KR20200100531A - 중력 작용으로 사료를 배출하는 동물 사육 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동물이 로봇에 가하는 물리적인 외력이나 중력의 작용에 의해서 먹이를 외부로 배출하는 동물 사육용 로봇에 관한 것이다. 모바일 디바이스나 컴퓨터에 설치된 로봇 제어용 컴퓨터 프로그램을 통하여 무선 인터넷으로 구동이 제어되는 동물용 로봇으로서, 특히 먹이 배출부가, 먹이 배출을 통제하는 전자적 또는 기계적 제어장치를 전혀 포함하지 아니하고, 오로지 동물이 가하는 물리적 힘이나 중력의 작용에 의한 먹이 배출만 허용하는 것임을 특징으로 함으로써, 전자적 기계적 통제 수단의 가동으로 인한 전원 소모 가능성을 원천적으로 제거하여, 사육자 부재기간 동안 원격 조종 도중에 전원이 소모되더라도, 동물이 로봇에 가하는 물리적 외력이나 중력의 작용에 먹이가 배출되도록 함으로써, 전원 소모 시에도 먹이주기가 중단되는 위험을 최소화할 수 있는, 동물 사육용 로봇에 대한 것이다.

Description

중력 작용으로 사료를 배출하는 동물 사육 로봇{Animal Feeding Robot Which Emits Food by Gravity}

본 발명은, 먹이 배출을 위한 전자적 기계적 작동 장치가 없이 물리적인 외력이나 중력의 작용에 의하여 먹이를 외부로 배출하는 동물 사육 로봇에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 본 발명은 로봇 조종을 위한 컴퓨터 프로그램 또는 스마트 폰과 같은 모바일 디바이스에 설치되는 원격 조종 프로그램(application program, 이하, "조종 앱(App.)"이라고 약칭함)으로 무선 인터넷을 통하여 조종되거나, 또는 로봇 몸체 내부의 제어부에 내장된 자율 작동 프로그램(이하, "내장 앱"이라고 약칭함)에 따라 작동하는 동물 사육 로봇으로서, 상기 조종 프로그램으로 부터의 제어 신호를 받아들이는 신호송수신부; 로봇 몸체의 양 측면에 돌출된 회전축에 장착된 바퀴; 상기 바퀴에 회전축을 회전력을 전달하는 모터; 상기 모터와 제어부와 신호송수신부에 전력을 제공하는 전원과 전원 스위치; 상기 조종 프로그램으로 부터 무선 인터넷을 통해 받은 제어 신호에 따라 로봇의 전진, 후진, 회전의 방향과 속도를 제어하거나 또는 제어부에 입력된 자율 작동 모드 프로그램에 따라 감지 센서의 접촉 감지에 반응하여 몸체를 회전시켜는 제어부; 동물의 먹이를 보관하고 배출하는 먹이 배출부 그리고 상기 모터, 전원, 전원 스위치, 신호송수진부, 제어부, 회전축, 먹이 배출부를 둘러싸는 몸체 하우징, 몸체 하우징과 회전축 사이에 배치되는 베어링을 포함하면서, 먹이 배출만을 위한 별도의 전자적 또는 기계적 작동 장치가 없이 동물이 로봇에 가하는 외력이나 중력의 작용에 의하여 먹이를 외부로 배출하는, 동물 사육 로봇에 대한 것이다.

특히, 본 발명은 상기 먹이 배출부가 먹이 배출만을 통제하는 독립적인 전자적 또는 기계적 제어장치를 포함하지 아니하고, 오로지 물리적 힘이나 중력의 작용에 의한 먹이 배출만 허용하는 것임을 특징으로 함으로써, 전자적 기계적 먹이 배출 통제 수단의 가동으로 인한 전원 소모를 줄이고, 사육자 부재 기간 동안 로봇의 전원이 소모되더라도 동물의 로봇에 대한 접촉 행동에 의해 발생하는 물리적 힘이나 중력의 작용에 의해 먹이가 외부로 배출되도록 하여, 전원 소모 시에도 먹이 주기가 중단되는 위험을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 하는, 동물 사육 로봇에 대한 것이다.

또한, 본 발명은 동물의 청각과 시각을 불필요하게 자극하고 전원을 소모하는 초음파 센서나, 전원을 과다하게 소모하는 무선 인터넷 통신의 필요성을 축소하여, 로봇의 전원 소비를 극소화함으로써, 사육자 부재시 원격 가동 가능 시간을 최대화하여, 전원 소모로 인한 먹이주기가 중단되는 위험을 원천 제거하는 것을 목적으로 하는, 동물 사육 로봇에 대한 것이다.

최근 동물의 사육이 급증하면서, 동물과 놀아주거나 먹이를 주는 가정용 로봇의 개발이 크게 증가하고 있다. 동물 사육에 필요한 다양한 용품이나 먹이의 발전과 더불어, 사육자가 없는 상태에서도 동물의 보호와 관리가 가능하게 하기 위한 다양한 장비가 보급되고 있다.

그런데 개나 고양이와 같은 동물의 로봇에 대한 거칠고 공격적인 행동으로 인하여 정교한 작동이 필요한 로봇의 고장이 자주 발생한다. 특히 먹이의 배출을 정밀한 전자적 통제 수단 정교한 기계적 통제 수단에 의존하는 다양한 동물 사육용 로봇들은, 오작동하거나 쉽게 고장이 발생하는 문제점이 있다.

또한 이러한 정밀한 기계적 전자적 통제 수단이 내장된 로봇일수록 그러한 통제 수단의 작동으로 인한 전력의 소비가 심하여, 사육자 부재 시에 원격으로 구동가능한 시간이 더욱 짧아진다.

최근 들어 1인 가구 또는 맞벌이 부부 가구가 급증하면서 동물을 실내에서 사육하는 가구 또한 급증하고 있다. 이렇게 1인 가구나 맞벌이 부부 가구가 동물을 키우는 경우가 증가하면서, 사육자 부재 시에 반려 동물이 무방비로 방치되는 경우가 증가하고 있다.

이와 같이 1인 가구나 맞벌이 가구에서 동물을 키우는 경우에는, 사육자가 출근하거나 여행을 가는 경우 사육 중인 동물이 상당한 시간을 혼자 보내게 되면서, 먹이가 없는 상태로 실내에 갇힌 상태로 오랜 시간을 보내게 되어 동물 우울증 등의 질환이 발생할 수 있다.

따라서 사육자 부재 시에도 동물에게 먹이를 줄 수 있고 동물이 고립감을 벗어나도록 시각적 후각적 자극을 가하고, 동물의 활발한 활동을 유도하는 동물 사육 로봇의 필요성은 점점 더 커지고 있는 것이다.

이러한 필요에 따라, 다양한 종류의 동물 사육용 로봇이 개발되거나 이미 출시되고 있으나, 사육자가 부재 하는 장시간 동안 로봇의 구동과 먹이주기가 가능하게 하기 위하여는, 상당한 용량의 독립된 전원장치와 충전 시간이 필요하게 되었다.

그런데 사육자 부재 시에 로봇의 전원이 전부 소모되면, 동물 사육 로봇은 더 이상 로봇으로 작동할 수 없으며, 먹이 배출 역시 중단되어 동물의 원격 사육 관리가 불가능해진다는 문제점이 있었다.

따라서 로봇의 작동에 소요되는 전력 에너지의 소비를 최소화하고, 오작동이나 고장의 원인을 최소화하기 위하여 정교한 기계적 전자적 통제가 요구되는 먹이배출 기능이 최대한 억제된, 새로운 개념의 동물 사육용 로봇의 개발의 필요성이 대두되고 있다.

또한, 사육자 부재 시에 로봇의 전원이 소모되거나 방전되어 로봇의 놀아주는 기능은 중단되더라도, 최소한 먹이주기 기능은 어떠한 경우라도 중단되지 아니하면서 동물이 가하는 물리적 외력에도 강한 내구성을 갖는 동물 사육용 로봇의 개발이 시급하게 요청되고 있는 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0070624호는 실내 청소로봇을 겸한 애완동물용 로봇에 관한 것이다. 그러나 이 발명은 감지센서가 애완동물을 따라 쫓아 다니도록 제어되지만 실제로는 애완동물이 호기심으로 인하여 움직이는 물체를 추적하게 된다. 따라서 인용발명은 애완동물로 다가가고 애완동물은 인용발명을 추적하다보면 서로 충돌할 가능성이 높다는 현실적인 문제점이 있다. 또한, 애완동물 관리만을 전용으로 하는 것이 아니라 청소 겸용으로 제작된 것으로서, 애완동물과 교감하는 능력이 떨어져 애완동물 관리 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다. 대한민국 공개특허 제10-2006-0132381호는, 애완동물 관리가 가능한 이동통신 시스템 및 그 동작방법을 공개하고 있다. 이 발명에서는, 네트워크 망에 연결된 가전기기의 동작을 제어하고, 카메라를 통해 가정 내 애완동물의 상태를 확인하는 홈 서버와, 상기 홈 서버로부터 수신되는 애완동물의 상태 데이터를 전송하는 통신사 서버와, 상기 통신사 서버로부터 수신된 상기 상태 데이터를 통해 애완동물을 관리하는 제어명령을 입력하여 상기 가전기기의 동작을 제어하는 이동통신 단말기를 포함하여 구성되어, 이동통신 단말기로부터 통신사 서버를 통해 홈 서버 및 상기 홈 서버와 연결된 가전기기를 동작시킴으로써, 사용자가 외부에서 가정 내에 있는 애완동물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있고, 그에 따라 사용자의 영상/음성 데이터가 출력되도록 하거나 가전기기의 동작을 통해 애완동물의 동작을 관리할 수 있으며, 또한 별도로 웹 사이트에 가입하여 데이터를 요청하지 않아도 되므로 비용도 절감되며 사용자의 편리성을 향상시키고자 하는 기술이다. 그러나 이 발명은 애완동물에게 먹이를 주는 수단을 갖추고 있지 못할 뿐만 아니라, 그러한 먹이 주는 장치의 오작동이나 고장 방지 또는 전원 고갈이나 부족에 따른 관리 부재의 시간을 줄이려는 현실적인 수단을 언급하고 있지 아니하다. 대한민국 특허 등록 10-1256054호는 양방향 통신을 이용한 애완 동물 보호 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이 발명은 유무선 네트워크에 연결된 가전기기의 동작을 제어하고, 상기 가전기기 또는 내장된 카메라 및 마이크로부터 음성 및 영상 정보를 수신하는 메인 단말기와, 유무선 네트워크를 통하여 메인 단말기로부터 음성 및 영상 정보를 수신 및 출력하고, 사용자에 의해 입력된 제어 명령, 사용자의 음성 및 화상 정보를 수신하여 메인 단말기로 전송하는 사용자 단말기를 포함하고, 메인 단말기는 상기 사용자 단말기로부터 전송된 상기 사용자의 음성 및 화상 정보를 상기 가전기기 또는 내장된 표시부 및 스피커를 통하여 출력하고, 상기 제어 명령에 따라 상기 가전기기 또는 상기 메인 단말기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기술이다. 이러한 선행기술 역시 동물을 감시하고 화상 또는 음향 신호를 보낼 수 있을 뿐, 원격으로 먹이를 주는 수단이나 그러한 수단의 고장이나 오작동을 방지하려는 수단도 언급하지 아니하고 있으며, 전기 에너지의 소비를 줄여서 전원 소모로 인한 관리 부재 시간이 발생하는 것을 줄이려는 방법에 대하여는 전혀 언급이 없다. 2014년의 대한민국 등록 특허 제10-1413043호는 양방향 통신을 이용한 애완 동물 보호 시스템 및 방법에 관한 내용이다. 이 발명의 애완동물 보호 시스템은 유무선 네트워크에 연결된 가전기기의 동작을 제어하고, 상기 가전기기 또는 내장된 카메라 및 마이크로부터 음성 및 영상 정보를 수신하는 메인 단말기와, 유무선 네트워크를 통하여 메인 단말기로부터 음성 및 영상 정보를 수신 및 출력하고, 사용자에 의해 입력된 제어 명령, 사용자의 음성 및 화상 정보를 수신하여 메인 단말기로 전송하는 사용자 단말기를 포함하고, 메인 단말기는 상기 사용자 단말기로부터 전송된 상기 사용자의 음성 및 화상 정보를 상기 가전기기 또는 내장된 표시부 및 스피커를 통하여 출력하고, 상기 제어 명령에 따라 상기 가전기기 또는 상기 메인 단말기의 동작을 제어하며, 애완동물의 소리로부터 주파수 특성을 분석하여 미리 설정된 특정 상태에 있다고 판단되는 경우 사용자 단말기로 자동으로 화상 전화 연결을 시도하며, 전자기기 또는 표시부의 화면에 사용자 화상 정보를 출력시키되, 화상 정보 주위에 미리 설정된 주기로 변화하는 컬러 스펙트럼 영상을 함께 제공하는 기술이다. 이 특허 기술 역시 양방향 통신을 동물에 적용시키는 것에 그치고 있을 뿐 동물의 먹이주기나 그러한 먹이주기 수단의 오작동이나 고장을 방지하는 방법은 언급하고 있지 아니하다. 대한민국 특허 출원 공개 제10-2016-0114790호는 분리불안증 해소를 위한 애완동물용 인터랙티브 에 관한 것으로, 어느 일면에 애완동물 사료 출구용 관통공이 형성되고, 구를 수 있는 다면체 형상의 외형 케이스; 상기 외형 케이스 내부에 장착되는 것으로, 회동 가능한 중심축이 중심에 설치되고 상기 중심축을 대칭으로 다수 공간으로 내부공간이 분할되고 상기 관통공에 대응되는 위치에 애완동물 사료 배출구가 형성되며, 분할된 상기 내부공간에 애완동물 사료가 수납되는 애완동물 사료 수납부; 상기 중심축과 연결되어 상기 외형 케이스 내측면 상기 애완동물 사료 수납부 하단에 고정 설치되고, 상기 중심축을 회동시키는 모터부; 및 상기 모터부를 통해 상기 배출구의 개폐를 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 장치를 공개한 바 있다. 그러나 이 선행기술은 동물에게 원격으로 먹이를 주는 수단은 공개하고 있으나 그러한 수단의 고장이나 오작동을 방지하려는 수단을 언급하지 아니하고 있으며, 전기 에너지의 소비를 줄여서 전원 소모로 인한 먹이 공급이 없는 관리 부재 시간이 발생하는 것을 줄이려는 방법에 대하여는 전혀 언급하고 있지 아니하다. 2018년 11월 1일자 대한민국 특허 등록 제10-1914213호에는 애완동물 사료 공급 유희 용기가 개시되어 있다. 이러한 선행기술의 애완동물 사료 공급 유희 용기는, 사료가 수용되는 저장 공간이 형성되고 저장 공간을 구획하는 복수개의 구획부가 돌출된 상태로 설치되는 제1용기와, 제1용기의 구획부를 덮도록 분해 가능하게 결합되는 제2용기와, 제1용기와의 사이에 사료가 저장되는 저장 공간이 형성된 상태로 제1용기에 분해 가능하게 결합되며 표면에는 사료가 배출되는 배출 홀이 형성된 제1피더부와, 제2용기와의 사이에 사료가 저장되는 저장 공간이 형성된 상태로 제2용기에 분해 가능하게 결합되며, 표면에는 사료가 배출되는 배출 홀이 형성된 제2피더부를 포함한다. 이 선행기술은 먹이 공급용 장난감을 개시하고 있을 뿐, 스마트 폰을 통해 원격으로 제어하거나 전원에 의한 구동 장치가 없어서, 먹이주기와 놀아주기가 동시에 가능한 동물 원격 관리용 로봇이라고 분류할 수도 없다. 또한 먹이 보관 용기가 두개로 나뉘고 피더부도 두 가지로 나뉘는 복잡한 구조는 먹이의 막힘이라는 또 다른 고장 요인을 증가시키는 것이고, 고장이나 오작동이 발생해도 사육자가 그러한 고장이나 오작동을 원격으로 감지할 수 있는 수단이 전혀 없다는 문제점이 있다. 2018년 9월 4일자 대한민국 특허 등록 제10-1889460호는 센싱 모듈에 의해 애완동물의 움직임을 감지하여 사용자에게 알릴 수 있는 애완동물용 자동먹이주기 시스템이다. 이 발명에서는 네트워크를 통해 애완동물 먹이제공 장치와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 애완동물 먹이주기 어플리케이션이 설치되어 있는 사용자 단말기, 및 센싱 모듈에 의해 상기 애완동물이 상기 애완동물 먹이제공 장치 주변에 있다고 감지하면, 카메라 모듈을 통해 상기 애완동물을 촬영하고 상기 촬영된 영상을 사용자 단말기로 전송하는 애완동물 먹이제공 장치를 포함하되, 상기 사용자 단말기는, 상기 애완동물 먹이제공 장치로부터 상기 애완동물의 촬영 영상을 수신하면, 설치되어 있는 애완동물 먹이주기 어플리케이션을 자동으로 실행시키며, 상기 애완동물 먹이제공 장치는, 상기 사용자 단말기로부터 먹이제공 신호를 수신하면, 상기 애완동물에게 미리 설정된 양의 먹이를 제공하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다. 이 선행기술에서 제안하고 있는 센싱 모듈에 의해 애완동물의 움직임을 감지하여 사용자에게 알릴 수 있는 애완동물용 자동먹이주기 시스템에 따르면, 센싱 모듈에 의해 애완동물이 애완동물 먹이제공 장치 주변에 있다고 감지되면, 카메라 모듈을 통해 애완동물을 촬영하고, 촬영된 영상을 사용자 단말기에 전송해서 사용자 단말기에 기 설치되어 있는 애완동물 먹이주기 어플리케이션을 자동으로 실행시켜 애완동물이 애완동물 먹이제공 장치 주변에 있다는 것을 사용자에게 알리며, 사용자 단말기로부터 먹이제공 신호를 수신하면, 애완동물에게 미리 설정된 양의 먹이를 제공함으로써, 사용자 중심이 아닌 애완동물의 니즈를 고려하여 애완동물에게 먹이를 제공할 수 있다. 또한, 이 선행기술은, 애완동물 먹이제공 장치에서 미리 지정된 시간에, 녹음된 사용자의 음성이 출력되어 애완동물을 애완동물 먹이제공 장치로 유도함으로써, 애완동물이 규칙적으로 먹이를 먹을 수 있도록 할 수 있으며, 사용자의 음성이 반복적으로 출력된 후, 센싱 모듈을 통해 일정시간 내에 애완동물이 감지되지 않으면, 사용자에게 상황보고 메시지를 전송함으로써, 사용자가 센싱 모듈의 고장 상태 또는 애완동물의 상황을 파악할 수 있도록 할 수 있다. 그러나 이 선행기술에서도 먹이 제공을 수단이 전자적 기계적 원격 통제를 시도하고 있으므로, 이러한 장치들의 전원 소비가 증가하고 동물의 공격적 행동으로 인하여 이러한 정밀한 장비들이 고장을 또는 파손될 가능성이 매우 높고, 오작동 가능성의 문제점이 여전히 해소되고 있지 아니하다. 뿐만 아니라, 이러한 선행기술의 장치들의 전원이 소모되었을 때, 원격 먹이 주기가 중단되고 놀아주기도 중단되어, 동물에게는 심각한 기아와 고립감을 초래함으로써, 사육자의 원격 관리가 불가능해지는 기간에 대한 현실적이고 실용적인 대책이 전혀 없다는 문제점이 여전히 남아있다. 따라서 당 업계에는 동물의 공격적인 행동이나 가혹한 취급에 의해 파손되거나 오작동할 가능성을 최소화하기 위하여, 첫째 정밀한 전자적 기계적 통제가 필요한 장치를 제거하고, 둘째 먹이주기 기능에서는 전력 소비가 필요한 전자적 통제와 기계적 작동을 전면 배제하며, 셋째 전원이 소모되거나 방전되어 동물과 놀아주는 기능은 정지되더라도 최소한 먹이주기 기능만큼은 어떠한 경우에라도 작동할 수 있는, 동물 사육용 로봇의 개발이 시급하게 요청되고 있다.

본 발명의 기본적인 목적은 동물 사육용 로봇에 있어서, 전원 소모가 많은 먹이 배출용 기계 장치, 각종 감지 센서나 음향 발생 장치의 사용을 배제하여 전원 소모를 극소화함으로써 원격관리 가동 가능 시간을 최대화하는, 동물 사육용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 먹이 배출을 위한 정교하고 복잡한 기계적 배출 통제 장치나 전자적 작동 통제 장치의 사용을 배제함으로써, 물리적 외력이나 중력의 작용으로 먹이가 배출되도록 함으로써, 동물의 로봇에 대한 공격적인 행동으로 로봇이 오작동하거나 고장 발생 가능성을 줄이고, 로봇의 전원이 완전히 소모된 상태에서도 물리적 외력 또는 중력에 의하여 먹이가 배출될 수 있도록 함으로써, 전원 소모 시에도 먹이주기 기능 중단을 방지하는 것을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 로봇 조종을 위한 컴퓨터 프로그램 또는 스마트 폰과 같은 모바일 디바이스에 설치되는 원격 조종 프로그램(application program, 이하, "조종 앱(App.)"이라고 약칭함)으로 무선 인터넷을 통하여 조종되거나, 또는 로봇 몸체 내부의 제어부에 내장된 자율 작동 프로그램(이하, "내장 앱"이라고 약칭함)에 따라 작동하는 동물 사육 로봇으로서, 상기 조종 프로그램으로 부터의 제어 신호를 받아들이는 신호송수신부; 로봇 몸체의 양 측면에 돌출된 회전축에 장착된 바퀴; 상기 바퀴에 회전축을 회전력을 전달하는 모터; 상기 모터와 제어부와 신호송수신부에 전력을 제공하는 전원과 전원 스위치; 상기 조종 프로그램으로 부터 무선 인터넷을 통해 받은 제어 신호에 따라 로봇의 전진, 후진, 회전의 방향과 속도를 제어하거나 또는 제어부에 입력된 자율 작동 모드 프로그램에 따라 감지 센서의 접촉 감지에 반응하여 몸체를 회전시켜는 제어부; 동물의 먹이를 보관하고 배출하는 먹이 배출부 그리고 상기 모터, 전원, 전원 스위치, 신호송수진부, 제어부, 회전축, 먹이 배출부를 둘러싸는 몸체 하우징, 몸체 하우징과 회전축 사이에 배치되는 베어링을 포함하면서, 먹이 배출만을 위한 별도의 전자적 또는 기계적 작동 장치가 없이 동물이 로봇에 가하는 외력이나 중력의 작용에 의하여 먹이를 외부로 배출하는, 동물 사육 로봇을 제공하는 것이다.

이상의 본 발명의 목적을 달성하기 위한 동물용 로봇은, 내장된 프로그램에 따라 자율적으로 작동하거나 무선 인터넷을 통해 원격으로 조종되는 로봇이다. 본 발명의 로봇은 스마트 폰에 설치된 원격 조종 앱 프로그램 또는 몸체의 제어부에 입력된 프로그램에 의하여 작동된다.

본 발명의 로봇은, 원격지에서 조종하기 위한 컴퓨터 프로그램 또는 스마트 폰과 같은 모바일 디바이스에 설치되는 원격 조종 프로그램(application program, 이하, "조종 앱(App.)"이라고 약칭함)으로 무선 인터넷을 통하여 외부에서 조종되거나 또는 로봇 몸체 내부 제어부에 입력된 자율 작동 프로그램(이하, "내장 앱"이라고 약칭함)에 따라 작동하는 동물 사육 로봇이다. 본 발명의 로봇은 외부 디바이스에 설치된 상기 조종 앱(App.)으로 부터의 제어 신호를 받아들이는 신호 수신부; 로봇의 양 측면에 장착된 구동 바퀴; 상기 바퀴를 구동하는 모터; 상기 모터와 제어부, 수신부에 전기를 제공하는 전원과 전원 ON/OFF스위치; 상기 조종 앱으로 부터 받은 제어 신호 또는 상기 내장 앱의 통제에 따라 로봇의 작동을 제어하는 제어부로서, 로봇에 내장된 접촉 감지 센서로 부터 감지된 신호에 따라 또는 상기 조종 앱의 조이스틱이나 버튼의 작동에 의한 신호에 따라 로봇의 이동 방향과 속도를 통제하는 전후진 제어부와 방향 제어부와 속도 제어부; 그리고 동물의 먹이를 보관하고 배출하는 먹이 배출부를 포함하면서 먹이 배출만을 위한 별도의 전자적 기계적 작동 장치가 사용되지 아니하여 물리적인 외력이나 중력의 작용에 의하여 먹이를 외부로 배출하는 동물 사육 로봇이다.

본 발명의 동물 사육 로봇은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 좌우 두개의 바퀴와 좌우 두개 바퀴 사이에 위치하는 몸체로 구성되며, 몸체부에는 구동 모터, 전원 장치, 회전 속도 변환 기어, 회전축, 회전 축과 몸체 하우징 사이에 배치되는 베어링, 제어부, 먹이 보관함, 먹이 배출구가 포함된다. 상기 몸체 내부 제어부에는 자율 작동 모드에서 로봇의 작동을 제어하는 프로그램이 입력된다.

본 발명의 로봇의 몸체는, 바퀴의 중심과 몸체의 중심을 가로지르는 회전 축을 중심으로 자유롭게 회전 가능하도록 연결되어, 몸체는 회전 축을 중심으로 오뚜기 반동(roly poly reaction)이 가능하다. 본 발명의 사육 로봇은 몸체의 오뚜기 반동을 통한 먹이 배출 통제를 위하여 무게가 무거운 부품이 몸체 하부에 편중 배치된다.

본 발명의 사육 로봇의 몸체 중량의 50% 이상이 몸체의 하부에 집중되도록 무게가 좀 더 무거운 부품들을 몸체의 하부에 불균형적으로 집중 배치하여, 몸체 상부가 몸체 하부보다 훨씬 더 가볍도록 제작된다.

본 발명의 사육 로봇의 몸체 하부가 몸체 상부보다 더 무겁기 때문에, 몸체가 회전 축을 중심으로 일시적으로 뒤집어지거나 기울어지더라도, 중력의 작용에 의하여 오뚜기 인형(like roly-poly toy)처럼 바퀴 축을 중심으로 몸체 하부가 바퀴 축 아래로 이동하고 몸체 상부가 바퀴 축 위로 이동하는 오뚜기 반동 (roly-poly rebound)을 나타낸다.

이렇게 몸체 하부의 중량을 상부 보다 더 무겁게 함으로써, 몸체가 순간적으로 뒤집어지거나 기울어지더라도, 가벼운 상부가 바퀴 축 위쪽으로 다시 되돌아가고 무거운 하부가 바퀴 축 아래로 되돌아가는 오뚜기 반동을 나타낸다는 점이, 본 발명의 사육 로봇의 중요한 기술적 특징이다.

본 발명의 사육 로봇의 몸체 하부의 무게를 상부 무게 보다 더 무겁게 조절하기 위하여, 몸체 하부에는 무게가 비교적 무거운 구동용 모터들이나 전원용 밧데리 등이 집중 배치하고, 상부에는 비교적 무게가 가벼운 먹이 보관함을 배치한다.

이러한 본 발명의 특징인 오뚜기 반동(roly-poly reaction)을 강화하기 위해, 필요에 따라 적절한 중량의 무게추(weighting measure)를 몸체 하부에 추가로 배치하기도 한다. 몸체 하부에 배치되는 부품들의 무게의 총합이, 몸체 상부의 먹이 보관함에 먹이를 최고로 채워 넣은 상태에서의 몸체 전체 중량의 50% 이상이 되도록, 무게추를 추가하여 몸체 하부의 총무게(total weight)를 증가시킨다.

이상과 같이, 무게가 무거운 부품들을 몸체 내부의 하부에 배치하고, 무게가 가벼운 부품을 몸체 내부 상부에 편중 배치함으로써, 순간적으로 몸체가 회전축을 중심으로 뒤집어지거나 기울어지더라도, 중력의 작용에 의하여 몸체 하부가 아래쪽으로 되돌아가고 몸체 상부가 다시 바퀴 축 위쪽으로 되돌아가는 오뚜기 반동을 나타내도록 한다.

본 발명의 사육 로봇의 또 다른 기술적 특징들은, 오뚜기 반동에 의하여 바퀴 축 위쪽에 위치하는 몸체 상부에 먹이 보관함이 배치되고, 이러한 먹이 보관함의 상부에 먹이 배출구가 형성되며 그리고 그러한 먹이 배출구의 배출 방향이 위쪽을 향하도록 형성된다는 점이다.

즉 먹이 배출구가 먹이 보관함의 상부에 형성되고 먹이 배출구의 방향이 위쪽을 향하여 형성되기 때문에, 몸체가 중력의 작용으로 상부가 바퀴 축을 중심으로 하부의 위쪽에 위치하도록 정상적으로 정렬된 상태에서는 먹이 보관함에 채워진 먹이가 아래로 쏟아지지 아니한다.

그런데 개나 고양이가 본 발명의 사육용 로봇에 물리적 충격을 가하거나, 물고 흔들어서 먹이 보관함의 먹이 배출구가 아래 쪽 방향을 향하는 순간에는, 중력이나 물리적 충격의 작용에 의하여 먹이 보관함에 담겨있던 먹이가 아래 쪽 방향을 향하고 있는 먹이 배출구를 통하여 아래로 배출된다.

이렇게 본 발명의 로봇 몸체의 상부와 하부가 외력의 작용으로 일순간 뒤집어 지면서 먹이가 배출되더라도, 중력의 작용에 의한 오뚜기 반동(bounces back up like a roly-poly toy)이 이루어지면서, 몸체 상부가 위쪽으로 다시 되돌아가고 몸체 하부가 아래쪽으로 되돌아가기 때문에, 몸체 상부의 먹이 보관함의 상부에 위쪽을 향해 형성되는 먹이 배출구는 다시 위쪽을 향하게 되어 먹이 배출은 중단된다.

즉, 본 발명의 사육 로봇의 몸체가 물리적 충격으로 인한 외력을 받아 뒤집어지는 순간에는 먹이가 아래로 배출되지만, 외력이 중단되면 중력의 작용에 의한 오뚜기 반동을 통해 무거운 몸체 하부가 먹이 보관함의 아래 위치로 되돌아가면서, 몸체 상부에서 위쪽을 향하도록 형성된 먹이 배출구에서는 먹이의 배출이 중지된다.

이상과 같이, 본 발명의 사육 로봇의 몸체는 하부와 상부 간 부품들의 무게의 불균형 배치에 따라 오뚜기 반동을 일으켜서, 중력의 작용에 의하여 먹이 배출이 통제된다는 기술적 특징이 있다.

이러한 본 발명의 사육 로봇의 기술적 특징으로 인하여, 본 발명의 사육 로봇에서는 먹이의 배출의 통제를 위한 별도의 전기적 또는 기계적 작동 장치가 필요하지 아니하고, 중력의 작용에 따른 오뚜기 반동에 의해 먹이 배출이 통제되는 기술적 효과를 나타낸다.

본 발명의 사육 로봇의 모터의 회전력을 바퀴에 전달하는 회전축과 몸체 사이에는 베어링이 설치된다. 베어링은 회전축의 회전을 가능하게 지탱하면서 회전력이 몸체에도 전달되는 것을 최대한 차단한다.

회전축이 일정한 속도로 회전하는 경우에는 베어링을 통해 몸체에 전달되는 회전력이 미약하거나 또는 몸체가 뒤집히는데 필요한 임계 회전력 이하에 해당하여, 바퀴의 회전에도 불구하고 몸체가 따라 돌지아니하고 몸체 상부가 회전축의 위쪽에 그리고 몸체 하부는 회전축의 아래쪽에 위치하는, 정상 배열 상태가 유지된다.

이렇게 정상 배열된 몸체를 회전축을 중심으로 회전시켜서 상부와 하부를 뒤집기 위해서는, 일정한 수준 이상의 회전력 즉 몸체 뒤집기에 필요한 임계 회전력을 초과하는 회전력이 회전축으로 부터 베어링을 거처 몸체에 전달되어야 한다.

본 발명의 사육 로봇의 몸체 상부와 하부간의 무게 차이가 커질수록, 바람직하게는, 몸체 하부에 무게추를 추가하여 하부의 무게를 증가시킴으로써 상부와 하부 간의 무게 차이가 증가할수록, 몸체 뒤집기에 필요한 임계 회전력은 더욱 증가된다.

일정한 속도로 회전하고 있는 회전축에서 베어링을 통해서 몸체에 전달되는 회전력은 없거나 매우 미미하다. 회전축의 회전 속도가 증가하거나 감소하는 속도가 클수록, 즉 가속도가 클수록 회전축에서 베어링을 통해 몸체에 전달되는 회전력은 증가한다.

베어링의 본질적인 기능은 회전축의 회전력이 몸체에 전달되는 것을 막아주지는 것이지만, 베어링의 회전력 전달 차단 능력이 완전하지는 아니하기 때문에, 회전축의 회전수 변화 속도를 갑자기 변화시켜 회전 가속도를 발생시키면, 회전축의 회전력의 일부가 몸체에도 전달된다.

베어링의 회전력 차단 효율이 낮을수록 몸체에 전달되는 회전력은 커지고, 베어링의 회전력 차단 효율이 높으면 몸체에 전달되는 회전력은 작아진다. 즉 회전축의 가속도에 의하여 몸체에 전달되는 회전력은 베어링의 회전력 차단 효율과 회전 가속도의 변화에 따라 변한다.

이렇게 회전 가속도와 베어링의 회전력 차단 효율에 의하여 조절될 수 있는 회전력이 몸체에 전달되더라도, 몸체가 회전력을 받아 회전축을 중심으로 180도 회전하여 몸체의 상하부가 뒤집어지기 위해서는, 베어링을 통해 전달받는 회전력이 몸체의 하부와 상부간의 무게의 차이로 인하여 발생하는 몸체의 회전 저항력보다 더 커야 한다.

몸체 상부와 하부 간의 무게 차이가 커질수록, 회전축으로부터 몸체 하부의 무게 중심이 멀어질수록 몸체를 회전시켜 뒤집기 위하여 요구되는 임계 회전력은 더 증가한다.

따라서 몸체 회전에 필요한 최저 임계 회전력이 더 증가할수록 몸체의 뒤집힘을 위하여 요구되는 회전력이 더 커져야 하고 이를 위하여 회전축의 회전 가속도가 더 커지거나 베어링의 회전력 차단 효율은 낮아져야 한다.

본 발명의 사육 로봇의 본체 상부에 배치되는 먹이 보관함의 먹이 배출구가 위쪽을 향하여 형성되어 있으므로, 본체가 회전축을 중심으로 180도 회전하여 상기 먹이 배출구가 아래쪽을 향하게 되는 순간에 먹이가 중력의 작용으로 아래쪽으로 쏟아진다.

따라서 베어링의 회전력 차단 효율을 조절하거나, 회전축의 회전 가속도를 조절하거나, 몸체의 상부와 하부간의 무게 차이로 인하여 발생하는 회전 저항력을 조절함으로써, 몸체가 회전축을 중심으로뒤집혀서 먹이가 아래로 배출되는 것을 조절할 수 있게 된다.

또한 바퀴가 갖는 회전 저항력과 정지 마찰력을 합한 것 더 작은 회전력이 바퀴에 전달되는 경우에는 바퀴가 구르지 아니하여 로봇은 이동하지 아니하고 정지 상태를 유지한다. 이때 몸체의 임계 회전 저항력 보다 더 강한 회전력이 몸체에 전달되면 로봇은 정지된 채 몸체만 뒤집히는 현상이 나타난다.

즉 바퀴의 회전저항력과 정지 마찰력의 합보다는 작은 회전력이 바퀴에 전달되고 몸체의 회전 저항력 보다는 더 강한 회전력이 몸체에 전달되면, 로봇이 정지된 상태에서 몸체만 회전하여 전복되면서 먹이가 중력의 작용으로 아래로 배출된다.

회전축의 회전 가속도를 높이면 몸체의 회전 전복의 주기가 빨라지면서 먹이 배출 속도가 증가한다. 몸체의 상부와 하부 간의 무게 차이를 감소시키면, 무게추의 무게를 감소시키면 몸체의 회전 전복이 좀 더 용이하여 먹이 배출 속도가 증가한다. 베어링의 회전력 차단 효율을 낮추면 몸체의 회전 전복 속도가 빨라져서 먹이 배출 속도가 빨라진다.

본 발명의 사육 로봇에서는 회전력 차단 효율을 조절하기 위하여 다양한 형태의 베어링이 사용될 수 있고, 다양한 소재로 제작된 슬라이딩 베어링도 사용될 수 있다. 적합하게는, 플라스틱 리니어 베어링이 사용될 수 있고, 보다 적합하게는 폴리아세탈 베어링이 사용될 수 있다.

본 발명의 몸체에 장착되는 베어링의 구체적인 실시 예시로서는, 폴리아세탈 링을 미끄럼 소재로 사용하는 플레인 베어링이 적합하다

본 발명의 명세서에서 조종 모드라는 표현은, 컴퓨터나 스마트폰에 설치된 본 발명의 로봇 조종용 프로그램(이하, 조종 앱(app.))을 사용하여, 사육자가 무선 인터넷 통신을 통하여 근거리 또는 원격지에서 본 발명의 사육 로봇의 작동을 조종하는 경우를 의미한다.

조종 모드에서는, 사육자가 상기 조종 앱 프로그램(application program)을 사용하여 본 발명의 사육 로봇의 전진, 후진, 회전, 정지 구동을 수행하도록 무선 통신을 통하여 사육 로봇의 구동을 원격 조종한다.

조종 모드에서는, 바퀴 구동의 가속과 감속이 완만하도록 전진 후진 구동이 이루어진다. 조종 모드에서는 바퀴의 구동이 시작될 때 바퀴 회전축의 회전 속도를 서서히 증가시켜, 즉 회전 가속도를 낮추어 바퀴의 회전력 전달로 인한 몸체의 회전 현상을 방지한다.

조종 모드에서는, 회전축의 회전 가속도를 최대한 낮추어서 몸체로 전달되는 회전력이 몸체가 보유하는 회전 저항력 이하가 되도록 유지함으로써, 몸체의 회전 으로 인한 몸체의 뒤집힘이 방지된다. 즉, 조종 모드에서는 몸체의 회전 뒤집힘이 이루어질 수 없기 때문에, 먹이 배출구가 아래쪽을 향할 수 없게 되므로 중력에 의한 먹이 배출은 일어날 수 없다.

즉 조종 모드에서는 몸체의 회전 뒤집힘이 방지되어 몸체 상부 먹이 보관함에 형성된 먹이 배출구가 위쪽 방향을 유지한 채 아래쪽으로는 향할 수 없도록 자세를 유지 하기 때문에, 중력에 의해 먹이가 아래쪽으로 배출되는 현상은 발생하지 아니한다. 조종 모드에서는 몸체가 회전 반전하여 먹이 배출구가 아래쪽으로 향하는 경우가 방지되므로, 먹이가 중력에 따라 아래쪽으로 배출되지는 아니한다.

본 발명의 명세서에서 자율 작동 모드는 사육자가 로봇을 조종하는 것이 아니라 제어부에 입력된 프로그램에 따라 작동하는 경우이다. 사육자가 조종 앱에서 자율작동 모드를 선택하면 외부의 디바이스에 설치된 조종 앱과 본 발명의 사육 로봇간의 통신은 중단되고, 로봇 내부의 제어부에 입력된 프로그램(이하, "내장 앱"이라고 약칭함))이 작동하기 시작한다.

자율 작동 모드에서는, 동물이 본 발명의 로봇을 접촉하여 로봇에 설치된 감지 센서가 신호를 내장 앱에 전달하면, 프로그램에서는 바퀴에 회전 가속도를 발생하도록 급속하게 바퀴 회전 속도를 증가시키는 지시를 구동 모터에 전달한다.

자율 작동 모드에서는 사육중인 동물이 본 발명의 사육 로봇에 접근하여 로봇에 물리적 접촉을 가하면, 사육 로봇의 몸체에 장착된 감지 센서가 접촉을 감지한다. 본 발명에 사용될 수 있는 감지 센서는 당업계에 이미 널리 공지된 자이로 센서가 사용될 수 있다. 본 발명의 사육 로봇에 대한 동물의 접촉을 감지하는 자이로 센서로 전달되는 신호 값은 약 4ms(밀리 초, 10^-3 second)마다 현재 신호 값으로 갱신이 된다.

동물의 로봇 접촉이 발생하면 감지 센서 신호 값이 변화되고 이전 신호 값과 현재 신호 값의 차이가 일정 값 이상이면 동물이 로봇을 접촉한 것으로 프로그램이 판단하여 모터를 급속도로 가동하도록 구동 신호를 보낸다.

이렇게 자율 작동 모드에서는 동물이 로봇에 가하는 외력이 감지 센서에 감지되어 내장 앱의 신호에 따라 모터가 구동하기 시작할 때는, 짧은 시간 내에 회전 속도를 급상승시켜서 회전 가속도를 증가시킨다.

감지 센서의 접촉 신호 전달에 반응하여 내장 앱 프로그램에서 발송하는 모터 구동 지시에 따라, 모터 회전축의 회전 가속도가 증가면 베어링을 통해 몸체에 전달되는 회전력이 커지게 되고, 이렇게 몸체에 전달된 회전력이 몸체의 무게 편중 분포에 따른 임계 회전 저항력을 넘어서면, 몸체가 회전축을 중심으로 180도 회전하여 뒤집히면서, 먹이 보관함의 먹이 배출구가 아래쪽을 향하게 되어 중력의 작용으로 먹이가 아래쪽으로 배출된다.

이러한 자율 작동 모드에서 동물이 본 발명의 로봇에 접촉하는 순간에 반응하는 갑작스런 고속 구동에 따른 몸체의 회전에 의한 먹이의 배출은 사육되는 개나 고양이의 먹이 사냥 본능을 자극한다.

본 발명의 사육 로봇에서 이러한 자율 자동 모드에서 먹이 배출 과정을 학습한 개나 고양이는 먹이를 얻기 위하여 본 발명의 로봇에 대한 공격적인 접촉을 자발적으로 빈번하게 시도하게 된다.

사육자가 외부 디바이스의 조종 앱에서 자율 작동 모드를 선택하면 외부 디바이스의 조종 앱 프로그램과 로봇 간의 무선 통신은 중단되고 본 발명의 사육 로봇 제어부에 입력된 내장 앱 프로그램에 따라 로봇의 작동이 시작된다.

자율 작동 모드에서 사육중인 개나 고양이의 로봇에 대한 추적 활동과 먹이를 얻기 위한 빈번한 접촉 시도가 이루어진다. 개나 고양이가 성공적으로 본 발명의 로봇을 추적하여 물리적 접촉을 시도하면 이에 대한 성과 보상으로서 먹이가 배출되어 개나 고양이를 만족시킨다.

본 발명의 사육 로봇의 자율 작동 모드에서 동물의 접촉이 일정 시간동안 이루어지지 아니하는 경우에는, 내장 앱의 자율 조종 프로그램에 의하여 사육 로봇 스스로의 먹이 자율 배출 기능이 임의적인 시간 간격으로 간헐적으로 작동한다.

예를 들면, 내장 앱(application program)의 통제를 받는 자율 작동 모드로 선택된 상황에서, 10분 이상 동물의 로봇에 대한 접촉이 이루어지지 아니하면, 상기 내장 앱에서 발송되는 신호에 따라 모터가 갑자기 급속도로 구동되면서 회전 가속도를 발생시켜 몸체에 회전력을 전달하여 몸체를 뒤집어서 먹이를 배출한다.

이러한 내장 앱 프로그램에 따른 자동 먹이 배출 기능은 동물의 접촉이후 일정시간 이상 동물의 접촉이 이루어지지 아니하는 경우에는 프로그램의 작동에 의하여 자동 먹이 배출 기능이 작동하여 먹이를 외부로 배출함으로써, 개나 고양이의 주의를 환기시키고 이들의 먹이 활동을 유도한다.

본 발명의 동물 사육용 로봇은, 동물을 불필요하게 자극하는 초음파 센서나 기타 다른 전자식 센서의 사용을 배제하여 전원 소모를 최소화하여 사육자 부재 상황에서 원격으로 작동할 수 있는 시간을 최대화 하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 동물 사육용 로봇은 중력 작용이나 동물이 가하는 외력으로 먹이가 배출되도록 하여 사육자 부재시 전원이 소모되거나 방전되어 기계적 구동은 중단되더라도 최소한 먹이주기 기능은 중단되지 아니하도록 하여, 동물이 고립감을 느끼거나 예고없이 굶주리지 아니하도록 하는 긍정적인 사육 효과가 있다.

또한 본 발명의 동물 사육 로봇은 동물의 접촉에 의하여 먹이가 배출되도록 하여 동물의 로봇 접촉에 대한 성과보상 기능을 수행하여 동물을 로봇에 대한 자발적인 접촉을 유도하여 동물의 활발한 운동을 촉진하는 효과가 있다.

본 발명의 동물 사육 로봇은 먹이가 한꺼번에 쏟아져 나오지 아니하고 동물의 접촉 행동에 따라 서서히 조금씩 먹이를 배출하여 동물의 과식을 방지하고 먹이주는 시간을 증가시키는 효과가 있다.

또한 본 발명의 동물 사육용 로봇은 동물이 로봇에 물리적인 외력을 가할 때 마다 먹이 보관함에 채워진 먹이가 흔들리며 소리를 발생시킴으로써, 동물을 청각적으로 자극하여 동물의 보다 적극적이고 공격적인 로봇 접촉을 유도하여, 동물의 고립감과 나태함을 방지하는 효과가 있다.

도 1과 도2는 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 동물 사육용 로봇 본체의 외부 사시도.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 동물 사육용 로봇의 기술적 구성과 작동을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예시에 따라, 로봇을 원격으로 구동시키는 스마트 폰을 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 하나의 예시에 따른 로봇의 3차원 분해사시도.
도 6은 본 발명의 하나의 예에 따른 로봇 몸체의 분해 사시도
도 7은 본 발명의 로봇의 구동부를 구성하는 모터, 감속기어, 회전축, 베어링, 바퀴 림(rim) 그리고 바퀴용 타이어를 분해한 사시도.
도 8은 본 발명의 하나의 예시에 따라 몸체 하부에 무게추가 설치된 몸체 단면도.
도 9는 본 발명의 하나의 예시에 따라 몸체 하부에 무게추가 설치된 몸체 횡단면도.
도 10은 본 발명의 하나의 예시에 따라 몸체 하부 중앙 하단에 무게추가 설치된 몸체 횡단면도.

이하, 본 발명의 대표적인 실시 태양을 나타내는 도면들을 참조하여 본 발명의 동물 사육 로봇의 기술적 특징을 좀 더 상세히 설명한다. 그러나 이러한 기술적 특징 설명은 본 발명의 권리 범위를 이들만으로 제한 해석하게 하기 위함은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 동물 사육 로봇의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 2는 투명한 재료로 제작된 먹이 배출부(300)을 보여주는 도면이다. 도 3는 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 로봇 본체의 기술적 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 로봇을 스마트폰에 설치된 앱과 블루투스 또는 와이파이 통신을 통하여 원격지에서 조종하는 조종 모드 상태를 묘사한 개념도이다.

사육자 조종 모드에서는 본 발명의 로봇(100)은 로봇을 조종할 수 있는 스마트 폰(200)에 설치된 앱(201)프로그램의 화면의 조이스틱이나 버튼으로 조종된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 로봇(100)은 내장 앱에 따라 자율적으로 작동하거나, 스마트 폰(200)에 의해 원격으로 조종된다.

스마트 폰(200)에는 로봇(100)이 원격으로 조종되는 모드인 경우에 로봇(100)의 동작을 사용자가 제어할 수 있는 조종 앱(201)이 설치된다.

로봇(100)은 신호수신부(110), 바퀴(150), 모터(140), 먹이배출부(300), 본체스위치(111) 및 제어부(180)를 포함한다.

먼저, 신호수신부(110)는 스마트 폰(200)으로부터 발생한 제어신호를 받는다. 제어신호는 로봇(100)을 동작시키는 신호로 로봇(100)의 속도를 조절하고, 전진 후진 및 좌우 회전을 제어한다.

2개의 바퀴(150)은 로봇(100)의 양 측면에 회전 가능하도록 연결되어 로봇(100)을 이동시키는 수단이다. 바퀴(150)은 모터(140)의 동력을 받아 구동된다.

모터(140)는 로봇(100)의 몸체 내부에 설치되며 로봇(100)을 구동시키는 동력을 발생시켜 2개의 바퀴(150)에 각각 전달한다. 즉, 모터(140)는 2개 이상의 모터로 구성되며, 2개의 바퀴(150) 각각의 바퀴에 그 동력을 전달하도록 구성된다. 따라서 2개의 바퀴(150)는 각각의 모터에 의해 독립적으로 구동하여 급회전 및 급제동이 가능하다.

먹이 배출부(300)는 자율 작동 모드에서 동물의 신체의 일부가 로봇에 물리적 외력을 가하면 로봇 몸체가 회전축을 중심으로 뒤집히면서 먹이를 배출한다. 먹이배출부(300)는 사육자의 조종을 받지 아니하는 자율 작동 모드로 동작하는 경우에 동물이 로봇을 추적하여 로봇을 접촉하면 먹이배출부(300)를 통해 먹이가 배출되도록 구성된다. 이는 로봇(100)에 흥미를 느끼지 못하는 동물에게도, 로봇(100)의 움직임을 따라가서 로봇을 붙잡은 경우에는, 먹이가 제공되는 성과 보상 효과를 발휘하여 동물이 로봇에 보다 흥미를 유발시킬 수 있도록 한다.

한편, 로봇(100)은 사육자가 원격으로 조종하는 조종 모드와 사육자의 조종 없이 조종 앱의 프로그램의 통제에 따라 작동하는 자율 작동 모드, 2개의 모드로 동작할 수 있으며, 조종 모드에서는 조종 앱(201)의 조종에 따라 제어부(120)의 속도 방향 전후진 통제에 따라 동작한다.

자율작동 모드에서는 동물이 로봇에 가하는 물리적 외력에 의하여 먹이가 배출되거나 접촉 감지 센서의 신호에 따라 몸체의 회전 반전을 통해 중력으로 먹이를 배출하는 모드이다.

자율 작동 모드에서는 몸체 내부의 제어부의 자율 작동 프로그램에 입력된 일정 시간 동안 동물의 로봇 접촉이 감지되지 아니하면 순간적인 바퀴 구동을 통해 회전 가속도를 발생시켜 로봇 몸체가 회전하여 뒤집히는 순간을 발생시켜 아래로 향한 먹이 배출구를 통하여 먹이가 중력의 작용으로 아래로 배출되도록 한다.

또한, 제어부(120)는 스마트 폰(200)의 조종 앱(201)에 의해 구동되는 모드인 조종 모드로 동작할 수 있다. 조종 모드에서, 로봇(100)은 스마트 폰(200)의 조종 앱의 작동에 따라 생성된 제어신호를 수신하여 제어신호에 따라 움직인다.

도 3 을 참조하면, 스마트 폰(200)의 앱은 속도 제어부(121), 전후진 제어부(123), 방향제어부(122) 및 온/오프 스위치(111)를 통제하도록 구성된다. 속도제어부(121)는 로봇(100)의 이동속도를 제어한다. 전후진 제어부(123)과 방향제어부(122)는 스마트 폰(200)의 조종 앱(201)의 조이스틱과 버튼을 이용하여 통제된다. 예컨대, 방향제어부(122)는 바퀴(150)을 구동시키는 모터(140)중 우측 모터를 좌측 모터보다 더 빠르게 가동시켜 로봇(100)의 진행 방향을 좌측으로 전환시킨다.

반대로 방향제어부(122)는 바퀴(150)을 구동시키는 모터(140) 중 좌측 모터를 우측 모터보다 더 빠르게 가동시켜 로봇(100)를 우측으로 회전시킨다. 극단적으로는 한쪽 모터를 정지시키고 반대편 모터를 최대로 가동시켜 로봇을 회전시킬 수도 있다.

먹이 배출부(300)는 로봇에 물리적 외력이 가해지면 중력의 작용에 의해 먹이를 배출시켜 동물에게 제공한다.

신호송수신부(110)는 전술한 바와 같이 스마트 폰 앱에 의한 속도제어부(121), 전후진 제어부(123), 방향제어부(122)의 통제를 위한 제어신호를 로봇(100)에 전달하여 로봇(100)을 구동시킬 수 있다. 신호송수신부(110)는 무선으로 스마트 폰의 앱과 통신하며, 제어 신호는 블루투스 또는 와이파이 등 다양한 통신 방식을 활용하여 로봇(100)과 통신할 수 있으며, 적외선 신호를 사용할 수도 있다.

현재까지 당업계에 공지된 동물용 로봇은, 리튬 폴리머 전지나 전통적인 건전지와 같은 당업계에 널리 알려진 소형의 독립된 1차 또는 2차 전지를 기계적인 작동과 전자적인 작동 및 통신 장치용 전원으로 사용하고 있다.

동물 신체 구강의 크기를 감안할 때, 동물 사육용 로봇에 사용될 수 있는 독립적인 1차 또는 2차 전지는, 소형 전지가 선택될 수밖에 없다. 이러한 소형 전지의 용량은 제한적일 수밖에 없고, 따라서 동물용 로봇을 원격으로 조종하여 기계적 전자적인 작동을 계속할 수 있는 시간은 최대 10시간 이내로 그치고 있다.

결과적으로, 동물 사육용 로봇에 장착되는 독립된 전지의 용량 제한으로 인하여, 현재까지 당업계에 공지된 동물용 로봇들은 원격구동 가능 시간이 매우 제한적이고, 통상 10시간 이내이다.

이러한 문제점으로 인하여 동물 사육자가 직장에 출근하거나 여행을 떠나는 경우 등, 동물 곁을 벗어날 수 있는 시간이 전원장치의 사용 가능 시간 범위로 제한된다.

그런데 사육자가 원격에서 또는 부재시에 로봇의 전원이 소모되거나 완전히 방전되는 경우에, 동물용 로봇을 통하여 동물을 사육 또는 관리하는 기능은 중단된다. 즉 동물 사육용 로봇을 통하여 기대할 수 있는 본연의 기능이 사육자 부재 시에 예고 없이 중단될 수 있다는 치명적인 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 동물용 로봇에서는, 전원이 소모되어 로봇의 작동이 중단되어도, 동물의 시각과 청각을 자극을 통하여 동물의 행동과 접촉을 유도하여 먹이주기 기능이 발휘되도록 한다.

이를 위하여 본 발명의 동물 사육용 로봇은 동물의 시각과 청각을 통하여 로봇 내부에 채워진 먹이가 감지될 수 있도록, 먹이 배출부(300)를 투명하고 강인한 물성의 재료로 제작한다. 본 발명의 로봇에 장착된 투명한 소재로 제작되는 먹이배출부 내부에 남아있는 먹이를 동물이 시각을 통해 확인하여 자극받게 한다.

본 발명의 로봇에 장착된 투명한 먹이배출부에 채워진 먹이가, 동물이 본 발명의 로봇을 적극적으로 접촉하거나 공격적으로 가격하는 경우에 물리적 힘을 받아 으로 외부로 배출되도록 하는 먹이배출구(301)가 형성된다.

본 발명의 따른 또 다른 실시예에서는 먹이가 보관된 내부가 들여다 보이는 투명한 재료로 제작되는 먹이 배출부(300)를 포함한다. 본 발명의 로봇에 장착된 투명한 먹이배출부에 채워진 먹이가, 동물이 본 발명의 로봇을 적극적으로 접촉하거나 공격적으로 가격하는 경우에 물리적 힘을 받아 으로 외부로 배출되도록 하는 먹이배출구(301)가 형성된다.

상기 먹이 배출구(301)가 형성된 먹이 배출부(300)은 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스타이렌 공중합체, 폴리메틸메타아크릴레이트부타디엔의 공중합체 등, 당업계에 널리 알려진 투명하고 강인한 물성의 다양한 합성수지 소재로 제작될 수 있다.

본 발명의 동물용 로봇의 투명한 먹이 배출부(300)에 형성되는 먹이 배출구(301)의 크기에 대한 특별한 제한은 없으나, 일반적으로 상업적으로 시판 중인 직경 1mm 내지 10mm 정도 크기의 동물용 먹이가 한 번의 외부 충격 마다 하나 또는 두 개 정도의 소량씩 배출되는 것이 가능하도록 하기 위한 크기가 적합하다.

사육자가 장기 부재 시에 전원이 소모되어 기계적 작동은 중지되더라도 먹이주기 기능은 부재 기간 내내 유지되어야 한다는 점을 고려하여, 본 발명의 로봇의 투명한 먹이 배출부(300)에는 사육자 부재의 전 기간 내내 먹이가 계속 남아있는 것이 가장 바람직하므로, 먹이가 한꺼번에 다량 배출되는 것은 적절하지 아니하다.

따라서, 먹이 배출 속도는, 채워지는 먹이의 양과 사육자가 부재할 수 있는 시간을 고려하여, 부재 기간 내낸 먹이가 소량씩 배출되도록 배출량이 조절되는 것이 바람직하다.

당업계에 공지된 동물 먹이주기용 로봇은 대부분 이러한 먹이 배출량 통제를 위한 기술적 수단으로서 전자적인 제어 또는 기계적인 작동 수단을 제시하고 있다.

그러나, 이들 선행기술들의 대부분은, 전원 소모 또는 방전 시에는 전혀 작동할 수 없게 되기 때문에, 원격 먹이주기 기능이 예고 없이 중단되어 동물에게 오히려 상당 시간동안 굶주림의 고통을 가하는 경우가 자주 발생한다.

따라서, 본 발명에서는 먹이 배출 속도를 조절하여 사육자 부재 기간에도 먹이 주기 기능이 중단되지 아니하도록, 투명한 재질로 제작되는 먹이배출부(300)에 형성되는 먹이 배출구의 직경의 크기를 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 로봇의 먹이 배출구의 직경은 보관 가능한 먹이 총량을 일정한 속도로 배출하였을 때 적어도 24시간 이상, 바람직하게는 48시간 이상 일정한 속도로 먹이 배출이 가능하도록 먹이 배출구의 직경이 정해지는 것이 바람직하다.

본 발명의 로봇의 먹이 배출구의 직경은, 현재 상업적으로 시판 중인 동물용 먹이 한알의 직경이 약 10mm 이하의 크기임을 감안하여, 한번의 물리적 충격 마다 하나 또는 두 알의 먹이가 배출 되도록 0.1mm 내지 20mm, 바람직하게는 10mm 내지 15mm 정도인 것이 특히 적합하다.

본 발명의 사육 로봇의 바퀴는 최고 600RPM으로 회전한다. 이를 위해 조종 앱의 프로그램을 통하여 모터에 일정한 범위 예를 들면 -3.6V 내지 3.6V의 전압을 가할 수 있다. 모터에 0.63V 이상을 가하면 로봇이 구동되기 시작하며 3.6V의 전압을 가하면 최고 속력 600RPM으로 바퀴가 회전한다.

본 발명의 사육 로봇을 조종 모드에서 전진 후진 또는 회전 시킬 때에는 인가하는 전압의 상승 속도를 늦추어서 회전 가속도를 낮게 유지함으로써 몸체에 회전력이 전달되는 것을 최소화하여 몸체가 뒤집어지는 것을 방지하여 먹이의 배출을 차단한다.

조종 모드에서는 0.63V에서 전압을 서서히 상승시킴으로써 몸체의 뒤집힘을 방지하지만, 자율 작동 모드에서는 먹이를 배출하기 위하여 모터에 인가하는 전압을 1.52V에서 출발하여 전압을 3.6V까지 급상승시켜서 회전가속도를 크게하여 몸체의 뒤집힘을 야기한다.

사육자의 스마트 폰에 설치되는 조종 앱app.(프로그램) 제어를 통해 모터에 인가시킬 수 있는 전압의 범위는 -3.6V 내지 3.6V로서 좌우 바퀴가 독립적으로 정회전과 역회전이 가능하여 좌우 바퀴가 서로 반대 방향으로 회전 가능하다.

본 발명의 로봇이 약 1.5m/s의 최고 속도로 달릴 때의 바퀴의 RPM은 약 490RPM으로 회전하고 모터는 2,940 RPM으로 회전한다. 모터에 0.63V의 전압이 가해졌을 때부터 로봇이 움직이기 시작하며 완만하게 서서히 가속시켜 3.6V에 도달하면 최고 속도에서의 바퀴 회전속도 490RPM에 도달한다.

정지 상태에서 순간적으로 1.52V의 전압을 인가하면 로봇의 주행이 시작되기 전에 몸체만 제자리에서 회전 하여 먹이가 배출되며 이때의 회전축의 RPM은 약 320RPM정도에 도달한다.

도 8에서는 무거운 부품을 몸체의 아래로 배치하여 몸체의 무게 중심을 최대한 낮춘 본 발며의 로봇의 하나의 실시 예시를 나타낸다. 바람직하게는, 무게추(400)를 몸체 하단에 추가하여 몸체의 임계 회전 저항력을 증가시킨다. 도 8에서는 몸체의 하부의 빈 공간에 무게추를 추가여 몸체의 무게 중심을 최대한 낮추어 몸체의 임계 회전 저항력을 높인 실시 예시를 나타낸다. 다음의 표1에 무게추를 삽입한 경우와 삽입하지 아니한 경우 본 발명의 실시 예시에 따른 결과를 나타내었다.

		부품명	무게(전)	무게(후)	수량	합계(전)	합계(후)	총합	총합
본체	상부	상부하우징	37g	37g	1	37g	37g	43.7g	43.7g
		먹이보관함	3.9g	3.9g	1	3.9g	3.9g
		LED	2.7g	2.7g	1	2.7g	2.7g
	하부	하부하우징	33g	32.2g	1	33g	32.2g	98.3g	111g
		제어보드	9.4g	9.4g	1	9.4g	9.4g
		모터	10.1g	10.1g	2	20.2g	20.2g
		배터리	13.6g	13.6g	1	13.6g	13.6g
		플라스틱 베어링	0.1g 미만		4	0.1g 미만
		회전축	4.85g	4.85g	2	9.7g	9.7g
		구동모듈	3.15g	3.15g	2	6.3g	6.3g
		피니언기어	0.1g 미만		2	0.1g 미만
		본체 볼트	0.625g	0.625g	4	2.5g	2.5g
		회로 볼트	0.15g	0.15g	4	0.6g	0.6g
		배선	2.9g	2.9g	1	2.9g	2.9g
		무게추	X	13.5g	1	X	13.5g
								142g	154.7g

표 1에 나타낸 바와 같이, 무게추(400)를 추가 설치하는 경우에는, 몸체 상부 대 하부의 무게 비율이 1:2.25에서 1:2.54 로 약 13%정도 증가하였음을 알 수 있다. 무게추 추가가 없을 경우 몸체의 무게 중심은 중심 회전축으로부터 0.86㎜ 아래이지만 무게추 추가로 인하여 몸체 무게 중심이 중심 회전축으로부터 2.57㎜까지 낮아졌다

무게추가 추가되지 아니한 경우, 조종 모드에서의 로봇 구동에 요구되는 전압은 0.653V이고, 자율 작동 모드에서 정지 상태에서의 몸체 회전에 의한 먹이 배출을 위한 모터 전압은 1.16V로서, 두 가지 구동 전압의 간격이 좁았다.

무게추가 추가된 후 조종 모드에서의 모터 구동 전압은 0.63V, 자율 작동 모드에서 정지 상태에서 몸체의 회전에 의한 먹이 배출을 위한 모터 전압은 1.52V로서 로봇 주행 전압과 먹이 배출을 위한 전압의 간격이 확대되었다.

무게 추가 추가된 이후, 모터에 동일한 전압을 인가하였을 때 회전축 회전의 영향을 받아 몸체가 수직축으로 부터 기울어지는 각도가 약 37도에서 28도로 24.4% 감소되었다. 즉 무게 추의 추가로 인하여 몸체가 회전축의 회전력에 영향을 받아 몸체가 수직 축으로 부터 기울어지는 각도가 줄어들어 주행 안정성이 상승한다. 또한 무게추가 추가된 이후 무동력 상태에서 몸체가 45도로 기울였다가 오뚜기 반동으로 제자리로 복귀하는데 걸리는 시간역시 0.89초에서 0.7초로 약 21.4% 감소하였다.

다음의 표2에 본 발명의 하나의 실시 예시에 따른 동물 사육 로봇의 동적 특성을 요약하였다.

<토크 산정>
로봇 전체 무게(m)	256.0	g	목표속도도달시간(t)	4	sec
부하관성모멘트(J)	1086.15	gf-㎠	목표속도(Sm)	1.5	㎧
가속토크(Ta)	14.27	gf-㎝		5.4	㎞/h
	1.40	mN-m		8.20	㎮
등속토크(Tm)	37.29	gf-㎝		491.72	RPM
	3.65	mN-m	노면 마찰계수(u)	0.1
최소 토크(Tn-min)	51.55	gf-㎝	사용모터갯수(A)	1
	5.05	mN-m	모터 RPM(N)	2950	rpm
필요 모터 토크(Tn)	14.32	gf-㎝	기어비(G)	6	감속
	1.40	mN-m	감속기 효율(P)	60	%
필요 최종 토크	85.92	gf-㎝	허용경사각(Θ)	0	deg
	8.42	mN-m	휠직경(D)	58.26	㎜
N 대비 모터 토크	21.52	gf-㎝	안전률	150	%

이상과 같이, 본 발명의 사육 로봇의 대표적인 형태를 각 도면과 실시 예시를 통하여 상세하게 설명하였지만, 이들은 본 발명의 하나의 실시 예시에 불과하므로 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 본 발명으로부터 다양한 변형 및 본 발명과 균등한 또 다른 실시예를 용이하게 도출할 수 있다. 따라서 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 구현하기 위한 어떠한 구체적인 형태의 사육 로봇이라도 본 발명의 법률적 보호범위에 속한다.

100 : 로봇본체 110 : 신호송수신부
111 : 로봇 본체 ON/OFF 스위치 112 : 전원
120 : 제어부 121 : 속도제어부
122 : 방향제어부 123 : 전후진제어부
140 : 모터 150 : 바퀴
200 : 스마트 폰 201 : 조종 앱
202 : 블루투스 무선 통신
300 : 먹이 배출부 301 : 먹이 배출구
400 : 무게추

Claims (6)

1. 컴퓨터 또는 모바일 디바이스에 설치되는 로봇 원격 조종 프로그램으로 무선 인터넷을 통하여 조종되거나 또는 로봇에 내장된 제어부에 입력된 자율 작동 프로그램에 따라 작동하는 동물 사육 로봇으로서, 상기 조종 프로그램으로 부터의 제어 신호를 받아들이는 신호송수신부; 로봇 몸체의 양 측면에 돌출된 회전축에 장착된 바퀴; 상기 바퀴에 회전축을 회전력을 전달하는 모터; 상기 모터와 제어부와 신호수신부에 전력을 제공하는 전원과 전원 스위치; 상기 조종 프로그램으로 부터 무선 인터넷을 통해 받은 제어 신호에 따라 로봇의 전진, 후진, 회전의 방향과 속도를 제어하거나 또는 제어부에 입력된 자율 작동 모드 프로그램에 따라 감지 센서의 접촉 감지에 반응하여 몸체를 회전시켜는 제어부; 동물의 먹이를 보관하고 배출하는 먹이 배출부 그리고 상기 모터, 전원, 전원 스위치, 신호송수진부, 제어부, 회전축, 먹이 배출부를 둘러싸는 몸체 하우징, 몸체 하우징과 회전축 사이에 배치되는 베어링을 포함하면서, 먹이 배출만을 위한 별도의 전자적 또는 기계적 작동 장치가 없이 동물이 로봇에 가하는 외력이나 중력의 작용에 의하여 먹이를 외부로 배출하는, 동물 사육 로봇.
   
2. 제1항에 따른 로봇에 있어서, 상기 먹이 배출부(300)에 0.1mm 내지20mm 직경의 먹이 배출구(301)가 위쪽으로 향해 형성되어, 상기 몸체가 뒤집어져 먹이 배출구가 아래로 향하는 경우에만 상기 먹이 배출부(300)에 보관된 먹이가 중력의 작용으로 아래로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇.
   
3. 제1항에 따른 로봇에 있어서, 상기 몸체가 뒤집어져 먹이 배출구가 아래로 향하는 경우에만 상기 먹이 배출부(300)에 보관된 먹이가 중력의 작용으로 아래로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇.
   
4. 제3항에 따른 로봇에 있어서, 상기 몸체가 뒤집어지는 동작이 동물이 로봇에 가하는 외력의 작용으로 기인하거나, 몸체가 회전축을 중심으로 회전에 의한 것임을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇.
   
5. 제1항에 따른 로봇에 있어서, 회전축을 기준으로 몸체의 하부의 무게가 회전축 상부의 무게보다 더 무거운 것임을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇.
   
6. 제1항에 따른 로봇에 있어서, 상기 몸체의 하부에 무게추(400)가 추가되는 것임을 특징으로 하는, 동물 사육용 로봇.

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