KR20160061823A - 말단장치를 구비하는 구난로봇 및 구난로봇의 인양 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 객체를 들어올리는 말단장치가 진동유닛에 의하여 다양한 방향으로 회전하므로, 지면에 지지되어있는 객체와 지면 사이의 공간을 형성하여 객체의 손상을 최소화하면 상기 객체를 들어올릴 수 있다.

Description

말단장치를 구비하는 구난로봇 및 구난로봇의 인양 방법{RESCUE ROBOT HAVING END EFFECTOR AND METOHD FOR LIGTING OBJECT OF THE SAME}

본 발명은 야지 및 험지에서 원활한 주행이 가능하고 각종 환경에서 구난임무, 폭발물 처리 및 이송 등의 임무를 수행하는 구난로봇에 관한 발명이다.

재해 또는 재난 지역에서 인명을 구조하거나, 폭발물의 처리 및 이송임무를 하기 위하여 개발된 구난 로봇은 평지가 아닌 험지나 오지, 계단과 경사지와 같은 험난한 지형에서 임무를 수행한다.

다양한 임무를 효과적으로 수행하기 위해서 매니퓰레이터와 가변형상의 플랫폼을 구비하는 휴머노이드 형태의 로봇이 개발되고 있다. 최근에는 바디와 결합되고, 서로 연결된 상부 및 하부 트랙에 의하여 이동가능하게 형성되는 가변 형상 플렛폼으로 구성된 로봇에 개발된다.

최근에는 험난한 지형이나 장애물이 있는 지형에서 유연한 이동이 가능한 이동 플랫폼 구조를 구비하는 로봇이 개발되고 있으며, 특히 재해지역에서 인명을 구조하기 위한 로봇이 연구되고 있다. 이와 같은 로봇은 지면으로부터 인명을 리프팅하기 위한 양팔 매니퓰레이터를 포함한다. 다만, 양팔 매니퓰레이터를 이용하여 누워있는 사람을 구출하는 과정에서, 사람을 지지하기 위하여 지면과 사람 사이에 양팔 매니퓰레이터의 말단을 끼워넣는 과정에서 사람이 다치게 되는 2차 피해의 가능성이 있는 문제가 있다.

이에 본 발명은 사람을 리프팅하는 과정에서 신체의 손상을 최소화하기 위한 매니퓰레이터의 말단장치를 포함하는 로봇을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 구난 로봇은 몸체, 상기 몸체에 연결되어 일 방향으로 연장되는 매니퓰레이터, 상기 매니퓰레이터의 단부에 장착되는 말단장치 및 상기 매니퓰레이터 및 상기 말단장치의 움직임을 제어하는 제어유닛을 포함하고, 상기 말단장치는, 지면 상에 놓여진 객체를 지지가능하도록 형성되는 지지부, 상기 지지부에 형성되어 상기 객체가 지지되는 경우 객체의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 지지부를 기 설정된 범위 회전시키는 진동유닛을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 말단장치는 지지부를 이동시키는 푸쉬유닛을 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 제1 및 제2 구동모터가 구동되는 동안 상기 푸쉬유닛을 이용하여 상기 지지부를 상기 객체 및 상기 지면 사이로 이동 시킬 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어유닛은 상기 푸쉬유닛 및 상기 진동유닛이 구동되는 동안, 상기 지지부에 인가되는 압력을 감지하도록 상기 압력센서를 제어할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어유닛은 감지된 압력을 기 설정된 기준압력과 비교하고, 상기 감지된 압력이 상기 기준압력보다 작거나 같은 경우, 상기 푸쉬유닛 및 상기 진동유닛의 구동을 정지시킬 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 진동유닛은 제1 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제1 구동모터 및 상기 제1 기준축과 교차하는 제2 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제2 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2 기준축은 상기 지면에 수직하게 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지지부는 복수의 마디로 이루어지며, 상기 제1 구동모터는 상기 복수의 마디를 독립적으로 제어할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 구난 로봇의 객체 인양 방법은 몸체, 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터의 단부에 장착되며 지지부를 구비하는 말단장치를 포함하는 구난 로봇의 인양 방법에 있어서, 상기 인양 방법은, 상기 말단장치의 푸쉬유닛에 의하여 상기 지지부를 객체에 접근시키는 단계, 상기 지지부에 인가되는 압력을 감지하는 제1 단계, 상기 지지부를 기 설정된 각도로 양방향 회전시켜, 상기 객체와 상기 지면 사이의 공간을 형성하는 제2 단계, 상기 푸쉬유닛에 의하여 상기 지지부를 상기 공간에 삽입하는 제3 단계를 포함하고, 상기 지지부에 상기 객체가 안착될 때까지 상기 제1 내지 제3 단계를 반복한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 진동유닛은 제1 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제1 구동모터 및 상기 제1 기준축과 교차하는 제2 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제2 구동모터를 구비할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 지면에 지지되어 있는 객체(H)사이에 말단장치를 끼워넣기 위하여, 말단장치를 계속적으로 움직이게 하므로 지면과 객체(H)사이의 공간을 형성할 수 있는바, 푸쉬유닛에 의하여 말단장치가 객체(H)의 하부로 진입하는 동안 상기 객체가 상기 진동에 의하여 들어올려지므로 객체(H)의 손상을 최소화할 수 있다.

특히, 인명구조의 경우, 의식이 없는 사람의 신체를 리프팅하는 과정에서 반복적인 진동 및 진입단계에 의하여 지면과 닿아있는 신체 일 영역의 손상을 최소화할 수 있다.

도 1은 말단장치를 포함하는 휴머노이드 로봇의 개념도이다.
도 2a는 객체를 리프팅하는 휴머노이드 로봇을 설명하기 위한 개념도.
도 2b는 말단장치를 설명하기 위한 부분 개념도.
도 2c는 말단장치의 구성을 포함하는 블록도.
도 3a는 본 발명의 로봇이 객체를 리프팅하는 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3b는 도 3a의 제어방법을 설명하기 위한 개념도.

이하, 본 발명과 관련된 충격흡수장치를 포함하는 구난로봇에 관하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 말단장치를 포함하는 휴머노이드 로봇의 개념도이다. 도 2a는 객체를 리프팅하는 휴머노이드 로봇을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2b는 말단장치를 설명하기 위한 부분 개념도이며, 도 2c는 말단장치의 구성을 포함하는 블록도에 해당된다.

본 발명에 따른 휴머노이드 로봇은 감지장치(700), 몸체(100), 펠비스(400), 한 쌍의 매니퓰레이터(200), 가변형상 플렛폼(500) 및 상기 한 쌍의 매니퓰레이터(200)의 단부에 장착되는 말단장치(300)를 포함한다.

도 1에서 상기 펠비스(400)는 상기 몸체(100)에 장착되어, 상기 가변형상 플렛폼(500)과 상기 몸체(100)를 연결시킨다.

감지장치(700)는 상기 각 구성요소에 장착되는 복수의 감지센서를 포함할 수 있다. 각 감지센서들은 상기 휴머노이드 로봇의 외부환경을 감지하여 상기 원격통제장치를 통하여 원격지에 위치하는 조작자에게 전달한다. 예를 들어, 상기 감지센서는 광학센서로 구현될 수 있다.

상기 매니퓰레이터(200)는 한 쌍의 구조로 형성된다. 즉, 한 쌍의 매니퓰레이터(200)는 사람의 양팔과 같은 형상으로 상기 몸체(100)에 장착된다. 매니퓰레이터(200)의 일단부에는 말단장치(300)가 장착된다. 상기 몸체(100)의 내부에 제어유닛(110)이 형성된다.

도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 매니퓰레이터(200)는 상기 말단장치(300)에 장착되는 제1 감지센서를 더 포함한다. 상기 제1 감지센서는 상기 매니퓰레이터를 이용한 상세작업이나 차량의 밑부분과 같이 다른 구성요소가 도달할 수 없는 영역의 정보를 수집할 수 있다.

상기 가변형상플렛폼(500)은 상기 펠비스(400)의 하단부에 장착된다. 상기 가변형상플렛폼(500)은 트랙으로 구성되며, 직렬로 연결되는 상지(510)와 하지(520)를 포함한다. 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)는 지면에 닿도록 형성되는 외주면이 트랙형상으로 형성된다. 즉, 상기 트랙의 회전에 의하여 지면을 따라 이동 가능하다. 또한, 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)는 일단부가 특정 각도를 이루도록 연결된다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 휴머노이드 로봇은 상기 한 쌍의 매니퓰레이터(200)를 이용하여 객체에 도달하고, 상기 말단장치(300) 상에 객체를 올려서 이송할 수 있다. 여기에서 객체의 대상에는 제한이 없으나, 사람의 신체에 해당될 수 있다. 객체를 상기 말단장치(300) 상에 객체를 올리기 위해서 상기 몸체(100)도 함께 움직인다.

본 발명에 따른 말단장치(300)는, 상기 객체를 상기 말단장치(300) 상에 올리기 위하여 압력센서(311), 진동유닛(320) 및 푸쉬유닛(330)을 구비한다. 상기 제어유닛(110)는 상기 압력센서(311)에 의하여 감지되는 압력변화에 근거하여 상기 진동유닛(320) 및 푸쉬유닛(330)을 제어한다.

상기 말단장치(300)는 인간의 손가락 형상으로 형성될 수 있으나, 말단장치(300)의 형상은 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 상기 말단장치(300)는 일 방향으로 연장되며 절곡 가능한 복수의 마디를 포함하며, 객체를 지지하도록 이루어지는 지지부(310)를 포함한다. 상기 압력센서(311)는 상기 지지부(310)에 형성될 수 있다. 상기 압력센서(311)는 상기 지지부(310)에 객체가 지지되었는지 여부를 감지한다.

상기 압력센서(311)는 상기 손가락 마디 사이에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 말단장치(300)는 상기 지지부(310)과 상기 매니퓰레이터(200)를 연결하며, 상기 지지유닛(310)을 상하 및 좌우로 이동하도록 동력을 제공하는 진동유닛(320)을 포함한다. 상기 진동유닛(320)은 상기 지지부(310)을 상기 제1 방향의 제1 기준에 의하여 기 설정된 범위 내에서 양방향 회전시키는 제1 구동모터(321) 및 상기 제2 방향의 제2 기준에 의하여 기 설정된 범위내에서 양방향 회전시키는 제2 구동모터(322)를 포함한다.

도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 제1 구동모터(322)는 상기 복수의 마디 각각이 독립적으로 구부러지도록 동력을 제공할 수 있다. 이에 따라 상기 제어유닛(110)은 상기 제1 구동모터(322)를 이용하여 상기 복수의 마디들이 각각 서로 다른 각도를 이루면서 구부러지도록 제어할 수 있다.

즉, 상기 지지유닛(310)은 상기 진동유닛(320)에 의하여 상하/ 좌우방향으로 움직일 수 있다. 또한, 상기 푸쉬유닛(330)은 상기 진동유닛(320)의 구동과 무관하게 상기 지지유닛(310)이 일 방향으로 이동하도록 제어한다. 상기 푸쉬유닛(330)는 상기 지지부(310)의 말단에 배치될 수 있다. 이하, 상기 말단장치(300)의 구동에 따라 객체를 상기 지지유닛(310)에 올려 이송시키기 위한 제어방법을 설명한다.

도 3a는 본 발명의 로봇이 객체를 인양하는 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 3b는 도 3a의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다. 상기 제어유닛(110)는 지면에 지지되어 있는 객체(H)가 발견된 경우, 상기 푸쉬유닛(330)에 근거하여 상기 객체(H)에 접근한다(S301). 상기 제어유닛(110)은 상기 푸쉬유닛(330)이 상기 객체(H)에 접근하여 상기 지지부(310)에 인가되는 압력이 감지되면 상기 푸쉬유닛(330)을 제어한다. 상기 압력센서(311)는 상기 푸쉬유닛(330)에 의하여 상기 객체(H)에 상기 지지부(310)가 접하는 경우 상기 지지부(310)와 상기 객체(H)사이의 압력을 감지한다.

도면에 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 상기 제어유닛(110)은 상기 말단장치(300)의 끝부분이 상기 객체(H)에 접하는 것이 감지되면, 상기 압력센서(311)가 활성화되도록 제어할 수 있다.

상기 제어유닛(110)은 상기 압력센서(311)에 의하여 상기 지지부(310)에 인가되는 압력을 감지한다(S302). 상기 제어부는 상기 감지된 압력압력이 기준압력보다 큰지 여부를 판단한다(S303)

여기에서 상기 기준압력은 상기 지지부(310)에 상기 객체가 안착되었는지 여부를 판단하기 위한 기준치에 해당된다. 상기 기준압력은 상기 지지부(310)의 객체를 지지하기 위한 면적 및 지지 가능한 적정압력에 의하여 결정될 수 있다. 또는 상기 제어유닛(110)은 상기 감지된 객체(H)의 크기 등에 근거하여 상기 기준압력을 산출할 수 있다.

한편, 상기 제어유닛(110)은 상기 압력센서(311)에 의하여 감지된 압력이 상기 기준압력 보다 큰 경우, 상기 진동유닛(320)에 의하여 상기 진동유닛(320) 및 상기 푸쉬유닛(330)을 구동한다(S304).

도 3b를 참조하면, 상기 제어유닛(110)은 상기 푸쉬유닛(330)을 이용하여 상기 말단장치(200)가 상기 객체(H)에 접할 때까지 상기 푸쉬유닛(330)을 구동한다. 여기에서 상기 객체(H)에 접한 상태는, 상기 객체(H)를 지지하는 지면과 상기 객체(H)사이에 상기 말단장치(200)가 끼워진 상태에 해당될 수 있다.

상기 제어유닛(110)은 상기 말단장치(200)의 끝 영역이 상기 객체(H)에 접하면, 상기 진동유닛(320)을 구동한다. 상기 진동유닛(320)에 의하여 상기 지지부(310)를 상기 제1 및 제2 기준축에 근거하여 상기 지지부(310)의 회전을 반복한다. 상하 방향의 회전은 지면을 기준으로 지면과 이격 되었다가 가까워지는 방향으로 정의하고, 좌우 방향의 회전은 지면을 기준으로 지면과 실질적으로 평행하는 방향으로 정의한다.

예를 들어, 상기 제어유닛(110)은 상기 말단장치(200)가 상기 객체(H) 및 지면 사이에서 공간을 확보하기 위하여 기 설정된 각도 내에서 반복적으로 양방향 회전하도록 상기 진동유닛(320)을 제어한다. 또한, 상기 진동유닛(320)이 구동되는 동안 상기 확보된 공간에 진입하도록 상기 푸쉬유닛(330)의 구동을 제어한다. 또한, 상기 제어유닛(110)은 상기 지면과 상기 객체(H)사이의 공간을 확보하기 위하여, 상기 지지부(310)를 좌우로 양방향 회전시킬 수 있다.

또한, 제어유닛(110)은 상기 압력센서(311)에 의하여 감지되는 압력의 변화에 근거하여, 상기 진동유닛(320)을 제어한다. 예를 들어, 상기 감지되는 압력압력이 특정 압력압력 이하로 감지되는 경우, 상기 상하회전을 중단하고, 상기 푸쉬유닛(330)을 구동시킬 수 있다.

상기 제어유닛(110)은 상기 압력센서(311)에 의하여 감지된 압력이 상기 기준압력보다 작은 경우 상기 압력센서(311) 및 상기 진동유닛(320)의 구동을 종료시킨다. 상기 매니퓰레이터(200) 및 상기 몸체(100)에 의하여 상기 객체(H)를 이송시키는 구동을 수행한다.

즉, 상기 제어유닛(110)은 상기 압력센서(311)에 의하여 감지된 객체(H)의 압력에 근거하여, 상기 객체(H)가 상기 지지부(310)에 안착된 것으로 판단될 때까지 상기 진동유닛(3320) 및 상기 푸쉬유닛(330)을 제어하여 상기 지지부(310)가 상기 객체(H)와 상기 지면사이에 삽입될 수 있도록 제어한다.

본 발명에 따르면, 지면에 지지되어 있는 객체(H)사이에 말단장치를 끼워넣기 위하여, 말단장치를 계속적으로 움직이게 하므로 지면과 객체(H)사이의 공간을 형성할 수 있다.

이에 따라, 푸쉬유닛에 의하여 말단장치가 객체(H)의 하부로 진입하는 동안 상기 객체가 상기 진동에 의하여 들어올려지므로 객체(H)의 손상을 최소화할 수 있다.

특히, 인명구조의 경우, 의식이 없는 사람의 신체를 리프팅하는 과정에서 반복적인 진동 및 진입단계에 의하여 지면과 닿아있는 신체 하부의 손상을 최소화할 수 있다.

상기와 말단장치를 구비하는 구난로봇 및 구난로봇의 인양 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성 될 수 있다.

Claims (8)

1. 몸체;
   상기 몸체에 연결되어 일 방향으로 연장되는 매니퓰레이터;
   상기 매니퓰레이터의 단부에 장착되는 말단장치; 및
   상기 매니퓰레이터 및 상기 말단장치의 움직임을 제어하는 제어유닛을 포함하고, 상기 말단장치는,
   지면 상에 놓여진 객체를 지지가능하도록 형성되는 지지부;
   상기 지지부에 형성되어 상기 객체가 지지되는 경우 객체의 압력을 감지하는 압력센서; 및
   상기 지지부를 기 설정된 범위 회전시키는 진동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 말단장치는 지지부를 이동시키는 푸쉬유닛을 더 포함하고,
   상기 제어유닛은 상기 제1 및 제2 구동모터가 구동되는 동안 상기 푸쉬유닛을 이용하여 상기 지지부를 상기 객체 및 상기 지면 사이로 이동시키는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어유닛은 상기 푸쉬유닛 및 상기 진동유닛이 구동되는 동안, 상기 지지부에 인가되는 압력을 감지하도록 상기 압력센서를 제어하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어유닛은 감지된 압력을 기 설정된 기준압력과 비교하고, 상기 감지된 압력이 기준압력보다 작거나 같은 경우, 상기 푸쉬유닛 및 상기 진동유닛의 구동을 정지하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
5. 제1항에 있어서,
   상기 진동유닛은 제1 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제1 구동모터 및 상기 제1 기준축과 교차하는 제2 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제2 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제2 기준축은 상기 지면에 수직하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지지부는 복수의 마디로 이루어지며,
   상기 제1 구동모터는 상기 복수의 마디를 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇.
7. 몸체, 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터의 단부에 장착되며 지지부를 구비하는 말단장치를 포함하는 구난 로봇의 객체 인양 방법에 있어서, 상기 인양 방법은,
   상기 말단장치의 푸쉬유닛에 의하여 상기 지지부를 상기 객체에 접근시키는 단계;
   상기 지지부에 인가되는 압력을 감지하는 제1 단계;
   상기 지지부를 기 설정된 각도로 양방향 회전시켜, 상기 객체와 상기 지면 사이의 공간을 형성하는 제2 단계:
   상기 푸쉬유닛에 의하여 상기 지지부를 상기 공간에 삽입하는 제3 단계를 포함하고,
   상기 객체가 상기 지지부에 안착될 때 까지 상기 제1 내지 제3 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇의 객체 인양 방법.
8. 제7항에 있어서,
   제1 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제1 구동모터 및 상기 제1 기준축과 교차하는 제2 기준축을 기준으로 상기 지지부를 회전시키는 제2 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 구난 로봇의 객체 인양 방법.

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