KR20230056976A - 성장형 소프트로봇 - Google Patents

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KR20230056976A
KR20230056976A KR1020210140868A KR20210140868A KR20230056976A KR 20230056976 A KR20230056976 A KR 20230056976A KR 1020210140868 A KR1020210140868 A KR 1020210140868A KR 20210140868 A KR20210140868 A KR 20210140868A KR 20230056976 A KR20230056976 A KR 20230056976A
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유지환
정상구
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은, 내부에 수용공간이 형성되되 일측이 개구된 외부몸체와, 상기 외부몸체의 개구된 영역의 둘레를 따라 형성된 고정부를 포함하는 하우징; 상기 고정부에 일단이 연결되는 외주부와, 상기 외주부의 내측에 이격되어 상기 수용공간으로 연장되는 내주부와, 상기 외주부의 타단와 상기 내주부의 일단을 연결하는 절곡부를 포함하여, 상기 외주부, 절곡부 및 내주부에 의해 선단공간이 형성되는 성장유닛; 및 상기 내주부에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되는 케이블과, 상기 케이블의 일측에 구비되어 외부 정보를 획득하는 센싱모듈을 포함하는 데이터 수집유닛;을 포함하고, 상기 내주부의 타단은 다단으로 접혀 절첩영역이 형성되고, 상기 선단공간에 공급되는 공기의 압력에 의해서 성장유닛의 길이가 조절되고, 상기 외주부에 공급되는 유체의 압력에 의해서 성장유닛의 방향이 제어되는 성장형 소프트로봇에 관한 것이다.

Description

성장형 소프트로봇{SOFT GROWING ROBOT}
본 발명은 성장형 소프트로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공압에 의해 전방으로 연장 가능하게 형성되는 성장형 소프트로봇에 관한 것이다.
내부에 중공이 형성된 파이프 또는 붕괴된 건물의 잔해더미 등 사람이 특정 목적 지점까지 도달할 수 없는 상황에서, 사람을 대신하여 목적 지점까지 이동 후 다양한 검사, 유지/보수 작업 또는 구명활동 등을 수행하기 위한 목적으로 다양한 형태의 이동형 로봇이 개발되고 있다. 종래의 이동형 로봇은 무한궤도식 크롤러를 구비한 차체에 카메라와 보수작업용 공구 등을 탑재한 형태로 형성되거나, 또는 길이 방향으로 길게 형성된 호스 등에 자벌레의 움직임을 적용하여 진행이 가능한 형태 등으로 형성된다. 다만, 전자의 무한궤도식 크롤러 타입의 로봇은 평면 상의 진행에는 적합하지만 상하 방향 또는 경사진 방향으로의 주행이 불가능하다는 문제가 있다. 또한 후자의 자벌레 움직임을 적용한 로봇은 곡부, T자, Y자형 분기부 등 다양하게 굴곡진 경로로 진행하는 것이 곤란하여 활용에 제한이 있다.
이와 같은 단점들을 보완하기 위해, 최근에는 선단부가 자라나는 방식의 소프트로봇, 일명 바인로봇(Vine Robot)이 개발된 바 있다. 이러한 바인로봇은 도 1에 도시된 바와 같이, 내주부(11) 및 외주부(12)를 가지는 바인(10)이 케이스(30)의 외측으로 돌출되며, 특히 내주부(11)는 케이스(30)의 내측으로 인입되어 피딩드럼(20)에 권취된 상태를 가진다. 그리고 상기 외주부(21)는 케이스(30)에 고정된 상태로 구비되며, 이와 같은 상태에서 압축공기를 발생시키는 컴프레서(40)가 상기 외주부(21)와 상기 내주부(22) 사이 공간(13)에 압축공기를 분사할 경우, 상기 내주부(22)가 상기 외주부(21) 측으로 전환됨에 따라 상기 바디(20)의 전체 길이가 증가하게 되는 방식을 가지고 있다. 이와 같은 바인로봇은 전술한 종래의 기술들에 비해 입체적인 운용이 가능하다는 장점이 있어 최근 가장 각광받는 기술로서 주목받고 있다.
다만, 바인로봇이 여러 환경을 탐사하기 위해서는 카메라나 적외선센서 등 탐사를 위한 센서가 필수적으로 요구되며, 이를 위해 경질의 마운트에 센서를 장착하고, 상기 마운트를 바인로봇의 끝단에 유지시키는 방법을 가장 보편적으로 사용하였다. 하지만, 이와 같은 형태의 바인로봇은 경질의 마운트로 인하여 좁은 공간을 통과하지 못하는 것은 물론, 마운트가 외부 환경과 상호작용을 하기 때문에 바인로봇의 고유 장점을 크게 저하시킨다는 문제가 있다. 또한 본 문제점을 해결하기 위해 단순히 센서를 바인의 중심에 끼운 상태로 바인로봇을 운용하게 될 경우, 그 특성 상 바인의 성장 길이보다 센서가 전진하는 길이가 두 배 증가하게 되는 현상이 발생하게 된다.
이에 따라 센서의 전진 길이를 외부에서 제어해 줄 필요가 있으나, 전술한 바와 같이 종래의 바인로봇은 바인이 권취된 상태로 구비되므로, 센서의 케이블이 바인과 함께 권취된 상태를 가질 수밖에 없어 센서 위치의 제어가 물리적으로 불가능하다는 문제가 있다. 즉 현재까지는 바인로봇의 장점을 모두 유지하면서 센서를 장착하는 방법이 개발되지 않아, 상기와 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되는 시점이다.
US 2019-0217908 A1 (2019.07.18 공개)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 바인로봇과 같은 성장형 소프트로봇의 고유한 장점을 모두 유지하면서도, 성장형 소프트로봇의 운용 과정에서 소정의 데이터를 획득하기 위한 데이터수집유닛을 함께 운용 가능하도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은, 내부에 수용공간이 형성되되 일측이 개구된 외부몸체와, 상기 외부몸체의 개구된 영역의 둘레를 따라 형성된 고정부를 포함하는 하우징; 상기 고정부에 일단이 연결되는 외주부와, 상기 외주부의 내측에 이격되어 상기 수용공간으로 연장되는 내주부와, 상기 외주부의 타단와 상기 내주부의 일단을 연결하는 절곡부를 포함하여, 상기 외주부, 절곡부 및 내주부에 의해 선단공간이 형성되는 성장유닛; 및 상기 내주부에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되는 케이블과, 상기 케이블의 일측에 구비되어 외부 정보를 획득하는 센싱모듈을 포함하는 데이터 수집유닛;을 포함하고, 상기 내주부의 타단은 다단으로 접혀 절첩영역이 형성되고, 상기 선단공간에 공급되는 공기의 압력에 의해서 성장유닛의 길이가 조절되고, 상기 외주부로 공급되는 유체의 압력에 의해서 성장유닛의 방향이 제어될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 수용공간 내에 배치되어 상기 케이블의 일부를 감싸도록 연장되는 내부몸체를 더 포함하며, 상기 절첩영역은 상기 내부몸체의 둘레를 감싸는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은, 상기 내주부와 접촉하여 회전하는 하나 이상의 구동롤러를 포함하는 롤러유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 롤러유닛은 한 쌍의 구동롤러와 기어부를 포함하고, 한 쌍의 상기 구동롤러가 상기 내부몸체를 기준으로 서로 이격 배치되어 상기 내주부에 각각 접촉되며, 한 쌍의 상기 구동롤러가 기어부를 통해 회전운동을 병행하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 구동롤러는, 원통형의 롤러몸체와, 상기 롤러몸체에서 내측으로 함몰되는 함몰부를 포함하고, 상기 함몰부가 상기 내부몸체에 대향하도록 배치되되 상기 내부몸체의 외면 곡률과 대향하도록 상기 함몰부가 함몰 형성될 수 있다.
또한, 상기 롤러유닛은, 상기 내주부와 접촉하여 회전하되 상기 구동롤러와 양측 방향으로 이격되도록 배치되는 하나 이상의 보조롤러를 더 포함하고, 상기 보조롤러는 롤러몸체를 중심으로 외측으로 돌출된 하나 이상의 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부의 단부가 회전방향 일측으로 편향되도록 휘어질 수 있다.
또한, 상기 보조롤러는, 상기 돌출부의 단부와 상기 롤러몸체의 외주면을 연결하는 한 쌍의 경사면을 가지되, 한 쌍의 경사면의 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 한 쌍의 경사면 중, 하나의 경사면은 회전 방향의 일측으로 돌출되고, 다른 하나의 경사면은 회전 방향의 일측으로 함몰될 수 있다.
또한, 한 쌍의 경사면 중, 상대적으로 길이가 짧게 형성된 경사면이 회전 방향의 일측으로 함몰되어, 상기 성장유닛의 내주부가 접히도록 가압할 수 있다.
또한, 상기 롤러유닛은 한 쌍의 보조롤러와 기어부를 포함하고, 한 쌍의 상기 보조롤러가 상기 내부몸체를 기준으로 서로 이격 배치되어 상기 내주부에 각각 접촉되며, 한 쌍의 상기 구동롤러가 기어부를 통해 회전운동을 병행하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 롤러유닛은, 상기 구동롤러의 양단을 상기 외부몸체의 내면에 각각 고정하는 제1고정부 및 제2고정부를 더 포함하고, 상기 롤러유닛은 상기 제1고정부 및 제2고정부와 회전 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은, 상기 하우징의 타측에 결합되는 챔버; 및 상기 챔버 상에 수용되어 상기 케이블을 가압하도록 형성되는 에어백;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 내부몸체의 일측으로 연장되는 가이드몸체를 더 포함하고, 상기 케이블은 상기 내부몸체와 가이드몸체의 중공 상에 배치되되, 상기 가이드몸체의 외경이 상기 내부몸체의 외경 보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 외부몸체의 타측에 배치되어 상기 내주부의 타단을 고정하는 결합몸체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 결합몸체를 감싸도록 배치되되 상기 외부몸체와 고정되도록 결합되는 커버부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합몸체 및 커버부는 상기 케이블이 관통되는 관통홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합몸체는 일측으로 개구된 중공을 포함하되, 상기 결합몸체의 내경이 상기 내부몸체의 외경과 대응되어, 상기 결합몸체의 중공으로 상기 내부몸체가 삽입될 수 있다.
또한, 상기 고정부는, 일측으로 갈수록 직경이 좁아지는 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 외부몸체의 타단과 결합되는 확장몸체를 더 포함하고, 상기 확장몸체 상에 상기 결합몸체가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은, 상기 내주부의 외부로 제1기체를 주입하는 제1공급공압유닛; 및 상기 내주부의 내부로 제2기체를 주입하는 제2공급공압유닛;을 더 포함하고, 상기 제1기체의 압력 보다 상기 제2기체의 압력이 높게 구성될 수 있다.
또한, 상기 성장유닛은, 상기 외주부가 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 중공부를 포함하되, 복수의 상기 중공부에 각각 유입되는 유체의 압력을 통해 강성이 조절될 수 있다.
또한, 상기 성장유닛은, 상기 내주부의 타단으로 당김힘이 가해지되, 상기 선단공간에 공기가 주입되면 복수의 상기 중공부 중 비교적 낮은 강성을 가지는 중공부를 향하도록 방향이 전환될 수 있다.
아울러 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은, 내부에 수용공간이 형성되되 일측이 개구된 외부몸체를 포함하는 하우징; 상기 하우징에 일단이 연결되는 외주부와, 상기 외주부의 내측에 이격되어 상기 수용공간으로 연장되는 내주부와, 상기 외주부의 타단와 상기 내주부의 일단을 연결하는 절곡부를 포함하여, 상기 외주부, 절곡부 및 내주부에 의해 선단공간이 형성되는 성장유닛; 및 상기 내주부에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되는 케이블과, 상기 케이블의 일측에 구비되어 외부 정보를 획득하는 센싱모듈을 포함하는 데이터 수집유닛;을 포함하고, 상기 성장유닛은, 상기 외주부가 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 중공부를 포함하되, 상기 중공부에서 유동되는 유체를 통해 방향이 전환될 수 있다.
또한, 상기 외주부는, 복수의 단위외주부가 원주방향을 따라 배치되되, 복수의 상기 단위외주부가 각각 중공부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외주부는, 제1중공부를 형성하도록 반경방향으로 이격된 제1내벽 및 제1외벽을 포함하는 제1단위외주부와, 제2중공부를 형성하도록 반경방향으로 이격된 제2내벽 및 제2외벽을 포함하는 제2단위외주부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외주부는, 상기 제1내벽과 제1외벽의 원주방향 단부와, 상기 제2내벽과 제2외벽의 원주방향 단부가 각각 결합될 수 있다.
또한, 상기 외주부는, 상기 제1내벽과 제1외벽의 원주방향 단부와, 상기 제2내벽과 제2외벽의 원주방향 단부가 함께 결합될 수도 있다.
또한, 상기 하우징은, 상기 외부몸체의 일측에 배치되어 상기 성장유닛의 복수의 중공부로 각각 유체를 공급하는 유체가이드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 성장유닛은, 복수의 상기 중공부에 각각 유입되는 유체의 압력을 통해 강성이 조절될 수 있다.
또한, 상기 성장유닛은, 상기 내주부의 타단으로 당김힘이 가해지되, 상기 선단공간에 공기가 주입되면 복수의 상기 중공부 중 비교적 낮은 강성을 가지는 중공부를 향하도록 방향이 전환될 수 있다.
아울러 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇의 성장유닛의 제조방법은, 길이방향의 양단이 연통된 적어도 한 쌍의 가요성부재를 준비하는 단계; 한 쌍의 상기 가요성부재의 반경 방향 중심부에 이격공간이 양단 방향을 따라 연통되도록 한 쌍의 상기 가요성부재의 반경 방향 양측을 서로 결합하는 단계; 결합된 한 쌍의 상기 가요성부재의 일단을 상기 이격공간의 일측으로 인입하는 단계; 및 결합된 한 쌍의 상기 가요성부재의 일단을 상기 이격공간을 통과하여 타단으로 인출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 성장형 소프트로봇은, 성장유닛의 적어도 일부가 하우징 내에 절첩된 상태로 수용됨에 따라, 소정의 데이터를 획득하는 데이터수집유닛의 장착이 용이하며, 외부에서 데이터수집유닛의 위치 제어를 독립적으로 수행할 수 있다는 장점을 가진다. 이에 따라 본 발명은 끝단에 새로운 재료를 공급하면서 자라나면서 이동하기 때문에 외부와의 상호작용이 발생하지 않는 성장유닛의 고유 장점을 비롯한 모든 장점을 그대로 유지할 수 있다.
아울러 본 발명의 성장형 소프트로봇은, 성장유닛에 복수의 중공부가 형성됨에 따라 유동되는 유체를 통해 각각의 강성을 조절하여 데이터수집유닛이 보다 급격하게 관찰방향을 선회할 수 있도록 제어할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 성장형 소프트로봇의 구조를 나타낸 도면;
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 성장형 소프트로봇을 도시한 측단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 부분확대도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 측단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 평단면도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 롤러유닛의 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 동작예시도.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 측단면도.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 사시도.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 측단면도.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 측단면도.
도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 동작예시도.
도 16은 본 발명의 제6실시예에 따른 롤러유닛의 사시도.
도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 보조롤러의 단면도.
도 18은 본 발명의 제7실시예에 따른 성장형 소프트로봇의 성장유닛을 확대한 도면.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제7실시예에 따른 성장유닛의 방향이 전환되는 것을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 제7실시예에 따른 성장유닛의 단면도.
도 22는 본 발명의 제7실시예에 따른 성장유닛의 제조방법을 도시한 도면.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 성장유닛을 포함하는 성장형 소프트로봇을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
<제1실시예>
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 2 및 도 3은 성장형 소프트로봇의 측단면도를, 도 4는 성장형 소프트로봇의 부분확대도를 각각 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 성장형 소프트로봇은 하우징(100)과, 성장유닛(200)과, 데이터수집유닛(300)을 포함할 수 있다. 이때 상기 하우징(100)은 내부에 수용공간(S)이 형성되고 일측이 개구된 외부몸체(110)와, 상기 외부몸체(110)의 개구된 영역의 둘레를 따라 형성된 고정부(120)와, 상기 수용공간(S) 내에서 소정 길이를 가지도록 연장된 내부몸체(130)를 포함할 수 있다.
상기 성장유닛(200)은, 상기 수용공간(S)의 내부와 상기 하우징(100)의 개구된 내면에 위치되는 내주부(210)와, 상기 고정부(120)에 연결되는 외주부(220)와, 상기 내주부(210)와 외주부(220)를 연결하는 절곡부(230)를 포함할 수 있으며, 상기 성장유닛(200)은 상기 내주부(210), 외주부(220) 및 절곡부(230)에 의해서 형성되는 선단공간(240)을 포함할 수 있다. 이때 상기 내주부(210)는 상기 수용공간(S) 내에 수용된 영역 중 일부가 다단으로 접힌 상태로 수용되어 절첩영역(B)을 형성할 수 있으며, 상기 절첩영역(B)은 상기 내부몸체(130)의 외면 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다. 따라서 상기 성장유닛(200)은 상기 선단공간(240)으로 공급되는 공기의 압력에 의해 상기 절첩영역(B)이 순차적으로 펼쳐지며 상기 내주부(210)가 상기 절곡부(230)를 따라 상기 외주부(220) 측으로 전환되고, 길이가 연장될 수 있다. 이하, 상기 성장유닛(200)의 길이가 늘어나는 방향을 전방으로, 길이가 축소되는 방향을 후방으로 각각 정의하여 보다 상세히 설명한다.
상기 데이터수집유닛(300)은 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 길게 연장되는 케이블(310)과, 상기 케이블(310)의 전단에 구비되어 외부정보의 데이터를 획득하는 센싱모듈(320)을 포함할 수 있다. 이때 상기 센싱모듈(320)은 센서 또는 카메라 등의 다양한 형태일 수 있으며, 상기 센싱모듈(320)의 형태는 획득하고자 하는 정보의 종류에 따라 변경될 수 있다. 그리고 상기 케이블(310)은 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되고, 상기 수용공간(S) 내에서는 상기 내부몸체(130)의 내부에 형성된 내부공간(S1)에 삽입되되 상기 외부몸체(110)의 후방으로 연장된 형태를 가진다. 이에 상기 데이터수집유닛(300)의 케이블(310)은 상기 내주부(210)의 절첩영역(B)과 서로 간섭을 일으키지 않기 때문에 개별적으로 위치를 제어할 수도 있다.
상기 하우징(100)은, 상기 외부몸체(110)의 전단면에 상기 고정부(120)가 배치되되, 상기 외부몸체(110)의 후단면에 배치되는 결합몸체(140)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 결합몸체(140)에는 상기 성장유닛(200)의 내주부(210) 단부가 결합될 수 있다. 그리고 상기 결합몸체(140)는 상기 외부몸체(110)와 탈부착이 가능하도록 결합될 수도 있으며, 상기 하우징(100)은 상기 결합몸체(140)가 상기 외부몸체(110)에 결합한 후에 상기 결합몸체(140)의 이탈을 방지하도록 커버부(150)를 더 포함할 수도 있다. 여기서 상기 결합몸체(140)는 전방 단부가 전방 측으로 개구되도록 중공되어 상기 내부몸체(130)가 결합될 수도 있으며, 상기 결합몸체(140)의 전방 측 외면에 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)가 연결될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 수용공간(S)에 기체가 주입되면, 상기 성장유닛(200)은 압력에 의해 전방 측으로 확장될 수 있다. 이때 상기 성장유닛(200)의 절첩영역(B)이 감소하면서 상기 성장유닛(200)의 길이가 길어질 수 있다. 여기서 데이터수집유닛(300)이 성장유닛(200)의 중심에 끼워진 상태에서 상기 성장유닛(200)의 길이가 길어지면, 내주부(210)와 외주부(220)를 포함하는 성장유닛(200)의 특성 상 상기 데이터수집유닛(300)이 전진하는 길이가 두 배 가량 증가하게 되는 현상이 발생될 수 있다. 이때 상기 데이터수집유닛(300)에는 후방 측으로 장력(FT)이 가해져 상기 데이터수집유닛(300)의 성장길이를 제어할 수 있다. 이는 기존 성장형 소프트로봇이 개별 제어가 불가능한 단점에서 탈피하여, 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은 상기 성장유닛(200)과 데이터수집유닛(300)의 개별제어가 가능하여 독립적으로 상기 데이터수집유닛(300)의 위치 제어를 수행할 수 있는 장점으로 이어질 수 있다. 이와 더불어 외부와의 상호작용이 발생하지 않는 성장유닛(200)의 고유의 특성을 비롯한 기존의 장점들은 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 절첩영역(B)을 가지는 성장유닛(200)의 내주부(210)는 상기 내부몸체(130)와 케이블(310)이 배치되는 내측과, 이에 반대되는 외측이 형성될 수 있다. 여기서 상기 성장유닛(200)이 전진하기 위해서는 상술한 바와 같이 상기 내주부(210)의 외측에 기체가 주입될 수 있으며, 접혀진 상태의 상기 내주부(210)가 펼쳐지면서 상기 내부몸체(130)의 외면과 맞닿아 마찰력(F)이 발생될 수도 있다. 이는 상기 내주부(210)의 성장을 저해하는 요소로 작용되어 제어하기가 어려워지는 문제로 이어질 수 있으며, 본 발명에 따른 성장형 소프트로봇은 상기 내주부(210)의 내면과 상기 내부몸체(130)의 외면 사이에 별도의 기체를 주입하거나 후술되는 바와 같이 다른 구성들을 부가하여 마찰력(F)에 의한 성장 저해 문제를 해소할 수도 있다. 아울러 상기 결합몸체(140)와 커버부(150)는 각각 관통홀(140a,150a)이 포함함에 따라 상기 케이블(310)이 통과하여 상기 내부공간(S1)으로 연장될 수 있다. 이때 결합몸체(140)의 중공의 내부 직경은 상기 내부몸체(130)의 외면 직경과 대응되어, 상기 결합몸체(140)의 중공 상에 상기 내부몸체(130)가 고정될 수 있으며, 상기 결합몸체(140)의 관통홀(140a)은 상기 내부몸체(130)의 외경 보다 작게 형성됨에 따라 상기 결합몸체(140)가 후방으로 이탈되는 것을 방지할 수도 있다.
<제2실시예>
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 5는 성장형 소프트로봇의 측단면도를, 도 6은 성장형 소프트로봇의 평단면도를 각각 나타낸다. 이하 후술되는 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 대한 설명 시에 전술한 제1실시예와 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하여 추가 구성들에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇은, 상기 내부몸체(130)의 외측면을 감싸는 성장유닛(200)의 내주부(210)에 접촉된 상태로 회전 가능하게 형성되어, 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)를 전방 측으로 진행시키거나, 다시 원래의 위치로 회수할 수 있도록 보조해주는 롤러유닛(400)을 더 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 롤러유닛(400)은 구동롤러(410), 제1고정부(420), 제2고정부(430)를 포함할 수 있다. 이때 상기 구동롤러(410)는 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)를 전방 측으로 진행시키도록 정회전되거나, 다시 원래의 위치로 회수할 수 있도록 역회전될 수 있다. 그리고 상기 구동롤러(410)는 제1구동롤러(411) 및 제2구동롤러(412)를 포함하여 복수 개가 배치될 수 있으며, 복수의 상기 구동롤러(410)가 상기 내부몸체(130)를 기준으로 서로 이격 배치되거나 상기 성장유닛(200)의 성장방향인 전후 방향을 따라 배치될 수도 있다.
상기 제1고정부(420) 및 제2고정부(430)는 상기 구동롤러(410)의 일단 및 타단의 위치가 각각 고정되도록 배치될 수 있다. 이때 상기 구동롤러(410)는 회전 가능하도록 베어링 등을 통해 상기 제1고정부(420) 및 제2고정부(430)와 연결될 수 있다. 여기서 상기 제1고정부(420) 및 제2고정부(430)는 상기 외부몸체(110)의 내면에 배치될 수 있다.
상기 롤러유닛(400)은 기어부(440) 및 액추에이터(450)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 액추에이터(450)는 모터 등의 동력발생장치로 구성될 수 있으며, 상기 액추에이터(450)가 복수로 이루어져 복수의 상기 구동롤러(410)에 연결되거나, 상기 액추에이터(450)가 복수의 구동롤러(410) 중 하나의 구동롤러(410)에 연결되어 다른 구동롤러(410)로 상기 기어부(440)를 통해 동력이 분산되도록 하거나, 상기 기어부(440)가 상기 액추에이터(450)의 축과 복수의 구동롤러(410)를 연결하여 동력이 분산되도록 하는 등 다양한 형태로 결합될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 7은 롤러유닛의 사시도를, 도 8 및 도 9는 성장형 소프트로봇의 동작예시도를 각각 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상기 제1구동롤러(411) 및 제2구동롤러(412)가 상기 내부몸체(130)를 기준으로 서로 이격되도록 배치되면, 상기 제1구동롤러(411)와 내부몸체(130) 사이와 상기 제2구동롤러(412)와 내부몸체(130) 사이로 내주부(210)가 통과될 수 있다. 이때 성장을 위해 상기 내주부(210)의 절첩영역(B)이 줄어드는 경우에는 상기 구동롤러(410)가 상기 내주부(210)를 전진시키도록 회전시킬 수 있으며, 이에 반대되는 운동인 경우에는 상기 구동롤러(410)가 상기 내주부(210)를 상기 절첩영역(B)으로 후퇴시키도록 회전될 수 있다. 그리고 상기 제1구동롤러(411) 및 제2구동롤러(412)가 각각 동일한 기어잇을 가진 기어부(440)를 통해 결합되면 하나의 구동롤러(410)가 회전 시에 다른 하나의 구동롤러(410)가 동일한 각속도로 회전될 수 있다. 여기서 상기 구동롤러(410)는 소정의 면적을 가진 원통형의 롤러몸체(410a)와 상기 롤러몸체(410a)의 상에 형성되어 보다 작은 면적을 가지도록 함몰된 함몰부(410b)를 포함할 수도 있으며, 상기 함몰부(410b)가 상기 내주부(210)에 접촉되도록 배치될 수도 있다. 상기 구동롤러(410)는 상기 함몰부(410b)가 상기 내부몸체(130)의 외주면 곡률에 대응되는 곡률을 가지도록 형성됨에 따라, 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)와 전체 면적에 걸쳐 접촉되어 구동력 손실을 최소화할 수 있도록 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)의 외측인 기체가 주입되어 외부압력(P)이 가해지면, 상기 성장유닛(200)은 전단 방향으로 전진하도록 구동력(FP)이 발생될 수 있다. 이때 상기 내주부(210)의 내부로 상기 외부압력(P) 보다 높은 또 다른 기체 압력이 가해지면 상기 내주부(210)의 외면이 상기 제1구동롤러(411) 및 제2구동롤러(412)에 밀착될 수 있으며, 상기 제1구동롤러(411) 및 제2구동롤러(412)가 회전하여 추가적인 외력(FO)을 가할 수 있다. 이에 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)가 상기 내부몸체(130)에 밀착되어 발생되는 마찰력(F)이 상쇄됨에 따라, 보다 원활한 제어가 가능한 장점으로 이어질 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 내주부(210)의 선단이 팽창되어 상기 데이터수집유닛(300)의 케이블(310) 선단을 가압할 수 있으며, 상기 절곡부(230)가 상기 데이터수집유닛(300)의 센싱모듈(320)을 전방으로 가압할 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 상기 케이블(310)에는 장력이 가해져 상기 센싱모듈(320)이 상기 절곡부(230) 측에 배치될 수 있도록 유지시킬 수 있다.
<제3실시예>
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 10은 성장형 소프트로봇의 측단면도를 나타낸다. 이하 후술되는 본 발명의 제3실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 대한 설명 시에 전술한 실시예들과 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하여 추가 구성들에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 성장형 소프트로봇은, 상기 하우징(100)이 상기 내부몸체(130)에 연결되어 전방으로 연장되는 가이드몸체(160)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 가이드몸체(160)는 상기 내부몸체(130)의 외경보다 작은 외경을 가질 수 있으며, 상기 데이터수집유닛(300)의 케이블(310)이 배치될 수 있는 중공을 가질 수 있다. 이때 상기 가이드몸체(160)는 외력에 의해 변형이 가능하도록 연질의 재질로 형성될 수도 있으며, 전후방향의 길이는 적용되는 상황에 적합하게 설계 변경될 수 있다. 상기 가이드몸체(160)의 길이가 성장유닛(200)의 최대 성장 길이보다 짧게 형성되는 경우에는 상기 성장유닛(200)의 내주부(210) 사이에 어느 정도의 이격 거리를 유지해 주기 때문에 마찰력이 최소화될 수 있다. 이와 더불어 본 발명은 상기 케이블(310)을 마찰계수가 낮은 재질로 감싸거나 코팅하는 방식을 적용함에 따라, 상기 성장유닛(200)의 내주부(210)와 상기 케이블(310) 사이의 마찰이 감소시키도록 구성될 수도 있다.
<제4실시예>
도 11 및 도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 11은 성장형 소프트로봇의 사시도를, 도 12는 성장형 소프트로봇의 측단면도를 각각 나타낸다. 이하 후술되는 본 발명의 제4실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 대한 설명 시에 전술한 실시예들과 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하여 추가 구성들에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 고정부(120)는 원통형 뿐만 아니라 전방측으로 갈수록 직경이 좁아지는 형상 등의 다양한 형태로 변형될 수도 있다. 이때 상기 고정부(120)에는 상기 성장유닛(200)의 외주부(220) 단부가 고정될 수 있으며, 상기 내주부(210), 외주부(220) 및 절곡부(230)가 형성하는 선단공간(240) 상에 유입되는 기체에 의해 전방으로 확장될 수 있다.
상기 하우징(100)은 절첩영역(B)의 전후방 길이를 확보하기 위해 상기 외부몸체(110)의 후면 측으로 연장되는 확장몸체(170)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 결합몸체(140) 및 커버부(150)는 상기 확장몸체(170) 상에 배치됨에 따라, 상기 결합몸체(140)에 상기 내주부(210)의 단부가 고정될 수 있다.
<제5실시예>
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 13 및 도 14는 측단면도를, 도 15는 성장형 소프트로봇의 동작예시도를 각각 나타낸다. 이하 후술되는 본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 대한 설명 시에 전술한 실시예들과 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하여 추가 구성들에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇은 상기 하우징(100)의 후면에 결합되는 챔버(500)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 챔버(500)는 상기 외부몸체(110)와 연결되는 챔버몸체(510)와 상기 내부몸체(130)와 연결되는 케이스(520)를 포함할 수 있다. 이때 상기 챔버몸체(510)에는 데이터수집유닛(300)의 케이블(310)이 수용될 수 있으며, 상기 케이블(310)이 상기 케이스(520)와 상기 내부몸체(130)를 순차적으로 관통하여 상기 외부몸체(110)의 전단으로 연장될 수 있다.
본 발명의 제5실시예에 따른 성장형 소프트로봇은 상기 케이스(520) 상에 배치되어 상기 케이블(310)에 장력을 가하는 에어백(600)을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 케이스(520)는 복수로 이루어져 상기 에어백(600)이 배치되는 제1케이스(521)와 상기 내주부(210)의 내측으로 또 다른 압력을 가진 기체를 주입하는 공간인 제2케이스(522)를 포함할 수도 있다. 여기서 상기 외부몸체(110)의 수용공간(S)에는 제1공압공급유닛이 연결되어 제1기체를 주입할 수 있고, 상기 제2케이스(522)의 내부에는 제1공압공급유닛이 연결되어 제2기체를 주입할 수 있으며, 상기 에어백(600)에는 제1공압공급유닛이 연결되어 제3기체를 주입할 수 있다. 여기서 상기 제2기체의 압력은 상기 제1기체의 압력보다 크도록 형성될 수도 있으며, 일 예로 상기 제1기체의 압력 대비 제2기체의 압력이 2~3배 가량 크도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1공압공급유닛, 제2공압공급유닛 또는 제3공압공급유닛은 압축기 등 기체를 주입할 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 15의 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 상기 제1케이스(521)와 제2케이스(522) 사이에는 격벽이 형성되되 관통홀(521a)이 관통됨에 따라 상기 케이블(310)이 통과할 수 있도록 배치될 수 있다. 이때 상기 제1케이스(521)에 배치된 상기 에어백(600)은 확장되어 상기 케이블(310)을 가압함에 따라 제1기체로 인해 발생되는 구동력에 반하는 장력을 제공할 수 있다. 이에 상기 케이블(310)의 길이가 과도하게 연장되는 것을 방지할 수 있으며, 케이블(310)의 회수 시에는 에어백(600)이 수축됨에 따라 보다 원활한 제어가 가능할 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 제2케이스(522)의 내부에는 압력조절공간(S3)이 형성될 수 있으며, 상기 압력조절공간(S3)에 제2기체가 유동되어 압력을 조절할 수 있다.
<제6실시예>
도 16 및 도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 16은 롤러유닛의 사시도를, 도 17은 보조롤러의 단면도를 각각 나타낸다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 성장형 소프트로봇은 상기 롤러유닛(400)이 보조롤러(460)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 보조롤러(460) 복수 개로 이루어져 서로 이격 배치될 수 있으며, 위치가 고정되되 기어부(440)가 연결되어 회전될 수 있다. 그리고 상기 기어부(440)는 복수로 이루어져 구동롤러(410) 상에 배치되는 제1기어부(441)와 상기 보조롤러(460) 상에 배치되는 제2기어부(442)를 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 보조롤러(460)는 단면이 원형으로 형성된 롤러몸체(460a)와 상기 롤러몸체(460a)의 외주면 상에서 외측으로 돌출되는 돌출부(460b)를 포함할 수 있다. 이때 상기 돌출부(460b)는 복수로 이루어져 상기 롤러몸체(460a)의 원주 방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 그리고 상기 돌출부(460b)는 나선형으로 회전 방향 일측으로 휘어진 형상일 수도 있다.
상기 돌출부(460b)는 외측에 단부(460c)를 가질 수 있으며, 상기 롤러몸체(460a)와 상기 단부(460c)를 연결하는 한 쌍의 경사면을 포함할 수 있다. 이때 한 쌍의 경사면은 서로 다른 내외측 길이를 가짐에 따라 일측으로 휘어진 형상일 수 있으며, 하나의 경사면은 회전방향 일측으로 함몰되고 다른 하나의 경사면은 회전방향 일측으로 돌출되어 회전 방향에 따라 다른 기능을 갖도록 구성될 수 있다. 도시된 바로는, 상기 보조롤러(460)가 반시계 방향으로 회전 시에는 상술한 성장유닛(200)을 전진시키는 동력을 가할 수 있으며, 상기 보조롤러(460)가 시계 방향으로 회전 시에는 상기 성장유닛(200)을 접도록 외력을 가할 수 있다.
<제7실시예>
도 18 및 도 21은 본 발명의 제7실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 18은 성장형 소프트로봇의 성장유닛을 확대한 도면을, 도 19 및 도 20은 성장유닛의 방향이 전환되는 것을 도시한 도면을, 도 21은 도 18의 성장유닛의 A-A`단면도를 각각 나타낸다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 성장형 소프트로봇은, 하우징(100), 성장유닛(200) 및 데이터수집유닛(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 하우징(100)은 내부에 수용공간(S)이 형성되되 일측으로 개방된 외부몸체(110)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 성장유닛(200)은 내주부(210), 외주부(220) 및 절곡부(230)를 포함할 수 있으며, 상기 내주부(210), 절곡부(230) 및 외주부(220)가 서로 연결된 형태로 구성될 수 있다. 여기서 상기 내주부(210)의 일부는 상기 수용공간(S)에 내장될 수 있으며, 다른 일부는 상기 외부몸체(110)의 일측으로 연장될 수 있다.
상기 성장유닛(200)은 상기 외주부(220)에 유체가 주입될 수 있는 중공부가 형성될 수 있으며, 상기 외주부(220)는 각각 중공부가 형성된 복수의 단위외주부를 포함할 수 있다. 이때 복수의 상기 단위외주부는 제1단위외주부(221) 및 제2단위외주부(222)를 포함할 수 있으며, 상기 제1단위외주부(221) 및 제2단위외주부(222)는 각각 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1단위외주부(221)는 상기 제1중공부(C1)를 중심으로 이격된 제1내벽(221a)과 제1외벽(221b)을 포함하고, 상기 제2단위외주부(222)는 상기 제2중공부(C2)를 중심으로 이격된 제2내벽(222a) 및 제2외벽(222b)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)은 상기 단위외주부의 중공부와 연결된 유체가이드(180)를 더 포함할 수 있으며, 상기 유체가이드(180)가 제1유체가이드(181) 및 제2유체가이드(182)를 포함하여 복수로 구성될 수 있다. 이때 상기 제1유체가이드(181)는 상기 제1단위외주부(221)의 제1중공부(C1)와 연결되어 제1압력(P1)을 가진 유체를 주입하거나 배출할 수 있으며, 상기 제2유체가이드(182)는 상기 제2단위외주부(222)의 제2중공부(C2)와 연결되어 제2압력(P2)을 가진 유체를 주입하거나 배출할 수 있다.
상기 유체가이드(180)는 호스나 관 형태이거나 상기 외부몸체(110)의 일측에 강체 형태로 배치되는 등 상기 중공부로 유체를 주입할 수 있도록 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로 상기 외부몸체(110)의 전방에 상기 유체가이드(180)가 배치되는 경우에는 일부에 홀이 개방되어 상기 단위외주부의 중공부로 개방되고 다른 일부에 에어펌프가 연결된 유로를 포함할 수 있다. 이때 상기 외주부(220)는 상기 유체가이드(180) 또는 상기 외부몸체(110)의 일측으로 돌출된 고정부(120)에 고정될 수 있다.
상기 데이터수집유닛(300)은 케이블(310)과 센싱모듈(320)을 포함할 수 있으며, 상기 케이블(310)이 상기 내주부(210)의 중심에 형성된 공간에 배치되되, 상기 센싱모듈(320)이 상기 절곡부(230)의 중심에 형성된 공간에 배치되거나 일측으로 돌출되어 배치됨에 따라 외부 정보를 획득할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 제1단위외주부(221) 및 제2단위외주부(222)가 상기 센싱모듈(320)을 기준으로 서로 상반된 영역에 배치된 경우, 상기 제1단위외주부(221)의 제1중공부(C1)로 주입되는 유체의 제1압력(P1)과 상기 제2단위외주부(222)의 제2중공부(C2)로 주입되는 유체의 제2압력(P2)을 통해 상기 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2)가 가지는 강성을 각각 조절할 수 있다. 이때 상기 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2)는 서로 다른 강성을 가질 수 있으며, 상기 선단공간(240)으로 공기가 주입되면 선단공간의 공기가 가지는 외부압력(P)이 높아져 상기 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2) 중 낮은 강성이 형성된 방향으로 상기 센싱모듈(320)의 관찰 방향이 제어될 수 있다. 이때 성장유닛(200)의 내주부(210)에는 당김힘(F1)이 가해질 수 있으며, 상기 당김힘(F1)은 상술한 바와 같은 수단을 통해 장력(FT)을 조절하여 제어되거나, 별도의 수단을 통해 상기 내주부(210)의 이동을 제한하는 등 다양한 형태를 통해 구현될 수 있다. 도 19는 상기 제1중공부(C1)가 상기 제2중공부(C2) 보다 내부 압력이 높음에 따라 강성이 높은 상태에서 상기 선단공간(240)으로 공기가 주입되어 제1중공부(C1)가 배치된 방향으로 성장유닛(200)의 선단측과 센싱모듈(320)이 선회하는 것을 도시하고 있으며, 도 20은 상기 제2중공부(C2)가 상기 제1중공부(C1) 보다 내부 압력이 높음에 따라 제1중공부(C1)가 배치된 방향으로 성장유닛(200)의 선단측과 센싱모듈(320)이 선회하는 것을 도시하고 있다.
도 21을 참조하면, 상기 내주부(210)는 제1단위내주부(211) 및 제2단위내주부(212)를 포함한 복수의 단위내주부로 분할될 수 있다. 그리고 상기 제1단위내주부(211)는 상기 제1단위외주부(221)와 연결되고, 상기 제2단위내주부(212)는 상기 제2단위외주부(222)와 연결될 수 있다. 이때 상기 제1단위내주부(211)는 제1-1내주몸체(211a) 및 제1-2내주몸체(211b)를 포함하고, 상기 제2단위내주부(212)는 제2-1내주몸체(212a) 및 제2-2내주몸체(212b)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1-1내주몸체(211a)는 제1-2내주몸체(211b) 보다 상기 케이블(310)과 이격된 외측 방향에 배치될 수 있으며, 상기 제1-1내주몸체(211a)가 상기 제1내벽(221a)과 연결되고 상기 제1-2내주몸체(211b)가 상기 제1외벽(221b)과 연결될 수 있다. 아울러 상기 제2-1내주몸체(212a) 또한 제2-2내주몸체(212b) 보다 상기 케이블(310)과 이격된 외측 방향에 배치될 수 있으며, 상기 제2-1내주몸체(212a)가 상기 제2내벽(222a)과 연결되고 상기 제2-2내주몸체(212b)가 상기 제2외벽(222b)과 연결될 수 있다.
상기 제1단위내주부(211)와 제2단위내주부(212) 사이에는 케이블(310)이 배치될 수 있는 중심부(250)가 형성될 수 있으며, 상기 제1단위내주부(211)와 제1단위외주부(221) 사이 및 상기 제2단위내주부(212)와 제2단위외주부(222) 사이에는 성장유닛(200)의 성장길이를 조절하는 선단공간(240)이 형성될 수 있다. 아울러 상술한 바와 같이 상기 제1단위외주부(221) 및 제2단위외주부(222) 각각에는 성장유닛(200)의 방향전환을 위한 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2)가 형성될 수 있다.
도 22는 본 발명의 제7실시예에 따른 성장형 소프트로봇에 관한 것으로, 도 22는 성장유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면을 나타낸다.
도 22를 참조하면, 본 발명에 따른 성장유닛의 제조방법은 길이방향의 양단이 연통된 적어도 한 쌍의 가요성부재(201,202)를 준비하는 단계, 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)의 반경 방향 중심부에 이격공간이 양단 방향을 따라 연통되도록 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)의 반경 방향 양측을 서로 결합하는 단계, 결합된 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)의 일단을 상기 이격공간의 일측으로 인입하는 단계 및, 결합된 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)의 일단을 상기 이격공간을 통과하여 타단으로 인출하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)는 제1가요성부재(201) 및 제2가요성부재(202)를 포함할 수 있다.
상기 제1가요성부재(201) 및 제2가요성부재(202)는 길이방향의 양단으로 연통된 제1중공부(C1) 및 제2중공부(C2)를 각각 포함할 수 있으며, 상기 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202)의 이격공간은 상술한 선단공간(240)을 포함하여 성장유닛(200)의 길이를 제어할 수 있다. 그리고 타단으로 인출된 한 쌍의 상기 가요성부재(201,202) 사이의 공간은 중심부(250)로 상술한 케이블(310)이 배치될 수도 있다.
본 발명의 제7실시예에 따른 성장형 소프트로봇은 앞서 설명한 제1-6실시예의 구조와 혼용되어 단부가 절첩식으로 접히거나, 기존 바인로봇과 호환되어 권취된 형태로 구성되는 등 다양하게 형태로 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상술한 각각의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 위의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하고, 여러 실시예를 혼용하거나 각 실시예의 일부 구성들을 혼합할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
B : 절첩영역
B1 : 제1절첩영역 B2 : 제2절첩영역
C1 : 제1중공부 C2 : 제2중공부
S : 수용공간 S1 : 내부공간
S2 : 연장공간 S3 : 압력조절공간
100 : 하우징
110 : 외부몸체 120 : 고정부
130 : 내부몸체 140 : 결합몸체
150 : 커버부 160 : 가이드몸체
170 : 확장몸체 180 : 유체가이드
181 : 제1유체가이드 182 : 제2유체가이드
200 : 성장유닛
201 : 제1가요성부재 202 : 제2가요성부재
210 : 내주부
211 : 제1단위내주부
211a : 제1-1내주몸체 211b : 제1-2내주몸체
212 : 제2단위내주부
212a : 제2-1내주몸체 212b : 제2-2내주몸체
220 : 외주부
221 : 제1단위외주부
221a : 제1내벽 221b : 제1외벽
222 : 제2단위외주부
222a : 제2내벽 222b : 제2외벽
230 : 절곡부 240 : 선단공간
250 : 중심부
300 : 데이터수집유닛
310 : 케이블 320 : 센싱모듈
400 : 롤러유닛
410 : 구동롤러
410a : 롤레몸체 410b : 함몰부
411 : 제1구동롤러 412 : 제2구동롤러
420 : 제1고정부 430 : 제2고정부
440 : 기어부 450 : 액추에이터
460 : 보조롤러
461 : 제1보조롤러 462 : 제2보조롤러
500 : 챔버
510 : 챔버몸체 520 : 케이스
521 : 제1케이스 521a : 관통홀
522 : 제2케이스
600 : 에어백

Claims (31)

  1. 내부에 수용공간이 형성되되 일측이 개구된 외부몸체와, 상기 외부몸체의 개구된 영역의 둘레를 따라 형성된 고정부를 포함하는 하우징;
    상기 고정부에 일단이 연결되는 외주부와, 상기 외주부의 내측에 이격되어 상기 수용공간으로 연장되는 내주부와, 상기 외주부의 타단와 상기 내주부의 일단을 연결하는 절곡부를 포함하여, 상기 외주부, 절곡부 및 내주부에 의해 선단공간이 형성되는 성장유닛; 및
    상기 내주부에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되는 케이블과, 상기 케이블의 일측에 구비되어 외부 정보를 획득하는 센싱모듈을 포함하는 데이터 수집유닛;
    을 포함하고,
    상기 내주부의 타단은 다단으로 접혀 절첩영역이 형성되고,
    상기 선단공간에 공급되는 공기의 압력에 의해서 성장유닛의 길이가 조절되며,
    상기 외주부로 공급되는 유체의 압력에 의해서 성장유닛의 방향이 제어되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 수용공간 내에 배치되어 상기 케이블의 일부를 감싸도록 연장되는 내부몸체를 더 포함하며,
    상기 절첩영역은 상기 내부몸체의 둘레를 감싸는 형태인 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내주부와 접촉하여 회전하는 하나 이상의 구동롤러를 포함하는 롤러유닛;
    을 더 포함하는 성장형 소프트로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 롤러유닛은 한 쌍의 구동롤러와 기어부를 포함하고,
    한 쌍의 상기 구동롤러가 상기 내부몸체를 기준으로 서로 이격 배치되어 상기 내주부에 각각 접촉되며,
    한 쌍의 상기 구동롤러가 기어부를 통해 회전운동을 병행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 구동롤러는
    원통형의 롤러몸체와, 상기 롤러몸체에서 내측으로 함몰되는 함몰부를 포함하고,
    상기 함몰부가 상기 내부몸체에 대향하도록 배치되되 상기 내부몸체의 외면 곡률과 대향하도록 상기 함몰부가 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 롤러유닛은,
    상기 내주부와 접촉하여 회전하되 상기 구동롤러와 양측 방향으로 이격되도록 배치되는 하나 이상의 보조롤러를 더 포함하고,
    상기 보조롤러는 롤러몸체를 중심으로 외측으로 돌출된 하나 이상의 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부의 단부가 회전방향 일측으로 편향되도록 휘어진 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조롤러는,
    상기 돌출부의 단부와 상기 롤러몸체의 외주면을 연결하는 한 쌍의 경사면을 가지되,
    한 쌍의 경사면의 길이가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    한 쌍의 경사면 중,
    하나의 경사면은 회전 방향의 일측으로 돌출되고,
    다른 하나의 경사면은 회전 방향의 일측으로 함몰된 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    한 쌍의 경사면 중,
    상대적으로 길이가 짧게 형성된 경사면이 회전 방향의 일측으로 함몰되어, 상기 성장유닛의 내주부가 접히도록 가압하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 롤러유닛은 한 쌍의 보조롤러와 기어부를 포함하고,
    한 쌍의 상기 보조롤러가 상기 내부몸체를 기준으로 서로 이격 배치되어 상기 내주부에 각각 접촉되며,
    한 쌍의 상기 구동롤러가 기어부를 통해 회전운동을 병행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 롤러유닛은,
    상기 구동롤러의 양단을 상기 외부몸체의 내면에 각각 고정하는 제1고정부 및 제2고정부를 더 포함하고,
    상기 롤러유닛은 상기 제1고정부 및 제2고정부와 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 타측에 결합되는 챔버; 및
    상기 챔버 상에 수용되어 상기 케이블을 가압하도록 형성되는 에어백;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 내부몸체의 일측으로 연장되는 가이드몸체를 더 포함하고,
    상기 케이블은 상기 내부몸체와 가이드몸체의 중공 상에 배치되되,
    상기 가이드몸체의 외경이 상기 내부몸체의 외경 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 외부몸체의 타측에 배치되어 상기 내주부의 타단을 고정하는 결합몸체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 결합몸체를 감싸도록 배치되되 상기 외부몸체와 고정되도록 결합되는 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 결합몸체 및 커버부는 상기 케이블이 관통되는 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 결합몸체는 일측으로 개구된 중공을 포함하되,
    상기 결합몸체의 내경이 상기 내부몸체의 외경과 대응되어, 상기 결합몸체의 중공으로 상기 내부몸체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    일측으로 갈수록 직경이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 외부몸체의 타단과 결합되는 확장몸체를 더 포함하고,
    상기 확장몸체 상에 상기 결합몸체가 배치되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 내주부의 외부로 제1기체를 주입하는 제1공급공압유닛; 및
    상기 내주부의 내부로 제2기체를 주입하는 제2공급공압유닛;
    을 더 포함하고,
    상기 제1기체의 압력 보다 상기 제2기체의 압력이 높은 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 성장유닛은,
    상기 외주부가 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 중공부를 포함하되,
    복수의 상기 중공부에 각각 유입되는 유체의 압력을 통해 강성이 조절되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 성장유닛은,
    상기 내주부의 타단으로 당김힘이 가해지되,
    상기 선단공간에 공기가 주입되면 복수의 상기 중공부 중 비교적 낮은 강성을 가지는 중공부를 향하도록 방향이 전환되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  23. 내부에 수용공간이 형성되되 일측이 개구된 외부몸체를 포함하는 하우징;
    상기 하우징에 일단이 연결되는 외주부와, 상기 외주부의 내측에 이격되어 상기 수용공간으로 연장되는 내주부와, 상기 외주부의 타단와 상기 내주부의 일단을 연결하는 절곡부를 포함하여, 상기 외주부, 절곡부 및 내주부에 의해 선단공간이 형성되는 성장유닛; 및
    상기 내주부에 의해 둘러싸인 중심부를 따라 연장되는 케이블과, 상기 케이블의 일측에 구비되어 외부 정보를 획득하는 센싱모듈을 포함하는 데이터 수집유닛;
    을 포함하고,
    상기 성장유닛은,
    상기 외주부가 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 중공부를 포함하되,
    상기 중공부에서 유동되는 유체를 통해 방향이 전환되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 외주부는,
    복수의 단위외주부가 원주방향을 따라 배치되되,
    복수의 상기 단위외주부가 각각 중공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 외주부는,
    제1중공부를 형성하도록 반경방향으로 이격된 제1내벽 및 제1외벽을 포함하는 제1단위외주부와, 제2중공부를 형성하도록 반경방향으로 이격된 제2내벽 및 제2외벽을 포함하는 제2단위외주부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 외주부는,
    상기 제1내벽과 제1외벽의 원주방향 단부와,
    상기 제2내벽과 제2외벽의 원주방향 단부가 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 외주부는,
    상기 제1내벽과 제1외벽의 원주방향 단부와, 상기 제2내벽과 제2외벽의 원주방향 단부가 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 외부몸체의 일측에 배치되어 상기 성장유닛의 복수의 중공부로 각각 유체를 공급하는 유체가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 성장유닛은,
    복수의 상기 중공부에 각각 유입되는 유체의 압력을 통해 강성이 조절되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 성장유닛은,
    상기 내주부의 타단으로 당김힘이 가해지되,
    상기 선단공간에 공기가 주입되면 복수의 상기 중공부 중 비교적 낮은 강성을 가지는 중공부를 향하도록 방향이 전환되는 것을 특징으로 하는 성장형 소프트로봇.
  31. 제24항의 성장유닛의 제조방법에 있어서,
    길이방향의 양단이 연통된 적어도 한 쌍의 가요성부재를 준비하는 단계;
    한 쌍의 상기 가요성부재의 반경 방향 중심부에 이격공간이 양단 방향을 따라 연통되도록 한 쌍의 상기 가요성부재의 반경 방향 양측을 서로 결합하는 단계;
    결합된 한 쌍의 상기 가요성부재의 일단을 상기 이격공간의 일측으로 인입하는 단계; 및
    결합된 한 쌍의 상기 가요성부재의 일단을 상기 이격공간을 통과하여 타단으로 인출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 성장유닛의 제조방법.
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