KR20170130144A - 소프트 로봇 구동기 유닛 및 이를 구비한 소프트 로봇 - Google Patents

소프트 로봇 구동기 유닛 및 이를 구비한 소프트 로봇 Download PDF

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KR20170130144A
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Abstract

본 발명은, 복수 개가 서로 결합되어 소프트 로봇 구동기를 이루는 소프트 로봇 구동기 유닛에 있어서, 상기 소프트 로봇 구동기 유닛은, 내부에 유공압 챔버를 구비하고 내부에 유공압이 제공될 때 팽창되는 바디; 상기 바디에 일체로 형성되고, 상기 바디 보다 낮은 신장률을 가지는 소재로 형성되고, 일측으로 돌출부가 형성되고, 타측으로 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부가 삽입 가능한 오목부가 형성되며, 내부에 돌출부와 오목부 사이에 연결되고 상기 유공압 챔버와 연통된 유공압 유로를 포함하는 연결부를 포함하는 소프트 로봇 구동기 유닛, 소프트 로봇 구동기 및 소프트 로봇을 제공한다.

Description

소프트 로봇 구동기 유닛 및 이를 구비한 소프트 로봇{SOFT ROBOT ACTUATOR UNIT AND SOFT ROBOT HAVING THE SAME}
본 발명은 다양한 구동을 발생시키도록 소프트 로봇 제작에 사용되는 모듈형 소프트 로봇 구동기 유닛 및 이를 구비하는 소프트 로봇에 관한 것이다.
소프트 로봇은 기존의 로봇에 사용되는 금속과 같은 단단한 재료 대신 폴리머, 고무와 같은 유연하고 부드러운 재료를 이용해 제작된 로봇을 이야기한다. 소프트 로봇은 주로 유압이나 공압을 로봇의 구조에 인가하여 구조가 마치 풍선처럼 부풀어 오르는 현상을 이용해 움직임을 생성한다. 로봇을 원하는 방향과 형상으로 부풀려 의도한 움직임을 발생시키기 위해서 소프트 로봇은 주로 소재의 특성차이를 이용한다.
도 1은 종래의 소프트 로봇의 일 예인 소프트 굽힘 구동기의 제작과정을 도시하는 개념도이고, 도 2는 도 1의 방법으로 제작된 소프트 굽힘 구동기의 동작을 도시하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 기본적인 소프트 굽힘(bending) 구동기(5)의 제조 과정이 도시되는데, (a)에는 굽힘 구동기(5)의 위와 아래부분(1a, 1b)을 몰드(2a, 2b)를 이용하여 제작하고, (b)에는, 위 부분(1a)을 몰드(2a)에서 떼어내는 과정, (c) 및 (d)에는, 아래 부분(1b)에 접착제(3)를 도포하여 위 부분(1a)에 아래 부분(1b)을 살며시 올려놓는 과정이 도시된다. 또한 (e)에는 굳히는 과정, (f)에는 몰드(2b)를 떼어내는 과정을 도시한다.
일반적으로, 도 1의 제작 과정에 의한 소프트 굽힘 구동기(5)는 도 2를 참조하면, 로봇의 몸체(A), 구속조건을 인가하는 부분(B) 및 유공압이 인가되어 실질적으로 부풀어 오르게 되는 챔버(C)로 구성된다.
현재 대다수의 소프트 로봇은 도 1의 예에서와 같이, 용도와 형상에 맞춰 미리 제작된 주형(mold)에 실리콘이나 우레탄 등의 고분자 화합물을 굳히고, 제작된 가구조체들을 서로 접합하여 최종의 소프트 로봇 또는 소프트 구조체를 제작한다.
종래의 소프트 로봇 구조체는 소프트 구조체의 일부가 찢어지거나 터지는 등 문제가 발생하였을 때 해당 부분만 교체하기 힘들기에 수리하기가 어렵다는 단점이 있었다. 또한, 한번 제작 된 이후에는 형상을 변형시키거나 분해하여 재조립하기 어려워서 로봇 전체 형상을 새롭게 다시 제작해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 소프트 로봇의 개발 과정에서 시제품을 제작 할 때, 주형의 제작 및 고분자 화합물을 굳히는 제작 과정에 있어서, 매번 새로운 주형을 제작하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 목적은, 소프트 로봇이 작동 도중 고장이 나더라도 문제가 발생한 유닛만 새로 교체하는 등 손쉽게 유지보수 할 수 있는 소프트 유닛 구조체 및 이를 구비하는 소프트 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 설계자가 원하는 형상 또는 유닛의 개수로 조립할 수 있는 소프트 유닛 구조체 및 이를 구비하는 소프트 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 원하는 방향으로 형상으로 부풀려 의도한 움직임을 발생시키는 소프트 유닛 구조체 및 이를 구비하는 소프트 로봇을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 소프트 로봇 구동기 유닛은, 복수 개가 서로 결합되어 소프트 로봇 구동기를 이루는 소프트 로봇 구동기 유닛에 있어서, 상기 소프트 로봇 구동기 유닛은, 내부에 유공압 챔버를 구비하고 내부에 유공압이 제공될 때 팽창되는 바디; 상기 바디에 일체로 형성되고, 상기 바디 보다 낮은 신장률을 가지는 소재로 형성되고, 일측으로 돌출부가 형성되고, 타측으로 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부가 삽입 가능한 오목부가 형성되며, 내부에 돌출부와 오목부 사이에 연결되고 상기 유공압 챔버와 연통된 유공압 유로를 포함하는 연결부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 바디는 육방체의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 일 측에 배치되며, 상기 오목부는 상기 연결부에서 상기 돌출부의 반대편에 상기 돌출부와 나란한 방향으로 배치되고, 상기 바디는 팽창되어서 상기 인접한 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 바디를 서로 밀어내어 굽힘 구동을 발생시킨다.
상기 돌출부, 상기 오목부 각각에는 서로 연통 가능하게 이루어지도록 유공압홀이 형성되고, 상기 유공압홀 각각은 상기 유공압 유로에 연통되며, 상기 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부에는 상기 유공압챔버로 유공압을 제공 가능하도록 이루어지는 유공압호스가 연결되어, 상기 유공압챔버로 유공압이 인가되될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며, 상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고, 상기 바디는, 상기 유공압챔버에 상기 유공압이 유입됨에 따라 팽창되도록 이루어지는 제1부재; 및 상기 제1부재와 인접하고, 상기 제1부재보다 낮은 신장률을 갖도록 이루어지고 상기 제1부재의 팽창에 의해 함께 팽창되는 제2부재를 포함하고, 상기 제1 및 제2부재의 경계가 되는 경계면은 상기 바디의 양 단에 구비되는 면과 교차하는 방향으로 배치되며, 상기 제1 및 제2부재의 팽창에 의해 굽힘 구동의 발생을 가능하게 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며, 상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고, 상기 바디는, 서로 신장률이 다른 제3 및 제4부재가 나선방향으로 연속 배치되어 상기 유공압챔버에 상기 유공압이 유입됨에 따라 제3 및 제4부재 중 적어도 하나가 팽창되어 비틀림 구동의 발생을 가능하게 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며, 상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고, 상기 바디는, 상기 유공압에 의해 상기 유공압챔버가 가압 또는 감압됨에 따라 신장 또는 신축 구동의 발생을 가능하게 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 돌출부의 외주에는 원주 방향을 따라 돌출 형성되는 결합돌기부가 형성되고, 상기 오목부의 내주에는 상기 결합돌기부가 삽입되는 돌기홈부가 형성된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 오목부는, 상기 돌출부와 결합된 상태에서 상기 돌출부가 구비되는 연결부의 일 단에 접촉하여 상기 연결부의 일 단을 지지하는 오목지지단부; 및 상기 오목지지단부에 탄성변형 가능하게 연결되고, 상기 돌출부와 결합되기 전 상태에서는 상기 오목부의 외부로 돌출되며, 상기 돌출부가 결합되면 탄성 변형에 의해 상기 오목부의 내부로 연장되도록 이루어지는 변형단부를 포함하고, 상기 볼록부의 단부는 상기 변형단부를 변형시키면서, 상기 오목지지단부에 결합되도록 사선으로 형성된다.
또한, 상기의 다른 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소프트 로봇 구동기는 특허청구범위의 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 소프트 로봇 구동기 유닛을 복수 개로 서로 결합하여 이루어지고, 상기 복수 개의 소프트 로봇 구동기 유닛 내의 유공압챔버에 각각 유공압이 제공됨에 따라 구동력을 발생시킨다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 본 발명의 소프트 로봇 구동기는 상기 소프트 로봇 구동기 유닛을 연결 가능하도록 이루어지는 연결유닛을 더 포함하고, 상기 연결유닛은, 삼각기둥 형상으로 이루어지고, 내부에 유공압유로를 구비하는 연결유닛바디; 상기 연결유닛바디의 일 단부에서 기결정된 각도로 배치되는 상기 연결유닛돌출부 및 상기 연결유닛오목부를 포함하고, 상기 연결유닛돌출부는 상기 오목부에 결합 가능하도록 이루어지고, 상기 연결유닛오목부는 상기 돌출부에 결합 가능하도록 이루어진다.
한편, 상기의 또 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명의 소프트 로봇은 복수의 방향으로 각각 연장되는 복수의 결합부를 구비하는 구동기 결합부재; 및 상기 복수의 결합부에 각각 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기를 포함하고, 상기 소프트 로봇 구동기는 복수의 소프트 로봇 구동기 유닛들의 결합에 의해 이루어지고, 상기 소프트 로봇 구동기 유닛은, 내부에 유공압 챔버를 구비하고 내부에 유공압이 제공될 때 팽창되는 바디; 상기 바디에 일체로 형성되고, 상기 바디 보다 낮은 신장률을 가지는 소재로 형성되고, 일측으로 돌출부가 형성되고, 타측으로 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부가 삽입 가능한 오목부가 형성되며, 내부에 돌출부와 오목부 사이에 연결되고 상기 유공압 챔버와 연통된 유공압 유로를 포함하는 연결부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 구동기 결합부재는 복수 개로 이루어지고, 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에는 상기 소프트 로봇 구동기 또는 상기 소프트 로봇 구동기 유닛이 적어도 하나 설치된다.
상기 복수의 구동기 결합부재 사이에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기 또는 상기 소프트 로봇 구동기 유닛은, 지면을 기준으로 측면 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 방향 전환을 가능하게 할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 복수의 결합부에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기는, 지면을 기준으로 상하 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 전후 운동을 가능하게 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 복수의 결합부에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기는 굽힘 구동을 발생하도록 이루어지고, 다른 물체를 잡을 수 있는 그리퍼(gripper)로 동작한다.
상기 복수의 결합부에 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기 및 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에 설치되는 복수의 소프트 로봇 구동기 중 적어도 하나는, 상기 바디는 육방체의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 일 측에 배치되며, 상기 오목부는 상기 연결부를 사이에 두고 상기 돌출부의 반대편에서 상기 돌출부와 나란한 방향으로 배치되고, 상기 바디는 상기 일 방향으로 팽창되어서 상기 인접 유닛의 바디를 서로 밀어내어 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 굽힘 구동을 발생시킬 수 있다.
상기 복수의 결합부에 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기 및 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에 설치되는 복수의 소프트 로봇 구동기 중 적어도 하나를 형성하는 소프트 로봇 구동기 유닛은, 상기 바디가 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며, 상기 돌출부 및 상기 오목부는, 상기 바디의 양 단의 연결부에 각각 배치되고 서로 나란하게 형성될 수 있다.
본 발명은 소프트 로봇 및 소프트 로봇 구동기의 유공압 챔버 각각을 하나의 단일화된 모듈로 제작을 가능하게 한다. 이를 통해 자신이 원하는 개수만큼 모듈들을 조립하거나, 서로 다른 형상과 움직임을 발생시키는 모듈들을 조립하여 무궁무진한 형상의 소프트 로봇을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 소프트 로봇 구조체 유닛들을 조립해서 소프트 로봇 구조체 의 프로토 타입을 만든다면 문제점 파악 이후 설계 변경에 있어서 단순히 유닛들을 분해하고 조립하면 되므로 시간 및 비용이 절감되게 된다.
도 1은 종래의 소프트 로봇의 일 예인 소프트 굽힘 구동기의 제작과정을 도시하는 개념도.
도 2는 도 1의 방법으로 제작된 소프트 굽힘 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 3은 본 발명의 소프트 로봇 구동기의 구현을 도시하는 개념도.
도 4a는 본 발명의 제1실시예의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 도시하는 사시도 및 종단면도.
도 4b는 본 발명의 제1실시예의 소프트 로봇 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 5a 및 도 5b는 4개의 굽힘 구동 유닛으로 구성된 소프트 로봇 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 6a는 본 발명의 제2실시예의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 도시하는 사시도 및 종단면도.
도 6b는 본 발명의 제2실시예의 소프트 로봇 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 7a는 본 발명의 제3실시예의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 도시하는 사시도 및 종단면도.
도 7b는 본 발명의 제3실시예의 소프트 로봇 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 8a는 본 발명의 제4실시예의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 도시하는 사시도 및 종단면도.
도 8b는 본 발명의 제4실시예의 소프트 로봇 구동기의 동작을 도시하는 개념도.
도 9a는 본 발명의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 연결하기 위한 소프트 로봇 구동기 일 예의 사시도.
도 9b는 본 발명의 소프트 로봇 구동기의 유닛을 연결하기 위한 소프트 로봇 구동기 다른 예의 사시도.
도 10a는 소프트 로봇 구동기 유닛 간의 나사 결합 방식을 도시하는 사시도 및 개념도.
도 10b는 소프트 로봇 구동기 유닛 간의 끼움 결합 방식을 도시하는 사시도 및 개념도.
도 11은 양방향 안정 성질을 이용하는 소프트 로봇 구동기 유닛 간의 결합 방식을 도시하는 개념도.
도 12a는 소프트 로봇의 일 실시예를 도시하는 사시도.
도 12b는 소프트 로봇의 일 실시예의 동작을 도시하는 개념도.
도 13a는 소프트 로봇의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 13b는 소프트 로봇의 다른 실시예의 방향전환을 도시하는 개념도.
도 13c는 소프트 로봇의 다른 실시예의 전진과정을 도시하는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 또는 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 소프트 로봇 구동기(1000)의 구현을 도시하는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명은 몰드를 이용하여 소프트 로봇 구동기를 전체로서 하나의 부재로 제작해내는 도 1 및 도 2에 도시되는 종래의 기술과는 다르게, 각각의 유닛(100)을 만들고 이들의 결합에 의해 소프트 로봇 구동기(1000)를 구현하게 된다. 이하, 소프트 로봇 구동기(1000)의 구조에 대하여 서술한다.
본 발명의 소프트 로봇 구동기(1000, 2000, 3000, 4000)는 복수의 유닛(100, 200, 300, 400)들의 결합에 의해 이루어진다. 본 발명에서는, 복수의 유닛(100) 3개 또는 5개가 하나의 소프트 로봇 구동기(1000)를 이루는 예가 도시되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서, 유닛(100, 200, 300, 400)은 구동 발생 가능한 소프트 로봇 구동기(1000)의 일 구성을 말한다. 소프트 로봇 구동기(1000, 2000, 3000, 4000)의 유닛(100, 200, 300, 400) 각각은 유닛(100, 200, 300, 400)의 몸체를 형성하는 바디(110, 210, 310, 410), 바디(110)에 연결되는 연결부(120, 220, 320, 420), 연결부(120)의 일 단에 형성되는 돌출부(130, 230, 330, 430) 및 연결부(120)의 타 단에 구비되는 오목부(140, 240, 340, 440)를 포함한다.
본 발명의 소프트 로봇 구동기 유닛(100)는 각각의 유닛(100)을 구성하는 바디(110)의 형상이나 바디(110)에 연결되는 연결부(120)의 위치 등에 따라 제1 내지 제4실시예를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 소프트 로봇 구동기 유닛(100)의 결합에 의해 형성되는 소프트 로봇 구동기(1000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(100)은 실시예에 따라서 굽힘 응력, 신장, 신축 응력 및 비틀림 응력을 구동시킬 수 있다.
굽힘 응력을 발생시키는 소프트 로봇 구동기 유닛(100) 각각은, 제1실시예에서는 육방체의 형상으로 이루어질 수 있고, 제2실시예에서는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 소프트 로봇 구동기 유닛(100)의 제1실시예에서, 유닛(100) 각각의 바디(110)는 육방체의 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 바디(110)는 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 바디(110)에는 내부에 구비된 유공압챔버(139)로 유체 또는 공기가 유입되어 팽창되는데, 유닛(100) 각각은 서로 인접한 바디(110)들의 팽창에 의해 바디(110)들은 서로 밀게 되고, 소프트 로봇 구동기(1000)는 굽힘 응력을 발생시킬 수 있게 된다.
연결부(120)는 바디(110)에 결합된다. 일례로, 연결부(120)는 바디(110)의 일 측에 결합될 수 있다. 한편, 연결부(120)에는 돌출부(130)가 형성되고, 오목부(140)가 구비될 수 있다.
돌출부(130)는 연결부(120)의 일 단(측)에서 일 방향으로 돌출 형성된다.
본 발명에서 일 방향은 돌출부(130)가 형성되는 연결부(120)의 일 면을 기준으로 돌출부(130)가 돌출되는 방향일 수 있다.
또한, 오목부(140)는 돌출부(130)와 정합되는 형상으로 연결부(120)에 구비된다. 이로 인해 복수의 유닛(100)은, 일 유닛(100)의 돌출부(130)가 인접 배치된 다른 유닛(100)의 오목부(140)에 결합되어 형성된다. 오목부(140)와 돌출부(130)는 연결부(120)를 사이에 두고 서로 연결부(120)의 다른 면에서 서로 나란하게 배치될 수 있다.
도 4a을 참조하면, 일 방향으로 돌출되는 돌출부(130) 및 반대편 연결부(120)에서 일 방향으로 배치되는 오목부(140)가 도시된다. 또한, 도 4b에는 5개의 유닛(100)이 하나의 구동부를 형성하는 일 예가 도시되는데, 유닛(100)의 바디(110)가 팽창함에 따라 인접한 유닛(100)을 밀게 되어 굽힘 구동하는 일 예가 도시된다.
돌출부(130) 및 오목부(140)에는 일 방향과 나란한 방향으로 유공압홀(137)이 형성될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(1000)의 가장 바깥쪽에 배치되는 돌출부(130)에는 소프트 로봇 구동기(1000)의 내부로 유공압의 유입을 가능하게 하는 유공압호스가 연결될 수 있다. 유공압홀(137)은 연결부(130) 내부에 구비된 유공압유로(138)에 연결될 수 있다. 또한, 유공압유로(138)는 유공압챔버(139)에 연통된다. 소프트 로봇 구동기(1000)의 인접한 유닛(100) 간에는 돌출부(130)와 오목부(140)가 결합됨에 따라 유공압홀(137)이 서로 연통되어 인접한 유닛(100)의 유공압챔버(139)로 유공압이 유입되게 된다. 유닛(100)의 내부로 유입되는 유공압은 바디 내부의 유공압챔버(139)로 공급되어 유닛(100)의 바디(110)를 변형시킴으로써 소프트 로봇 구동기(1000)의 굽힘 구동을 가능하도록 동작된다.
바디(110)는 유공압이 인가되는 경우 부풀어 오를 수 있도록 연결부(120) 및 돌출부(130)에 비해 탄성률은 가장 낮고 신장률은 가장 높은 재질로 이루어질 수 있다. 연결부(120)는 바디(110) 및 돌출부(130)의 탄성률의 중간 정도의 탄성률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 돌출부(130)는 소프트 로봇 구동기(1000)의 굽힘 방향을 결정해주는 구속조건을 인가해주는 부분으로, 바디(110) 및 연결부(120)에 비해 가장 높은 탄성률을 갖고 가장 낮은 신장률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b에는, 4개의 유닛으로 구성된 제1실시예의 소프트 로봇 구동기가 동작되는 일 예가 도시된다.
도 5a에는 제1실시예의 소프트 로봇 구동기에, 유공압이 인가되기 전의 원래 상태가 도시되어 있고, 5b에는 유공압이 0.19 bar 인가되어 굽힘 구동되는 일 예가 도시된다.
이하, 도 6a 및 6b를 참조하여 소프트 로봇 구동기 유닛(200)의 제2실시예에 대하여 서술한다. 제2실시예에서 소프트 로봇 구동기(2000)의 유닛(200)에서, 바디(210)는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부(218)를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 바디(210)는, 신장률이 서로 다른 제1 및 제2부재(213, 215)를 포함하여, 탄성변형 가능하도록 이루어진다.
제1부재(213)는 유공압챔버(239)에 유공압이 유입됨에 따라 팽창되도록 이루어진다. 일 예로, 제1부재(213)는 팽창되어 하 방으로의 굽힘 응력을 발생시킬 수 있다.
제2부재(215)는 제1부재(213)와 인접하도록 이루어져서 제1부재(213)와 함께 팽창하는데, 제1부재(213) 보다 상대적으로 낮은 신장률을 갖고, 제1부재(213) 보다 높은 탄성력을 갖도록 이루어진다. 제1 및 제2부재(213, 215)의 경계가 되는 경계면(217)은 바디(210)의 양단에 구비되는 면과 교차하는 방향으로 배치된다.
도 6a를 참조하면, 제1부재(213)는 상측에, 제2부재(215)는 하측에 배치되고, 제1 및 제2부재(213, 215)의 경계면(217)이 바디(210) 양 단에 구비되는 면과 교차하는 방향 즉 수평 방향으로 배치되는 일 예가 도시된다. 이로 인해, 소프트 로봇 구동기(2000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(200)은 화살표 방향으로 굽힘 구동을 발생시키게 된다.
연결부(220)는 바디(210)의 양 단에 각각 배치되고, 돌출부(230) 및 오목부(240)는 바디(210) 양 단의 연결부(220)에 각각 배치된다. 또한, 돌출부(230) 및 오목부(240)는 서로 나란하게 형성되어, 복수의 유닛(200)은, 일 유닛(200)의 돌출부(230)가 인접 배치된 다른 유닛(200)의 오목부(240)에 결합되어 복수의 유닛(200)은 나란하게 연장되어 소프트 로봇 구동기(2000)를 형성할 수 있게 된다.
도 6a에는 바디(210)의 일 단의 연결부(220)에서 상측 방향으로 돌출되는 돌출부(230) 및 바디(210)의 다른 타 단의 연결부(220)에서 돌출부(230)의 돌출 방향과 나란한 방향으로 배치되는 오목부(240)가 도시된다. 또한, 도 5b에는 5개의 유닛(200)들이 소프트 로봇 구동기(2000)를 형성하고, 후술하는 유공압챔버(239)에 유공압이 유입되어 굽힘 구동을 발생시키는 일 예가 도시된다.
돌출부(230) 및 오목부(240)에는 일 방향과 나란한 방향으로 유공압홀(237)이 형성될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(2000)의 가장 바깥쪽에 배치되는 돌출부(230)에는 소프트 로봇 구동기(2000)의 내부로 유공압의 유입을 가능하게 하는 유공압호스(미도시)가 연결될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(2000)의 인접한 유닛(200) 간에는 돌출부(230)와 오목부(240)가 결합됨에 따라 유공압홀(237)이 서로 연통되어 인접한 유닛(200)으로 유공압이 유입되게 된다. 유공압홀(237)을 통해서 유닛(200)의 내부로 유입되는 유공압은 바디 내부의 유공압챔버(239)로 공급되어 유닛(200)의 바디를 변형시킴으로써 소프트 로봇 구동기(2000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(200)의 굽힘 구동을 가능하도록 동작된다. 한편, 유공압챔버(239) 내부에는 오목부(240) 및 돌출부(230) 사이에는 제1 및 제2부재(213, 215)의 경계가되는 경계면(217)가 형성될 수 있다.
제1부재(213)는 유공압이 인가되는 경우 부풀어 오를 수 있도록 제2부재(215) 및 연결부(220)에 비해 탄성률이 가장 낮고 신장률이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 제2부재(215)는 제1부재(213) 및 연결부(220)가 갖는 탄성률 또는 신장률의 중간 정도의 탄성률 또는 신장률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 연결부(220)는 소프트 로봇 구동기(2000)의 굽힘 방향을 결정해주는 구속조건을 인가해주는 부분으로, 제1부재(213) 및 제2부재(215)에 비해 가장 높은 탄성률을 갖고, 가장 낮은 신장률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이하, 도 6a 및 6b를 참조하여 소프트 로봇 구동기 유닛(300)의 제3실시예에 대하여 서술한다. 제3실시예에서 소프트 로봇 구동기(3000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(300)은 비틀림 응력을 발생시키도록 이루어진다.
각각 유닛(300)의 바디(310)는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부(318)를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 바디(310)는, 신장률 또는 탄성률이 서로 다른 제3 및 제4부재(313, 315)를 포함하여, 내부의 유공압챔버(339)에 유공압이 유입되면, 비틀림 응력을 발생시키도록 이루어진다. 일례로, 제4부재(315)는 제3부재(313)보다 낮은 신장률 구비한다. 제4부재(315)는 제3부재(313)보다 높은 탄성률을 구비할 수도 있다.
제3 및 제4부재(313, 315)는 기결정된 폭을 구비하도록 사선의 방향 또는 나선방향으로 연속적으로 배치될 수 있다. 제3 및 제4부재(313, 315)의 경계가 되는 복수의 경계면(317)은 바디(310)의 양단에 구비되는 면과 사선 방향으로 배치될 수 있다.
제3부재(313)는 유공압챔버(339)에 유공압이 유입되면, 일 방향을 축으로 하여 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 팽창될 수 있다. 제4부재(315)는 제3부재(313)와 인접하도록 배치되고, 제3부재(313)가 팽창할 때, 비틀림 운동을 야기시키도록 구속조건을 받을 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제3 및 제4부재(313, 315)는 기결정된 폭을 구비하고 제3 및 제4부재(313, 315)의 경계면들은 소정 간격으로 이격되게 배치되며, 바디(310)의 양단에 구비되는 면과 사선 방향으로 배치되는 일 예가 도시된다.
연결부(320)는 바디(310)의 양 단에 각각 배치되고, 돌출부(330) 및 오목부(340)는 바디(310) 양 단의 연결부(320)에 각각 배치된다. 또한, 돌출부(330) 및 오목부(340)는 서로 나란하게 형성되어, 일 유닛(300)의 돌출부(330)가 인접 배치된 다른 유닛(300)의 오목부(340)에 결합됨으로써 복수의 유닛(300)은 나란하게 연장되어 소프트 로봇 구동기(3000)를 형성할 수 있다.
도 7a에는 바디(310)의 일 단의 연결부(320)에서 상측 방향으로 돌출되는 돌출부(330) 및 바디(310)의 다른 타 단의 연결부(320)에서 일 방향으로 배치되는 오목부(340)가 도시된다. 또한, 일 유닛(300)이 소프트 로봇 구동기(3000)를 형성하고, 또한, 유공압챔버(339)에 유공압 유입에 의해 비틀림 구동이 발생하는 일 예가 도시된다.
돌출부(330) 및 오목부(340)에는 일 방향과 나란한 방향으로 유공압홀(337)이 형성될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(3000)의 가장 바깥쪽에 배치되는 돌출부(330)에는 소프트 로봇 구동기(3000)의 내부로 유공압의 유입을 가능하게 하는 유공압호스가 연결될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(3000)의 인접한 유닛(300) 간에는 돌출부(330)와 오목부(340)가 결합됨에 따라 유공압홀(337)이 서로 연통되어 인접한 유닛(300)으로 유공압이 유입되게 된다. 유닛(300)의 내부로 유입되는 유공압은 바디(310) 내부의 유공압챔버(339)로 공급되어 유닛(300)의 바디(310)를 변형시킴으로써 소프트 로봇 구동기(3000)의 비틀림 구동을 발생시키도록 동작된다. 도 6b에는 소프트 로봇 구동기(3000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(300)이 비틀림 구동되는 일 예가 도시된다.
제3부재(313)는 유공압이 인가되는 경우 부풀어 오를 수 있도록 제4부재(315) 및 연결부(320)에 비해 탄성률이 가장 낮고 신장률이 가장 높은 재질로 이루어질 수 있다. 제4부재(315)는 제3부재(313) 및 연결부(320)의 탄성률의 중간 정도의 탄성률 및 신장률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 연결부(320)는 소프트 로봇 구동기(3000)의 굽힘 방향을 결정해주는 구속조건을 인가해주는 부분으로, 제3부재(313) 및 제4부재(315)에 비해 가장 높은 탄성률, 가장 낮은 신장률을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이하에서, 도 8a 및 8b를 참조하여 소프트 로봇 구동기 유닛(400)의 제4실시예에 대하여 서술한다. 소프트 로봇 구동기 유닛(400)의 제4실시예 및 소프트 로봇 구동기(4000)는 신장 및 신축 구동을 발생시킨다. 소프트 로봇 구동기 유닛(400)의 제4실시예의 바디(410)는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부(418)를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.
바디(410)는 제3실시예의 소프트 로봇 구동기 유닛(400)에서의 바디(410)와는 다르게 단일 부재로 형성된다. 또한, 제4실시예의 바디(410)의 곡면부(418)는, 제2실시예의 원통형 바디(210)의 곡면부(218) 및 제3실시예의 원통형의 바디(310)의 곡면부(318) 보다 상대적으로 잘록하게 이루어진다.
돌출부(430) 및 오목부(440)에는 일 방향과 나란한 방향으로 유공압홀(437)이 형성될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(4000)의 가장 바깥쪽에 배치되는 돌출부(430)에는 소프트 로봇 구동기(4000)의 내부로 유공압의 유입을 가능하게 하는 유공압호스가 연결될 수 있다. 소프트 로봇 구동기(4000)의 인접한 유닛(400) 간에는 돌출부(430)와 오목부(440)가 결합됨에 따라 유공압홀(437)이 서로 연통되어 인접한 유닛(400)으로 유공압이 유입되게 된다. 유공압은 바디(410) 내부의 유공압챔버(439) 내부를 가압 또는 감압하여 유닛(400)의 바디(410)를 신장 또는 신축시킴으로써 소프트 로봇 구동기(4000)의 신장 또는 신축 구동을 가능하도록 동작된다.
일예로, 유닛(400)의 내부로 유입되는 유공압은 바디(410) 내부의 유공압챔버(439) 내부를 가압하여 유닛(400)의 바디(410)를 신장시키고, 소프트 로봇 구동기(4000)의 신장 구동을 가능하도록 동작된다. 반대로, 유공압이 바디(410) 내부의 유공압챔버(439) 내부를 주변보다 낮은 압력으로 감압하는 경우, 유닛(400)의 바디(410)를 신축시키고, 소프트 로봇 구동기(4000)의 신축 구동을 가능하도록 동작된다.
이와 같이, 직선형 운동(translation)을 발생시키고, 소프트 로봇 구동기(4000) 및 소프트 로봇 구동기 유닛(400)에 신장 및 신축 구동이 발생되게 된다.
소프트 로봇 구동기 유닛(400)의 제4실시예에서, 연결부(420)는 바디(410)의 양 단에 각각 배치되고, 돌출부(430) 및 오목부(440)는 바디(410) 양 단의 연결부(420)에 각각 배치된다. 또한, 돌출부(430) 및 오목부(440)는 서로 나란하게 형성되어, 복수의 유닛(400)은, 일 유닛(400)의 돌출부(430)가 인접 배치된 다른 유닛(400)의 오목부(440)에 결합되어 복수의 유닛(400)은 나란하게 연장되어 소프트 로봇 구동기(4000)를 형성하게 된다.
도 8a에는 바디(410)의 일 단의 연결부(420)에서 상측 방향으로 돌출되는 돌출부(430) 및 바디(410)의 다른 타 단의 연결부(420)에서 일 방향으로 배치되는 오목부(440)가 도시된다. 또한, 도 8b에는 5개의 유닛(400)들이 소프트 로봇 구동기(4000)를 형성하고, 신장 및 신축 구동이 발생하는 일 예가 도시된다.
도 9a 및 9b를 참조하면, 전술한 제1 내지 제4실시예의 유닛(100, 200, 300, 400)을 연결하기 위한 연결유닛(500a)이 도시된다. 연결유닛(500a)의 연결유닛바디(510a)는 삼각기둥의 형상으로 이루어질 수도 있다. 연결유닛돌출부(530) 또는 연결유닛오목부(540)는 기 결정된 각도로 배치되도록 연결유닛바디(510a)의 연결유닛연결부(520)는 기 결정된 각도의 단면을 구비할 수 있다. 연결유닛(500a)이 연결유닛연결부(520)를 포함하지 않을 수도 있는데, 이 경우, 연결유닛돌출부(530) 또는 연결유닛오목부(540)는, 연결유닛바디(510a)에 직접 형성될 수도 있다.
도 9a를 참조하면, 약 60°의 단면을 구비한 연결유닛바디(510a)가 도시되는데, 바디의 세 면에 연결유닛돌출부(530)가 형성되는 일 예가 도시된다. 또한, 연결유닛바디(510a) 내에서 상하 방향으로 구비되는 유공압유로(518)가 형성되는데, 유공압유로(518)는 연결유닛돌출부(530)에 형성되는 유공압홀(537)에 연통된다.
한편, 유공압유로(518)에는 외부의 유체 또는 공기를 유입시키는 호스가 결합될 수 있다. 유체 또는 공기는 바디 내부를 통과해서 결합된 세 유닛에 분배되게 된다. 이와 같이, 연결유닛(500a)은 유체 또는 공기를 세 유닛에 분배할 수 있는 유공압 분배 유닛으로 활용될 수 있다.
한편 도 9b을 참조하면, 연결유닛바디(510b)에 연결유닛연결부(520)가 결합되고, 연결유닛연결부(520)에는 연결유닛오목부(540)와 연결유닛돌출부(530)가 형성되는 연결유닛(500b)의 다른 예가 도시된다. 또한, 연결유닛바디(510b)의 일 단에는 연결유닛연결부(520)가 배치된다. 연결유닛연결부(520)의 일 면에는 연결유닛돌출부(530)가 형성되고, 연결유닛연결부(520)의 다른 일 면에는 연결유닛오목부(540)가 구비된다.
연결유닛바디(510a)는 탄성율이 높은 재료를 사용해 유공압이 인가되더라도 부풀어 오르지 않고 오로지 유닛(100)과 유닛(100) 사이를 60° 굽힘으로 연결해주는 기능만 수행하도록 할 수 있다. 하지만, 연결유닛연결부(520)로 이용되는 소프트 로봇 구동기에서도 연결유닛바디(510a)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 앞선 소프트 로봇 구동기에서와 마찬가지로, 유공압의 인가에 의해 팽창되도록 이루어질 수 있다.
전술한 제1 내지 제4실시예의 소프트 로봇 구동기(1000, 2000, 3000, 4000)들의 유닛(100, 200, 300, 400)들 및 연결 유닛(500a, 500b) 간의 결합은 돌출부(130, 230, 330, 430) 및 오목부(140, 240, 340, 440)의 결합에 의해 이루어진다. 이하에서는, 도 10a, 도 10b 및 도 11을 참조하여, 유닛(100)들 간의 돌출부(130) 및 오목부(140)의 결합 방식에 대해서 이하 서술한다.
일 예로, 돌출부(130, 230, 330, 430) 및 오목부(140, 240, 340, 440)는 나사 결합으로 이루어질 수 있다. 도 10a를 참조하면, 돌출부(130)에는 수나사(131a)가 형성되고, 오목부(140)에는 수나사(131a)가 결합되도록 이루어져서 결합되는 예가 도시되어 있다. 오목부(140)에는 돌출부의 나사가 정합되도록 암나사(131b)가 형성될 수 있다.
또한, 도 10b를 참조하면, 돌출부(130) 및 오목부(140)는 끼워 맞춤 방식으로 결합될 수 있다. 돌출부(130)의 외주에는 원주 방향을 따라 돌출 형성되는 결합돌기부(133a)가 형성될 수 있으며, 오목부(140)의 내주에는 돌기홈부(133b)가 형성되어 결합돌기부(133a)가 삽입되게 된다. 돌출부(130)는 탄성있는 요소로 이루어질 수 있으며, 이 경우에 결합돌기부(133a)는 O-Ring 역할을 할 수 있다.
도 10a 및 도 10b에는 제1실시예의 유닛(100)이 도시되어 있으나, 돌출부(130) 및 오목부(140) 사이의 나사 결합은 제1실시예에 한정되는 것은 아니고, 제2 내지 제4실시예에도 적용될 수 있다.
한편, 도 11에는 돌출부(230) 및 오목부(240)는 양방향 안정 성질을 이용한 연결 메커니즘으로 결합되는 일 예가 도시된다. 이 같은 방식에서, 오목부(240)는 오목지지단부(243) 및 변형단부(245)를 포함할 수 있다. 오목지지단부(243)는 돌출부(230)가 오목부(240)에 결합된 상태에서 돌출부(230)가 구비되는 연결부의 일 단에 접촉하여 연결부의 일 단을 지지하게 된다. 변형단부(245)는 오목지지단부(243)에 탄성변형 가능하게 연결되고, 결합되기 전 상태에는 오목부(240)의 외부로 돌출되고, 돌출부(230)가 결합되면 탄성 변형에 의해 오목부(240)의 내부로 연장되도록 이루어진다. 한편, 돌출부(230)의 단부는 변형단부(245)에 접촉되어 오목지지단부(243)에 결합되도록 사선으로 이루어진다.
도 11을 참조하면, 변형단부(245)는 오목부(240)의 밖으로 나와 있다가 돌출부(230)가 끼워지면서 말려 올려져 오목부(240) 내부로 들어가는 일 예가 도시된다. 보다 상세하게 설명하면, (i) 오목부(240)의 변형단부(245)를 밖으로 꺼내고 돌출부(230)를 잘 맞춰 끼워 넣는다. (ii) 부드러운 재질의 변형단부(245)가 돌출부(230)를 감싸면서 안쪽으로 말려 들어간다 (iii) 특정 임계점을 지나면 변형단부(245)의 소재의 탄성 특성에 의해 안쪽으로 스스로 말려 들어가게 된다 (snap-through 현상) (iv) 변형단부(245)가 압력이 새어나가지 않도록 돌출부(230)를 감싸면서 스스로 안쪽으로 말려 들어가 결합이 완료된다.
한편, 본 발명의 소프트 로봇(10000, 20000)은 전술한 제1 내지 제4실시예 중 일 실시예의 소프트 로봇 구동기(1000, 2000, 3000, 4000) 및 구동기 결합부재(600, 600a, 600b)를 포함한다. 구동기 결합부재(600)는 복수의 방향으로 각각 연장되는 복수의 결합부(610)를 구비한다. 복수의 결합부(610)에는 전술한 실시예 중 하나의 소프트 로봇 구동기(1000)가 각각 결합된다.
도 12a 및 12b를 참조하면, 구동기 결합부재(600)에서, 하측 네 방향으로 연장되도록 구비되는 복수의 결합부(610) 및 이에 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기(1000)의 일 예와 소프트 로봇(10000)의 동작되는 일 예가 도시된다.
복수의 소프트 로봇 구동기(1000)는 굽힘 구동을 발생시키는 제1실시예로서, 육방체의 형상으로 이루어지는 유닛(100)을 구비한다. 굽힘 구동을 발생시키는 제1실시예의 소프트 로봇 구동기(1000) 및 육방체 형상의 유닛(100)에 대해서는 앞서 상세히 전술하였다.
하지만, 도 12a에서, 복수의 결합부(610)에는 제2실시예 내지 제4실시예가 설치될 수도 있다.
도 12a의 소프트 로봇(10000)은 다른 물체를 잡을 수 있는 그리퍼(gripper)로 동작할 수 있다. 도 12b에는 그리퍼를 이용해 컵을 들어올려 지면과 이격시키는 예가 도시된다.
한편, 도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 구동기 결합부재(600a, 600b)는 복수 개로 이루어질 수도 있는데, 이 경우, 복수의 구동기 결합부재(600a, 600b) 사이에는, 전술한 실시예 중 하나의 소프트 로봇 구동기 유닛(200) 또는 소프트 로봇 구동기(2000)가 적어도 하나 결합될 수 있다. 복수의 구동기 결합부재(600a, 600b) 사이의 소프트 로봇 구동기 유닛(200) 또는 소프트 로봇 구동기(2000)는 지면을 기준으로 측면 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 소프트 로봇의 방향 전환을 가능하게 한다. 한편 복수의 결합부(610)에 결합되는 소프트 로봇 구동기(2000)는 지면을 기준으로 상하 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 전후 운동을 가능하게 한다.
도 13a에는, 두 개의 구동기 결합부재(600a, 600b)를 포함하는 소프트 로봇(20000)의 일 예가 도시되는데, 이 둘 사이에는 제1실시예의 소프트 로봇 구동기(1000)가 두 개 설치된다. 한편, 복수의 결합부(610)에는 제2실시예의 소프트 로봇 구동기 유닛(200)이 각각 설치될 수 있다.
한편, 도 13b의 (b)에는 복수의 구동기 결합부재(600a, 600b) 사이의 소프트 로봇 구동기 유닛(200)가 팽창함에 따라, 소프트 로봇(20000)가 상측으로 방향 전환하는 일 예가 도시된다. 도 13c에는 (a)에서, 초기 상태의 소프트 로봇(20000), (b)에서, 복수의 결합부(600a, 600b)에 설치되는 소프트 로봇 구동기(2000) 지면과 멀어지는 방향으로 굽힘 구동하도록 팽창하고, (c) 및 (d)에서, 다시 복원됨에 따라 전진하는 소프트 로봇(20000)의 동작이 도시된다.
이상에서 설명한 소프트 로봇 구동기 유닛(100), 이를 구비한 소프트 로봇 구동기(1000) 및 소프트 로봇(10000)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다

Claims (17)

  1. 복수 개가 서로 결합되어 소프트 로봇 구동기를 이루는 소프트 로봇 구동기 유닛에 있어서,
    상기 소프트 로봇 구동기 유닛은,
    내부에 유공압 챔버를 구비하고 내부에 유공압이 제공될 때 팽창되는 바디;
    상기 바디에 일체로 형성되고, 상기 바디 보다 낮은 신장률을 가지는 소재로 형성되고, 일측으로 돌출부가 형성되고, 타측으로 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부가 삽입 가능한 오목부가 형성되며, 내부에 돌출부와 오목부 사이에 연결되고 상기 유공압 챔버와 연통된 유공압 유로를 포함하는 연결부를 포함하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 육방체의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 일 측에 배치되며,
    상기 오목부는 상기 연결부에서 상기 돌출부의 반대편에 상기 돌출부와 나란한 방향으로 배치되고,
    상기 바디는 팽창되어서 상기 인접한 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 바디를 서로 밀어내어 굽힘 구동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부, 상기 오목부 각각에는 서로 연통 가능하게 이루어지도록 유공압홀이 형성되고, 상기 유공압홀 각각은 상기 유공압 유로에 연통되며,
    상기 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부에는 상기 유공압챔버로 유공압을 제공 가능하도록 이루어지는 유공압호스가 연결되어, 상기 유공압챔버로 유공압이 인가되는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고,
    상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며,
    상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고,
    상기 바디는,
    상기 유공압챔버에 상기 유공압이 유입됨에 따라 팽창되도록 이루어지는 제1부재; 및
    상기 제1부재와 인접하고, 상기 제1부재보다 낮은 신장률을 갖도록 이루어지고 상기 제1부재의 팽창에 의해 함께 팽창되는 제2부재를 포함하고,
    상기 제1 및 제2부재의 경계가 되는 경계면은 상기 바디의 양 단에 구비되는 면과 교차하는 방향으로 배치되며,
    상기 제1 및 제2부재의 팽창에 의해 굽힘 구동의 발생을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고,
    상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며,
    상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고,
    상기 바디는,
    서로 신장률이 다른 제3 및 제4부재가 나선방향으로 연속 배치되어 상기 유공압챔버에 상기 유공압이 유입됨에 따라 제3 및 제4부재 중 적어도 하나가 팽창되어 비틀림 구동의 발생을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고,
    상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며,
    상기 돌출부는 상기 바디의 일 단에 배치되는 연결부에서 외측으로 돌출 형성되고, 상기 오목부는 상기 바디의 다른 일 단에 배치되는 연결부에 형성되고,
    상기 바디는, 상기 유공압에 의해 상기 유공압챔버가 가압 또는 감압됨에 따라 신장 또는 신축 구동의 발생을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 외주에는 원주 방향을 따라 돌출 형성되는 결합돌기부가 형성되고, 상기 오목부의 내주에는 상기 결합돌기부가 삽입되는 돌기홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는,
    상기 돌출부와 결합된 상태에서 상기 돌출부가 구비되는 연결부의 일 단에 접촉하여 상기 연결부의 일 단을 지지하는 오목지지단부; 및
    상기 오목지지단부에 탄성변형 가능하게 연결되고, 상기 돌출부와 결합되기 전 상태에서는 상기 오목부의 외부로 돌출되며, 상기 돌출부가 결합되면 탄성 변형에 의해 상기 오목부의 내부로 연장되도록 이루어지는 변형단부를 포함하고,
    상기 볼록부의 단부는 상기 변형단부를 변형시키면서, 상기 오목지지단부에 결합되도록 사선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 소프트 로봇 구동기 유닛을 복수 개로 서로 결합하여 이루어지고,
    상기 복수 개의 소프트 로봇 구동기 유닛 내의 유공압챔버에 각각 유공압이 제공됨에 따라 구동력을 발생시키는 소프트 로봇 구동기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소프트 로봇 구동기 유닛을 연결 가능하도록 이루어지는 연결유닛을 더 포함하고,
    상기 연결유닛은,
    삼각기둥 형상으로 이루어지고, 내부에 유공압유로를 구비하는 연결유닛바디;
    상기 연결유닛바디의 일 단부에서 기결정된 각도로 배치되는 상기 연결유닛돌출부 및 상기 연결유닛오목부를 포함하고,
    상기 연결유닛돌출부는 상기 오목부에 결합 가능하도록 이루어지고, 상기 연결유닛오목부는 상기 돌출부에 결합 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇 구동기.
  11. 복수의 방향으로 각각 연장되는 복수의 결합부를 구비하는 구동기 결합부재; 및
    상기 복수의 결합부에 각각 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기를 포함하고,
    상기 소프트 로봇 구동기는 복수의 소프트 로봇 구동기 유닛들의 결합에 의해 이루어지고,
    상기 소프트 로봇 구동기 유닛은,
    내부에 유공압 챔버를 구비하고 내부에 유공압이 제공될 때 팽창되는 바디;
    상기 바디에 일체로 형성되고, 상기 바디 보다 낮은 신장률을 가지는 소재로 형성되고, 일측으로 돌출부가 형성되고, 타측으로 다른 소프트 로봇 구동기 유닛의 돌출부가 삽입 가능한 오목부가 형성되며, 내부에 돌출부와 오목부 사이에 연결되고 상기 유공압 챔버와 연통된 유공압 유로를 포함하는 연결부를 포함하는 소프트 로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동기 결합부재는 복수 개로 이루어지고, 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에는 상기 소프트 로봇 구동기 또는 상기 소프트 로봇 구동기 유닛이 적어도 하나 설치되는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 구동기 결합부재 사이에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기 또는 상기 소프트 로봇 구동기 유닛은, 지면을 기준으로 측면 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 방향 전환을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 결합부에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기는, 지면을 기준으로 상하 방향으로 굽힘 구동을 발생하도록 배치되어 전후 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 결합부에 결합되는 상기 소프트 로봇 구동기는 굽힘 구동을 발생하도록 이루어지고, 다른 물체를 잡을 수 있는 그리퍼(gripper)로 동작하는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 복수의 결합부에 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기 및 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에 설치되는 복수의 소프트 로봇 구동기 중 적어도 하나는,
    상기 바디는 육방체의 형상으로 이루어지고, 상기 연결부는 상기 바디의 일 측에 배치되며,
    상기 오목부는 상기 연결부를 사이에 두고 상기 돌출부의 반대편에서 상기 돌출부와 나란한 방향으로 배치되고,
    상기 바디는 상기 일 방향으로 팽창되어서 상기 인접 유닛의 바디를 서로 밀어내어 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 굽힘 구동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 복수의 결합부에 결합되는 복수의 소프트 로봇 구동기 및 상기 복수 개의 구동기 결합부재 사이에 설치되는 복수의 소프트 로봇 구동기 중 적어도 하나를 형성하는 소프트 로봇 구동기 유닛은,
    상기 바디가 양 단 사이에 잘록하게 형성되는 곡면부를 구비하는 원통형의 형상으로 이루어지고,
    상기 연결부는 상기 바디의 양 단에 각각 배치되며,
    상기 돌출부 및 상기 오목부는, 상기 바디의 양 단의 연결부에 각각 배치되고 서로 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 로봇.
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