KR20150103610A

KR20150103610A - 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치

Info

Publication number: KR20150103610A
Application number: KR1020140025235A
Authority: KR
Inventors: 장홍민; 이성훈; 김동근
Original assignee: 주식회사 로보빌더
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-11

Abstract

본 발명은 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 얼굴을 구성하는 요소들의 구동을 위한 구동력을 모듈러 액츄에이터(30)가 제공한다. 본 발명에서 얼굴의 골격을 제1프레임(10)과 제2프레임(20)이 형성하는데, 상기 제1프레임(10)의 상부에 상기 제2프레임(20)이 설치된다. 상기 제2프레임(20)은 상기 제1프레임(10)의 일측을 중심으로 회전되어 제2프레임(20)에 설치되는 눈(61)과 눈꺼풀(71) 등이 전방 하부를 향해 숙여질 수 있도록 한다. 상기 제1프레임(10)에는 제2프레임(20)이 제1프레임(10)에 대해 상대 회전하도록 하는 제2프레임구동부(40)가 있고, 또한 상부입술(18)에 대해 상대 이동되는 하부입술(18')을 구동시키는 입술구동부(50)가 제1프레임(10)에 설치된다. 상기 제2프레임(20)에는 눈(61)과 눈꺼풀(71)이 설치되는데, 이들은 각각의 모듈러 액츄에이터(30)를 구비하는 눈구동부(60)와 눈꺼풀구동부(70)에 의해 구동된다. 이와 같은 본 발명에서는 모듈러 액츄에이터를 얼굴의 각 부분의 구동을 위한 구동원으로 사용하므로, 모듈러 로봇의 구성을 간소화할 수 있고, 로봇의 얼굴표정의 표현이 보다 정밀하면서도 다양하게 될 수 있다.

Description

모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치{Facial structure apparatus having modular actuator}

본 발명은 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액츄에이터를 활용한 간단한 구조로 로봇의 얼굴 표정을 다양하게 구현하는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치에 관한 것이다.

모듈러 액츄에이터는 예를 들면 모듈러 로봇(Modular robot)에서 구동을 위한 동력을 제공하는 것이다. 모듈러 로봇은 하나의 로봇을 구축하기 위해서 처음부터 끝까지 제작자가 만들어가는 방식에서 벗어나 로봇의 각 관절이나 바퀴등을 모듈화하여 간단하게 로봇을 구축할 수 있도록 한 것이다.

모듈러 로봇을 구현함에 있어서, 인간의 형상과 같도록 하기 위해서는 얼굴이 있어야 하고, 얼굴을 통해 어느 정도의 표정을 나타내기 위해서 얼굴에 있는 눈, 눈꺼풀, 입술을 움직이고 얼굴을 끄덕이는 동작을 할 수 있어야 한다.

하지만, 종래의 모듈러 로봇에서는 얼굴 부분중에서 일부만을 움직이도록 하였고, 이를 위한 구성도 매우 복잡하고 동작신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다. 특히, 얼굴 부분의 동작신뢰성이 확보되지 않는 것은, 동작의 정밀한 제어가 가능한 구동원을 채용하게 되면 부품수가 많아지고, 그에 따른 추가부품들도 필요하게 되기 때문이다.

따라서, 종래의 모듈러 로봇에서는 얼굴 부분중에서 일부만을 움직일 수 있도록 하고, 얼굴 부분 동작에 있어서 디테일한 변위제어가 불가능하게 되어 모듈러 로봇의 얼굴 표정의 다양성이 떨어지는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0041928호 일본특허공개 제2006-61224호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모듈러 로봇에서 모듈러 액츄에이터를 사용하여 얼굴의 다양한 부위를 원하는 형태로 동작되도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모듈러 로봇의 얼굴부분의 구성을 보다 간단하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 모듈러 로봇의 얼굴부분의 동작이 디테일하게 이루어지도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 얼굴의 골격을 형성하는 프레임과, 상기 프레임에 설치된 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 입술을 구동하는 입술구동부와, 상기 프레임에 설치된 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 눈을 좌우로 구동하는 눈구동부와, 상기 프레임에 설치되는 또 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 눈꺼풀을 구동하는 눈꺼풀구동부를 포함한다.

상기 프레임은 제1프레임과 상기 제1프레임에 대해 일측을 중심으로 상대 회전되는 제2프레임으로 구성된다.

상기 제2프레임은 상기 제1프레임의 상부에 위치되는데, 상기 제1프레임에 설치되는 또 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 상기 제2프레임을 제1프레임에 대해 승강시키는 제2프레임구동부가 더 구비된다.

상기 제1프레임에는 상기 제2프레임의 승강을 안내하는 가이드컬럼이 구비되는데, 상기 제1프레임의 골격을 형성하는 제1몸체의 상단 양측에 상기 가이드컬럼이 직립되게 형성된다.

상기 눈구동부는 상기 모듈러 액츄에이터의 중간출력부에 일단부가 연결되는 눈구동바와, 상기 눈구동바의 타단부에 연결되고 핀슬롯이 형성된 핀연동부를 구비하며 상기 제2프레임의 선단에 형성된 가이드채널을 따라 이동되는 연동레버와, 상기 연동레버의 핀슬롯에 안착됨과 동시에 눈에 형성된 핀공을 관통하는 연동핀을 포함하고, 상기 눈의 회전중심이 되는 회전중심공을 관통하는 눈회전중심축이 상기 제2프레임의 선단에 형성된 눈설치부에 설치된다.

상기 눈꺼풀구동부는 상기 모듈러 액츄에이터의 단부출력부에 설치되는 연동판과, 상기 연동판에 일단부가 연결되어 구동되는 눈꺼풀구동바와, 선단부에 눈꺼풀이 구비되고 상기 눈꺼풀구동바의 타단부에 연결되는 눈꺼풀연동축을 구비하고 상기 제2프레임의 제2몸체에 종동바회전축에 의해 일단부가 회전가능하게 설치되는 눈꺼풀종동바를 포함한다.

상기 눈꺼풀종동바는 상기 제2프레임의 양단에 형성된 스토퍼에 지지되어 그 회동범위가 규제된다.

상기 눈꺼풀구동부에서는 2개의 모듈러 액츄에이터가 사용된다.

상기 제2프레임의 선단에는 선단컬럼이 얼굴의 상하방향으로 연장되어 형성되는데, 상기 선단컬럼의 하단에는 상부입술이 있고, 상기 제1프레임에 설치되는 입술구동부를 구성하는 모듈러 액츄에이터의 중간출력부에 일단부가 연결된 하부입술구동바의 자유단부에 상기 상부입술과 대응되는 하부입술이 설치된다.

본 발명에 의한 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 제1 및 제2 프레임에 모듈러 액츄에이터를 다수개 장착하고, 이들 모듈러 액츄에이터의 구동력을 사용하여 눈, 눈꺼풀, 입술 및 얼굴의 끄덕임(눈의 상하움직임)을 구현할 수 있으므로, 모듈러 로봇의 얼굴이 보다 다양한 표정을 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 얼굴의 각 부분의 구동을 위한 구동원으로 모듈러 로봇에서 구동원으로 쓰이는 액츄에이터를 사용하므로, 액츄에이터를 공용으로 사용할 수 있게 되어 모듈러 로봇을 구성하는 부품이 상대적으로 줄어들게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 변위의 제어가 디테일하게 이루어질 수 있는 모듈러 액츄에이터를 사용하므로, 모듈러 로봇의 얼굴의 각 부분의 구동이 보다 정밀하게 이루어질 수 있게 되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치의 바람직한 실시례의 구성을 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시례의 구성을 배면쪽에서 보인 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시례의 구성에서 눈꺼풀을 제거한 상태를 보인 사시도.
도 4는 본 발명 실시례를 구성하는 제1프레임을 보인 사시도.
도 5는 본 발명 실시례를 구성하는 제2프레임을 보인 사시도.
도 6은 본 발명 실시례를 구성하는 모듈러 액츄에이터의 예를 보인 사시도.
도 7은 본 발명 실시례를 구성하는 하부입술구동부와 제2프레임구동부의 구성을 보인 사시도.
도 8은 본 발명 실시례에서 제2프레임구동부를 구성하는 구동바를 보인 사시도.
도 9는 본 발명 실시례에서 눈구동부의 구성을 보인 사시도.
도 10은 본 발명 실시례를 구성하는 눈구동부의 구성을 보인 사시도.
도 11은 본 발명 실시례를 구성하는 눈구동부를 분해하여 보인 분해사시도.
도 12는 본 발명 실시례를 구성하는 눈꺼풀과 그 주변 구성을 보인 사시도.

이하 본 발명에 의한 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치의 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 모듈러 로봇의 얼굴의 골격을 제1프레임(10)과 제2프레임(20)이 형성한다. 상기 제1프레임(10)과 제2프레임(20)이 본 실시례에서는 별개로 만들어져 있으나, 아래에서 설명될 제1회전중심편(15)과 제2프레임연동편(25)이 서로 탄성변형가능하게 연결되어 구성될 수도 있다.

상기 제1프레임(10)의 구성은 도 4에 잘 도시되어 있다. 제1프레임(10)의 골격을 제1몸체(12)가 형성하는데, 상기 제1몸체(12)의 내부에는 전후로 개방되게 제1몸체공간(12')이 형성되어 있다. 상기 제1몸체공간(12')에는 아래에서 설명될 모듈러 액츄에이터(30)들이 장착된다.

상기 제1몸체(12)의 상면 선단에는 선단컬럼(14)이 직립되게 형성되어 있다. 상기 선단컬럼(14)은 모듈러 로봇의 얼굴중에서 코에 해당되는 부분이다. 상기 선단컬럼(14)의 상단에는 제1회전중심편(15)이 한쌍이 나란히 형성되어 있다. 상기 제1회전중심편(15)에는 각각 축공(15')이 형성되어 있어, 아래에서 설명될 제2프레임(20)의 제2프레임연동편(25)과 상대 회전가능하도록 된다.

상기 제1몸체(12)의 상면중 후단 양측에는 가이드컬럼(16)이 형성되어 있다. 상기 가이드컬럼(16)은 아래에서 설명될 제2프레임(20)이 회동될 때 측방향으로 유동되지 않도록 안내하는 역할을 한다. 상기 가이드컬럼(16)은 2개가 서로 마주보게 나란히 형성되어 있다.

상기 선단컬럼(14)의 하단에는 상부입술(16)이 있다. 상기 상부입술(16)은 상기 선단컬럼(14)에 일체로 형성되거나 별도로 만들어져 고정될 수 있다. 상기 상부입술(16)은 얼굴에서 입모양의 상부를 형성하게 된다.

제2프레임(20)은 상기 제1프레임(10)의 상부에 위치하는 것으로 도 5에 그 구성이 잘 도시되어 있다. 상기 제2프레임(20)의 골격을 제2몸체(22)가 형성하는데, 제2몸체(22)의 내부에는 양측면으로 개방된 제2몸체공간(22')이 형성된다. 상기 제2몸체공간(22')에는 도 1 및 도 2에서 잘 알 수 있듯이, 눈구동부(60)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)들이 장착된다.

상기 제2몸체(22)의 상면에는 수직장착편(24)이 직립되게 형성된다. 상기 수직장착편(24)은 판형상으로 만들어진 것으로, 아래에서 설명될 눈꺼풀구동부(70)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)가 장착된다.

상기 제2몸체(22)의 선단에는 제2프레임연동편(25)이 돌출되어 형성된다. 상기 제2프레임연동편(25)은 적어도 선단부분이 상기 제1몸체(12)의 제1회전중심편(15) 사이에 들어갈 수 있는 두께를 가지는 판형상이다. 상기 제2프레임연동편(25)에도 축공(25')이 형성되어 상기 제1회전중심편(15)의 축공(15')과 일치하여 도시되지 않은 회전중심축이 설치되어 상기 제2프레임(20)과 제1프레임(10)이 상대 회전을 하도록 한다.

상기 제2몸체(22)의 선단 양측, 즉 상기 제2프레임연동편(25)을 사이에 두고 양측에 눈설치부(26)가 구비된다. 상기 눈설치부(26)는 서로 나란히 연장되는 2개의 바아가 상하로 소정의 간격을 두고 구비되는 것이다. 상기 눈설치부(26)의 선단에는 눈연동공(26')이 형성되어 있다. 상기 눈연동공(26')에는 도 11에 도시된 회전중심공(63)을 관통하는 눈회전중심축(도시되지 않음)의 양단이 위치된다.

상기 제2몸체(22)의 선단면을 좌우로 가로질러서는 가이드채널(28)이 형성된다. 상기 가이드채널(28)은 아래에서 설명될 연동레버(66)가 안착되어 이동이 안내되는 부분이다. 상기 가이드채널(28)은 상기 제2몸체(22)의 선단면을 좌우로 가로질러 제2몸체(22)의 선단면 양측 끝까지 연장되어 개방된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 상기 가이드채널(28)에는 상기 제2몸체공간(22')과 연통되게 통공(도시되지 않음)이 형성된다. 상기 통공에는 아래에서 설명될 연동레버(66)의 구동바연결부(68)가 관통하게 된다.

상기 제2몸체(22)의 선단 양측에는 스토퍼(29)가 형성된다. 상기 스토퍼(29)는 전방을 향해 상향 경사지게 상면에 경사면이 형성된다. 상기 스토퍼(29)는 아래에서 설명될 눈꺼풀종동바(76)가 회동되는 정도를 규제하는 역할을 한다.

상기 스토퍼(29)와 인접한 상기 제2몸체(22)의 선단 양측에는 눈꺼풀연동편(29')이 있다. 상기 눈꺼풀연동편(29')에는 연동공(29")이 형성되어 있다. 상기 연동공(29")은 아래에서 설명될 눈꺼풀(79)의 회전중심이 된다.

한편, 본 발명에서는 구동력을 제공하는 구동원으로서 모듈러 액츄에이터(30)가 사용된다. 모듈러 액츄에이터(30)의 구성은 도 6에 잘 도시되어 있다. 모듈러 액츄에이터(30)는 도 6에 도시된 것 외에도 다양한 구성의 것이 있을 수 있다. 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 외관을 하우징(32)이 형성한다. 상기 하우징(32)의 내부에는 모터, 기어 그리고 기판 등의 부품이 설치되어 있다. 상기 하우징(32)은 대략 육면체 형상으로 된다. 상기 하우징(32)의 일측에는 중간출력개구부(34)가 형성되어 있고, 상기 중간출력개구부(34)에는 중간출력부(36)가 노출되어 있다. 상기 중간출력부(36)는 상기 모터의 회전력에 의해 회전되어 외부로 동력을 전달하는 역할을 한다.

상기 중간출력부(36)와 일체로 회전되면서 하우징(32)의 양측면으로 동력을 출력하도록 단부출력부(38)가 하우징(32)의 양측면으로 노출되어 있다. 상기 단부출력부(38)에 아래에서 설명될 연동판(72)과 같은 것을 설치하면 외부로 동력을 제공할 수 있다. 도면부호 39는 하우징(32)의 외면에 형성된 커넥터안착부(39)이다. 상기 커넥터안착부(39)에는 모듈러 액츄에이터(30)와 외부와의 전원과 신호를 연결하기 위한 커넥터(도시되지 않음)가 안착된다.

상기 제1프레임(10)에는 제2프레임구동부(40)가 있다. 상기 제2프레임구동부(40)는 상기 제2프레임(20)이 상기 제2프레임연동편(25)의 축공(25')을 중심으로 회동될 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 동작은 상기 제2프레임(20)의 후단이 들어올려지면서 눈(61)을 아래로 향하도록 한다. 이는 마치 고개를 끄덕이는 동작과 같다.

상기 제2프레임구동부(40)에는 상기 제1몸체(12)에 설치된 모듈러 액츄에이터(30)가 있다. 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)에는 도 8에 도시된 바와 같은 구동바(42)의 일단이 연결되어 있다. 상기 구동바(42)는 도 8에 잘 도시된 바와 같이, 'ㄱ'자 형상으로 구부러져 구성된다. 상기 구동바(42)의 일단에는 상기 중간출력부(36)에의 연결을 위한 출력연결부(43)가 있다. 상기 출력연결부(43)는 상기 중간출력부(36)가 내부를 관통하게 위치되도록 하여 서로 결합되어 일체로 동작되도록 구성된다. 상기 구동바(42)의 타단부에는 연동공(44)이 형성된다.

상기 구동바(42)에는 도 2나 도 7에 잘 도시된 바와 같은 연동바(46)가 연결된다. 상기 연동바(46)에는 다수개의 연동공(48)이 형성되어 있다. 상기 연동공(48)과 상기 구동바(42)의 연동공(44)을 동시에 결합핀(도시되지 않음)이 관통하여 상기 구동바(42)와 연동바(46)가 서로 연동될 수 있도록 한다.

상기 제1프레임(10)의 제1몸체(12) 선단쪽에는 입술구동부(50)가 있다. 상기 입술구동부(50)는 상기 상부입술(18)과 대응되는 하부입술(18')을 상기 상부입술(18)에 접근하고 분리되도록 동작시키는 것이다. 상기 입술구동부(50)에는 모듈러 액츄에이터(30)가 있다. 상기 입술구동부(50)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)는 상기 제1몸체공간(12')의 선단쪽에 설치된다. 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)에 하부입술구동바(52)의 후단이 연결되어 있다. 상기 하부입술구동바(52)의 선단은 상기 하부입술(18')에 연결되어 있다. 상기 하부입술구동바(52)는 상기 중간출력부(36)의 회전에 의해 상기 중간출력부(36)를 기준으로 회전되어 선단에 있는 상기 하부입술(18')이 이동하게 한다.

다음으로, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 제2프레임(20)의 제2몸체(22)에는 눈구동부(60)가 설치된다. 상기 눈구동부(60)는 로봇 얼굴에 있는 눈(61)을 좌우로 회전시키는 것으로, 그 구성은 도 9에서 도 11에 잘 도시되어 있다. 눈구동부(60)에도 구동원으로서 모듈러 액츄에이터(30)가 있다.

상기 눈구동부(60)는 상기 눈(61)을 좌우회전시키기 위한 것이다. 상기 눈(61)의 후단에는 간섭회피채널(62)이 형성된다. 상기 간섭회피채널(62)의 상부와 하부는 판형상으로 만들어지고, 이 부분에는 각각 핀공(62')이 관통하여 형성된다. 상기 핀공(62')에는 연동핀(64)이 설치되어 아래에서 설명될 연동레버(66)와 눈(61) 사이의 연동이 이루어지도록 한다. 상기 눈(61)을 상하로 관통하여서 회전중심공(63)이 형성된다. 상기 회전중심공(63)에는 상기 제2프레임(20)의 눈설치부(26)에 형성된 눈연동공(29')에 양단이 위치되는 상기 눈회전중심축이 관통한다. 상기 눈회전중심축이 상기 눈(61)의 회전중심이 된다.

연동레버(66)는 상기 제2프레임(20)의 제2몸체(22) 선단에 형성된 가이드채널(28)을 따라 이동하면서 상기 눈(61)의 회전을 위한 구동력을 전달하는 역할을 한다. 상기 연동레버(66)의 골격을 레버몸체(66')가 형성하는데, 상기 레버몸체(66')는 상기 가이드채널(28)에 안착될 수 있는 형상으로 길게 연장된다. 본 실시례에서는 횡단면이 사각형으로 된다.

상기 레버몸체(66')에는 일측으로 돌출되게 핀연동부(67)가 형성된다. 상기 핀연동부(67)를 상하로 관통하여서는 핀슬롯(67')이 형성된다. 상기 핀슬롯(67')은 상기 핀연동부(67)의 전방으로도 개방되게 형성되는 것이다. 상기 핀슬롯(67')에는 상기 연동핀(64)의 중간부가 안착되고, 상부와 하부로는 상기 연동핀(64)의 상단과 하단이 돌출되게 된다. 상기 핀연동부(67)는 상기 눈(61)의 간섭회피채널(62)내에 위치된다.

상기 레버몸체(66')에서 상기 핀연동부(67)가 돌출된 반대쪽 중앙에는 구동바연결부(68)가 돌출되어 있다. 상기 구동바연결부(68)는 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)에 일단부가 연결된 눈구동바(69)의 타단부에 연결된다. 여기서 상기 모듈러 액츄에이터(30)와 눈구동바(69)의 연결은 도 10에 잘 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)의 연장방향이 얼굴높이 방향으로 되도록 하므로 상기 눈구동바(69)는 얼굴을 정면에서 볼 때 좌우방향으로 회동된다. 따라서, 상기 연동레버(66)는 얼굴을 기준으로 좌우방향으로 이동되면서 눈(61)을 회전시키게 된다.

눈꺼풀구동부(70)의 구성은 도 1 및 도 12에 도시된 바와 같은 눈꺼풀(71)을 얼굴을 기준으로 상하방향으로 승강되게 한다. 상기 눈꺼풀구동부(70)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)는 상기 제2프레임(20)의 제2몸체(22) 상면에 위치되는데, 상기 수직장착편(24)에 고정되어 설치된다.

상기 모듈러 액츄에이터(30)의 하우징(32) 외면 일측으로 돌출된 단부출력부(38)에는 연동공(72')이 형성된 연동판(72)이 설치된다. 상기 연동판(72)은 상기 단부출력부(38)에 의해 회전하면서 동력을 전달하게 된다.

상기 연동판(72)에는 눈꺼풀구동바(74)가 연결되어 회동된다. 상기 눈꺼풀구동바(74)는 상기 연동바(46)와 같은 구성을 가지는 것이다. 상기 눈꺼풀구동바(74)는 아래에서 설명될 눈꺼풀연동축(77)에 타단부가 상대 회전되게 연결된다. 즉, 눈꺼풀연동축(77)이 상기 눈꺼풀구동바(74)의 연동공(74')에 설치된다.

상기 제2프레임(20)의 제2몸체(22)에는 눈꺼풀종동바(76)의 일단부가 회전가능하게 설치된다. 상기 눈꺼풀종동바(76)의 일측에는 눈꺼풀연동축(77)이 형성된다. 상기 눈꺼풀연동축(77)은 상기 눈꺼풀연동바(76)의 연장방향에 직교하는 방향으로 돌출된다. 상기 눈꺼풀연동축(77)은 상기 눈꺼풀종동바(76)를 아래에서 설명될 축공(78')을 중심으로 상기 눈꺼풀구동바(74)에 의해 회전되도록 한다.

상기 눈꺼풀종동바(76)의 타단부에는 축공(78')이 형성된다. 상기 눈꺼풀종동바(76)의 상기 축공(78')은 상기 제2프레임(20)의 제2몸체(22)에 있는 눈꺼풀연동편(29')의 연동공(29")과 대응되고, 이들 축공(78')과 연동공(29")을 관통하여 연결핀(도시되지 않음)이 설치되어 상기 눈꺼풀종동바(76)가 상기 제2프레임(20)에 회전가능하게 설치되도록 한다.

상기 눈꺼풀종동바(76)의 선단에는 눈꺼풀(71)이 있다. 상기 눈꺼풀(71)은 상기 눈(61)의 전방에 위치되어 상기 눈(61)을 선택적으로 가리는 역할을 하게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 눈꺼풀종동바(76)가 상기 스토퍼(29)에 안착된 상태에서는 상기 눈꺼풀(79)이 상기 눈(61)을 가리고 상기 눈꺼풀종동바(76)가 회전되어 상부로 이동하면 상기 눈(61)이 외부에서 보일 수 있게 한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치가 동작되는 것을 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같은 로봇 얼굴에서 얼굴의 상부쪽, 즉 제2프레임(20)의 상하방향 회전(눈(61)의 상하방향 움직임), 하부입술(18')의 승강, 눈(61)의 좌우회전, 눈꺼풀(79)의 승강이 동시에 일어나거나 별도로 일어날 수 있고, 2개 이상의 동작들이 조합되어 일어날 수 있다.

먼저, 얼굴의 상부쪽의 상하방향 회전은 상기 제2프레임(20)이 상기 제1회전중심편(15)의 축공(15')을 기준으로 도 2의 화살표 A방향으로 회전할 수 있다. 이는 상기 제2프레임구동부(40)에 의해 일어나게 된다. 즉, 상기 제2프레임구동부(40)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)에 연결된 구동바(42)의 일단부가 회전하게 되면 상기 구동바(42)의 타단부에 연결된 연동바(46)가 상승하면서 상기 제2프레임(20)의 제2프레임종동편(27)을 밀어 올리게 된다.

상기 제2프레임종동편(27)이 밀어올려지게 되면 상기 제2프레임(20)은 상기 제1회전중심편(15)의 축공(15')을 중심으로 제2프레임(20)이 회전하면서 얼굴의 상부쪽이 얼굴의 전방을 향해 숙여지도록 된다. 이는 마치 사람이 고개를 숙이는 것과 유사한 동작을 만들어 내게 되고, 눈(61)이 상하로 움직이는 동작이 된다.

다음으로, 상기 입술구동부(50)에 의해 하부입술(18')이 승강되는 것을 설명한다. 상기 하부입술(18')이 승강됨에 의해 상기 하부입술(18')은 상기 상부입술(18)에서 멀어지고 가까워지는 동작을 하게 된다. 이는 마치 말을 하는 것과 같은 동작을 만들어내게 된다.

이를 위해서는 상기 입술구동부(50)를 구성하는 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)가 회전되면서 상기 하부입술구동바(52)가 상기 중간출력부(36)에 연결된 일단부를 중심으로 회전하여 타단부에 있는 하부입술(18')이 승강되도록 한다. 즉, 이는 도 1에 있는 화살표 B방향으로 하부입술(18')이 이동하도록 하는 것이다.

다음으로, 눈구동부(60)에 의해 눈(61)이 도 3에 도시된 화살표 C와 같이 좌우로 회전하는 것을 설명한다. 눈구동부(60)에 의해 눈(61)이 회전하는 것은 눈구동부(60)를 구성하는 구동원인 모듈러 액츄에이터(30)로부터 구동력을 받아서 이루어진다. 즉, 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 중간출력부(36)에 일단부가 연결된 눈구동바(69)의 일단부가 중간출력부(36)를 중심으로 회전하게 되면, 타단부는 소정의 곡률반경을 가지는 원궤적을 그리면서 이동한다. 따라서, 상기 연동레버(66)는 그 연장방향, 즉 얼굴을 정면에서 볼 때, 좌우방향으로 이동하게 된다. 특히, 상기 연동레버(66)는 상기 제2프레임(20)의 가이드채널(28)에 안착되어 안내된다.

상기 연동레버(66)가 좌우방향으로 이동하게 되면, 상기 연동레버(66)의 핀연동부(67)에 형성된 핀슬롯(67')에 안착된 연동핀(64)이 좌우로 이동하게 된다. 상기 연동핀(64)은 상기 눈(61)의 핀공(62')에 양단이 안착되어 있으므로, 상기 연동핀(64)의 이동은 상기 눈(61)을 상기 회전중심공(63)에 있는 눈회전중심축을 중심으로 회전하게 한다. 상기 눈회전중심축은 양단이 상기 제2프레임(20)의 눈설치부(26)에 설치되어 눈(61)의 회전중심이 되고, 상기 눈(61)이 상기 제2프레임(20)에 위치되어 있도록 한다.

다음으로, 상기 눈꺼풀(71)이 도 1에 도시된 화살표 D방향으로 동작되도록 하는 것을 설명한다. 상기 눈꺼풀구동부(70)를 구성하는 구동원인 모듈러 액츄에이터(30)의 구동력에 의해 상기 눈꺼풀(71)이 동작되는데, 상기 모듈러 액츄에이터(30)의 하우징(32) 외면에 있는 단부출력부(38)에 설치된 연동판(72)이 회전되면, 상기 연동판(72)에 연결된 눈꺼풀구동바(74)가 구동된다. 도 1의 상태는 눈꺼풀(71)이 눈(61)을 가리고 있는 상태인데, 이 상태에서 눈꺼풀(71)이 상승하기 위해서는 상기 눈꺼풀구동바(74)가 상기 연동판(72)에 의해 상승하여야 한다. 이와 같은 동작은 상기 눈꺼풀구동바(74)가 상기 눈꺼풀연동축(77)을 당기게 되어 상기 눈꺼풀종동바(76)가 상기 연동공(29")을 중심으로 회전하도록 한다.

상기와 같은 눈꺼풀종동바(76)의 회전에 의해 상기 눈꺼풀종동바(76)의 선단에 있는 눈꺼풀(71)이 상승동작하는데, 상기 모듈러 액츄에이터(30)가 반대방향으로 구동되면 눈꺼풀(71)이 하강동작을 하게 된다. 상기 눈꺼풀(71)이 하강하는 정도는 상기 스토퍼(29)가 상기 눈꺼풀종동바(76)를 지지함에 의해 규제된다.

상기 눈꺼풀(71)은 2개가 서로 다른 모듈러 액츄에이터(30)에 의해 구동된다. 이는 각각의 눈꺼풀(71)을 별도로 움직여 마치 윙크를 하는 것과 같은 동작을 만들어 낼 수 있도록 하기 위함이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

예를 들면, 위에서 설명한 바와 같이 제1프레임(10)과 제2프레임(20)이 제1회전중심편(15)과 제2프레임연동편(25)에서 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있는데, 이 때에는 별도로 제1프레임(10)과 제2프레임(20)으로 호칭하지 않고 그냥 프레임으로 표현할 수 있다.

그리고, 도시된 실시례에서는 제2프레임구동부(40), 입술구동부(50), 눈구동부(60) 및 눈꺼풀구동부(70)가 모두 채용된 구조를 제시하고 있으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 이들 구동부중에서 일부를 삭제할 수도 있다. 예를 들면 제2프레임구동부(40)를 두지 않고, 구성할 수도 있다. 하지만, 위에서 설명된 바와 같은 구동부들을 많이 채용하면 할수록 로봇 얼굴의 표정이 더 다양하게 구현될 수 있다.

10: 제1프레임 12: 제1몸체
14: 선단컬럼 15: 제1회전중심편
15': 축공 16: 가이드컬럼
18: 상부입술 18': 하부입술
20: 제2프레임 22: 제2몸체
22': 제2몸체공간 24: 수직장착편
25: 제2프레임연동편 25': 축공
26: 눈설치부 26': 눈연동공
27: 제2프레임종동편 27': 연동공
28: 가이드채널 29: 스토퍼
29': 눈꺼풀연동편 29": 연동공
30: 모듈러 액츄에이터 32: 하우징
34: 중간출력개구부 36: 중간출력부
38: 단부출력부 39: 커넥터안착부
40: 제2프레임구동부 42: 구동바
43: 출력측연결부 44: 연동공
46: 연동바 48: 연동공
50: 입술구동부 52: 하부입술구동바
60: 눈구동부 61: 눈
62: 간섭회피채널 62': 핀공
63: 회전중심공 64: 연동핀
66: 연동레버 66': 레버몸체
67': 핀슬롯 68: 구동바연결부
69: 눈구동바 70: 눈꺼풀구동부
71: 눈꺼풀 72: 연동판
72'; 연동공 74: 눈꺼풀구동바
74': 연동공 76: 눈꺼풀종동바
77: 눈꺼풀연동축 78: 종동바회전축
78': 축공

Claims

얼굴의 골격을 형성하는 프레임과,
상기 프레임에 설치된 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 입술을 구동하는 입술구동부와,
상기 프레임에 설치된 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 눈을 좌우로 구동하는 눈구동부와,
상기 프레임에 설치되는 또 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 눈꺼풀을 구동하는 눈꺼풀구동부를 포함하는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임은 제1프레임과 상기 제1프레임에 대해 일측을 중심으로 상대 회전되는 제2프레임으로 구성되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제2프레임은 상기 제1프레임의 상부에 위치되는데, 상기 제1프레임에 설치되는 또 다른 모듈러 액츄에이터를 구동원으로 하여 상기 제2프레임을 제1프레임에 대해 승강시키는 제2프레임구동부가 더 구비되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제1프레임에는 상기 제2프레임의 승강을 안내하는 가이드컬럼이 구비되는데, 상기 제1프레임의 골격을 형성하는 제1몸체의 상단 양측에 상기 가이드컬럼이 직립되게 형성되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 눈구동부는 상기 모듈러 액츄에이터의 중간출력부에 일단부가 연결되는 눈구동바와, 상기 눈구동바의 타단부에 연결되고 핀슬롯이 형성된 핀연동부를 구비하며 상기 제2프레임의 선단에 형성된 가이드채널을 따라 이동되는 연동레버와, 상기 연동레버의 핀슬롯에 안착됨과 동시에 눈에 형성된 핀공을 관통하는 연동핀을 포함하고, 상기 눈의 회전중심이 되는 회전중심공을 관통하는 눈회전중심축이 상기 제2프레임의 선단에 형성된 눈설치부에 설치되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 5 항에 있어서, 상기 눈꺼풀구동부는 상기 모듈러 액츄에이터의 단부출력부에 설치되는 연동판과, 상기 연동판에 일단부가 연결되어 구동되는 눈꺼풀구동바와, 선단부에 눈꺼풀이 구비되고 상기 눈꺼풀구동바의 타단부에 연결되는 눈꺼풀연동축을 구비하고 상기 제2프레임의 제2몸체에 종동바회전축에 의해 일단부가 회전가능하게 설치되는 눈꺼풀종동바를 포함하는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 6 항에 있어서, 상기 눈꺼풀종동바는 상기 제2프레임의 양단에 형성된 스토퍼에 지지되어 그 회동범위가 규제되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 7 항에 있어서, 상기 눈꺼풀구동부에서는 2개의 모듈러 액츄에이터가 사용되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제2프레임의 선단에는 선단컬럼이 얼굴의 상하방향으로 연장되어 형성되는데, 상기 선단컬럼의 하단에는 상부입술이 있고, 상기 제1프레임에 설치되는 입술구동부를 구성하는 모듈러 액츄에이터의 중간출력부에 일단부가 연결된 하부입술구동바의 자유단부에 상기 상부입술과 대응되는 하부입술이 설치되는 모듈러 액츄에이터를 활용한 5자유도 얼굴구조장치.