직각방향으로 전달한다.

한편, 본체(100)의 하부면에는 돌출된 바퀴(450)들 사이의 중앙선과 만나는 일측 모서리에 돌기부(240)가 형성되어 있어서, 모듈러 로봇이 바퀴(450)에 의해 이동할 때 본체(100)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 돌기부(240)는 두 바퀴(450)와 함께 모듈러 로봇을 지지하는 3점을 이룬다.

다음으로, 도 7을 참조하여 도킹 및 록킹메카니즘부(500)를 설명한다.

도킹 및 록킹메카니즘부(500)는 모듈러 로봇과 다른 모듈러 로봇이 도킹될 때 본체(100)의 결속홈(110)에 다른 로봇의 돌출부(210)를 삽입시켜 상호 결속시키는 부분으로서, 모터(510), 감속기(520), 구동기어(530), 한 쌍의 종동기어(540) 및 한 쌍의 록킹기어(550)로 이루어져 있다.

모터(510)는 결속홈(110)이 형성된 본체(100) 내부의 모서리에 설치되어 있으며, 모터(510)에는 감속기(520)를 매개하여 구동기어(530)가 설치되어 있다. 감속기(520)는 상기에서와 마찬가지로 모터축의 회전력에 의한 토크를 높이기 위하여 설치된다.

그리고, 구동기어(530)의 양쪽에는 한 쌍의 종동기어(540)가 각각 직각으로 맞물리도록 설치되어 있다. 구동기어(530)와 종동기어(540)를 직각으로 맞물리도록 하기 위하여 헬리컬기어를 사용한다. 또한, 각 종동기어(540)에는 록킹기어(550)가 물려 있는데, 록킹기어(550)는 중앙에 결속홈(110)과 연통되는 중앙홈(551)이 이 형성되어 있고, 그 내주에서 중심쪽으로 한 쌍의 원호형 결속구(552)가 돌출되어 있다. 그리고, 록킹기어(550)는 결속홈(110)의 내부면에 회전가능하게 설치되어 있다.

따라서, 다른 모듈러 로봇의 돌출부(210)와 원호부(211)가 결속홈(110)과 중앙홈(551)을 통하여 본체(100) 내로 삽입될 수 있으며, 상기와 같이 돌출부(210)가 결속홈(110)에 삽입될 때에는 록킹기어(550)가 회전하여 결속구(552)가 원호부(211)와 간섭되지 않도록 배치된다.

그리고, 본체(100)의 결속홈(110) 주위에는 다수의 돌기(130)가 형성되어 있고, 회동부재(200)의 돌출부(210) 주위에는 각 돌기(130)가 삽입될 수 있도록 다수의 삽입홈(230)이 형성되어 있어서, 모듈러 로봇들이 도킹할 때 결속홈(110) 주위의 돌기(130)가 다른 로봇의 돌출부(210) 주위의 삽입홈(230)에 삽입됨으로써 양쪽 모듈러 로봇의 결합면이 정위치로 고정되도록 한다.

그리고, 모터(510)의 작동에 따라 구동력은 감속기(520)와 구동기어(530)를 통하여 양쪽 종동기어(540)에 전달되고, 그와 맞물려 있는 록킹기어(550)가 회전됨에 따라 결속구(552)가 원호부(211)와 결속되어 양쪽의 모듈러 로봇이 완전하게 결합된다.

다음으로, 제어부(600)는 면정보 송수신, 로봇의 이동 및 회전, 로봇끼리의 상호 결합 및 분리동작을 제어하는 부분으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 본체(100) 내부의 중앙부분에 설치되어 있다.

제어부(600)는 수신센서(120)를 통하여 다른 로봇의 송신센서(220)로부터의 면정보를 수신하고, 수신된 면정보에 따라 이동메카니즘부(400)를 제어하여 결속홈(110)과 다른 로봇의 돌출부(210)가 면접하도록 이동시킨다. 그리고, 도킹 및 록킹메카니즘부(500)를 제어하여 수신된 면정보에 의해 면접한 결속구(552)와 원호부(211)의 위치를 파악하고 양자의 위치가 어긋나도록 록킹기어(550)를 회전시켜 상호 도킹시키며 결속홈(110)에 삽입된 원호부(211)가 결속구(552)에 맞물리도록 록킹기어(550)를 회전시켜 본체(100)와 다른 로봇의 회동부재(200)를 결합시킨다.

모듈러 로봇 간의 데이터 전송은 무선 지그비를 이용한다.

또한, 제어부(500)는 상기에서 설명한 일련의 동작뿐만 아니라 그 역의 동작도 마찬가지로 수행할 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 본체(100) 내부에 설치된 배터리(700)는 모터와 센서 등 전기가 필요한 각 부분에 전원을 공급한다.

다음으로, 모듈러 로봇간에 면정보를 인식하는 과정을 설명한다.

PC에서 각 로봇에 부여된 고유의 ID와 각 면에 대한 면정보를 전송하고, 각각의 모듈러 로봇은 수신센서(120)에서 수신된 정보를 통하여 각자에게 부여된 ID를 확인하고 다른 모듈러 로봇의 면정보를 수신한다.

그리고, 모듈러 로봇의 결합은 각 로봇의 수신센서(120)를 통하여 수신된 송 신면 정보와 자체의 수신면 정보를 비교하여 매칭되는 면을 인식하고, 제어부(600)의 제어에 따라 이동하여 매칭되는 면끼리 도킹 및 록킹하게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 면정보 인식과정을 보여주는 도면으로서 도면을 참조하여 설명한다.

도 8A는 모듈러 로봇의 면 설정 및 송신면과 수신면의 설정을 보여주고 있으며, 도 8B은 면 정보를 송신 할 때의 타이밍도이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 모듈러 로봇의 면정보는 스타트 비트를 시작으로 모듈러 로봇의 ID, 각 면의 송수신 데이터 및 모터의 회전각을 보내고, 마지막으로 스톱 비트를 보내도록 되어있다.

그리고, 도 8C는 면정보 패킷을 나타낸 도면으로서, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 ID 1인 모듈러 로봇의 D면에 대한 수신면 데이터와 ID 2인 모듈러 로봇의 A면에 대한 송신면 데이터가 일치 하는 것을 볼 수 있다. 일치된 데이터를 가지고 있는 두 면은 도킹 및 록킹을 할 수 있다. 그리고, ID 1인 모듈러 로봇은 회전각이 0도이고 ID 2인 모듈러 로봇의 회전각은 45도이다.

상기에서 언급한 모듈러 로봇의 면정보는 모듈러 로봇의 ID, 각 면에 대한 데이터 및 모터의 회전각을 포함하며, 상기 각 면의 데이터는 결속홈이 형성된 면인지 또는 돌출부가 형성된 면인지를 구분하는 데이터이다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 도킹 제어방법에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 중앙에 위치한 모듈러 로봇의 양면에 각각 다른 모듈러 로봇이 도킹 되는 상태를 나타내는 도킹면 구성도이다.

도킹은 다음과 같은 순서로 진행 된다. 두 개의 모듈러 로봇이 인접하게 되면 수신센서(120)를 통하여 도킹될 로봇의 ID와 도킹될 면인지를 판단한다. 정보가 일치하게 되면 도킹준비를 한다. 록킹기어(550)의 위치는 록킹기어(550)에 표시되어 있는 포지션 마킹(553)과 초기치 마킹(554)을 센싱하여 회전각을 알 수 있다.

초기에는 록킹기어(550)에 45도마다 표시된 8개의 마킹중 레벨이 다른 초기치 마킹(554)을 찾게 된다. 초기 위치를 찾은 후 로봇의 도킹 회전각을 인식하고 도킹 알고리즘을 통하여 돌출부(210)가 충돌없이 삽입될 수 있도록 면접한다.

만약, 일측 로봇의 원호부(211)와 타측 로봇의 결속구(552)가 간섭된다면 타측 로봇의 록킹기어(550)를 일정각도 회전시켜 상호 간섭되지 않도록 위치시킨 후, 일측 로봇의 돌출부(210)를 타측 로봇의 결속홈(120) 내에 삽입하고 전진시켜 양쪽 면을 밀착시킨다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 록킹 제어방법에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.

상기에서와 같이 모듈러 로봇들의 도킹이 완료되면 다음과 같은 록킹 알고리즘을 통하여 두 로봇이 분리되지 않도록 록킹시킨다. 도 10은 록킹 알고리즘을 설명한 것으로서, 왼쪽에 결합되는 로봇을 먼저 록킹하고 다음에 오른쪽의 로봇을 록킹할 경우에 대해서 도시하고 있다. 도 10A에서 알 수 있듯이, 각 면이 도킹된 후에 록킹기어(550)를 안쪽으로 45도 회전시키면 왼쪽의 모듈이 먼저 록킹되고 다시 안쪽으로 45도(초기위치에서 90도 안쪽) 더 돌리면 도 10B에서와 같이 왼쪽과 오른 쪽 로봇이 모두 록킹되는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 오른쪽에 결합되는 로봇을 먼저 록킹하고, 다음에 왼쪽의 로봇을 록킹할 경우에 대해서 도시하고 있다. 도 11A에서도 동일하게 각 면이 도킹된 후 록킹기어(550)를 바깥쪽으로 45도 회전시키면 오른쪽의 로봇이 먼저 록킹되고 다시 바깥으로 45도(초기위치에서 90도 바깥쪽) 더 돌리면 도 11B에서와 같이 오른쪽과 왼쪽 모듈이 모두 록킹되는 것을 확인할 수 있다.

모든 면의 도킹은 위에서 설명한 방법과 같이 동일하게 적용되며, 반대로 록킹 해제시에는 상기 방법의 역순으로 진행된다. 모듈라 로봇은 상기와 같은 일련의 과정을 거쳐 도킹과 록킹을 수행하고, 역의 과정을 거쳐 분리되는 구조를 가지고 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 결합 및 회동에 의해 표현될 수 있는 형태들에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.

하나의 로봇은 하나의 자유도를 가지고 있지만, 2개의 로봇을 결합하는 방식에 따라 롤링(Rolling), 피칭(Pitching) 및 요잉(Yawing)의 움직임을 모두 표현할 수 있다.

도 12는 두 개의 로봇을 앞 뒤로 연결하여 피칭(Pitching)의 움직임을 표현하고 있고, 도 13은 두 개의 로봇을 옆으로 배치하여 롤링(Rolling)의 움직임을 표현하고 있으며, 도 14는 두 개의 로봇을 위 아래로 연결하여 요잉(Yawing)의 움직임을 표현하고 있다.

도 15은 3개가 결합된 로봇 결합체가 벌레의 움직임과 같은 형상을 보여주고 있다. 도 15A와 같이 3개의 로봇을 나란히 결합하여 도 15B와 같이 먼저 뒷부분을 들어 앞으로 오므리고, 도 15C와 같이 앞 로봇을 당긴 상태에서 뒤 로봇을 펴는 동시에 몸체를 앞으로 이동한 다음, 도 15D와 같이 다시 원래의 상태로 복귀하는 과정을 진행한다. 즉, 3개의 로봇을 결합한 벌레의 움직임은 도 15A를 시작상태로 하여 도 15B 내지 도 15D를 반복함으로써 앞으로 전진하게 되는 것이다.

도 16은 4개의 로봇을 결합하여 나비의 움직임과 같은 형상을 표현하고 있다. 도 16A는 초기 위치를 나타내며, 이 상태에서 움직이기 시작한다. 처음에 양쪽 끝의 로봇은 다리 역할을 하여 바닥을 지지하고 내측 두 개의 로봇은 관절 역할을 하여 앞으로 전진하게 된다. 도 16B에서 양끝의 로봇을 들고 도 16C와 같이 지지할 로봇을 앞으로 밀어 전진할 준비를 한다. 도 16D에서는 양끝의 지지모듈로 바닥을 지지하고, 도 16E와 도 16F와 같이 지지 모듈을 당기고 밀어서 로봇 결합체를 앞으로 전진시킨다. 그리고 도 16G와 도 16H와 같이 지지 모듈을 들어 다시 앞으로 당기는 동작을 반복하여 나비의 움직임을 표현하고 있다. 즉, 4개의 로봇을 결합하여 표현한 나비의 움직임은 도 16A와 도 16B를 시작으로 도 16C부터 도 16H 과정을 반복하면서 앞으로 전진하는 것이다.

도 17은 12개의 로봇이 조합되어 뱀 모양을 이루고 있으며, 조합된 형상은 도 17A와 같다. 뱀의 기본적인 이동은 S자형 운동으로서, 조합된 로봇들을 이용하여 도면에서와 같이 4단계로 나누어 구현된다. 도 17B의 모양이 초기 모양으로 설정되며, 도 17B에서와 같은 각 로봇의 각도설정이 도 17C에서와 같이 뒤의 로봇으로 전해진다. 이러한 흐름이 도 17B부터 도 17E까지 순차적으로 반복됨으로써 로봇 결합체가 전방으로 전진하게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예로 기재된 구체적인 예에 대해서만 설명되었지만, 본 발명의 기술분야에 종사하는 당업자가 본 발명을 그 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있다는 것은 명백하며, 이러한 변형 및 수정도 첨부된 특허청구범위에 속한다는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 정면측 사시도로서, 도 1a는 상부사시도이고, 도 1b는 저부사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 배면측 사시도로서, 도 1a는 상부사시도이고, 도 1b는 저부사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 분해사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 회동메카니즘부를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 이동메카니즘부의 동작을 차례로 나타낸 정면도로서, 도 5a는 회동되지 않은 상태를 나타내고, 도 5b는 90도 회동한 상태를 나타내며, 도 5c는 180도 회동한 상태를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동메카니즘부를 도시한 정면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 도킹 및 록킹메카니즘부를 도시한 정면도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 면정보 인식과정을 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇들의 도킹을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 모듈러 로봇의 록킹 알고리즘을 설명한 도면이다.

도 12는 두 개의 로봇을 앞 뒤로 연결하여 피칭(Pitching)의 움직임을 표현 한 사시도이다.

도 13은 두 개의 로봇을 옆으로 배치하여 롤링(Rolling)의 움직임을 표현한 사시도이다.

도 14는 두 개의 로봇을 위 아래로 연결하여 요잉(Yawing)의 움직임을 표현한 사시도이다.

도 15는 3개를 결합시킨 로봇 결합체가 벌레의 움직임과 같은 형상을 표현한 사시도이다.

도 16은 4개의 로봇을 결합하여 나비의 움직임과 같은 형상을 표현한 사시도이다.

도 17은 12개의 로봇을 결합하여 뱀 모양을 이루어 뱀의 움직임을 표현한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:본체 110:결속홈

120:수신센서 130:돌기

140:본체커버 150:하부커버

151:장공 160:내부프레임

200:회동부재 210:돌출부

211:원호부 220:송신센서

230:삽입홈 240:돌기부

250:회동축 300:회동메카니즘부

310:모터 311:축

320:링크 400:이동메카니즘부

410,510:모터 420:감속기

430:크라운기어 440:피니언기어

450:바퀴 500:도킹 및 록킹메카니즘부

520:감속기 530:구동기어

540:종동기어 550:록킹기어

551:중앙홈 552:결속구

553:포지션 마킹 554:초기치 마킹

600:제어부 700:배터리

Claims (14)

1. 연속되는 두 측면의 중앙에 형성된 결속홈과, 상기 결속홈의 주위에 설치된 다수의 수신센서를 구비하여, 로봇의 몸체를 이루는 육면체형의 본체;

   각 면의 중앙에 형성된 돌출부와, 상기 각 돌출부의 단부에서 방사상으로 연장된 한 쌍의 원호부와, 상기 돌출부의 주위에 설치된 다수의 송신센서를 구비하여, 상기 본체의 두 측면과 이어지는 나머지 두 측면을 이루는 ㄴ자형의 회동부재;

   상기 본체의 내부 일측에 설치되어 회동부재를 본체의 상방으로 회동시키는 회동메카니즘부;

   상기 본체 내부에 설치되며 하부로 돌출되는 한 쌍의 바퀴에 의해 본체를 직선, 곡선 또는 회전이동시키는 이동메카니즘부;

   로봇과 다른 로봇이 도킹될 때 본체의 결속홈에 다른 로봇의 돌출부를 삽입시켜 상호 고정시키는 도킹 및 록킹메카니즘부;

   다른 로봇에서 송신된 면정보를 이용하여 본체를 다른 로봇의 돌출부 쪽으로 이동시키고 일측의 결속홈에 타측의 돌출부를 도킹시켜 상호 결속시키는 일련의 동작 및 그 역의 동작을 실행하도록 본체의 내부에 설치되는 제어부; 및

   상기 본체의 내부에 설치되어 각 부분에 전원을 공급하는 배터리; 를 포함하는 모듈러 로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 본체의 결속홈 주위에는 다수의 돌기가 형성되고, 상 기 회동부재의 돌출부 주위에는 상기 각 돌기가 삽입되는 다수의 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
3. 제1항에 있어서, 상기 회동메카니즘부는

   본체의 일측면 내부에 설치된 모터와, 일단부가 상기 모터의 축에 직각으로 연결되고 타단부가 상기 회동부재의 내측에 고정된 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
4. 제3항에 있어서, 상기 모터는

   RC 서보모터인 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
5. 제1항에 있어서, 상기 이동메카니즘부는

   본체 내부에 설치된 한 쌍의 모터와, 상기 각 모터에 연결된 한 쌍의 감속기와, 상기 각 감속기에 연결된 한 쌍의 크라운기어와, 상기 각 크라운기어와 맞물리는 한 쌍의 피니언기어와, 상기 각 피니언기어에 동축으로 연결되어 일부가 본체의 하부로 돌출되는 한 쌍의 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 본체의 하부면에는

   돌출된 바퀴들 사이의 중앙선과 만나는 일측 모서리에 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
7. 제1항에 있어서, 상기 도킹 및 록킹메카니즘부는

   본체 내부의 결속홈 사이의 모서리에 설치되는 모터와, 상기 모터에 연결된 감속기와, 상기 감속기에 연결된 구동기어와, 상기 구동기어의 양측에 각각 직각으로 맞물리는 한 쌍의 종동기어와, 다른 모듈러 로봇의 돌출부와 원호부가 삽입될 수 있도록 중앙홈이 형성되고 그 원주상에서 중앙쪽으로 한 쌍의 결속구가 돌출형성되며 상기 각 종동기어와 맞물리어 결속홈 내측면에 각각 회전가능하게 설치되는 한 쌍의 록킹기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는

   다른 로봇의 송신센서에서 송신되어 수신센서로 수신된 면정보에 따라 결속홈과 다른 로봇의 돌출부가 면접하도록 이동시키고, 면접한 결속구와 원호부의 위치를 파악하여 양자의 위치가 어긋나도록 록킹기어를 회전시켜 상호 도킹시키며, 결속홈에 삽입된 원호부가 결속구에 맞물리도록 록킹기어를 회전시켜 본체와 다른 로봇의 회동부재를 결합시키는 일련의 연속되는 동작 또는 그 역의 동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
9. 제8항에 있어서, 상기 모듈러 로봇의 면정보는

   모듈러 로봇의 ID, 각 면에 대한 데이터 및 모터의 회전각을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
10. 제9항에 있어서, 상기 각 면의 데이터는

    결속홈이 형성된 면인지 또는 돌출부가 형성된 면인지를 구분하는 데이터인 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
11. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 모듈러 로봇 간의 데이터 전송은

    무선 지그비를 이용하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
12. (a) 각 모듈러 로봇에 고유의 ID를 부여하고 상기 각 로봇의 각 면에 대한 면정보를 설정하는 단계;

    (b) 각 모듈러 로봇의 수신센서로 수신된 데이터에 의하여 각자의 ID를 확인하고, 송신센서를 통하여 각각의 ID정보 및 면정보를 다른 모듈러 로봇에게 송신하는 단계;

    (c) 각 모듈러 로봇의 수신센서를 통하여 다른 모듈러 로봇의 ID와 면정보를 수신하는 단계;

    (d) 수신센서를 통하여 다른 모듈러 로봇의 송신면에 대한 면정보와 자체의 수신면에 대한 면정보를 비교하여 서로 매칭 되는 면을 인식하는 단계; 및

    (e) 제어부의 제어에 의해 각 모듈러 로봇이 이동하여 서로 매칭되는 면끼리 도킹한 후 록킹하는 단계; 를 포함하는 제1항의 모듈러 로봇의 제어방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 도킹은

    모듈러 로봇들이 인접하면 수신센서를 통하여 도킹될 로봇의 ID를 확인하고 도킹될 면인지를 판단하는 단계;

    도킹될 양쪽 면의 면정보가 도킹이 가능한 것으로 판단되면 록킹기어에 표시된 포지션 마킹과 초기치 마킹을 센싱하여 회전각을 인식하는 단계;

    일측 로봇의 원호부와 타측로봇의 결속구가 간섭되지 않도록 록킹기어를 회전시키는 단계; 및

    양쪽 면이 밀착되도록 일측 로봇의 돌출부를 타측 로봇의 결속홈 내에 삽입하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇의 제어방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 록킹은

    양쪽 로봇이 도킹된 상태에서 일측 로봇의 결속구가 타측로봇의 원호부와 결속되도록 결속홈 내의 록킹기어를 일정각도 회전시키는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇의 제어방법.

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