KR20140084717A

KR20140084717A - 로봇용 발의 가변 지지장치

Info

Publication number: KR20140084717A
Application number: KR1020120154472A
Authority: KR
Inventors: 손영준; 양우성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07
Also published as: KR101428327B1; US20140183320A1; US9150262B2

Abstract

본 발명은, 로봇의 발모듈에 형성되며, 단부가 개구 형성된 가이드홈; 상기 가이드홈 내에 마련되며, 상기 가이드홈의 외부로 슬라이딩되어 돌출 가능하게 구비된 지지판; 일단부가 상기 지지판에 연결되는 동력전환유닛; 및 상기 동력전환유닛의 타단부에 연결되며, 하단부의 일부분이 지면보다 낮은 높이로 구비됨으로써, 상기 로봇의 발모듈이 지면에 착지시, 하단 끝부분이 지면에 지지되는 시점에서부터 발모듈이 지면에 착지할 때까지 발모듈이 이동된 거리만큼 구동력이 발생되는 동력발생부재;를 포함하여 구성되고, 상기 동력발생부재에서 발생되는 구동력이 상기 동력전환유닛을 통해 회전운동 및 직선운동으로 전환되어 지지판에 전달됨으로써, 상기 지지판이 슬라이딩 이동되어 구성되는 로봇용 발의 가변 지지장치가 소개된다.

Description

로봇용 발의 가변 지지장치{APPARATUS FOR VARIABLE SUPPORTING FOOT OF ROBOT}

본 발명은 로봇의 발에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행 로봇의 발모듈에 별도의 전동장치 없이 지지면적의 가변 구조를 적용하여 하지 안정성을 유지하도록 한 로봇용 발의 가변 지지장치에 관한 것이다.

로봇 기술이 발전하면서 이족 보행 로봇과 착용식 로봇 등 족형 보행 기술이 주목받고 있다. 보행 로봇의 핵심 기술 중 하나는, 보행 거동 중 동적 안정성을 확보하는 데 있다.

이처럼, 동적 안정성을 확보하는 보편적인 방법으로는 발바닥 면적을 넓게 설계하여 쓰러짐을 방지할 수 있으나, 보행 거동에 불편함을 초래하는 문제가 있다.

또 다른 방법으로, 발바닥에 힘센서를 장착하여 ZMP(Zero Moment Point)가 안정 영역을 벗어남을 감지하고, 구동기로 스톱퍼가 돌출되도록 설치할 수 있다.

그러나, 힘센서와 구동기는 많은 비용과 전력이 소모되고, 발모듈 설계시 레이아웃을 비롯하여 많은 제한을 초래하는 문제가 있다.

한편, 종래에 한국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0070009호의 "이족보행 로봇 발"가 소개된바 있다.

그러나, 상기한 종래 기술은 로봇의 발 위치에 따라 지지부재가 슬라이딩되면서 이동되는바, 여전히 보행 거동에 불편함을 초래하는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2012-0070009 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보행 로봇의 발모듈에 별도의 전동장치 없이 지지면적의 가변 구조를 적용하여 하지 안정성을 유지하도록 한 로봇용 발의 가변 지지장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 로봇의 발모듈에 형성되며, 단부가 개구 형성된 가이드홈; 상기 가이드홈 내에 마련되며, 상기 가이드홈의 외부로 슬라이딩되어 돌출 가능하게 구비된 지지판; 일단부가 상기 지지판에 연결되는 동력전환유닛; 및 상기 동력전환유닛의 타단부에 연결되며, 하단부의 일부분이 지면보다 낮은 높이로 구비됨으로써, 상기 로봇의 발모듈이 지면에 착지시, 하단 끝부분이 지면에 지지되는 시점에서부터 발모듈이 지면에 착지할 때까지 발모듈이 이동된 거리만큼 구동력이 발생되는 동력발생부재;를 포함하여 구성되고, 상기 동력발생부재에서 발생되는 구동력이 상기 동력전환유닛을 통해 회전운동 및 직선운동으로 전환되어 지지판에 전달됨으로써, 상기 지지판이 슬라이딩 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 동력전환유닛은, 상하로 직선운동하는 동력발생부재의 일면에 형성된 제1랙기어; 상기 제1랙기어와 치합되어, 상기 동력발생부재의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어; 상기 제1피니언기어와 치합되며, 축방향을 상기 제1피니언기어의 축방향과 직교하도록 전환하는 페이스기어; 상기 페이스기어의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어; 및 상기 제2피니언기어와 치합되도록 지지판의 일면에 형성된 제2랙기어;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 동력전환유닛은, 상하로 직선운동하는 동력발생부재의 일면에 형성된 제1랙기어; 상기 제1랙기어와 치합되어, 상기 동력발생부재의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어; 상기 제1피니언기어의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어; 및 상기 제2피니언기어와 치합되도록 지지판의 일면에 형성된 제2랙기어;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 동력발생부재의 단부에 구비되며, 상기 동력발생부재의 직선 이동변위에 대해 탄성력을 제공하는 복원스프링;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 지지판은 지면과 근접하도록 발모듈의 하단부에서 돌출 구비될 수 있다.

상기 지지판은 발모듈의 측면으로 돌출 구비될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 로봇의 발모듈이 지면에 착지할 때, 동력발생부재에 의해 발생되는 동력에 의해 별도의 전원을 사용하지 않고도 발모듈의 측부에서 지지판이 돌출되어 지면에 지지됨으로써, 로봇의 하중을 지지하는 발모듈에서의 지지면적이 증대되는바, 롤 및 피치에 의한 쓰러짐을 방지하고 동적 안정성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 외부 구성을 나타낸 사시도면.
도 2는 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 내부 구조와 동력전환유닛의 일실시예 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 내부 구조와 동력전환유닛의 다른 실시예 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 동력 발생 구조를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 외부 구성을 나타낸 사시도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 내부 구조와 동력전환유닛의 다른 실시예 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 로봇용 발의 가변 지지장치의 동력 발생 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 로봇용 발의 가변 지지장치는 크게, 가이드홈(11), 지지판(25), 동력전환유닛, 동력발생부재(13)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 로봇의 발모듈(1)에 형성되며, 단부가 개구 형성된 가이드홈(11); 상기 가이드홈(11) 내에 마련되며, 상기 가이드홈(11)의 외부로 슬라이딩되어 돌출 가능하게 구비된 지지판(25); 일단부가 상기 지지판(25)에 연결되는 동력전환유닛; 및 상기 동력전환유닛의 타단부에 연결되며, 하단부의 일부분이 지면보다 낮은 높이로 구비됨으로써, 상기 로봇의 발모듈(1)이 지면에 착지시, 하단 끝부분이 지면에 지지되는 시점에서부터 발모듈(1)이 지면에 착지할 때까지 발모듈(1)이 이동된 거리만큼 구동력이 발생되는 동력발생부재(13);를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 기술구성에 대해 도 2를 참조하여 부연하면, 먼저 가이드홈(11)은 상기 로봇의 발모듈(1)에 형성되는 것으로, 단부가 발모듈(1)의 일측면을 향해 개구 형성될 수 있다. 이때, 상기 가이드홈(11)은 상기 발모듈(1)의 하단부에 형성되는바, 발모듈(1)이 지면에 착지시 상기 가이드홈(11)이 지면과 근접되도록 위치할 수 있을 것이다.

상기 지지판(25)은, 상기 가이드홈(11) 내에 구비되는 것으로, 상기 가이드홈(11)의 외부로 슬라이딩 이동되어 돌출될 수 있다.

이때, 상기와 같이 상기 가이드홈(11)은 발모듈(1)의 하단부에 형성되는바, 상기 발모듈(1)이 지면에 착지시 상기 지지판(25)이 지면과 근접된 위치에서 상기 가이드홈(11) 내에서 돌출되는바, 상기 지지판(25)이 지면에 지지될 수 있다. 또한, 상기와 같이 상기 가이듬홈이 발모듈(1)의 측면으로 형성되는바, 상기 발모듈(1)이 지면에 착지시, 상기 지지판(25)이 상기 발모듈(1)의 측면으로 돌출되어 로봇의 발모듈(1) 지지면적을 가변하여 증대시시키고, 또한 로봇의 측방향 쓰러짐을 방지하게 된다.

상기 동력전환유닛은, 일단부가 상기 지지판(25)에 연결되며, 타단부가 동력발생부재(13)에 연결됨으로써, 상기 동력발생부재(13)에서 발생되는 구동력을 상기 지지판(25)에 전달하는 역할을 한다. 이때, 상기 동력전환유닛은 상기 동력발생부재(13)에서 발생된 구동력을 회전운동 및 직선운동으로 전환하면서 지지판(25)이 직선으로 슬라이딩 이동되도록 한다.

상기 동력발생부재(13)는, 상기 동력전환유닛의 타단부에 연결되는 것으로, 하단부의 일부분이 지면보다 낮은 높이로 구비됨으로써, 상기 로봇의 발모듈(1)이 지면에 착지시, 하단 끝부분이 지면에 지지되는 시점에서부터 발모듈(1)이 지면에 착지할 때까지 발모듈(1)이 이동된 거리만큼 구동력이 발생될 수 있다.

도 4를 참조하면, 발모듈(1)이 지면에 착지시, 좌측의 도면과 같이 동력발생부재(13)가 지면에 지지된 상태에서 우측의 도면과 같이 발모듈(1)이 지면을 향해 이동되어 지면에 지지되면 상기 발모듈(1)이 이동된 거리만큼 상기 동력발생부재(13)는 상기 발모듈(1)에 대해 상부로 이동하는 듯한 움직임이 발생된다. 따라서, 상기 동력발생부재(13)에 형성된 제1랙기어(15)가 제1피니언기어(17)를 회전시키게 되어, 동력을 발생시키게 되는 것이다.

이때, 상기 동력발생부재(13)의 단부에는 복원스프링(27)이 구비됨으로써, 상기 동력발생부재(13)의 직선 이동변위에 대해 탄성력을 제공하게 된다. 즉, 도 4의 오른쪽 도면과 같이 발모듈(1)이 지면에 지지된 상태에서, 도 4의 왼쪽 도면과 같이 발모듈(1)이 지면에 떨어지게 되면, 상기 복원스프링(27)의 탄성력에 의해 상기 동력발생부재(13)를 하부로 밀게 되어 동력발생부재(13)의 위치를 복원시키게 된다.

한편, 도 2는 본 발명의 동력전환유닛의 일실시예 구성을 나타낸 것으로, 상기 동력전환유닛은, 상하로 직선운동하는 동력발생부재(13)의 일면에 형성된 제1랙기어(15)와, 상기 제1랙기어(15)와 치합되어, 상기 동력발생부재(13)의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어(17)와, 상기 제1피니언기어(17)와 치합되며, 축방향을 상기 제1피니언기어(17)의 축방향과 직교하도록 전환하는 페이스기어(19)와, 상기 페이스기어(19)의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어(21) 및, 상기 제2피니언기어(21)와 치합되도록 지지판(25)의 일면에 형성된 제2랙기어(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 발모듈(1)이 지면에 착지하는 과정에서, 상기 동력발생부재(13)의 하단부가 지면에 닿아 눌려지게 되면, 상기 동력발생부재(13)에 대해 발모듈(1)이 하부로 이동되면서 동력발생부재(13)에 형성된 제1랙기어(15)에 맞물려 제1피니언기어(17)가 회전하게 된다.

그러면, 상기 제1피니언기어(17)에 치합된 페이스기어(19)가 회전하게 되며, 상기 페이스기어(19)와 동심축 상에 구비된 제2피니언기어(21)가 함께 회전하게 된다. 이때, 상기 제2피니언기어(21)는 지지판(25)의 상면에 형성된 랙기어와 치합되어 있으므로, 상기 지지판(25)이 가이드홈(11)의 외부로 슬라이딩 이동되어 발모듈(1)의 외부로 돌출 구비된다.

도 3은 본 발명의 동력전환유닛의 다른 실시예 구성을 나타낸 것으로, 상기 동력전환유닛은, 상하로 직선 운동하는 동력발생부재(13)의 일면에 형성된 제1랙기어(15)와, 상기 제1랙기어(15)와 치합되어, 상기 동력발생부재(13)의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어(17)와, 상기 제1피니언기어(17)의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어(21) 및, 상기 제2피니언기어(21)와 치합되도록 지지판(25)의 일면에 형성된 제2랙기어(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

그러면, 상기 제1피니언기어(17)와 동심축 상에 구비된 제2피니언기어(21)가 함께 회전하게 된다. 이때, 상기 제2피니언기어(21)는 지지판(25)의 상면에 형성된 랙기어와 치합되어 있으므로, 상기 지지판(25)이 가이드홈(11)의 외부로 슬라이딩 이동되어 발모듈(1)의 외부로 돌출 구비된다.

상기한 구성과 같이, 본 발명은 로봇의 발모듈(1)이 지면에 착지할 때, 동력발생부재(13)에 의해 발생되는 동력에 의해 별도의 전원을 사용하지 않고도 발모듈(1)의 측부에서 지지판(25)이 돌출되어 지면에 지지된다. 따라서, 로봇의 하중을 지지하는 발모듈(1)에서의 지지면적이 증대되는바, 롤 및 피치에 의한 쓰러짐을 방지하고 동적 안정성을 증대시키게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1 : 발모듈 11 : 가이드홈
13 : 동력발생부재 15 : 제1랙기어
17 : 제1피니언기어 19 : 페이스기어
21 : 제2피니언기어 23 : 제2랙기어
25 : 지지판 27 : 복원스프링

Claims

로봇의 발모듈(1)에 형성되며, 단부가 개구 형성된 가이드홈(11);
상기 가이드홈(11) 내에 마련되며, 상기 가이드홈(11)의 외부로 슬라이딩되어 돌출 가능하게 구비된 지지판(25);
일단부가 상기 지지판(25)에 연결되는 동력전환유닛; 및
상기 동력전환유닛의 타단부에 연결되며, 하단부의 일부분이 지면보다 낮은 높이로 구비됨으로써, 상기 로봇의 발모듈(1)이 지면에 착지시, 하단 끝부분이 지면에 지지되는 시점에서부터 발모듈(1)이 지면에 착지할 때까지 발모듈(1)이 이동된 거리만큼 구동력이 발생되는 동력발생부재(13);를 포함하여 구성되고,
상기 동력발생부재(13)에서 발생되는 구동력이 상기 동력전환유닛을 통해 회전운동 및 직선운동으로 전환되어 지지판(25)에 전달됨으로써, 상기 지지판(25)이 슬라이딩 이동되는 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 동력전환유닛은,
상하로 직선운동하는 동력발생부재(13)의 일면에 형성된 제1랙기어(15);
상기 제1랙기어(15)와 치합되어, 상기 동력발생부재(13)의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어(17);
상기 제1피니언기어(17)와 치합되며, 축방향을 상기 제1피니언기어(17)의 축방향과 직교하도록 전환하는 페이스기어(19);
상기 페이스기어(19)의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어(21); 및
상기 제2피니언기어(21)와 치합되도록 지지판(25)의 일면에 형성된 제2랙기어(23);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 동력전환유닛은,
상하로 직선운동하는 동력발생부재(13)의 일면에 형성된 제1랙기어(15);
상기 제1랙기어(15)와 치합되어, 상기 동력발생부재(13)의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 제1피니언기어(17);
상기 제1피니언기어(17)의 축과 동심축 상에 설치되는 제2피니언기어(21); 및
상기 제2피니언기어(21)와 치합되도록 지지판(25)의 일면에 형성된 제2랙기어(23);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 동력발생부재(13)의 단부에 구비되며, 상기 동력발생부재(13)의 직선 이동변위에 대해 탄성력을 제공하는 복원스프링(27);을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 지지판(25)은 지면과 근접하도록 발모듈(1)의 하단부에서 돌출 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 지지판(25)은 발모듈(1)의 측면으로 돌출 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇용 발의 가변 지지장치.