KR20220073128A - 로봇용 인공피부 - Google Patents

로봇용 인공피부 Download PDF

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KR20220073128A
KR20220073128A KR1020200160914A KR20200160914A KR20220073128A KR 20220073128 A KR20220073128 A KR 20220073128A KR 1020200160914 A KR1020200160914 A KR 1020200160914A KR 20200160914 A KR20200160914 A KR 20200160914A KR 20220073128 A KR20220073128 A KR 20220073128A
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유병안
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Abstract

로봇용 인공피부가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 로봇용 인공피부는 인공피부의 외면을 형성하는 커버부재; 가요성 및 신축성을 가지는 재질로 이루어져 상기 커버부재의 일면에 배치되는 기판부재; 상기 기판부재에 실장되는 발광원; 및 사용자의 터치시 촉감을 감지하여 상기 발광원을 발광시키는 제어부;를 포함한다.

Description

로봇용 인공피부{Artficial skin for robot}
본 발명은 로봇용 인공피부에 관한 것이다.
로봇은 의료분야, 산업분야 등 다양한 분야에 활용되고 있다.
이러한 로봇의 피부는 인간의 피부와 흡수한 인공피부(일례로, E-skin)로 형성된다.
이와 같은 로봇용 인공피부는 산소 투과율이 낮은 보호막을 고분자 기판 상에 회로를 구성하는 방식이다.
그러나 이러한 방식은 대량 생산이 어려운 문제가 있고, 좁은 면적을 가지는 패치 형태로 구현되기 때문에 로봇의 피부 중 일부 면적에만 적용될 수 있는 한계가 있다.
이에 따라, 패치 형태의 피부는 로봇의 얼굴 전체나 몸통과 같은 넓은 면적에 적용하기 어렵기 때문에 패치 형태의 피부가 적용된 로봇은 다양한 움직을 구현하는데 어려움이 있으며, 외부 충격에 취약한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 가요성 및 신축성을 가지면서도 대면적으로 구현할 수 있는 로봇용 인공피부를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사용자의 터치시 입력되는 촉각 및 압력을 감지해 발광원을 발광시킬 수 있는 로봇용 인공피부를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 인공피부의 외면을 형성하는 커버부재; 가요성 및 신축성을 가지는 재질로 이루어져 상기 커버부재의 일면에 배치되는 기판부재; 상기 기판부재에 실장되는 발광원; 및 사용자의 터치시 촉감을 감지하여 상기 발광원을 발광시키는 제어부;를 포함하는 로봇용 인공피부를 제공한다.
또한, 상기 기판부재는 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재일 수 있고, 상기 발광원은 도전성부재를 통하여 상기 다공성기재에 형성된 회로패턴에 실장될 수 있다.
또한, 상기 기판부재는 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재와 상기 다공성기재의 일면에 합지되는 지지부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 사용자의 터치시 저항의 변화를 감지하여 상기 발광원의 발광을 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가요성 및 신축성을 가지면서도 대면적으로 구현될 수 있어 로봇의 얼굴전체나 몸통에도 적용될 수 있음으로써 로봇의 다양한 움직임을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 사용자의 터치시 입력되는 촉각 및 압력을 감지해 발광원을 발광시킬 수 있음으로써 사용자와의 정서적인 교감을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에서 기판부재를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부가 적용된 로봇의 일형태를 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 발광원이 발광되는 발광영역을 나타낸 작동상태도, 그리고,
도 5는 도 3 및 도 4의 로봇에 적용될 수 있는 주요구성을 나타낸 블럭도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 유연성 및 가요성을 가질 수 있으며, 국소 면적이 아닌 대면적으로 형성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)가 로봇(10)에 적용되는 경우, 상기 로봇용 인공피부(100)는 로봇(10)의 안면이나 몸통 중 국소 부위에 부분적으로 적용될 수도 있지만, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 로봇(10)의 전체피부를 구성할 수도 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 사용자의 터치시사용자에 의해 터치된 부분이 발광될 수 있도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 커버부재(110), 기판부재(120) 및 발광원(130)을 포함할 수 있으며, 상기 기판부재(120)는 로봇(10)의 전반적인 구동을 제어하는 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 커버부재(110)는 로봇의 인공피부의 외면을 형성할 수 있다.
일례로, 상기 커버부재(110)는 한 쌍의 제1커버부재(111) 및 제2커버부재(112)를 포함할 수 있으며, 상기 제1커버부재(111) 및 제2커버부재(112)는 상기 기판부재(120)의 양면을 덮도록 배치될 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 제1커버부재(111)는 상기 로봇의 인공피부에서 외부로 노출되는 외부노출면을 형성할 수 있으며, 상기 제2커버부재(112)는 상기 로봇의 내부로 노출되는 내부노출면을 형성할 수 있다.
그러나 상기 커버부재(110)의 구성을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 커버부재(110)는 상기 기판부재(120)의 모든 면을 감싸는 몰딩물로 형성될 수도 있으며, 상기 제2커버부재(112)는 생략될 수도 있다.
더불어, 상기 커버부재(110)는 유연성을 가지면서도 부드러운 감촉을 느낄 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 비제한적인 일례로써, 상기 커버부재(110)는 공지의 실리콘 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 유연성을 가지면서도 부드러운 감촉을 느낄 수 있는 재질이라면 공지의 다양한 재질이 제한 없이 적용될 수 있다.
상기 기판부재(120)는 상기 커버부재(110)의 일면에 배치될 수 있다. 일례로, 상기 커버부재(110)가 상술한 바와 같이 상기 제1커버부재(111) 및 제2커버부재(112)를 포함하는 경우, 상기 기판부재(120)는 상기 제1커버부재(111)의 내측면에 위치하도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 기판부재(120)는 가요성 및 신축성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)가 로봇(10)의 다양한 형상을 구현하기 위하여 굴곡진 형태로 구성되더라도 상기 커버부재(110)의 일면에 배치되는 기판부재(120) 역시 굴곡진 형태로 원활하게 변형될 수 있다.
이를 위해, 상기 기판부재(120)는 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재(122)로 형성될 수 있다.
구체적인 일례로써, 상기 다공성기재(122)는 합성 고분자를 포함하는 나노섬유가 기공을 갖도록 3차원 네트워크 구조로 축적된 나노섬유웹일 수 있다.
그러나 상기 다공성기재(122)는 천, 직물, 부직포, 다공성필름, 멤브레인 등일 수 있으며, 신축성 및 가요성을 가지면서도 소정 크기의 기공이 형성된 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 기판부재(120)는 상기 다공성기재(122)만으로 구성될 수도 있지만, 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이 촉감을 개선하면서도 작업자의 핸들링성을 높일 수 있도록 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재(122)의 일면에 합지되는 지지부재(124)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지지부재(124)는 공지의 PU 필름일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 유연성을 가지면서도 상기 다공성기재(122)의 펼침성을 개선할 수 있는 재질이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
이때, 상기 기판부재(120)는 적어도 일면에 형성되는 회로패턴(126)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 기판부재(120)는 엘이디와 같은 전자부품이 실장되는 회로기판의 역할을 수행할 수 있다.
일례로, 상기 회로패턴(126)은 도 2에 도시된 바와 같이 격자무늬 또는 매트릭스 형태로 형성될 수도 있지만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며 상기 회로패턴(126)은 실장되는 전자부품의 종류나 전자부품의 실장위치, 또는 설계조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
이와 같은 회로패턴(126)은 스크린 프린팅, 포토-리소그래피 방식을 이용하여 도전성부재가 상기 다공성기재(122)의 기공을 충진하도록 형성된 것일 수도 있고, 도전성부재가 소정의 형상으로 타발된 후 상기 다공성기재(122)의 일면에 부착된 형태로 형성될 수도 있다.
이를 통해, 상기 회로패턴(126)은 상기 기판부재(120)와 마찬가지로 신축성 및 가요성을 가질 수 있으며, 상기 기판부재(120)가 외력에 의해 연신되거나 수축되더라도 상기 회로패턴(126)은 상기 기판부재(120)와 동일하게 연신되거나 수축될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 상기 기판부재(120)가 적어도 일면에 회로패턴(126)이 형성된 다공성기재(122)로 구성됨으로써 통상적인 플렉서블 회로기판으로 사용되는 폴리이미드 필름에 비하여 휘어짐이 월등히 우수할 수 있으며, 접거나 구겨지더라도 원상태로 복귀할 수 있는 우수한 복원특성을 나타낼 수 있다.
더불어, 상기 기판부재(120)가 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재로 형성됨으로써 가요성 및 신축성을 확보하면서도 대면적으로 구현될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 양산성을 확보할 수 있으며, 로봇(10)의 전체피부를 원활하게 구성할 수 있다.
상기 발광원(130)은 상술한 기판부재(120)의 일면에 실장될 수 있다. 즉, 상기 발광원(130)은 상기 기판부재(120)에 형성된 회로패턴(126)을 통해 상기 기판부재(120)의 일면에 실장될 수 있다.
일례로, 상기 발광원(130)은 공지의 LED, OLED 또는 마이크로 LED일 수 있다.
이와 같은 발광원(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 기판부재(120)의 일면에 소정의 패턴으로 어레이될 수 있다.
이때, 상기 발광원(130)은 사용자의 터치시 빛을 발생시킬 수 있다.
즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)는 로봇(10)의 전체피부를 구성할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 사용자의 터치가 없는 경우 상기 발광원(130)은 발광되지 않을 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 상기 로봇(10)의 피부를 터치하는 경우 상기 발광원(130)은 발광될 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 로봇(10)에서 사용자의 터치를 통해 상기 발광원(130)이 발광되는 발광영역(S)은 사용자가 터치한 부분과 대응되는 위치일 수도 있지만, 사용자의 터치위치와 상관없이 미리 정해진 위치일 수도 있다.
일례로, 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 상기 로봇(10)의 눈(12)과 입술(14) 주변의 볼 부분을 터치하는 경우 상기 볼 부분이 발광영역(S)을 형성할 수도 있지만, 사용자가 상기 로봇(10)의 눈(12)과 입술(14) 주변의 볼 부분을 터치하는 경우 상기 발광영역(S)은 로봇(10)의 볼, 이마, 몸통의 일부에 해당하는 부분 중 적어도 어느 하나의 개소를 포함하도록 구성될 수도 있다.
이와 같은 발광원(130)은 상기 제어부(140)의 제어를 통해 구동될 수 있으며, 상기 제어부(140)는 사용자의 터치시 터치나 압력과 같은 사용자의 촉감을 감지하여 상기 발광원(130)의 발광을 제어할 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 사용자의 터치시 상기 회로패턴(126)에서 발생되는 저항의 변화를 감지함으로써 사용자의 촉감을 감지할 수 있으며, 상기 회로패턴(126)에서 발생되는 저항의 변화를 감지하는 경우 상기 발광원(130)을 발광시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어부(140)는 상기 로봇(10)에 설치되어 상기 로봇(10)의 전반적인 구동을 제어하는 것일 수 있으며, 상기 기판부재(120)와 전기적으로 연결됨으로써 상기 기판부재(120)에 실장되는 발광원(130)의 구동을 제어할 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 MCU와 같이 회로기판에 실장되는 칩셋일 수 있다.
더불어, 상기 제어부(140)는 상기 발광원(130)의 밝기를 조절할 수도 있으며, 사용자의 터치시 상기 발광원(130)을 발광시키는 터치감도를 조정할 수도 있다.
이와 같은 제어부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 로봇(10)에 구비되는 통신부(160), 표시부(170) 및 전원부(150)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 전원부(150)로부터 제공되는 구동전원을 이용하여 상기 발광원(130), 통신부(160) 및 표시부(170)의 구동을 제어할 수 있다.
더불어, 상기 제어부(140)는 상기 통신부(160)를 통해 입력된 신호를 기반으로 상기 발광원(130)의 구동을 제어할 수도 있다.
여기서, 상기 표시부(170)는 상기 로봇(10)의 동작상태를 표시하는 동작 상태 LED일 수 있으며, 상기 전원부(150)는 상기 로봇(10)으로 구동전원을 제공하는 배터리나 상용전원과 같은 전원공급원일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 인공피부(100)가 로봇(10)에 적용되는 것으로 설명하였지만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 의류에도 적용될 수 있으며, 의료기기, 헬스케어, 스포츠기기 등과 같이 휨이나 비틀림 등 복합운동이 요구되는 다양한 분야에도 제한없이 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 로봇 12 : 눈
14 : 입술 S : 발광영역
100 : 로봇용 인공피부
110 : 커버부재 111 : 제1커버부재
112 : 제2커버부재 120 : 기판부재
122 : 다공성기재 124 : 지지부재
126 : 회로패턴 130 : 발광원
140 : 제어부 150 : 전원부
160 : 통신부 170 : 표시부

Claims (4)

  1. 로봇의 인공피부로서,
    상기 인공피부의 외면을 형성하는 커버부재;
    가요성 및 신축성을 가지는 재질로 이루어져 상기 커버부재의 일면에 배치되는 기판부재;
    상기 기판부재에 실장되는 발광원; 및
    사용자의 터치시 촉감을 감지하여 상기 발광원을 발광시키는 제어부;를 포함하는 로봇용 인공피부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판부재는 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재이고, 상기 발광원은 도전성부재를 통하여 상기 다공성기재에 형성된 회로패턴에 실장되는 로봇용 인공피부.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판부재는 가요성 및 신축성을 가지는 다공성기재와 상기 다공성기재의 일면에 합지되는 지지부재를 포함하는 로봇용 인공피부.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자의 터치시 저항의 변화를 감지하여 상기 발광원의 발광을 제어하는 로봇용 인공피부.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20240043425A (ko) 2022-09-27 2024-04-03 한국기술교육대학교 산학협력단 햅틱 기술이 적용된 인공피부 구조의 제조 방법 및 이를 통해 제조되는 인공피부 구조
KR20240048739A (ko) 2022-10-07 2024-04-16 한국기술교육대학교 산학협력단 인공피부 구조를 이용한 상호 교류 시스템

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