KR20240079255A

KR20240079255A - 로봇 및 로봇의 제어 방법

Info

Publication number: KR20240079255A
Application number: KR1020220161315A
Authority: KR
Inventors: 최동규; 김성민; 김진주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-06-05
Also published as: WO2024117398A1

Abstract

본 발명은, 사용자의 명령 입력에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있는 로봇 및 로봇의 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예는, 로봇 본체의 좌우측에 각각 배치된 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 로봇 본체의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암을 회전시키는 암 모터를 포함하는 로봇의 제어 방법으로서, 상기 암의 일측 단부가 지면에 가까워지도록 상기 암 모터를 구동하는 단계; 상기 로봇이 후방으로 기울어지도록 상기 휠 모터의 구동을 정지하는 단계; 및 상기 로봇이 지면에 대해 3점 지지되어 대기 자세로 전환되는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

로봇 및 로봇의 제어 방법{Robot and control method of the robot}

본 발명은 로봇 및 로봇의 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 사용자의 명령 입력에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있는 로봇 및 로봇의 제어 방법에 관한 것이다.

최근에는 로봇 기술의 발전에 따라 산업 분야뿐만 아니라 가정에도 로봇의 사용이 증가되고 있다.

가정용 로봇은 청소 등의 가사를 돕거나 가전 기기를 제어하는 등 사람의 집안 내의 일을 대신 수행하는 로봇, 또는 인공 지능(AI)을 이용하여 사용자의 비서 역할을 수행하거나 사용자에게 교육을 제공하는 로봇, 또는 반려 동물을 대신하는 로봇 등이 있다.

로봇은 특정 위치에 고정된 상태로 기능을 수행하는 로봇은 물론, 이동 가능한 이동형 로봇도 존재한다. 특히, 가정에서 사용하는 로봇의 경우에는 사용자를 대신하거나 사용자를 따라 집안을 이동하는 이동형 로봇이 주로 사용된다.

이동형 로봇 중에서도, 2개의 바퀴를 갖는 이륜형 로봇은 적은 지면 면적을 차지하여 보관이 손쉬운 장점이 있고, 로봇의 방향 전환 시 회전 반경이 작아 상대적으로 공간이 협소한 가정에서 사용되기 용이한 장점이 있다.

이러한 장점에도 불구하고, 이륜형 로봇은 아래와 같은 문제점이 발생할 수 있다.

첫째로, 로봇이 균형을 잃고 전방 또는 후방으로 기울어져 지면에 넘어진 경우, 회전하는 휠만을 이용하여 로봇의 무게 중심을 다시 일으켜 세우려면 휠에 순간적으로 강한 토크가 인가되어야 한다는 점이다. 이에 따라 큰 전력 소모의 문제는 물론이고 휠 모터의 파손이 유발될 수도 있다.

둘째로, 로봇이 어떠한 명령도 처리하고 있지 않은 경우라 하여도, 두 개의 휠만으로 로봇이 기본 자세를 유지하기 위해서는, 로봇이 기울어지는 방향에 따라 휠의 회전방향이 계속 변화되어야 한다는 점이다. 이에 따라 휠 모터가 쉼 없이 구동되어야 하므로 로봇이 명령을 대기하는 상태에서 전력 소모가 지속되어 배터리가 빨리 방전되는 문제가 있다.

한편, 2개의 휠을 이용하여 주행하는 로봇과 관련된 선행문헌으로서 미국공개특허공보 제2020-0362972호(이하, '선행문헌 1')를 제시한다.

선행문헌 1에는, 휠이 구비된 한 쌍의 레그를 이용하여 이동하는 이동형 로봇이 개시되어 있다.

상기의 이동형 로봇은 암을 이용하여 물건을 들어 올린 상태에서 한 쌍의 레그에 구비된 휠을 회전시켜 이동할 수 있다.

그러나, 상기의 이동형 로봇의 암은 물건을 들어올리는 기능만을 가지고 있을 뿐 암을 통하여 로봇의 기능을 확장할 수 없는 한계가 있다.

또한, 상기의 이동형 로봇은 주행 중 또는 정지 중 균형을 유지하기 위하여 레그부가 결합되는 본체가 진자 형태로 회전되며, 본체의 회전에 대응하여 평형추(counter-balance)를 회전시켜 균형을 유지시킨다.

따라서, 상기의 이동형 로봇은, 안정적으로 자세를 유지하기 위하여 지속적으로 휠 및 평형추를 회전시키도록 모터를 작동시켜야한다. 즉, 선행문헌 1의 이동형 로봇은, 명령 대기 중인 경우에도 계속하여 전력을 소모하여야 하는 이륜형 로봇의 한계에 대한 해결방안을 제시하지 않는다.

또한, 로봇이 넘어진 경우 다시 일으키는 방법에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.

지면으로부터 일어나는 동작을 수행하도록 구성된 로봇에 대한 선행문헌으로서 일본등록실용신안공보 제3136601호(이하, 제2 선행문헌)을 제시한다.

선행문헌 2에는 몸을 일으킬 수 있는 로봇 형상의 보행 완구가 개시되어 있다.

상기의 보행 완구는 지면에 누워있는 상태에서 두 개의 다리를 지면에 지지하고 두 개의 팔을 회전시켜 몸통을 일으키도록 구성되어 있다.

그러나 상기의 보행 완구는 두 개의 팔이 서로 분리되어 있어 지면을 각각 짚게 되므로 몸통을 짚은 상태로 자세를 유지하지 못하는 한계가 있다.

또한, 상기 보행 완구의 팔은 다른 물건과 결합될 수 있는 구조가 없어 완구 이외의 기능을 추가할 수 없는 한계가 있다.

더욱이, 선행문헌 2의 보행 완구는 다리가 휠 구조가 아니므로, 이륜형 로봇과는 달리 다리를 지면에 딛고 일어서 있는 상태에서 전력이 소모되는 문제가 생기지 않으며, 당연하게도, 명령 대기 중인 경우에도 계속하여 전력을 소모하여야 하는 이륜형 로봇의 한계에 대한 해결방안이 제시되지 않는다.

미국공개특허공보 제2020-0362972호 일본등록실용신안공보 제3136601호

본 발명은 상술한 바와 같은, 이륜형 로봇의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 로봇 본체가 전방 또는 후방으로 기울어져 지면에 대해 넘어진 상태에서 지면을 짚고 일어나 기본 자세로 복귀할 수 있는 로봇 및 로봇의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 넘어진 로봇이 기본 자세로 복귀함에 있어서 휠 모터에 과도한 부하가 인가되는 것을 방지함과 동시에 전력 소모도 절감될 수 있는 로봇 및 로봇의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 명령을 수행할 필요가 없는 상황에서는 대기 자세로 전환될 수 있고, 다시 명령을 수행해야 하는 상황에서 주행을 위한 기본 자세로 전환될 수 있는 로봇 및 로봇의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 로봇 본체의 좌우측에 각각 배치된 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 로봇 본체의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암을 회전시키는 암 모터를 포함하는 로봇의 제어 방법으로서, 상기 암의 일측 단부가 지면에 가까워지도록 상기 암 모터를 구동하는 단계; 상기 로봇이 후방으로 기울어지도록 상기 휠 모터의 구동을 정지하는 단계; 및 상기 로봇이 지면에 대해 3점 지지되어 대기 자세로 전환되는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 로봇은, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되는 레그부의 상부 링크와 하부 링크 사이 관절 구조의 결합 각도를 조절하는 서스펜션 모터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암 모터를 구동하는 단계의 이전에, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리가 감소하도록 상기 서스펜션 모터를 구동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 서스펜션 모터를 구동하는 단계는, 상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 로봇은, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되며 상부 링크와 하부 링크가 링크 결합된 관절 구조로 형성된 레그부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암은, 상기 로봇 본체에 회전 가능하게 결합되며 좌우측 각각에 배치된 한 쌍의 회전 결합부; 및 상기 한 쌍의 회전 결합부를 서로 연결하는 연결부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암 모터를 구동하는 단계는, 상기 연결부가 상기 상부 링크와 하부 링크의 결합 지점보다 전방 하측에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암 모터를 구동하는 단계는, 상기 상부 링크에 형성된 스토퍼에 의해 상기 암의 회전 범위가 제한되는 위치까지 상기 암이 회전되면, 상기 암 모터의 구동을 정지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암 모터를 구동하는 단계는, 상기 암에 형성되어 상기 암과 함께 회전하는 회전 돌기가 상기 스토퍼와 접촉되면 상기 관절 구조의 움직임이 제한될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 암 모터를 구동하는 단계의 이후에, 상기 관절 구조의 움직임이 제한된 상태에서 상기 서스펜션 모터의 구동을 정지할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예는, 로봇 본체의 좌우측에 각각 배치된 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 로봇 본체의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암을 회전시키는 암 모터를 포함하는 로봇의 제어 방법으로서, 상기 로봇이 전방 또는 후방으로 기울어짐에 따라 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암 모터를 구동하여 상기 암을 지면에 접촉시키는 단계; 및 상기 휠 모터와 상기 암 모터를 같은 방향으로 동시에 구동하여 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇은, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되는 레그부의 상부 링크와 하부 링크 사이 관절 구조의 결합 각도를 조절하는 서스펜션 모터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 암을 지면에 접촉시키는 단계 이전에, 상기 서스펜션 모터를 구동하여 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계의 이후에, 상기 서스펜션 모터를 구동하여 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계의 이후에, 상기 암 모터를 구동하여 상기 암을 미리 정해진 기본 자세에 대응하는 위치로 이동시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇은, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되며 상부 링크와 하부 링크가 링크 결합된 관절 구조로 형성된 레그부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 감소시키는 단계는, 상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아질 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 암을 지면에 접촉시키는 단계는, 상기 휠이 지면에 접촉되는 접촉점과 상기 암이 지면에 접촉되는 접촉점의 사이에 상기 로봇 본체의 무게 중심이 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계는, 상기 로봇이 전방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암이 상기 휠의 전방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 동시에 전방으로 회전할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계는, 상기 로봇이 후방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암이 상기 휠의 후방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 동시에 후방으로 회전할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는, 내부에 배터리가 수용된 로봇 본체; 상기 로봇 본체의 하부에 배치되는 두개의 휠; 상기 로봇 본체와 상기 휠의 사이에 연결되는 두개의 레그부; 및 상기 로봇 본체에 회전 가능하게 결합되는 좌우측 각각에 배치된 한 쌍의 회전 결합부와, 상기 한 쌍의 회전 결합부를 서로 연결하는 연결부를 포함하는 일체형 구조의 암;을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 휠이 지면을 주행함에 있어서 상기 연결부가 상기 로봇 본체의 상측 후방에 배치된 기본 자세를 유지하되, 상기 기본 자세와 다른 특정 자세 사이에서 자세 전환이 이루어질 때, 상기 암의 회전으로 상기 연결부의 위치가 변경되는 동작이 수반될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 레그부의 각각은, 상기 로봇 본체에 링크 결합되는 상부 링크; 및 상기 상부 링크와 링크 결합되고, 상기 휠과 결합되는 하부 링크;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 암이 회전되기 이전에, 상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아지는 동작이 선행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 특정 자세가, 상기 로봇 본체가 전방 또는 후방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 넘어짐 자세인 경우에,

상기 암은, 상기 넘어짐 자세의 상태에서 상기 연결부가 지면에 가까워지는 방향으로 이동하도록 회전하며, 상기 연결부가 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 같은 방향으로 회전하는 동작에 의해 상기 로봇 본체가 상승하여 상기 기본 자세가 복원될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 로봇이 전방으로 넘어진 경우, 상기 연결부가 상기 휠의 전방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 모두 전방으로 회전할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 로봇이 후방으로 넘어진 경우, 상기 연결부가 상기 휠의 후방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 모두 후방으로 회전할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 미리 설정된 특정 조건이 충족하는 경우, 상기 암은, 상기 기본 자세의 상태에서 상기 로봇 본체의 후방을 향해 회전하며, 상기 두개의 휠과 상기 연결부에 의해 지면을 3점 지지하는 대기 자세로 전환될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 대기 자세로 전환되기 이전에, 상기 휠을 회전시키는 휠 모터의 구동이 정지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 로봇이 넘어진 상태에서 암이 회전되어 암이 지면을 짚은 상태에서 휠을 회전시켜 로봇을 일으켜 세울 수 있다. 이때, 로봇의 넘어진 방향에 따라 암의 회전 방향이 상이하도록 제어되며, 이에 따라, 어느 방향으로 넘어진 경우에도 로봇을 본래의 기본 자세로 복귀시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 로봇이 넘어진 자세에서 기본 자세로 복귀함에 있어서, 암 모터와 서스펜션 모터와 휠 모터의 단계적 협력이 수행된다. 구체적으로는, 암 모터의 구동 이전에 서스펜션 모터가 먼저 구동되어 레그부를 접어두므로 휠 모터의 회전 토크가 온전히 로봇을 일으키는 데 쓰이도록 하는 효과가 있으며, 휠 모터와 암 모터는 함께 같은 방향으로 회전하여 로봇을 일으킨다. 즉, 휠 모터에 과도한 부하가 인가되는 것이 방지됨과 동시에 전력 소모도 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 명령을 수행할 필요가 없는 상황에서는 암을 회전시켜 암이 레그부를 감싼 형태로 휠 모터의 구동을 정지시킬 수 있다. 이를 통해 본 발명의 실시예에 따른 로봇은 지면에 3점 지지되는 대기 자세로 전환될 수 있다. 이러한 대기 자세에서는, 로봇에 포함된 모터의 회전 구동, 특히, 휠 모터의 회전 구동에 의한 밸런스 제어가 수행될 필요가 없는 바, 로봇의 배터리가 조기 방전되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 다를 각도에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 암을 회전시키는 동력 전달을 설명하기 위한 부분 절개도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 평면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇의 암을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에서 암의 착탈부가 회전한 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 저면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 제어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10a와 도 10b는, 로봇의 자세 변환과 관련된 제어 방법의 제1 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 11a 내지 도 11d는 기본 자세에서 대기 자세로 전환될 때의 로봇의 동작 형태를 순차적으로 나타낸 것이다.
도 12는, 로봇의 자세 변환과 관련된 제어 방법의 제2 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 13a 내지 도 13f는 전방으로 넘어진 경우에 기본 자세로 복귀하기 위한 로봇의 동작 형태를 순차적으로 나타낸 것이다.
도 14a 내지 도 14e는 후방으로 넘어진 경우에 기본 자세로 복귀하기 위한 로봇의 동작 형태를 순차적으로 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 로봇 마스크와 로봇 본체의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 설명하기 위한 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 정면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇을 다를 각도에서 바라본 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 암을 회전시키는 동력 전달을 설명하기 위한 부분 절개도가 도시되어 있으며, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 평면도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇의 암을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에서 암의 착탈부가 회전한 상태를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 저면도가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은 바닥에 놓여 바닥면(B)을 따라 이동하도록 이루어진다. 이에 따라, 이하에서는 로봇(1)이 바닥에 놓인 상태를 기준으로 상하방향을 정하여 설명하도록 한다.

그리고 후술할 매핑 카메라(610)가 배치된 쪽을 로봇(1)의 전방으로 정하여 설명한다. 또한, 전방의 반대 방향을 로봇(1)의 후방으로 정하여 설명한다.

본 발명의 실시예에서 설명되는 각 구성의 '가장 낮은 부분'은, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)이 바닥에 놓여 사용될 때, 각 구성에서 가장 낮게 위치하는 부분일 수 있고, 또는 바닥과 가장 가까운 부분일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 로봇 본체(100), 레그부(200), 휠부(300), 암(400) 및 로봇 마스크(500)를 포함하여 이루어진다. 이때, 로봇 본체(100)에는 레그부(200)가 결합되고, 레그부(200)에는 휠부(300)가 결합된다. 또한, 로봇 본체(100)의 양 측면에는 암(400)이 피봇 가능하게 결합된다. 그리고, 로봇 본체(100)에는 로봇 마스크(500)가 착탈 가능하게 결합된다.

로봇 본체

도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)에서 로봇 본체(100)를 설명하면 다음과 같다.

로봇 본체(100)에는 로봇(1)을 이루는 각 부품들이 결합될 수 있다. 예를 들어 로봇 본체(100)에는 로봇 마스크(500)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 로봇 본체(100)에는 암(400)이 피봇 가능하게 결합된다. 로봇 본체(100)의 양측 단부에는 암(400)이 피봇 가능하게 결합된다. 로봇 본체(100)는 암(400)을 통하여 기능 모듈(900)과 결합하여 추가적인 기능을 수행할 수 있다. 또한, 로봇 본체(100)는 암(400)을 통하여 절전을 위하여 대기하는 자세나, 넘어졌을 때 일어나는 자세를 구현할 수 있다.

로봇(1)을 이루는 일부 부품들은 로봇 본체(100)의 내부에 수용될 수 있다.

본체 하우징(110)은 로봇 본체(100)의 외형을 이룰 수 있다. 본체 하우징(110)의 내부 공간에는 서스펜션 모터(MS)를 포함한 하나 이상의 모터, 하나 이상의 센서 및 배터리(800)를 수용할 수 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 본체 하우징(110)의 내부에는 적어도 하나 이상의 범퍼가 구비될 수 있다.

범퍼는, 본체 하우징(110)에 대하여 상대이동 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 범퍼는, 본체 하우징(110)의 전후 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 본체 하우징(110)에 결합될 수 있다.

범퍼는 본체 하우징(110)의 전면 테두리 일부 또는 전체를 따라 결합될 수 있다. 또한, 범퍼는 본체 하우징(110)의 내부 후측에 배치될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 로봇(1)이 다른 사물 또는 사람과 충돌할 경우, 범퍼는 로봇 본체(100)에 인가되는 충격을 흡수하여 로봇 본체(100) 및 로봇 본체(100)의 내부에 수용된 부품을 보호할 수 있다.

본체 하우징(110)의 내부에는 한 쌍의 레그부(200)가 결합된다. 한 쌍의 레그부(200)는 본체 하우징(110)을 관통하여 외부에 노출될 수 있다.

구체적으로, 본체 하우징(110)의 내부에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 회전 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 본체 하우징(110)의 내부에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 링크 결합되는 링크 프레임(미도시)이 구비될 수 있다.

그리고, 본체 하우징(110)의 내부에는 서스펜션 모터(MS)가 수용될 수 있다. 예를 들어, 링크 프레임(미도시)에는 서스펜션 모터(MS)가 배치될 수 있다. 서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 연결될 수 있다.

본체 하우징(110)에는 한 쌍의 레그 가이드홀(111)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 레그 가이드홀(111)은 본체 하우징(110)의 전후 방향을 따라 나란하게 형성될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 레그부(200)는 레그 가이드홀(111)을 따라 회전 이동할 수 있고, 레그부(200)의 회전 이동 범위를 가이드할 수 있다.

본체 하우징(110)은 상하방향 높이보다 수평방향의 폭(또는 직경)이 더 큰 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어. 본체 하우징(110)은 타원체와 유사한 형태로 형성될 수 있다.

이러한 로봇 본체(100)는, 로봇(1)이 안정된 구조를 이루도록 돕고, 로봇(1)이 이동(주행)함에 있어서 균형을 잡는 데에 유리한 구조를 제공할 수 있다.

로봇 본체(100)는 후술할 휠(310)의 연직 상측에 배치될 수 있다. 로봇 본체(100)의 하중은 레그부(200)를 통하여 휠(310)로 전달될 수 있고, 휠(310)은 레그부(200) 및 로봇 본체(100)를 지지할 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇 본체(100)의 하중을 휠(310)이 안정적으로 받칠 수 있다.

로봇 본체(100)는 디스플레이(120)를 포함할 수 있다. 디스플레이(120)는 본체 하우징(110)과 결합할 수 있다. 디스플레이(120)는 평판 형태로 형성될 수 있다. 디스플레이(120)는 지면을 기준으로 소정 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(120)는 전방 상측을 바라보는 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇(1)이 사용자에게 가까이 다가왔을 때, 사용자가 로봇(1)을 바라보면 디스플레이(120)가 보이도록 할 수 있다.

한편, 디스플레이(120)는 로봇(1)의 작동 상태에 관한 정보를 사용자에게 시각적으로 전달할 수 있다.

디스플레이(120)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 중 어느 하나의 소자로 형성될 수 있다.

디스플레이(120)는 로봇(1)의 작동 시간 정보, 배터리(800) 전력 정보 등의 정보가 표시될 수 있다.

실시예에 따라, 디스플레이(120)는 입력부(125)일 수 있다. 즉, 디스플레이(120)는 사용자로부터 제어명령이 입력될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(120)는 작동 상태를 시각적으로 보여주고, 사용자로부터 제어명령이 입력되는 터치스크린일 수 있다.

디스플레이(120)에는 로봇(1)의 얼굴 표정이 표시될 수 있다. 또는, 디스플레이(120)에는 로봇(1)의 눈동자가 표시될 수 있다. 디스플레이(120)에 표시되는 얼굴의 모양 또는 눈동자의 모양을 통해 로봇(1)의 현재 상태가 감정으로 의인화되어 표현될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 외출했다가 귀가하는 경우 디스플레이(120)에는 웃는 얼굴 표정 또는 웃는 눈 모양이 표시될 수 있다. 이로써, 사용자는 로봇(1)과 교감하는 느낌을 받는 효과가 있다.

본체 하우징(110)에는 충전 단자(130)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 충전 단자(130)는 지면을 향하여 배치될 수 있다. 일 예로, 충전 단자(130)는 지면과 마주보도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 충전 단자(130)는 지면과 소정 각도를 이루어 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇(1)이 로봇 충전대(미도시)와 결합할 경우, 충전 단자(130)는 로봇 충전대(미도시)에 구비된 단자와 접촉될 수 있다.

충전 단자(130)는 로봇 충전대(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 로봇(1)은 충전 단자(130)를 통하여 전원을 공급받을 수 있다. 충전 단자(130)로 공급된 전원은 배터리(800)로 공급될 수 있다. 또한, 로봇(1)은 충전 단자(130)를 통하여 전기 신호를 수신할 수 있다. 충전 단자(130)를 통하여 전달된 전기 신호는 제어부(700)가 수신할 수 있다.

한편, 본체 하우징(110)의 전방 하부에는 매핑 카메라(610)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 매핑 카메라(610)는 본체 하우징(110)의 좌우 방향 중심을 통과하는 중심선 상에 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 매핑 카메라(610)가 로봇(1)의 전방에 배치된 사물 또는 사람을 감지할 수 있다.

또한, 본체 하우징(110)의 전방 하부에는 IR 센서(620)가 배치될 수 있다. 예를 들어, IR 센서(620)는 소정 간격을 두고 한 쌍이 좌우 방향으로 배치될 수 있다. 이와 같은 구성으로, IR 센서(620)는 적외선을 발생시키는 광원의 위치를 감지할 수 있다.

IR 센서(620)는 매핑 카메라(610)와 가깝게 배치될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 IR 센서(620) 사이에는 매핑 카메라(610)가 배치될 수 있다.

레그부

도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)에서 레그부(200)를 설명하면 다음과 같다.

레그부(200)는, 로봇 본체(100)와 결합되고, 로봇 본체(100)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 레그부(200)는 한 쌍 구비되어, 각각 본체 하우징(110)의 내부에 결합된다. 한 쌍의 레그부(200)는 서로 대칭(선대칭)적으로 배치될 수 있다. 이때, 레그부(200)의 적어도 일부는 로봇 본체(100)보다 지면에 가깝게 배치된다. 레그부(200)는 로봇 본체(100)와 휠(310)의 사이를 연결하도록 배치된다.

따라서, 로봇 본체(100)는 한 쌍의 레그부(200)에 의하여 지면을 딛고 서있는 형태로 주행할 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)에 인가되는 중력은 레그부(200)에 의하여 지지될 수 있고, 로봇 본체(100)의 높이가 유지될 수 있다.

레그부(200)는 제1 링크(210), 제2 링크(220) 및 제3 링크(230)를 포함한다. 이때, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 각각 로봇 본체(100)와 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 즉, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 각각 로봇 본체(100)와 제3 링크(230)에 링크 결합된다.

제1 링크(210)는 로봇 본체(100)의 내부 좌우 측에 링크 결합된다.

제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)와 연결된다. 예를 들어, 제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)의 샤프트와 직접 또는 기어를 통하여 연결될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제1 링크(210)는 서스펜션 모터(MS)로부터 구동력을 전달받는다.

제1 링크(210)는 프레임 형태로 형성되고, 길이 방향 일측에는 서스펜션 모터(MS)가 연결되며, 길이 방향 타측에는 제3 링크(230)가 결합된다. 이때, 서스펜션 모터(MS)와 연결되는 제1 링크(210)의 일측은 제3 링크(230)와 결합되는 타측보다 지면으로부터 멀게 배치될 수 있다.

제1 링크(210)의 일측은 본체 하우징(110)의 내부에 구비된 레그 지지부(미도시)에 결합된다. 제1 링크(210)는 상기 레그 지지부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(210)의 일측은 디스크 형태 또는 원판 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 링크(210)의 일측은 레그 지지부를 관통하여 서스펜션 모터(MS)와 연결될 수 있다.

제1 링크(210)의 일측은 서스펜션 모터(MS)와 연결된다. 예를 들어, 제1 링크(210)의 일측은 서스펜션 모터(MS)의 샤프트와 고정 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 서스펜션 모터(MS)가 구동되면, 서스펜션 모터(MS)의 샤프트의 회전과 연동하여 제1 링크(210)의 일측이 회전될 수 있다.

제1 링크(210)의 타측은 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 제1 링크(210)의 타측에는 관통홀이 형성될 수 있다. 상기 관통홀에는 샤프트가 회전 가능하게 관통 결합될 수 있다. 상기 샤프트의 길이 방향 양측 단부는 제3 링크(230)에 결합될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 샤프트는 제1 링크(210) 및/또는 제3 링크(230)가 회전되는 축이 될 수 있다. 따라서, 제1 링크(210)와 제3 링크(230)는 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 레그부(200)에는 중력 보상부를 더 포함할 수 있다. 중력 보상부는 중력에 의하여 로봇 본체(100)가 연직 하방으로 내려오는 것을 보상한다. 즉, 중력 보상부는 로봇 본체(100)를 떠받치도록 힘을 제공한다.

예를 들어, 중력 보상부는 토션 스프링일 수 있다. 중력 보상부는 제1 링크 (210)의 외주면 외측을 감싸도록 권선될 수 있다. 그리고, 중력 보상부의 일측 단부는 제1 링크(210)에 삽입되어 고정 결합되고, 중력 보상부의 타측 단부는 제3 링크(230)에 삽입되어 고정 결합될 수 있다.

중력 보상부는 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 각도가 커지는 방향으로 힘(회전력)을 인가한다. 예를 들어, 중력 보상부는 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 사잇각이 커지는 방향으로 복원력을 인가하도록 미리 중력 보상부의 양측 단부가 오므려져 있다. 따라서, 로봇(1)이 지면에 놓인 상태에서 로봇 본체(100)에 중력이 인가되더라도 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 사잇각을 소정 각도 범위 내로 유지시킬 수 있다.

이와 같은 구성으로, 서스펜션 모터(MS)가 구동되지 않더라도 로봇 본체(100)가 지면 쪽으로 하강되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 중력 보상부에 의하여 서스펜션 모터(MS) 구동에 따른 에너지 손실을 방지하면서, 로봇 본체(100)의 높이를 지면으로부터 소정 거리 이상으로 유지시키는 효과가 있다.

제2 링크(220)는 로봇 본체(100)의 내부 좌우 측에 링크 결합된다. 예를 들어, 제2 링크(220)는 본체 하우징(110)의 내부에 구비된 레그 지지부(미도시)에 링크 결합될 수 있다. 즉, 제2 링크(220)는 제1 링크(210)가 결합된 레그 지지부(미도시)에 함께 결합될 수 있다.

제2 링크(220)는 프레임 형태로 형성되고, 길이 방향 일측은 레그 지지부(미도시)에 결합되며, 길이 방향 타측은 제3 링크(230)가 결합된다.

제2 링크(220)에는 전선이 수용될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크(220)의 내측에는 전선이 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 따라서, 전선을 통하여 배터리(800)의 전원을 휠부(300)로 공급할 수 있다. 이와 함께, 전선이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.

제2 링크(220)의 일측에는 레그 지지부에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 도시되지는 않았으나 제2 링크(220)의 일측은 레그 지지부에 결합되는 샤프트가 관통 결합될 수 있다. 상기 샤프트에는 중공이 형성될 수 있다. 중공에는 전선이 통과할 수 있다. 이와 같은 구성으로, 배터리(800)에서 휠 모터(MW)로 전원을 공급하는 전선이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.

제2 링크(220)의 타측은 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 제2 링크(220)의 타측 단부는 샤프트를 통하여 제3 링크(230)에 회전 가능하게 결합된다. 예를 들어, 제2 링크(220)의 타측은 디스크 형태로 형성될 수 있고, 상기 샤프트가 관통 결합될 수 있다. 그리고, 샤프트의 길이 방향 양측 단부는 제3 링크(230)에 결합될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 샤프트는 제2 링크(220) 및/또는 제3 링크(230)가 회전되는 축이 될 수 있다. 따라서, 제2 링크(220)와 제3 링크(230)는 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제3 링크(230)는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)와 링크 결합되고, 휠부(300)와 결합된다.

제3 링크(230)는 프레임 형태로 형성되고, 길이 방향 일측에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 결합되며, 길이 방향 타측에는 휠부(300)가 결합된다.

제3 링크(230)의 길이 방향 일측은 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)와 링크 결합된다. 예를 들어, 제3 링크(230)의 일측에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 수용 가능하도록 공간이 형성될 수 있다. 즉, 제3 링크(230)의 일측은 나란한 한 쌍의 프레임 형태로 형성될 수 있고, 상기 한 쌍의 프레임 사이의 공간에 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 수용될 수 있다.

여기에서, 한 쌍의 프레임 사이에는 두 개의 샤프트가 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 두 개의 샤프트 각각의 양측 단부는 한 쌍의 프레임과 결합될 수 있다. 그리고 샤프트 각각은 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)를 관통할 수 있다. 이때, 제1 링크(210)는 제2 링크(220)보다 전방 하측에 배치될 수 있다. 즉, 제1 링크(210)를 관통하는 샤프트는 제2 링크(220)를 관통하는 샤프트보다 휠(310)에 가깝게 배치될 수 있다.

따라서, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 각각 제3 링크(230)와 상대 회전 가능하도록 결합될 수 있다.

제3 링크(230)의 길이 방향 타측은 휠부(300)와 결합된다. 제3 링크(230)의 길이 방향 타측은 휠(310)의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 링크(230)의 길이 방향 타측은, 휠(310)의 회전 중심을 덮도록 형성될 수 있고, 내부에는 휠(310)을 회전 가능하게 수용할 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

또한, 제3 링크(230)의 길이 방향 타측 내부에는 휠 모터(MW)가 수용될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 제3 링크(230)의 길이 방향 타측에는 휠(310) 및 휠 모터(MW)가 수용될 수 있고, 휠(310)이 회전 가능하게 결합될 수 있다.

한편, 제3 링크(230)의 길이 방향 타측에는 지면과의 거리를 측정할 수 있는 센서가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 센서는 ToF 센서(Time of Flight sensor)일 수 있다. 이와 같은 구성으로, 제어부(700)는 휠(310)이 지면에 접촉하고 있는 지 여부를 판단할 수 있다.

한편, 레그부(200)에는 스토퍼(240)가 구비될 수 있다. 스토퍼(240)는 본체 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있다. 스토퍼(240)는 암(400)의 회전 결합부(410)에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(240)는 원통 형태로 형성된 회전 결합부(410)의 내주면 내측에 배치될 수 있다.

일 예로, 스토퍼(240)는 레그 지지부(미도시)에 배치될 수 있다. 다른 예로, 스토퍼(240)는 제1 링크(210)에 배치될 수 있다.

스토퍼(240)는 회전 결합부(410)를 향하여 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(240)는 소정 두께를 갖고, 동심원 상에 배치되는 아치(arch) 형태로 돌출 형성될 수 있다. 이때, 스토퍼(240)의 외주면은 로봇(1)의 전방 상측을 향하여 배치되고, 스토퍼(240)의 내주면은 스토퍼의 후방 하측을 향하여 배치될 수 있다.

스토퍼(240)는 후술할 암(400)의 회전 돌기(480)와 접촉 지지될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(410)의 내주면 상에 돌출 형성된 회전 돌기(480)는 암(400)의 회전에 따라 함께 회전되고, 암(400)이 소정 위치까지 회전될 경우 회전 돌기(480)와 접촉될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 스토퍼(240)는 암(400)이 회전할 경우, 암(400)의 회전 각도를 제한할 수 있다.

레그부(200)에 의한 균형을 전체적으로 살펴보면, 로봇 본체(100)의 내부에 구비된 링크 프레임(미도시)에는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 회전 가능하게 결합되고, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 제3 링크(230)와 링크 결합된다. 즉, 로봇(1)은 링크 프레임(미도시), 제1 링크(210), 제2 링크(220) 및 제3 링크(230)로 이루어진 4절 링크를 통하여 로봇 본체(100)를 지지하는 구조를 가진다.

그리고, 레그부(200)는 중력 보상부가 로봇 본체(100)를 들어 올리는 방향으로 복원력을 발생시킨다. 따라서, 서스펜션 모터(MS)가 구동되지 아니한 상태에서도 한 쌍의 레그부(200)가 지면으로부터 소정 높이만큼 로봇 본체(100)를 들어올린 상태를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 장애물을 넘기 위하여 한 쌍의 휠(310) 중 어느 하나를 들어올리거나, 충전 등을 위하여 로봇 본체(100)의 높이를 낮출 때, 서스펜션 모터(MS)를 구동시켜 균형을 유지시킬 수 있다.

서스펜션 모터(MS)가 구동되면, 서스펜션 모터(MS)에 인접한 일측 단부를 축으로 하여 제1 링크(210)가 회전하면서 타측 단부가 상측으로 이동된다. 그리고, 제1 링크(210)의 타측 단부에 연결된 제3 링크(230)는 제1 링크(210)의 회전에 따라 이동된다. 그리고, 제2 링크(220)는 제3 링크(230)에 의하여 밀려 회전 운동된다. 결과적으로, 제3 링크(230)의 일측 단부(제1 링크(210)와의 결합 지점)는 후방으로 이동되고, 제3 링크(230)의 타측 단부는 상측으로 이동될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 휠(310)을 상하 방향으로 이동시키더라도, 휠(310)의 전후 방향 이동 범위를 제한할 수 있다. 따라서, 로봇(1)이 안정적으로 균형을 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 로봇(1)에 의하면, 4절 링크 구조를 이용하여 다양한 높이의 장애물을 넘어갈 수 있는 효과가 있다.

휠부

도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)에서 휠부(300)를 설명하면 다음과 같다.

휠부(300)는 레그부(200)에 회전 가능하게 결합되고, 지면 위를 굴러 로봇 본체(100) 및 레그부(200)를 이동하게 할 수 있다.

휠부(300)는 지면과 접촉하여 지면 위를 구름 이동하는 하는 휠(310)을 포함한다.

휠(310)은 소정 반경을 갖도록 구비되고, 축 방향을 따라 소정 폭을 갖도록 구비된다. 로봇(1)을 정면에서 바라볼 때, 휠(310)의 연직 상측에 로봇 본체(100)의 적어도 일부 및 레그부(200)가 배치될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 휠(310)은 원형으로 형성된 휠 프레임을 포함할 수 있다. 휠 프레임은 휠 모터(MW)의 샤프트를 향하는 일 측이 개구된 원통형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 휠 프레임의 무게가 저감될 수 있다.

다만, 휠 프레임을 원통형으로 형성 시 휠 프레임의 전체 강성이 저하될 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 휠 프레임의 내측 면과 외측 면에는 강성을 보강하는 리브(미도시)가 각각 형성될 수 있다.

휠 프레임의 외주면에는 타이어가 결합된다. 타이어는 휠 프레임의 외주면에 끼워질 수 있는 직경을 갖는 환형으로 형성될 수 있다.

타이어의 외주면에는 타이어의 접지력을 향상시킬 수 있도록 소정 패턴의 홈들이 함몰 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 타이어는 탄성을 가진 고무 재질로 형성될 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠(310)에 구동력을 제공할 수 있다. 휠 모터(MW)는 배터리(800)로부터 전원을 공급받아 회전력을 발생시킬 수 있다.

휠 모터(MW)는 제3 링크(230)의 타측 내부에 수용될 수 있다. 그리고, 휠 모터(MW)의 샤프트는 휠(310)에 결합될 수 있다. 즉, 휠 모터(MW)는 인휠 모터(In-Wheel Motor)일 수 있다.

이와 같은 구성으로, 휠 모터(MW)가 구동되면, 휠(310)이 회전하면서 지면을 따라 구를 수 있으며, 로봇(1)은 지면을 따라 이동할 수 있다.

암

도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)에서 암(400)을 설명하면 다음과 같다.

암(400)은 로봇 본체(100)의 양 측면에 피봇 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 암(400)은 타원체 형태의 로봇 본체(100)의 축 방향(길이 방향) 양측 단부에 결합되어, 로봇 본체(100)의 축 방향 양측 단부를 하나의 회전 축으로 하여 회전하는 회전체를 의미할 수 있다.

구체적으로, 암(400)은 회전 결합부(410), 연결부(420), 착탈부(430) 및 연결 단자(440)를 포함한다.

회전 결합부(410)는 로봇 본체(100)의 양 측면에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전 결합부(410)는 한 쌍이 구비되어 로봇 본체(100)의 좌우 방향 양 측에 상대 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 한 쌍의 회전 결합부(410)는 서로 연동하여 회전될 수 있다. 즉, 한 쌍의 회전 결합부(410)는 서로 동시에 회전되고, 회전의 각도 크기도 동일할 수 있다. 다만, 로봇 본체(100)를 기준으로 보았을 때 한 쌍의 회전 결합부(410)의 회전 방향은 서로 반대일 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)를 기준으로 보았을 때, 일측의 회전 결합부(410)가 시계 방향으로 회전하면, 타측의 회전 결합부(410)는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

회전 결합부(410)는 로봇 본체(100)의 좌우 방향 양측 단부를 덮을 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(410)는 소정 두께를 갖는 원통 형태로 형성될 수 있다. 이때, 로봇 본체(100)의 좌우 방향 양측 단부는 회전 결합부(410)의 회전 중심과 서로 마주보게 배치될 수 있다.

즉, 회전 결합부(410)가 로봇 본체(100)에 결합된 상태를 설명하면, 로봇 본체(100)가 사람 얼굴이라고 가정할 때, 회전 결합부(410)는 한 쌍의 귀마개 또는 헤드폰의 이어피스와 유사한 형태일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 로봇(1)은 암 모터(MA)가 본체 하우징(110) 내부에 배치될 수 있다. 이와는 달리, 실시예에 따라 암 모터(MA)가 회전 결합부 내부에 배치되는 것도 가능하다.

암 모터(MA)는 암(400)과 연결되어 암(400)에 구동력을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 암 모터(MA)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단은 회전 결합부(410)와 연결된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 암 모터(MA)의 샤프트는 감속기(460)와 연결되고, 감속기(460)는 피동 기어(470)와 연결될 수 있다.

감속기(460)는 적어도 하나 이상의 기어로 이루어지고, 암 모터(MA)에서 인가되는 회전력을 피동 기어(470)로 전달하되, 기어비를 통하여 피동 기어(470)의 회전 속도를 감속시킬 수 있다. 이를 통하여 암(400)의 정밀한 회전을 제어할 수 있고, 암(400)이 상대적으로 큰 힘을 제공할 수 있도록 할 수 있다.

피동 기어(470)는 회전 결합부(410)와 결합되어 일체로 회전될 수 있다. 피동 기어(470)는 감속기(460)의 출력단과 치합되어 암 모터(MA)의 회전 동력을 전달받을 수 있다.

이러한 구성으로, 암 모터(MA)가 작동되면, 회전 결합부(410)가 회전될 수 있다.

암 모터(MA)는 2개 구비되어 한 쌍의 회전 결합부(410)에 각각 연결될 수 있다. 다른 예로, 암 모터(MA)는 1개 구비되어 회전 결합부(410) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 암 모터(MA)가 작동되면, 한 쌍의 회전 결합부(410)가 연동하여 함께 회전되고, 회전 결합부(410)의 회전에 따라 연결부(420)가 함께 회전된다. 즉, 본 발명에 의하면, 암(400)은 회전 결합부(410)의 암 샤프트를 회전 축으로 하여 회전 결합부(410) 및 연결부(420)가 일체로 회전될 수 있다.

한편, 회전 결합부(410)의 외측에는 스피커(450)가 배치될 수 있다. 즉, 한 쌍의 회전 결합부(410)에서 로봇 본체(100)가 배치된 방향의 반대 방향 각각에는 스피커(450)가 배치될 수 있다. 따라서, 스피커(450)는 본체 하우징(110)의 좌우 방향 양측을 덮는 위치에 각각 배치될 수 있다.

스피커(450)는 로봇(1)의 정보를 소리로 송출할 수 있다. 스피커(450)가 송출하는 소리의 소스는 로봇(1)에 기 저장된 소리 데이터일 수 있다. 예를 들어, 기 저장된 소리 데이터는 로봇(1)의 음성 데이터일 수 있다. 예를 들어, 기 저장된 소리 데이터는 로봇(1)의 상태를 안내하는 알림음일 수 있다. 한편, 스피커(450)가 송출하는 소리의 소스는 통신부(710)를 통하여 수신된 소리 데이터일 수 있다.

한편, 종래의 로봇의 경우, 사람의 팔과 유사하게 본체의 양 측에 한 쌍의 암이 구비되어 물건을 옮기거나 특정 작업을 수행할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 한 쌍의 암이 구비된 경우, 각각의 암이 별도로 움직일 수 있고, 그에 따라 로봇의 양 측에 인가되는 하중이 달라질 수 있다. 따라서, 로봇이 한쪽으로 기울어져 넘어지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 로봇이 넘어진 상태에서는, 암이 지면을 짚고 일어서는 동작을 시도해 볼 수 있으나 양 측의 암이 별도로 회전하여 지면을 짚으므로, 로봇이 일어서는 과정에서 균형이 무너져 다시 넘어질 수 있는 한계가 있다.

한편, 하나의 암을 통하여 물건의 운반 또는 특정한 작업을 수행하는 로봇의 경우에는, 운반하는 물건의 하중 또는 작업 수행시 발생할 수 있는 충격이 하나의 암에만 집중되어 암의 파손이 발생될 수 있는 한계가 있다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은 하나의 암(400)이 로봇 본체(100)의 양 측에 회전 가능하게 결합된 형태로 구성된다.

연결부(420)는 한 쌍의 회전 결합부(410)를 서로 연결할 수 있다. 연결부(420)는 로봇 본체(100)의 좌우 방향 양 측을 덮는 한 쌍의 회전 결합부(410)를 연결시켜 함께 회전되도록 할 수 있다.

연결부(420)는 한 쌍의 회전 결합부(410)를 서로 연결시키고, 로봇 본체(100)를 중심으로 회전 가능한 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 연결부(420)는 길이 방향 양측 단부가 절곡 연장 형성된 프레임 형태로 형성될 수 있다. 이때, 절곡 연장 형성된 연결부(420)의 양측 단부는 서로 나란하게 배치되어 한 쌍의 회전 결합부(410)와 연결될 수 있다. 일 예로, 연결부(420)는 '∩'자 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 연결부(420)는 아치 형태로 형성되는 것도 가능하다.

암(400)이 로봇 본체(100)에 결합된 상태를 설명하면, 로봇 본체(100)가 사람 얼굴이라고 가정할 때, 연결부(420)는 헤드폰의 헤어 밴드와 유사한 형태일 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)가 사람의 얼굴이라고 가정할 때, 암(400)은 헤드폰과 유사한 형태로 보일 수 있다.

연결부(420)는 한 쌍의 회전 결합부(410)와 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)의 좌우측 각각에 배치된 한 쌍의 회전 결합부(410)와 연결부(420)는 일체형 구조의 암(400)을 구성할 수 있다.

이와 같은 구성으로, 한 쌍의 회전 결합부(410)는 연결부(420)와 일체로 연결되어, 회전 결합부(410)를 회전 중심으로 하여 암(400) 전체가 함께 회전될 수 있다.

한편, 암(400)의 회전 반경은, 제1 링크(210)의 최대 길이보다 길고, 레그부(200)의 최대 길이보다 짧을 수 있다. 구체적으로, 회전 결합부(410)의 회전 중심에서부터 연결부(420)의 외측 단부까지의 최단 거리는 제1 링크(210)의 최대 길이보다 길고, 레그부(200)의 최대 길이보다 짧을 수 있다.

이러한 구성으로, 암(400)이 회전되면 암(400)의 적어도 일부는 제1 링크(210)보다 지면에 가깝게 배치되는 것이 가능하다.

한편, 암(400)은 회전 결합부(410)의 내주면에는 돌출 형성된 회전 돌기(480)를 더 포함한다.

회전 돌기(480)는 회전 결합부(410)의 내주면에서 돌출 형성되되, 회전 결합부(410)의 내주면에서부터 회전 결합부(410)의 회전 중심 방향으로 갈수록 원주 방향 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다(도 4 참조).

회전 돌기(480)는 회전 결합부(410) 및 연결부(420)와 함께 회전될 수 있다. 즉, 회전 돌기(480)는 회전 결합부(410) 및 연결부(420)가 회전될 경우, 회전 결합부(410) 및 연결부(420)와 동일한 회전 각도만큼 회전된다.

회전 돌기(480)는 암(400)의 회전에 따라 스토퍼(240)와 접촉되어 지지될 수 있다. 예를 들어, 연결부(420)가 로봇 본체(100)의 후방을 지나 제1 링크(210)보다 지면에 가깝게 회전될 경우, 회전 돌기(480)는 스토퍼(240)와 접촉될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 암(400)이 소정 위치까지 회전될 경우, 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)가 접촉 지지되면서, 암(400)의 회전을 제한할 수 있다.

또한, 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)가 서로 지지하는 상태를 유지하면서, 암(400)과 레그부(200)의 자세를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 6 및 도 7에는 본 발명에 따른 로봇에서 암의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 암(1400)을 설명하면 다음과 같다.

반복된 설명을 피하기 위하여, 본 실시예에서 특별히 설명한 내용을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 암(400)과 구조 및 효과가 동일하므로, 이를 원용할 수 있다.

본 실시예의 암(1400)은 단자 회전부(1460) 및 단자 회전부(1460)에 회전력을 제공하는 전환 모터(MC)를 더 포함한다.

단자 회전부(1460)는 연결부(1420)에 회전 가능하게 결합된다. 일 예로, 단자 회전부(1460)는 소정 두께를 갖는 판 형태로 형성되고, 일 면에 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)가 배치될 수 있다.

단자 회전부(1460)는 연결부(1420)와 함께 암(1400)의 외관을 형성할 수 있다. 단자 회전부(1460)의 길이 방향 양측 단부에는 연결부(1420)와 결합되는 회전축이 구비될 수 있다.

전환 모터(MC)는 단자 회전부(1460)와 연결되어 단자 회전부(1460)에 회전력을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 전환 모터(MC)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단은 단자 회전부(1460)와 연결된다.

이와 같은 구성으로, 전환 모터(MC)가 작동되면, 단자 회전부(1460)가 회전된다.

단자 회전부(1460)가 회전되면, 외부에 노출되는 면이 변환될 수 있다. 구체적으로, 단자 회전부(1460)는 외부에 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)가 배치된 일면이 외부에 노출될 수 있다. 그리고, 단자 회전부(1460)가 회전되면, 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)가 연결부(1420)의 내부 공간으로 숨겨질 수 있다.

이와 같은 구성으로, 암(1400)과 기능 모듈(900)의 결합이 불필요할 경우에는, 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)를 연결부(1420)의 내부로 숨길 수 있다.

특히, 로봇(1)이 넘어지는 경우 등에는 암(1400)을 회전시켜 연결부(1420)가 지면을 짚도록 할 필요가 있고, 이때, 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)가 지면에 접촉되면서 오염 또는 파손되는 경우가 발생될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 암(1400)에 따르면, 단자 회전부(1460)의 회전을 통하여 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 착탈부(1430) 및 연결 단자(1440)의 오염 또는 파손을 방지할 수 있다.

로봇 마스크

도 15에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇에서 로봇 마스크와 로봇 본체의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)은 로봇 마스크(500)를 더 포함할 수 있다.

로봇 마스크(500)는 로봇 본체(100)와 착탈 가능하게 결합되고, 디스플레이(120)를 덮을 수 있다. 로봇 마스크(500)는 로봇 본체(100)와 결합되어 로봇(1)의 외관을 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 마스크(500)는, 로봇 본체(100)와 결합될 경우, 디스플레이(120)에서 표시하는 이미지를 외부로 노출시키는 윈도우(550)를 포함할 수 있다.

윈도우(550)는 마스크 본체(510)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 윈도우(550)는 마스크 본체(510)를 관통하여 배치되고, 로봇 마스크(500)가 로봇 본체(100)에 결합된 경우 디스플레이(120)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다.

윈도우(550)는 빛이 투과 가능한 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 윈도우(550)는 투명한 소재로 형성될 수 있다.

한편, 로봇 마스크(500)가 로봇 본체(100)에 결합되면, 디스플레이(120)에는 얼굴과 표정이 표시될 수 있다.

로봇(1)은 디스플레이(120)에 눈, 코, 입 등 얼굴의 모양을 표시하여 사용자로 하여금 로봇이 감정을 표현한다고 느끼게 할 수 있다.

이러한 방식으로 로봇(1)은 사용자에게 감정을 표시하고 사용자와 교감하는 애완 로봇 서비스를 제공할 수 있고, 사용자에게 정서적 안정을 제공하는 효과가 있다.

로봇(1)은, 전술한 바와 같이 디스플레이(120)에 얼굴 표정을 나타내어 시각적으로 감정을 표시함과 더불어, 스피커(450)의 음성 출력을 통하여 감정을 표시할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이(120)에 표시되는 표정에 대응하여 웃는 소리, 놀란 소리 등을 출력할 수 있다.

또한, 로봇(1)은 전술한 바와 같이 디스플레이(120)에 얼굴 표정을 나타내어 시각적으로 감정을 표시함과 더불어, 암(400)의 회전을 통하여 감정을 표시할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이(120)에 웃는 표정을 표시함과 함께, 암(400)을 흔들어 감정을 표시할 수 있다.

제어 구성

도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 제어 구성을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 로봇(1)은 센서부(600), 제어부(700), 통신부(710), 메모리(720), 배터리(800), 모터부 및 인터페이스부를 포함할 수 있다.

도 9의 블록도에 도시된 구성요소들은 로봇(1)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 로봇(1)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

먼저, 제어부(700)는, 로봇(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(700)는 후술할 메모리(720)에 저장된 설정 정보에 따라 로봇(1)이 다양한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.

제어부(700)는, 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(700)는 본체 하우징(110)의 내부에 배치된 PCB 상에 장착, 구비될 수 있다.

제어부(700)는, 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(700)는, 후술할 센서부(600)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성으로부터 로봇(1)의 외부 환경에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 외부 환경에 대한 정보는 예를 들어, 로봇(1)이 주행하는 실내의 온도, 습도, 먼지량 등의 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 낭떠러지 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 실내 맵 정보일 수 있다. 물론, 외부 환경에 대한 정보는 상술한 예시에 한정되지 않는다.

제어부(700)는, 후술할 센서부(600)의 각 구성 중 적어도 하나의 구성으로부터 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보를 수신할 수 있다. 이때, 현재 상태는 예를 들어, 로봇 본체(100)의 기울기 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 휠(310)과 지면 사이의 이격 상태에 대한 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 휠 모터(MW)의 위치 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 서스펜션 모터(MS)의 위치 정보일 수 있다. 물론, 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보는 상술한 예시에 한정되지 않는다.

제어부(700)는, 후술할 모터부의 각 구성 중 적어도 하나의 구성에 구동 제어 명령을 전달할 수 있다. 제어부(700)는 로봇(1)의 주행, 자세 유지, 자세 전환 중 어느 하나의 동작을 구현하기 위해 휠 모터(MW), 서스펜션 모터(MS) 및 암 모터(MA) 중 하나 이상의 회전을 제어할 수 있다.

제어부(700)는, 후술할 인터페이스부의 각 구성 중 적어도 하나의 구성을 통해 사용자의 명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 명령은 로봇(1)을 온/오프(on/off)하기 위한 명령일 수 있다. 또는 예를 들어, 상기 명령은 로봇(1)의 각종 기능을 수동으로 제어하기 위한 명령일 수 있다.

제어부(700)는, 후술할 인터페이스부의 각 구성 중 적어도 하나의 구성을 통해 로봇(1)과 관련된 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력되는 정보는 시각적 정보일 수 있다. 또는 예를 들어, 상기 출력되는 정보는 청각적 정보일 수 있다.

모터부는, 적어도 하나의 모터를 포함하며, 각 모터와 연결되는 구성에 구동력을 제공할 수 있다.

모터부는, 좌우측 휠(310)에 구동력을 제공하는 휠 모터(MW)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 모터부는 좌우 방향 일측에 배치된 휠(310)에 구동력을 전달하는 제1 휠 모터(MW1)와 좌우 방향 타측에 배치된 휠(310)에 구동력을 전달하는 제2 휠 모터(MW2)를 포함할 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠부(300)에 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 휠 모터(MW)는 제3 링크(230)의 내부에 수용될 수 있다.

휠 모터(MW)는 휠(310)과 연결된다. 보다 구체적으로, 제1 휠 모터(MW1)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌우 방향 일측에 배치된 휠(310)과 연결된다. 제2 휠 모터(MW2)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌우 방향 타측에 배치된 휠(310)과 연결된다. 좌우측 각각의 휠 모터(MW)는 제어부(700)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 휠 모터(MW)의 회전에 따른 휠(310)의 회전으로 로봇(1)이 지면을 따라 주행하게 된다.

모터부는, 좌우측 레그부(200)에 구동력을 제공하는 서스펜션 모터(MS)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 모터부는 좌우 방향 일측에 배치된 레그부(200)에 구동력을 전달하는 제1 서스펜션 모터(MS1)와 좌우 방향 타측에 배치된 레그부(200)에 구동력을 전달하는 제2 서스펜션 모터(MS2)를 포함할 수 있다.

서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 서스펜션 모터(MS)는 본체 하우징(110)의 내부에 각각 수용될 수 있다.

서스펜션 모터(MS)는 제1 링크(210)와 연결된다. 보다 구체적으로, 제1 서스펜션 모터(MS1)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌우 방향 일측에 배치된 제1 링크(210)와 연결된다. 제2 서스펜션 모터(MS2)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단이 좌우 방향 타측에 배치된 제1 링크(210)와 연결된다. 좌우측 각각의 서스펜션 모터(MS)는 제어부(700)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 서스펜션 모터(MS)의 회전에 따라 제1 링크(210)가 회전하고 제1 링크(210)와 연결된 제3 링크(230)가 회전하면서 결과적으로 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 사이의 각도가 변경될 수 있다.

이를 통해, 로봇(1)은, 휠(310)을 들어올리거나 내리는 동작이 가능하게 되며, 장애물을 등반하거나 굴곡이 있는 지면을 주행할 때 수평 자세를 유지할 수 있다. 또는, 로봇 본체(100)가 하강 또는 상승 이동하는 동작이 가능하게 된다.

모터부는, 암(400)에 회전력을 제공하는 암 모터(MA)를 포함할 수 있다.

암 모터(MA)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 암 모터(MA)는 본체 하우징(110)의 내부에 적어도 하나 수용될 수 있다.

암 모터(MA)는 제어부(700)의 제어 명령에 따라 구동되어 회전하며, 암 모터(MA)의 회전에 따라 회전 결합부(410)가 회전하고 회전 결합부(410)와 일체로 이루어진 연결부(420)가 회전하면서 결과적으로 로봇 본체(100)에 대하여 암(400)을 피봇 이동시킬 수 있다.

이를 통해, 로봇(1)은, 암(400)을 회전시키는 동작이 가능하게 되며, 암(400)을 회전시켜 기능 모듈(900)과 결합하게 할 수 있다. 또는, 암(400)의 회전을 통하여 암(400)이 지면을 짚을 수 있도록 할 수 있다.

센서부(600)는, 적어도 하나의 센서를 포함하며, 각 센서는 로봇(1)의 외부 환경에 대한 정보 및/또는 로봇(1)의 현재 상태에 대한 정보를 측정하거나 감지할 수 있다.

센서부(600)는, 매핑 카메라(610)를 포함할 수 있다.

매핑 카메라(610)는 로봇(1)이 주행하는 실내를 매핑(mapping)하기 위해 구비된다.

이를 위해, 매핑 카메라(610)는 로봇 본체(100)의 전방에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 매핑 카메라(610)는 본체 하우징(110)의 잔방에 배치될 수 있다.

매핑 카메라(610)는 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)의 수행을 위해 주행 중 실내를 촬영할 수 있다. 제어부(700)는 매핑 카메라(610)가 촬영한 주변 환경에 대한 정보와 로봇(1)의 현재 위치에 대한 정보를 토대로 SLAM을 구현할 수 있다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 로봇(1)이 SLAM을 구현하는 방식은 매핑 카메라(610)만으로 구현되는 방식일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 로봇(1)은 추가로 구비되는 센서를 더 활용하여 SLAM을 구현할 수도 있다. 추가 센서는 예를 들어 LDS(Laser Distance Sensor)일 수 있다.

센서부(600)는, 적외선 감지를 위한 IR 센서(620)를 포함할 수 있다.

IR 센서(620)는 적외선(Infrared) 광을 감지하는 IR 카메라일 수 있다.

IR 센서(620)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, IR 센서(620)는 본체 하우징(110)의 전방에 배치될 수 있다. IR 센서(620)는 매핑 카메라(610)와 좌우로 배치될 수 있다.

IR 센서(620)는 특정 모듈에 구비된 IR LED가 방출하는 적외선 광을 감지하여 상기 모듈에 접근할 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈은 로봇(1)의 충전을 위한 충전대일 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈은 암(400)에 탈착 가능하게 마련되는 기능 모듈(900)일 수 있다.

제어부(700)는, 로봇(1)의 충전 상태가 기 설정된 수준 이하인 경우에 IR 센서(620)가 IR LED의 감지를 시작하도록 제어할 수 있다. 제어부(700)는, 사용자로부터 특정 모듈을 찾아가라는 명령이 수신되는 경우에 IR 센서(620)가 IR LED의 감지를 시작하도록 제어할 수 있다.

센서부(600)는, 휠 모터 센서(630)를 포함할 수 있다.

휠 모터 센서(630)는 휠 모터(MW)의 위치를 측정할 수 있다. 예를 들어, 휠 모터 센서(630)는 엔코더(Encoder)일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 엔코더는 모터의 위치를 검출할 수 있고 모터의 회전 속도 또한 검출할 수 있다.

휠 모터 센서(630)는 좌우측 휠 모터(MW)에 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 휠 모터 센서(630)는 휠 모터(MW)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단에 연결되어 휠 모터(MW)와 함께 제3 링크(230)의 내부에 수용될 수 있다.

센서부(600)는 암 모터 센서(640)를 포함할 수 있다.

암 모터 센서(640)는 암 모터(MA)의 위치를 측정할 수 있다. 예를 들어, 암 모터 센서(640)는 엔코더(Encoder)일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 엔코더는 모터의 위치를 검출할 수 있고 모터의 회전 속도 또한 검출할 수 있다.

암 모터 센서(640)는 암 모터(MA)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 암 모터 센서(640)는 암 모터(MA)의 샤프트 또는 기어의 최종 출력단에 연결되어 암 모터(MA)와 함께 본체 하우징(110) 또는 회전 결합부(410)의 내부에 수용될 수 있다.

센서부(600)는, IMU 센서(650)를 포함할 수 있다.

IMU 센서(650)는 로봇 본체(100)의 기울임 각도를 측정할 수 있다.

IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(650)는 잘 알려진 바와 같이, 3축 가속도 센서와 3축 자이로 센서와 지자기 센서를 함께 내장한 센서로서 관성측정센서로도 지칭된다.

3축 가속도 센서는 정지한 상태에서 물체의 중력 가속도를 감지하는 센서이다. 물체가 기울어진 각도에 따라 중력 가속도가 달라지므로 중력 가속도를 측정하면 기울기 각도가 얻어진다. 다만, 정지 상태가 아닌 움직이는 가속 상태에서는 올바른 값을 얻을 수 없는 단점이 있다.

3축 자이로 센서는 각속도를 측정하는 센서이다. 각속도를 전체 시간에 대해 적분하면 기울기 각도가 얻어진다. 다만, 자이로 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈 등 이유로 지속적인 에러가 생기는데 이러한 에러로 인해 적분값에 대한 오차가 시간의 흐름에 따라 누적, 발생하게 된다.

결과적으로, 정지된 대기 상태로 긴 시간이 흐르는 경우 로봇(1)은 가속도 센서에 의해서는 기울기가 정확히 측정될 수 있으나 자이로 센서에 의해서는 오차가 생긴다. 주행하는 경우 로봇(1)은 자이로 센서에 의해서는 정확한 기울기 값이 측정될 수 있으나 가속도 센서로는 올바른 값을 얻을 수 없다.

IMU 센서를 사용하면 상술한 가속도 센서, 자이로 센서의 단점을 보완할 수 있다.

본 명세서는 이하, IMU 센서가 구비되는 실시예를 설명한다.

IMU 센서는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, IMU 센서는 제어부(700)에 인접하여 배치될 수 있다. IMU 센서는 로봇 본체(100) 내부의 PCB 상에 장착, 구비될 수 있다. 기울임 각도와 방향의 측정 정확도 향상을 위해 IMU 센서는 로봇 본체(100)의 중앙 영역에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.

IMU 센서는 로봇 본체(100)의 3측 가속도, 3축 각속도 및 3축 지자기 데이터 중 적어도 하나를 측정하여 제어부(700)로 전달할 수 있다.

제어부(700)는, IMU 센서로부터 수신한 가속도, 각속도 및 지자기 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 로봇 본체(100)가 기울어진 방향 및 기울어진 각도를 산출할 수 있다. 제어부(700)는 이를 기초로 후술할 로봇 본체(100)의 수평 자세 유지 제어를 수행할 수 있다.

센서부(600)는, 낭떠러지를 감지하기 위한 클리프 센서(660)를 포함할 수 있다.

클리프 센서(660)는 로봇(1)이 주행하는 전방 지면과의 거리를 감지하도록 이루어질 수 있다. 클리프 센서(660)는, 클리프 센서(660)가 형성된 지점과 지면과의 상대적인 거리를 감지할 수 있는 범위 내에서 다양하게 이루어질 수 있다.

예를 들어, 클리프 센서(660)는 빛을 조사하는 발광부 및 반사된 빛이 입사되는 수광부를 포함하여 이루어질 수 있다. 클리프 센서(660)는 적외선 센서로 이루어질 수 있다.

클리프 센서(660)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 클리프 센서(660)는 로봇 본체(100)의 내측에 배치될 수 있다. 클리프 센서(660)는 로봇(1)의 전방 바닥면을 향하여 빛을 조사할 수 있다. 클리프 센서(660)는 로봇(1)의 진행 방향 전방에 낭떠러지가 존재하는지 미리 감지할 수 있게 한다.

클리프 센서(660)의 발광부는 전방 바닥면을 향해 비스듬하게 빛을 조사할 수 있다. 클리프 센서(660)의 수광부는 상기 바닥면에서 반사되어 입사되는 빛을 수신할 수 있다. 빛의 조사 시점과 수신 시점과의 차이를 기초로 전방 지면과 클리프 센서(660) 간의 거리가 측정될 수 있다.

클리프 센서(660)에 의해 측정된 상기 거리가 기 설정된 소정의 값을 초과하는 경우, 또는 소정의 범위를 초과하는 경우는, 전방 지면이 갑자기 낮아지는 경우일 수 있다. 이러한 원리로 낭떠러지가 감지될 수 있다.

제어부(700)는, 전방에 낭떠러지가 감지되는 경우 로봇(1)이 감지된 낭떠러지를 회피하여 주행하도록 휠 모터(MW)를 제어할 수 있다. 이때, 휠 모터(MW)의 제어는 정지 제어일 수 있다. 또는, 휠 모터(MW)의 제어는 회전 방향의 전환 제어일 수 있다.

센서부(600)는, 접촉 감지 센서(670)를 포함할 수 있다.

접촉 감지 센서(670)는 휠(310)이 지면에 접촉했는지 여부를 감지할 수 있다.

접촉 감지 센서(670)는 로봇(1)의 휠(310)과 지면 사이의 이격 거리를 측정하는 TOF 센서를 포함할 수 있다. TOF 센서는 TOF(Time OF Flight) 기술이 적용된 3차원 카메라일 수 있다. TOF 기술이란, 잘 알려진 바와 같이, 대상체를 향해 조사한 빛이 반사되어 돌아오는 왕복 비행 시간을 기초로 대상체와의 거리를 측정하는 기술이다.

TOF 센서는 휠부(300)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 접촉 감지 센서(670)는 좌우측 제3 링크(230)에 각각 배치될 수 있다. TOF 센서가 측정한 지면과의 거리를 통해 휠(310)이 지면에 접촉한 상태인지가 판단될 수 있다. TOF 센서가 측정한 거리가 기 설정된 거리 미만인 경우(또는 기 설정된 거리 범위의 하한값 미만)라면 휠(310)이 지면에 접촉한 상태이다. TOF 센서가 측정한 거리가 기 설정된 거리 이상(또는 기 설정된 거리 범위의 상한값 이상)인 경우라면 휠(310)이 지면으로부터 이격된 상태이다.

접촉 감지 센서(670)는 로봇(1)의 일부 구성에 대해 가해지는 힘의 크기를 측정하는 로드셀(Load Cell)을 포함할 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 로드셀은 힘이 가해지면 표면에 구비된 스트레인게이지(Strain Gauge)의 저항값이 변하게 된다. 이때, 상기 저항값의 변화를 통해 로드셀에 가해진 힘의 크기를 측정할 수 있다.

로드셀은 레그부(200)에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 로드셀은 좌우측 제3 링크(230)에 각각 배치될 수 있다. 휠(310)이 바닥에 접촉된 상태에서 제3 링크(230)는 지면으로부터 수직항력이 가해져 변형된다. 로드셀의 측정값은 제3 링크(230)의 변형에 따라 초기값과는 상이한 값으로 나타난다. 이를 통해, 휠(310)이 지면과 접촉한 상태인지 여부가 판단될 수 있다.

센서부(600)는, 환경 센서(680)를 포함할 수 있다.

환경 센서(680)는 로봇(1)의 외부 즉, 로봇(1)이 주행하는 집안의 다양한 환경 상태를 측정하도록 이루어질 수 있다. 환경 센서(680)는 온도 센서, 습도 센서 및 먼지 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

환경 센서(680)는 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 환경 센서(680)는 로봇 본체(100)의 후방에 배치될 수 있다. 가능한 실시예로서, 환경 센서(680)에 의해 측정된 정보는 디스플레이(120)에 시각적으로 표시될 수 있다.

센서부(600)는 측면 센서(690)를 포함할 수 있다.

측면 센서(690)는 벽면 등을 포함하여 장애물과의 거리를 측정할 수 있다.

측면 센서(690)는 로봇(1)이 주행하는 측면의 벽면과의 거리를 감지하도록 이루어질 수 있다. 측면 센서(690)는 측면 센서(690)가 배치된 지점과 장애물의 상대적인 거리를 감지할 수 있는 범위 내에서 다양하게 이루어질 수 있다.

예를 들어, 측면 센서(690)는 빛을 조사하는 발광부 및 반사된 빛이 입사되는 수광부를 포함하여 이루어질 수 있다. 측면 센서(690)는 적외선 센서로 이루어질 수 있다.

측면 센서(690)는 로봇(1)의 양 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 측면 센서(690)는 레그부(200)의 제3 링크(230) 외측 면에 배치될 수 있다.

인터페이스부는, 사용자와 로봇(1) 간의 상호작용을 위한 적어도 하나의 구성을 포함하며, 각 구성은 사용자로부터 명령을 입력 및/또는 사용자에게 정보를 출력하도록 구비될 수 있다.

인터페이스부는, 마이크(140)를 포함할 수 있다.

마이크(140)는 사용자의 음성을 인식하는 구성으로서, 복수 개 구비될 수 있다. 마이크(140)는 본체 하우징(110)에 복수 개 배치될 수 있다. 예를 들어, 마이크(140)는 본체 하우징(110)의 상측에 4개 배치될 수 있다.

마이크(140)가 수신하는 음성 신호는 사용자의 위치 추적에 사용될 수 있다. 이때, 공지의 음원 추적 알고리즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 음원 추적 알고리즘은 복수의 마이크(140)가 음성 신호를 수신하는 시간차를 이용한 3점 측정 방식(삼각 측량 방식)일 수 있다. 각 마이크(140)의 위치와 음파의 속도를 이용하면 음성 소스의 위치가 산출되는 원리이다.

한편, 마이크(140)와 상술한 매핑 카메라(610)가 서로 협력하면, 사용자가 멀리 떨어진 곳에서 로봇(1)을 부르는 경우에도 로봇(1)이 사용자의 위치를 찾아오도록 구현될 수 있다.

인터페이스부는, 스피커(450)를 포함할 수 있다.

스피커(450)는 암(400)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스피커(450)는 암(400)의 회전 결합부(410)에 배치될 수 있다. 스피커(450)는 본체 하우징(110)의 좌우 방향 양측을 덮는 위치에 각각 배치될 수 있다.

인터페이스부는, 디스플레이(120)와 입력부(125)를 포함할 수 있다.

디스플레이(120)는, 하나 이상의 모듈에 배치되는 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(120)는 로봇 본체(100)의 전방 상측에 배치될 수 있다.

디스플레이(120)에는 로봇(1)의 작동 시간 정보, 배터리(800) 전력 정보 등의 정보가 표시될 수 있다.

입력부(125)는, 사용자로부터 로봇(1)을 제어하기 위한 제어 명령을 입력 받도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 명령은 로봇(1)의 다양한 설정을 변경하는 명령일 수 있다. 예를 들어, 상기 설정은 음성 크기, 디스플레이 밝기, 절전 모드 설정 등일 수 있다.

입력부(125)는 디스플레이(120) 상에 배치될 수 있다.

입력부(125)는 사용자가 로봇(1)의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 이를 위해, 입력부(125)는, 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전) 등으로 구성될 수 있다. 특히, 터치 패드가 제1 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치스크린(touch screen)이라 부를 수 있다.

통신부(710)는, 로봇(1) 내부 각 구성 간의 신호 전달을 위해 구비될 수 있다. 통신부(710)는 예를 들어, CAN(Controller Area Network) 통신을 지원할 수 있다. 상기 신호는 예를 들어, 제어부(700)로부터 다른 구성으로 전달되는 제어 명령일 수 있다.

통신부(710)는, 로봇(1) 외부에 존재하는 타 기기와의 무선 통신을 지원할 수 있다. 무선 통신의 지원을 위한 무선 통신 모듈로서 근거리 통신 모듈 또는 원거리 통신 모듈이 구비될 수 있다.

근거리 통신은 예를 들어, Bluetooth 통신, NFC(Near Field Communication) 통신 등이 될 수 있다.

원거리 통신은 예를 들어, 무선랜(Wireless LAN: WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTEA(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS), BLE(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee), RF(Radio Frequency), LoRa(Long Range) 등이 될 수 있다.

메모리(720)는, 로봇(1)의 구동 및 동작을 위한 다양한 데이터들이 저장되는 구성이다.

메모리(720)에는 로봇(1)이 자율 주행하기 위한 응용 프로그램 및 관련된 다양한 데이터가 저장될 수 있다. 메모리(720)에는 또한 센서부(600)에서 센싱되는 각각의 데이터들이 저장될 수 있으며, 사용자가 선택 또는 입력한 다양한 설정들에 대한 설정 정보 등이 저장될 수 있다.

메모리(720)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(720)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.

메모리(720)는 제어부(700)에 포함될 수도 있고 별도의 구성으로 구비될 수도 있다.

배터리(800)는, 로봇(1)을 이루는 다른 구성들에 전원을 공급하도록 이루어진다.

배터리(800)는, 로봇 본체(100)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리(800)는 본체 하우징(110)의 내부에 수용될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 배터리(800)는 서스펜션 모터(MS)보다 후방에 배치될 수 있다.

배터리(800)는, 외부의 전원에 의하여 충전될 수 있으며, 이를 위하여 로봇 본체(100)의 일측에는 배터리(800)의 충전을 위한 충전 단자(130)가 구비될 수 있다. 본 발명 실시예와 같이 충전 단자(130)는 로봇 본체(100)의 하부에 배치될 수 있다. 이로써, 로봇(1)은 충전대에 다가가 하강함으로써 충전 단자(130)를 상부에서부터 충전대의 대응 단자에 안착시키는 방식으로 쉽게 충전대와 결합될 수 있다.

로봇의 기본 주행 자세

로봇(1)은 도 1에 도시된 것과 같은 미리 설정된 기본 자세로 지면을 주행할 수 있다. 기본 자세는, 특정 이벤트가 발생하지 않은 상태에서의 로봇(1)의 자세를 의미할 수 있다. 상기 특정 이벤트란, 로봇(1)이 주행하는 외부 환경의 변화 또는 사용자의 제어 명령 또는 로봇(1)에 미리 설정된 조건의 만족/불만족 여부에 의해 발생될 수 있다.

기본 자세에서, 암(400)의 연결부(420)는 로봇 본체(100)의 상측에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 기본 자세에서 연결부(420)는 로봇 본체(100)보다 지면에서 멀게 배치될 수 있다. 이러한 구성으로 사용자는 연결부(420)를 파지하여 손쉽게 로봇(1)을 들어올릴 수 있다. 이는, 사용자가 로봇(1)을 용이하게 운반하는 데 도움을 줄 수 있고 로봇(1)을 다른 공간으로 빠르게 이동시킬 수 있다. 다시 말해, 암(400)은 사용자에게 핸들로써 제공될 수 있다.

기본 자세에서, 암(400)의 연결부(420)는 로봇 본체(100)의 후방에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 기본 자세에서 연결부(420)는 로봇 마스크(500)보다 후방에 배치될 수 있다. 이로써, 사용자가 로봇(1)을 바라볼 때, 로봇 마스크(500)가 암(400)에 의해 가려져 디스플레이의 가시성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

기본 자세에서, 로봇(1)은 전방 또는 후방으로 넘어지지 않도록 밸런스 제어가 수행될 수 있다. 이때, 밸런스 제어란 로봇(1)의 기울어짐 정도에 따라 휠 모터(MW)를 회전 구동하여 휠(310)을 전방 또는 후방으로 회전시키는 제어를 의미한다.

만일, 로봇(1)이 미리 설정된 기본 자세의 기울기보다 전방으로 더 기울어진 상태인 경우 휠(310)을 후방으로 회전시켜 로봇(1)이 기본 자세로 되돌아 가도록 휠 모터(MW)가 구동될 수 있다.

만일, 로봇(1)이 미리 설정된 기본 자세의 기울기보다 후방으로 더 기울어진 상태인 경우 휠(310)을 전방으로 회전시켜 로봇(1)이 기본 자세로 되돌아 가도록 휠 모터(MW)가 구동될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 로봇(1)의 기울임 정도는 IMU 센서(650)에 의해 측정될 수 있다.

로봇(1)은 상술한 기본 자세를 유지한 상태로 휠(310)의 회전 구동을 이용하여 지면을 주행하다가 상기 기본 자세와는 다른 특정 자세로 자세 전환을 수행할 수 있다.

상기 자세 전환은, 미리 설정된 특정 이벤트가 발생된 경우 또는 미리 설정된 특정 조건이 만족된 경우에 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 로봇(1)의 자세 전환이란 기본 자세에서 특정 자세로의 전환 또는 특정 자세에서 기본 자세로의 전환(이하, 기본 자세로의 복귀라고 지칭될 수도 있다)을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 이러한 자세 전환이 이루어질 때, 암(400)의 회전 구동이 필수적으로 이루어질 수 있다. 이때, 암(400)의 회전 구동에 의해 연결부(420)의 위치가 변경되는 동작이 수반될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 로봇(1)의 레그부(200)는 상부 링크와 하부 링크를 포함할 수 있다.

상부 링크는 로봇 본체(100) 측에 배치된 링크 구조인 제1 링크(210)와 제2 링크(220)를 포함하는 개념으로 정의될 수 있다. 하부 링크는 휠(310) 측에 배치된 링크 구조인 제3 링크(230)를 포함하는 개념으로 정의될 수 있다.

상부 링크와 하부 링크는 서로 링크 결합되어 관절 구조를 형성할 수 있다. 상기 관절 구조의 움직임을 통해 로봇 본체(100)는 주행 도중에 상승 또는 하강 이동될 수 있다.

보다 구체적으로, 상부 링크와 하부 링크는 로봇(1)의 기본 자세에서 일정한 결합 각도가 유지될 수 있다. 여기서, 상부 링크와 하부 링크의 결합 각도는 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 간의 결합 각도를 의미할 수 있다. 상기 결합 각도는 제1 링크(210)와 제3 링크(230)의 연결 지점을 기준으로 제1 링크(210)와 제3 링크(230)가 형성하는 예각을 의미할 수 있다.

상기 결합 각도의 조절 즉, 상술한 관절 구조의 움직임은 서스펜션 모터(MS)의 구동을 제어하는 것에 의해 구현될 수 있다. 서스펜션 모터(MS)가 회전 구동하여 상기 결합 각도가 작아질수록 로봇 본체(100)가 지면을 향해 하강할 수 있다. 서스펜션 모터(MS)가 회전하여 상기 결합 각도가 커질수록 로봇 본체(100)가 지면과 반대방향으로 상승할 수 있다.

한편, 앞에서도 설명하였으나, 로봇(1)의 기본 자세에서는, 상기 결합 각도가 중력 보상부의 복원력에 의해 형성되는 크기로 유지될 수 있다. 중력 보상부의 복원력이 작용하므로 기본 자세를 유지하기 위한 서스펜션 모터(MS)의 회전 구동은 불필요하다.

기본 자세에서 대기 자세로의 전환

도 10a와 도 10b는, 로봇의 자세 변환과 관련된 제어 방법의 제1 실시예를 나타낸 순서도이다.

보다 구체적으로, 도 10a와 도 10b는 로봇이 기본 자세와 대기 자세 사이에서 자세를 전환하는 경우의 제어 방법 실시예를 나타낸 것으로서, 도 10a는 기본 자세에서 대기 자세로 전환되는 제어 방법의 흐름도, 도 10b는 대기 자세에서 다시 기본 자세로 복귀되는 제어 방법의 흐름도를 나타낸다.

본 실시예에서, 제어 방법이란, 로봇(1)에 포함된 각종 모터의 회전 구동을 제어부(700)가 제어하는 방법을 의미할 수 있다.

앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)은, 로봇 본체(100)의 좌우측에 각각 배치된 휠(310)을 회전시키는 휠 모터(MW)와, 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이에 연결되는 레그부(200)의 상부 링크와 하부 링크 사이 관절 구조의 결합 각도를 조절하는 서스펜션 모터(MS)와, 로봇 본체(100)의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암(400)을 회전시키는 암 모터(MA)를 포함할 수 있다.

먼저, 도 10a를 참조하여 로봇(1)이 기본 자세로 주행하다가 대기 자세로 자세가 전환되는 경우의 제어 방법에 대해 설명한다. 도 11a 내지 도 11d는 기본 자세에서 대기 자세로 전환될 때의 로봇(1)의 동작 형태를 순차적으로 나타낸다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 대기 자세 이벤트 발생 단계(S1100)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 로봇(1)이 기본 자세로 주행하고 있거나 정지하고 있는 상태에서 대기 자세 이벤트가 발생할 수 있다.

여기서, 대기 자세 이벤트란 기본 자세에서 대기 자세로의 전환을 트리거(trigger)하는 이벤트를 의미하며, 예를 들어, 사용자에 의해 대기 자세로 진입하라는 명령이 입력된 경우가 이에 해당할 수 있다. 또는 예를 들어, 사용자로부터의 특정한 명령이 입력되지 않고 미리 설정된 시간이 경과한 경우가 이에 해당할 수 있다. 즉, 대기 자세 이벤트는 휠 모터(MW)의 구동에 의한 로봇(1)의 자세 밸런스 제어를 수행할 필요가 없는 상태인 경우에 발생될 수 있으며 상술한 예시에 한정되지 않는 다양한 상황에서 발생될 수 있다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 서스펜션 모터(MS)를 구동하는 단계(S1200)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 10a와 함께 도 11a와 도 11b를 더 참조하면, 도 11a에 도시된 기본 자세의 형태에서 서스펜션 모터(MS)가 구동되어 도 11b와 같이 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리가 감소할 수 있다.

본 단계(S1200)에서, 레그부(200)의 상부 링크와 하부 링크 사이의 결합 각도는 기본 자세 대비 작아질 수 있다. 구체적으로, 본 단계(S1200)에서, 제1 링크(210)와 제3 링크(230)의 결합 각도 및 제2 링크(220)와 제3 링크(230)의 결합 각도는 모두 작아질 수 있다.

이와 같은 동작을 통하여 로봇(1)의 전체적인 무게 중심이 낮아질 수 있다. 이로써, 대기 자세로 전환된 이후에 로봇(1)이 더 안정적으로 자세를 유지할 수 있다. 무게 중심이 상측에 있을 때보다 하측에 있을 때 중심을 잃고 쓰러질 가능성이 더 높기 때문이다.

다음 단계인 암 모터(MA)의 구동 단계(S1300)가 수행되기 이전에 본 단계(S1200)가 수행됨으로써, 다음단계에서 암(400)의 회전시 연결부(420)가 레그부(200)의 휠(310) 측 단부까지 완전히 감쌀 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 서스펜션 모터(MS)를 구동하는 단계(S1200)와 암 모터(MA)를 구동하는 단계(S1300)가 순차적으로 수행되는 경우를 대표적으로 설명하고 있으나, 다른 실시예에서 두 단계는 동시에 수행될 수도 있다. 즉, 로봇 본체(100)가 하강하는 것과 동시에 암(400)이 회전하여 로봇 본체(100)가 최대로 하강된 상태가 되는 것과 동시에 암(400)이 레그부(200)를 감싸게 될 수도 있다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 암 모터(MA)를 구동하는 단계(S1300)를 더 포함할 수 있다.

본 단계(S1300)에서, 암 모터(MA)는, 암(400)이 지면에 가까워지는 방향으로 회전 구동할 수 있다.

본 단계(S1300)에서 암 모터(MA)는 후방으로 회전할 수 있다. 암 모터(MA)의 후방 회전에 의해, 로봇 본체(100)의 후방 상측에 위치하던 암(400)은, 로봇 본체(100)의 후방을 가로질러 하측까지 회전할 수 있다.(도 11c 참조)

이때, 암 모터(MA)와 암(400)의 회전 방향을 제1 방향으로 정의할 수 있다. 제1 방향은 로봇(1)을 우측에서 바라본 상태를 기준으로 시계 방향일 수 있다.

암(400)의 연결부(420)는 제1 링크(210)의 하측 단부와 제2 링크(220)의 하측 단부보다 지면에 가깝도록 회전될 수 있다. 연결부(420)는 제3 링크(230)의 상측 단부보다 지면에 가깝게 배치될 수 있다.

다른 관점에서 설명하자면, 연결부(420)는 상부 링크와 하부 링크의 링크 결합 지점보다 전방 하측에 배치될 수 있다.

또 다른 관점에서 설명하자면, 제1 링크(210)와 제3 링크(230) 및, 제2 링크(220)와 제3 링크(230)가 서로 결합되는 관절 부위보다 연결부(420)의 외측 단부가 더 지면에 가깝게 배치될 수 있다.

본 단계까지 수행되면, 마치 로봇(1)이 쪼그려 앉아있는(scooch down) 모습과 유사하게 보일 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서, 암(400)의 회전 결합부(410)는, 좌측 회전 결합부가 좌측 레그부보다 더 좌측에 배치되고 우측 회전 결합부가 우측 레그부보다 더 우측에 배치되며, 좌우측 레그부는 연결부(420)에 의해 연결되는 구조로 구성되어 있다.(도 2 참조)

즉, 암(400)이 후방으로 회전하는 동작에 의해 연결부(420)가 상,하부 링크의 링크 결합 지점보다 전방 하측에 배치되면, 암(400)이 좌우측 레그부(200)를 외측에서 감싸는 형태가 형성될 수 있다.

이처럼, 좌우측 일체형 암(400)이 레그부(200)를 외측에서 감싸는 형태가 형성되는 바, 상,하부 링크의 결합 각도가 커지는 방향으로 힘(중력 보상부의 복원력)이 작용하여도, 레그부(200)의 이동은 제한된다.

따라서, 로봇(1)이 쪼그려 앉아있는 형태에서 서스펜션 모터(MS)의 구동이 정지되 수 있고 전력 사용이 절감될 수 있다.

본 단계에서 암 모터(MA)의 회전 구동은, 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)가 맞닿아 암(400)의 회전 범위가 제한되는 위치까지 수행될 수 있다. 즉, 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)가 맞닿는 지점까지 암(400)이 회전되면 암 모터(MA)의 구동이 정지될 수 있다. 다시 말해, 암(400)의 회전 돌기(480)와 스토퍼(240)의 접촉으로 암(400)의 추가 회전이 제한될 수 있다.

회전 돌기(480)가 스토퍼(240)와 접촉되면 레그부(200)의 관절 구조 움직임이 제한될 수 있다. 보다 구체적으로, 스토퍼(240)는 회전 돌기(480)의 적어도 일부를 감싸는 형태 즉, 회전 돌기(480)의 외형에 대응하는 형태로 이루어질 수 있고, 이에 따라 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)의 접촉시 회전 돌기(480)의 외형 일부를 스토퍼(240)가 감싸면서 서로 맞물릴 수 있다.

이러한 실시예에서, 암(400)이 반대방향으로 회전하지 않는 한 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)의 맞물림 구조에 의해 레그부(200)의 관절은 움직임이 제한(잠금)된다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 서스펜션 모터(MS)의 구동을 정지하는 단계(S1400)를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 본 단계(S1400)는, 암 모터(MA)를 구동하는 단계(S1300) 이후에 수행될 수 있다.

본 단계(S1400)에서는, 레그부(200)의 관절 구조의 움직임이 제한된 상태에서 서스펜션 모터(MS)의 구동이 정지된다. 레그부(200)의 움직임이 이전 단계에서 스토퍼(240)와 회전 돌기(480)의 맞물림에 의해 제한되었으므로 서스펜션 모터(MS)의 구동을 정지하여도 레그부(200)의 결합 각도가 커지지 않는다. 즉, 서스펜션 모터(MS)는 더 이상 구동될 필요가 없으므로 본 단계(S1400)에 이르러 구동 제어가 정지되며, 불필요한 전력 소모는 절감될 수 있다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 휠 모터(MW)의 구동을 정지하는 단계(S1500)를 더 포함할 수 있다.

본 단계에서, 휠 모터(MW)의 구동이 정지되면 로봇(1)이 후방으로 기울어질 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보자면, 이전 단계까지의 동작에 의해 로봇(1)의 전체적인 무게 중심은 휠(310)의 회전 중심 대비 후방에 배치된다.

따라서, 이 상태에서 휠(310)의 회전이 정지되면 즉, 휠(310)의 회전 동작에 의해 수행되던 밸런스 제어가 정지되면, 로봇(1)은 후방으로 기울어지게 된다. 다른 관점에서 설명하자면, 로봇(1)이 뒤로 눕는 동작 형태가 형성될 수 있다.

기본 자세에서 대기 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 대기 자세로 전환되는 단계(S1600)를 더 포함할 수 있다.

본 단계에서는 로봇(1)이 지면에 대해 3점 지지될 수 있다.(도 11d 참조)

이전 단계에서 휠 모터(MW)의 구동이 정지됨에 따라, 로봇(1)은 후방으로 기울어지다가 암(400)의 연결부(420)가 지면에 닿으면서 멈추게 된다.

좌우측 휠(310) 각각과 연결부(420)에 의해 로봇(1)이 지면에 지지된다. 좌측 휠과 지면의 접촉지점을 제1 접촉부(P1), 우측 휠과 지면의 접촉지점을 제2 접촉부(P2), 연결부(420)와 지면의 접촉지점을 제3 접촉부(P3)로 정의할 수 있다.(도 11d 참조)

물론, 암(400)의 연결부(420)는 좌우측 회전 결합부(410)를 연결하도록 좌우로 길게 연장된 형태이므로, 지면과의 접촉지점인 제3 접촉부(P3) 또한 좌우로 길게 연장된 형태로 형성될 수 있다.

3개의 접촉부(P1,P2,P3)는 로봇(1)의 서로 다른 구성이 지면과 접촉되는 부분을 의미할 수 있다. 여기서, 로봇(1)의 좌우측 휠(310)이 지면을 접촉하므로 3개의 접촉부(P1,P2,P3)는 휠(310) 이외의 로봇(1)의 구성이 지면에 추가적으로 접촉되어 형성될 수 있다.

또한, 3개의 접촉부(P1,P2,P3)는 로봇(1)의 기구적 구성이 지면에 대해 접촉되되 각각 서로 공간적으로 이격되어 있는 형태로 형성될 수 있다.

이때, 로봇 본체(100)의 하중이 레그부(200)를 누르는 동시에, 회전 돌기(480)와 스토퍼(240)가 상호 접촉 지지되고 맞물려, 레그부(200)가 펴지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 서스펜션 모터(MS)의 구동을 정지하여도 해당 자세가 유지될 수 있다.

또한 이때, 지면에 대해 로봇(1)이 3점 지지되고 있는 바, 로봇(1)이 전후좌우 어느 방향으로도 넘어지는 일 없이 균형을 유지할 수 있다. 즉, 휠 모터(MW)의 구동을 정지하여도 자세가 해당 유지될 수 있다.

즉, 대기 자세로 전환된 상태에서, 로봇(1)에 포함된 어느 모터도 구동될 필요 없이 로봇(1)은 해당 자세를 유지할 수 있다.

다시 말해, 기본 자세에서 로봇(1)이 제자리에 멈추어 대기하기 위해 한 쌍의 바퀴를 계속적으로 회전시켜야 하는 것(밸런스 제어)과 비교하여, 대기 자세에서는 불필요한 전력 소모가 현저하게 감소되는 효과가 있다.

한편, 대기 자세에서, 로봇 본체(100)는 완전히 후방으로 젖혀지는 것이 아니라, 암(400)을 이용하여 지면을 지지하면서 앉아있는 형태가 형성되므로, 로봇 본체(100)의 무게 중심은 기본 자세 대비 하측 후방으로 작은 거리만 이동된다.

이는, 로봇(1)의 기본 자세가 다시 복원됨에 있어서 상대적으로 빠르게 자세 전환을 가능하게 하는 효과가 있다.

다음으로, 도 10b를 참조하여 대기 자세 상태의 로봇(1)이 기본 자세로 다시 자세를 복원하는 경우의 제어 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

대기 자세에서 기본 자세로 복원하는 경우에는, 기본 자세에서 대기 자세로 자세 전환하는 순서의 역순으로 제어가 수행될 수 있다.

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 기본 자세로의 복귀 이벤트 발생 단계(S2100)를 포함할 수 있다.

여기서, 기본 자세로의 복귀 이벤트란 대기 자세에서 기본 자세로의 전환을 트리거하는 이벤트를 의미하며, 예를 들어, 사용자에 의해 기본 자세로 복귀하라는 명령이 입력된 경우에 이에 해당할 수 있다. 또는 예를 들어, 사용자로부터 자세 복귀 명령이 아닌 특정 동작(물건의 운반 등)을 수행하라는 명령이 입력된 경우가 이에 해당할 수 있다. 사용자의 명령을 수행하기 위해서는 먼저 기본 자세로의 복귀가 선행되어야 한다.

즉, 기본 자세로의 복귀 이벤트는 휠 모터(MW)의 구동에 의한 로봇(1)의 자세 밸런스 제어가 다시 수행될 필요가 있는 상태인 경우에 발생될 수 있으며, 상술한 예시에 한정되지 않는 다양한 상황에서 발생될 수 있다.

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 휠 모터(MW)의 밸런스 제어 구동 단계(S2200)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 대기 자세에서 휠(310)이 전방으로 회전하도록 휠 모터(MW)가 구동된다. 이에 따라, 로봇 본체(100)의 무게 중심이 전방으로 이동되고 로봇(1)과 지면 사이의 지지 형태는 좌우측 휠(310)과 연결부(420)에 의한 3점 지지에서 좌우측 휠(310)에 의한 2점 지지로 변경된다. 즉, 로봇 본체(100)가 전방으로 이동하면서 연결부(420)가 지면으로부터 떨어져 이격된다.(도 11d의 형태에서 도 11c의 형태로 전환)

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 레그부(200) 움직임을 차단하는 단계(S2300)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 아직 암(400)이 레그부(200)를 감싸고 있는 상태에서 서스펜션 모터(MS)를 구동하여 현재 상,하부 링크의 결합 각도가 유지되도록 제어할 수 있다.

서스펜션 모터(MS)를 구동하여 상,하부 링크의 결합 각도를 유지하도록 제어하지 않는 경우, 다음 단계에서 암 모터(MA)가 구동될 때 레그부(300)의 관절이 갑자기 펼쳐지게 되어 로봇(1)이 순간적으로 중심을 잃고 지면에 쓰러지는 문제가 생길 수 있다.

본 단계(S2300)는 이러한 문제점을 미연에 방지하기 위해 수행되는 단계이며, 암 모터(MA)가 구동되기 이전에 서스펜션 모터(MS)를 먼저 구동하여 레그부(200)의 결합 각도를 접힌 상태로 유지시킬 수 있다.

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 암 모터(MA) 구동 단계(S2400)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 서스펜션 모터(MS)를 구동시켜 레그부(200)를 접힌 형태로 유지하고 있는 상태에서, 암 모터(MA)가 제2 방향(로봇(1)을 우측에서 바라본 기준으로 반시계 방향)으로 회전 구동하여 암(400)이 들어올려질 수 있다.(도 11c의 형태에서 도 11b의 형태로 전환)

이때, 스토퍼(240)와 회전 돌기(480) 사이의 접촉 해제 및/또는 맞물림 구조의 해제가 수행되어 레그부(200)의 잠금이 풀릴 수 있다. 다만, 서스펜션 모터(MS)가 구동중이므로 레그부(200)가 갑자기 펼쳐지지는 않는다.

암 모터(MA)는 암(400)이 로봇(1)의 기본 자세에서의 지정된 위치까지 회전되면 정지 제어될 수 있다.

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 로봇 본체(100)를 상승시키는 단계(S2400)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 암(400)이 기본 자세에서의 위치로 되돌아가면, 서스펜션 모터(MS)를 구동하여 상,하부 링크의 결합 각도가 커지도록 제어할 수 있다.

이때, 로봇 본체(100)는 지면의 반대방향으로 상승하는데 마치 다리를 펴면서 일어나는 것과 같은 자세 전환이 구현된다.(도 11b의 형태에서 도 11a의 형태로 전환)

서스펜션 모터(MS)는 로봇 본체(100)가 기본 자세에서의 지정된 높이까지 상승되면 정지 제어될 수 있다.

대기 자세에서 기본 자세로 복귀하는 자세 전환 제어 방법은, 기본 자세로의 전환을 완료하는 단계(S2600)를 더 포함할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 중력 보상부의 복원력과 로봇 본체(100)에 의한 중력은 상쇄될 수 있다. 즉, 기본 자세에서 상,하부 링크의 결합 각도는 유지된다.

따라서, 로봇 본체(100)가 기본 자세 높이까지 상승한 이후에는 서스펜션 모터(MS)를 정지하여도 로봇 본체(100)의 높이가 일정하게 유지될 수 있다.

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 복귀

이하에서는, 도 12 내지 도 14를 참조하여 로봇(1)이 중심을 잃고 지면에 넘어진 경우에 기본 자세로 다시 복귀하는 방법에 대해 설명한다.

도 12는, 로봇(1)의 자세 변환과 관련된 제어 방법의 제2 실시예를 나타낸 순서도이다.

제2 실시예는, 본 발명의 실시예에 따른 로봇(1)이 넘어짐 자세에서 기본 자세로 자세를 변환하는 경우의 제어 방법 실시예를 나타낸 것이다.

도 13a 내지 도 13f는 전방으로 넘어진 경우에 기본 자세로 복귀하기 위한 로봇의 동작 형태를 순차적으로 나타낸 것이다. 도 14a 내지 도 14e는 후방으로 넘어진 경우에 기본 자세로 복귀하기 위한 로봇의 동작 형태를 순차적으로 나타낸 것이다.

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 넘어짐 이벤트 발생 단계(S3100)를 포함할 수 있다.

여기서, 넘어짐 이벤트란, 로봇(1)이 지면에 넘어진 자세가 되는 상황을 의미한다. 로봇(1)에 외력이 가해진 경우, 주행 중 장애물에 걸린 경우, 지면에서 미끄러진 경우, 로봇(1)의 기능 이상이 발생한 경우 등 다양한 원인에 의해 로봇(1)은 중심을 잃고 로봇 본체(100)가 지면에 대해 미리 설정되어 있는 각도를 벗어나 전방 또는 후방으로 기울어져 지면에 넘어질 수 있다.

넘어진 자세는, 로봇(1)의 좌우측 휠(310) 이외의 다른 구성이 지면에 닿은 상태로 정의될 수 있다. 또는, 넘어진 자세는, 로봇(1)의 좌우측 휠(310)과 암(400) 이외의 다른 구성이 지면에 닿은 상태로 정의될 수 있다. 지면에 암(400)이 닿은 상태인 경우를 넘어진 자세에서 제외하는 것은 로봇(1)이 대기 자세로 전환되는 경우 암(400)과 휠(310)이 모두 지면에 접촉된 상태일 수 있기 때문이다.

더욱 구체적으로 예를 들어, 로봇(1)이 전방으로 넘어진 상태란, 로봇 본체(100)가 전방으로 기울어져 로봇 본체(100) 정면의 적어도 일부가 지면에 닿은 상태를 의미할 수 있다.(도 13a 참조)

예를 들어, 로봇(1)이 후방으로 넘어진 상태란, 로봇 본체(100)가 후방으로 기울어져 로봇 본체(100)의 레그부(200) 및/또는 로봇 본체(100) 후면의 적어도 일부가 지면에 닿은 상태를 의미할 수 있다.(도 14a 참조)

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 암(400)을 지면에 접촉시키는 단계(S3300)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 암 모터(MA)는 암(400)의 연결부(420)가 지면에 접촉될 때까지 구동하여 암(400)을 회전시킬 수 있다.

한편, 본 단계(S3300)에서는, 로봇(1)이 넘어진 방향에 따라 암 모터(MA)의 회전 방향이 달라질 수 있다.

로봇(1)이 전방으로 넘어진 경우라면, 암 모터(MA)는 전방을 향해 회전할 수 있다. 이에 따라 암(400)도 전방을 향해 회전될 수 있다.(도 13c 참조) 다른 관점에서 설명하자면, 암(400)은 마스크(500)를 향하는 방향으로 회전될 수 있다. 또 다른 관점에서 설명하자면, 암(400)은 제2 방향으로 회전될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제2 방향은 로봇(1)의 정면 기준으로 오른쪽에서 바라보았을 때 반시계 방향을 의미한다.

암(400)이 전방(또는 마스크(500)를 향하는 방향 또는 제2 방향)으로 회전하여 마침내 지면에 접촉된 상태에서, 암(400)의 지면에 대한 접촉점과 휠(310)의 지면에 대한 접촉점 사이에 로봇 본체(100)의 무게 중심이 배치될 수 있다.

로봇(1)이 후방으로 넘어진 경우라면, 암 모터(MA)는 후방을 향해 회전할 수 있다. 이에 따라 암(400)도 후방을 향해 회전될 수 있다.(도 14c 참조) 다른 관점에서 설명하자면, 암(400)은 마스크(500)와 멀어지는 방향으로 회전될 수 있다. 또 다른 관점에서 설명하자면, 암(400)은 제1 방향으로 회전될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제1 방향은 제2 방향의 반대 방향이며 로봇(1)의 정면 기준으로 오른쪽에서 바라보았을 때 시계 방향을 의미한다.

암(400)이 후방(또는 마스크(500)와 멀어지는 방향 또는 제1 방향)으로 회전하여 마침내 지면에 접촉된 상태에서, 암(400)의 지면에 대한 접촉점과 휠(310)의 지면에 대한 접촉점 사이에 로봇 본체(100)의 무게 중심이 배치될 수 있다.

정리하자면, 로봇(1)이 전방으로 넘어진 경우이든 후방으로 넘어진 경우이든, 암 모터(MA)가 회전되는 방향과는 무관하게, 암(400)이 지면에 접촉된 상태에서, 로봇 본체(100)의 무게 중심은 휠(310)이 지면에 접촉되는 접촉점과 암(400)이 지면에 접촉되는 접촉점의 사이에 배치된다.

이로써, 본 단계(S3300)에서는, 암(400)과 휠(310)이 협력 구동하여 로봇 본체(100)를 들어올릴 수 있는 준비 자세가 갖추어지게 된다.

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 로봇 본체(100)를 상승시키는 단계(S3400)를 더 포함할 수 있다. 본 단계(S3400)에서 암 모터(MA)와 휠 모터(MW)의 동시 구동에 의해 로봇 본체(100)가 상승될 수 있다.

보다 구체적으로, 로봇(1)이 전방으로 넘어진 경우를 먼저 살펴보자.

암 모터(MA)는 이전 단계(S3300)에서와 동일한 방향 즉, 전방을 향해 회전할 수 있다. 이전 단계(S3400)와 본 단계(S3400)에서의 암 모터(MA)의 회전은 연속적으로 이루어질 수도 있고 암(400)이 지면에 접촉된 상태에서 암 모터(MA)의 회전이 잠시 정지되었다가 다시 회전할 수도 있다. 즉, S3300 단계와 S3400 단계에서의 암 모터(MA)의 회전 방향은 동일하되 시간 차이를 두고 순차적으로 이루어질 수도 있다.

이때, 암 모터(MA)와 휠 모터(MW)가 서로 협력하여 로봇 본체(100)를 밀어 올리게 된다. 레그부(200)의 결합 각도가 고정되어 있고 암(400)의 일단이 지면에 접촉되어 있으므로 로봇 본체(100)가 상측으로 들어올려지게 되는 것이다.(도 13d 참조)

이때, 암(400)의 지면 접촉점과 휠(310)의 지면 접촉점은 점점 가까워진다.

휠(310)이 계속 전방 회전하면서 암(400)과 휠(310)이 계속 가까워지다가 어느 순간 암(400)이 지면으로부터 떨어지게 되고 휠(310)의 회전 중심의 연직 상방에 회전 결합부(410)의 회전 중심이 위치하게 된다.(도 13e 참조)

이때부터는 로봇(1)의 밸런스 제어가 시작될 수 있다.

암(400)이 지면에서 떨어지면 더 이상 암(400)이 휠(310)을 향해 회전할 필요가 없으므로 암 모터(MA)의 구동은 정지된다.

다음으로, 로봇(1)이 후방으로 넘어진 경우를 살펴보자.

암 모터(MA)는 이전 단계(S3300)에서와 동일한 방향 즉, 후방을 향해 회전할 수 있다. 이전 단계(S3400)와 본 단계(S3400)에서의 암 모터(MA)의 회전은 연속적으로 이루어질 수도 있고 암(400)이 지면에 접촉된 상태에서 암 모터(MA)의 회전이 잠시 정지되었다가 다시 회전할 수도 있다. 즉, S3300 단계와 S3400 단계에서의 암 모터(MA)의 회전 방향은 동일하되 시간 차이를 두고 순차적으로 이루어질 수도 있다.

이때, 암 모터(MA)와 휠 모터(MW)가 서로 협력하여 로봇 본체(100)를 밀어 올리게 된다. 레그부(200)의 결합 각도가 고정되어 있고 암(400)의 일단이 지면에 접촉되어 있으므로 로봇 본체(100)가 상측으로 들어올려지게 되는 것이다.(도 14c 참조)

휠(310)이 계속 후방 회전하면서 암(400)과 휠(310)이 계속 가까워지다가 어느 순간 암(400)이 지면으로부터 떨어지게 되고 휠(310)의 회전 중심의 연직 상방에 회전 결합부(410)의 회전 중심이 위치하게 된다.(도 14d 참조)

이때부터는 밸런스 제어가 시작될 수 있다.

가능한 실시예로, 넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리를 감소시키는 단계(S3200)를 더 포함할 수 있다.

본 단계(S3200)는, 암(400)을 지면에 접촉시키는 단계(S3300)에 앞서 수행될 수 있다.

보다 구체적으로, 로봇(1)이 지면에 넘어진 경우 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리가 감소되는 방향으로 서스펜션 모터(MS)가 회전 구동될 수 있다. 이때, 서스펜션 모터(MS)의 회전 구동으로 상,하부 링크의 결합 각도는 점점 작아진다.

본 단계(S3200)에서, 상기 결합 각도가 최소 각도가 될 때까지 서스펜션 모터(MS)가 회전 구동될 수 있다. 즉, 로봇 본체(100)와 휠(310)이 최대한 가까워질 때까지 서스펜션 모터(MS)가 회전 구동된다.(도 13b, 도 14b 참조)

이러한 과정을 통해 상,하부 링크의 결합 각도가 일정 각도(최소 각도)로 고정될 수 있다. 이는, 이후에 진행되는 단계에서 휠 모터(MW)의 회전 토크가 레그부(200)의 결합 각도를 변화시키는 데 쓰이는 것을 방지하고 온전히 로봇 본체(100)를 기본 자세로 복원하는 데에만 쓰이게 할 수 있다.

만일, 상,하부 링크의 결합 각도가 최소 각도보다 큰 상태에서 로봇(1)이 일어나는 동작을 수행하게 된다면, 휠(310)의 회전 토크는 상,하부 링크의 결합 각도를 감소시키는 데 일부 사용되게 된다. 즉, 로봇(1)이 일어나는 데 큰 힘이 필요하게 된다.

더욱이, 중력 보상부가 구비되어 있다면, 휠(310)의 회전 토크가 중력 보상부에 의한 복원력의 저항까지 받게 된다. 이때에도 로봇(1)이 일어나는 데 큰 힘이 필요하게 된다.

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리를 증가시키는 단계(S3500)를 더 포함할 수 있다.

본 단계(S3500)는 S3200 단계가 수행되는 실시예에서 수행된다.

S3200 단계가 수행되면 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리가 최소로 유지되므로, 기본 자세로의 복귀를 위해 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리가 다시 증가되어야 한다.

즉, 서스펜션 모터(MS)는 휠(310)과 로봇 본체(100) 사이의 거리를 증가하는 방향으로 회전 구동될 수 있다. 이때, 상,하부 링크의 결합 각도는 점점 커진다.(도 13f, 도 14e 참조)

본 단계(S3500)에서, 서스펜션 모터(MS)는, 상기 결합 각도가 기본 자세에서의 결합 각도가 될 때까지 회전 구동될 수 있다. 이후에 서스펜션 모터(MS)가 정지되어도 중력 보상부에 의해 결합 각도는 유지될 수 있다.

넘어짐 자세에서 기본 자세로의 자세 전환 제어 방법은, 암(400)을 미리 정해진 기본 자세에 대응하는 위치로 이동시키는 단계(S3600)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 암 모터(MA)는 S3300 및 S3400 단계에서의 회전 방향과 반대방향으로 회전될 수 있다. 레그부(200)와의 간섭으로 S3300 및 S3400 단계에서와 같은 회전 방향으로는 암이 계속 회전할 수 없으므로 기본 자세로 자세를 복원하기 위해서는 암(400)을 반대방향으로 회전하여야 한다.

로봇(1)이 전방으로 넘어진 경우에는, 암 모터(MA)가 S3300 및 S3400 단계에서 전방으로 회전되었으므로, 본 단계에서는 암 모터(MA)가 후방으로 회전된다.

로봇(1)이 후방으로 넘어진 경우에는, 암 모터(MA)가 S3300 및 S3400 단계에서 후방으로 회전되었으므로, 본 단계에서는 암 모터(MA)가 전방으로 회전된다.

암 모터(MA)는, 암(400)이 기본 자세에 대응하는 위치에 도달할 때까지 회전된 후 정지 제어될 수 있다. 상기 기본 자세에 대응하는 위치는 연결부(420)가 로봇 본체(100)의 후방 상측에 배치되는 위치를 의미할 수 있다.(도 13f, 도 14e 참조)

종래의 이륜형 로봇이 넘어진 경우에는, 순간적으로 한 쌍의 휠을 강하게 회전시킨 후 로봇이 전후 방향으로 계속 이동하면서 균형을 잡아야만 했다.

이를 해결하기 위하여 로봇의 좌우에 구비된 암을 이용하여 지면을 짚고 일어나게 하는 방법도 존재하나, 한 쌍의 암이 서로 분리 구조인 경우에는 암을 회전시켰을 때 기계적 구조, 마모 정도 등의 원인에 의해 회전 속도에 미세하게나마 차이가 존재할 수밖에 없다. 즉, 좌우측 암이 지면과 접촉되는 위치가 서로 상이하게 될 확률이 높다. 이러한 경우 로봇이 일어나기 위하여 지면을 짚는 힘점이 서로 다르게 되고, 그 결과 로봇이 일어나면서 흔들림이 발생할 수 있다. 최악의 경우, 로봇이 다시 넘어질 수도 있다.

이와 대비하여, 연결부(420)에 의해 일체형 구조로 연결된 암(400)을 포함한 본 발명의 실시예에 따르면, 좌우측이 반드시 지면에 동시에 접촉되게 된다. 접촉되는 지점 또한 일정하게 된다.

더욱이, 암(400)의 좌우측 회전 결합부(410)는 연결부(420)를 통해 좌우 방향을 따라 지면과 나란한 면 형태로 형성되므로, 좌측 암과 우측 암이 이격되어 각자 존재하는 형태보다 비교적 넓은 면적이 지면과 접촉될 수 있다. 즉, 연결부(420)를 통해 지면과의 마찰력이 커지므로 로봇(1)이 일어나는 동작을 구현함에 있어서 암(400)에 의한 지면 지지가 더욱 견고하게 될 수 있다.

암(400)이 지면을 지지하는 힘이 커질수록 휠(310)의 작은 회전 토크로도 로봇 본체(100)를 쉽게 들어올릴 수 있다. 이로써, 휠(310)이 로봇 본체(100)를 일으키기 위해 순간적으로 강한 회전력을 인가할 필요가 없는 바, 모터의 파손을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 전체적인 전력 소모량을 감소시킬 수 있는 효과도 있다.

또한, 암(400)이 로봇 본체(100)의 좌우측에 외부에서 로봇 본체(100)를 감싸는 형태로 지면을 견고하게 지지해 주므로, 로봇 본체(100)가 들어올려지는 과정에서 로봇 본체(100)가 어느 일측으로 기울어지거나 흔들리지 않고 안정적으로 균형있게 상승될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 로봇
100: 로봇 본체
200: 레그부
210: 제1 링크
220: 제2 링크
230: 제3 링크
300: 휠부
310: 휠
400: 암
410: 회전 결합부
420: 연결부
430: 착탈부
440: 연결 단자
500: 로봇 마스크
540: 마스크 기능부
900: 기능 모듈
MS: 서스펜션 모터
MW: 휠 모터
MA: 암 모터

Claims

로봇 본체의 좌우측에 각각 배치된 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 로봇 본체의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암을 회전시키는 암 모터를 포함하는 로봇의 제어 방법으로서,
상기 암의 일측 단부가 지면에 가까워지도록 상기 암 모터를 구동하는 단계;
상기 로봇이 후방으로 기울어지도록 상기 휠 모터의 구동을 정지하는 단계; 및
상기 로봇이 지면에 대해 3점 지지되어 대기 자세로 전환되는 단계;를 포함하는,
로봇의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 로봇은,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되는 레그부의 상부 링크와 하부 링크 사이 관절 구조의 결합 각도를 조절하는 서스펜션 모터를 더 포함하는,
로봇의 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 암 모터를 구동하는 단계의 이전에,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리가 감소하도록 상기 서스펜션 모터를 구동하는 단계;를 더 포함하는,
로봇의 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 서스펜션 모터를 구동하는 단계는,
상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아지는,
로봇의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 로봇은,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되며 상부 링크와 하부 링크가 링크 결합된 관절 구조로 형성된 레그부를 더 포함하고,
상기 암은,
상기 로봇 본체에 회전 가능하게 결합되며 좌우측 각각에 배치된 한 쌍의 회전 결합부; 및
상기 한 쌍의 회전 결합부를 서로 연결하는 연결부;를 포함하며,
상기 암 모터를 구동하는 단계는,
상기 연결부가 상기 상부 링크와 하부 링크의 결합 지점보다 전방 하측에 배치되는,
로봇의 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 암 모터를 구동하는 단계는,
상기 상부 링크에 형성된 스토퍼에 의해 상기 암의 회전 범위가 제한되는 위치까지 상기 암이 회전되면, 상기 암 모터의 구동을 정지하는,
로봇의 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 암 모터를 구동하는 단계는,
상기 암에 형성되어 상기 암과 함께 회전하는 회전 돌기가 상기 스토퍼와 접촉되면 상기 관절 구조의 움직임이 제한되는,
로봇의 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 암 모터를 구동하는 단계의 이후에,
상기 관절 구조의 움직임이 제한된 상태에서 상기 서스펜션 모터의 구동을 정지하는 단계;를 더 포함하는,
로봇의 제어 방법.
로봇 본체의 좌우측에 각각 배치된 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 로봇 본체의 좌우 양 측면에 동시에 결합되는 일체형 구조의 암을 회전시키는 암 모터를 포함하는 로봇의 제어 방법으로서,
상기 로봇이 전방 또는 후방으로 기울어짐에 따라 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암 모터를 구동하여 상기 암을 지면에 접촉시키는 단계; 및
상기 휠 모터와 상기 암 모터를 같은 방향으로 동시에 구동하여 상기 로봇 본체를 상승시키는 단계;를 포함하는,
로봇의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 로봇은,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되는 레그부의 상부 링크와 하부 링크 사이 관절 구조의 결합 각도를 조절하는 서스펜션 모터를 더 포함하며,
상기 암을 지면에 접촉시키는 단계 이전에,
상기 서스펜션 모터를 구동하여 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 감소시키는 단계;를 더 포함하는,로봇의 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 로봇 본체를 상승시키는 단계의 이후에,
상기 서스펜션 모터를 구동하여 상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 증가시키는 단계; 및
상기 암 모터를 구동하여 상기 암을 미리 정해진 기본 자세에 대응하는 위치로 이동시키는 단계;를 더 포함하는,
로봇의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 로봇은,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이에 연결되며 상부 링크와 하부 링크가 링크 결합된 관절 구조로 형성된 레그부를 더 포함하고,
상기 휠과 상기 로봇 본체 사이의 거리를 감소시키는 단계는,
상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아지는,
로봇의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 암을 지면에 접촉시키는 단계는,
상기 휠이 지면에 접촉되는 접촉점과 상기 암이 지면에 접촉되는 접촉점의 사이에 상기 로봇 본체의 무게 중심이 배치되는,
로봇의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 로봇 본체를 상승시키는 단계는,
상기 로봇이 전방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암이 상기 휠의 전방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 동시에 전방으로 회전하고,
상기 로봇이 후방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 상태인 경우, 상기 암이 상기 휠의 후방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 동시에 후방으로 회전하는,
로봇의 제어 방법.
내부에 배터리가 수용된 로봇 본체;
상기 로봇 본체의 하부에 배치되는 두개의 휠;
상기 로봇 본체와 상기 휠의 사이에 연결되는 두개의 레그부; 및
상기 로봇 본체에 회전 가능하게 결합되는 좌우측 각각에 배치된 한 쌍의 회전 결합부와, 상기 한 쌍의 회전 결합부를 서로 연결하는 연결부를 포함하는 일체형 구조의 암;을 포함하며,
상기 휠이 지면을 주행함에 있어서 상기 연결부가 상기 로봇 본체의 상측 후방에 배치된 기본 자세를 유지하되,
상기 기본 자세와 다른 특정 자세 사이에서 자세 전환이 이루어질 때, 상기 암의 회전으로 상기 연결부의 위치가 변경되는 동작이 수반되는,
로봇.
제15항에 있어서,
상기 레그부의 각각은,
상기 로봇 본체에 링크 결합되는 상부 링크; 및
상기 상부 링크와 링크 결합되고, 상기 휠과 결합되는 하부 링크;를 포함하고,
상기 암이 회전되기 이전에, 상기 상부 링크와 상기 하부 링크 사이의 결합 각도가 작아지는 동작이 선행되는,
로봇.
제15항에 있어서,
상기 특정 자세가, 상기 로봇 본체가 전방 또는 후방으로 기울어져 상기 휠 이외의 구성이 지면에 접촉된 넘어짐 자세인 경우에,
상기 암은, 상기 넘어짐 자세의 상태에서 상기 연결부가 지면에 가까워지는 방향으로 이동하도록 회전하며,
상기 연결부가 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 같은 방향으로 회전하는 동작에 의해 상기 로봇 본체가 상승하여 상기 기본 자세가 복원되는,
로봇.
제17항에 있어서,
상기 로봇이 전방으로 넘어진 경우, 상기 연결부가 상기 휠의 전방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 모두 전방으로 회전하고,
상기 로봇이 후방으로 넘어진 경우, 상기 연결부가 상기 휠의 후방측 지면에 접촉된 상태에서, 상기 암과 상기 휠이 모두 후방으로 회전하는,
로봇.
제15항에 있어서,
미리 설정된 특정 조건이 충족하는 경우,
상기 암은, 상기 기본 자세의 상태에서 상기 로봇 본체의 후방을 향해 회전하며,
상기 두개의 휠과 상기 연결부에 의해 지면에 대해 서로 이격된 3개의 접촉부를 갖는 대기 자세로 전환되는,
로봇.
제19항에 있어서,
상기 대기 자세로 전환되기 이전에, 상기 휠을 회전시키는 휠 모터의 구동이 정지되는,
로봇.