KR100853437B1

KR100853437B1 - Ｒｃ 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치

Info

Publication number: KR100853437B1
Application number: KR1020060120871A
Authority: KR
Inventors: 고재원; 김시중
Original assignee: 학교법인 유한학원
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: KR20080050072A

Abstract

본 발명은 RC 서보모터를 사용하여 중대형 2족 보행 로봇의 관절을 구동하기 위하여 관절 토크를 향상시키기 위한 관절 구조에 관한 것으로, 2개의 다리, 허리, 몸통, 2개의 팔, 머리 등의 구조를 이루는 2족 보행 로봇의 다리는 발목 2개, 무릎 1개, 히프 3개 자유도의 관절로 구성되며, RC 서보모터 혹은 DC 서보모터를 이용하여 구동하는 2족 보행 로봇에서 보행 로봇 양측의 다리에는 중앙제1자유도와 제2자유도가 결합된 자유도 관절 구조가 각각 위치하여 2족 관절의 동작이 전후, 좌우로 움직이는 중대형 2족 보행 로봇을 구성하는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조를 제공하는 데 있다.

2족 보행 로봇, RC 서보 모터, 관절 구조,

Description

ＲＣ 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치{That make use of RC servomotor two bridges joint drive structure of Walk robot}

도 1은 종래의 RC 서보모터를 사용하는 소형 2족 보행 로봇을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇을 나타낸 도면.

도 3는 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 자유도 관절 구동 구조의 자유도를 나타낸 도면.

도 4은 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 중앙제1자유도의 분해 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 결합된 중앙제1자유도를 다른 방향으로 나타낸 도면.

도 6는 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 결합된 중앙제1자유도를 또 다른 방향으로 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조로 중앙제1자유도의 중앙모터부 분해 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 제2자유도의 분해 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100:소형2족로봇 110:자유도

112:RC서보 모터 114:타이밍 밸트

120:중앙제1자유도 122:옆판

124:회전풀리 126:속풀리

132:좌측제2자유도 134:우측제2자유도

136:작은 풀리 140:제2자유도

142:윗판 150:풀리

152:큰풀리 158:베어링

160:중앙모터부 162:내부큰풀리

164:내부작은풀리 165:덮개판

200:2족보행로봇 210:프레임

본 발명은 RC 서보모터를 사용하여 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관절 구조가 중앙모터에 연결되는 양측에 2개의 RC 서보모터를 가지는 관절구조로 2족 보행 로봇의 각각의 다리에 자유도로 구성된 구조로 관절의 동작 방향은 전후, 좌우로 움직이게 되는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조에 관한 것이다

전통적으로, 로봇은 사람으로서는 하기 힘든 무거운 물건을 운반하는 작업이나 고도의 정밀도를 필요로 하는 작업 등을 수행하는 산업현장에서 주로 사용되어져 왔다. 시간이 지남에 따라 산업분야에서 정해진 일만을 수행하는 산업용 로봇 외에 애완용 로봇, 인명구조로봇, 휴먼(human) 로봇 등의 비산업형 로봇이 등장하였고, 그 중에서도 사람이 주거하는 환경에서 사람과 함께 생활하면서 사람이 하는 일을 도와주는 휴먼 로봇에 대한 연구가 최근 수년간 계속된 발전을 거듭해 왔다.

산업용 로봇에 비해 휴먼 로봇은 사람과 비슷한 모양과 자유도를 가지도록 개발되고 있으며, 특히 사람과 같이 두 다리를 가진 2족보행로봇에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

일반적으로 2족 보행 로봇은 2개의 다리, 허리, 몸통, 2개의 팔, 머리 등의 구조를 갖는다. 이 중에서 다리는 발목 2개, 무릎 1개, 히프 3개의 자유로운 관절을 갖는 구조를 갖는다.

이러한, 소형 2족 보행 로봇은 도 1에 도시한 바와같이 주로 RC 서보모터를 이용하여 로봇의 관절 움직임을 구동하고 있는데, 지금까지의 대부분의 2족 보행 로봇은 RC 서보모터를 기구 관절부에 직접 연결하여 로봇 관절을 구동시키고 있는 것이 대부분이다. 그런데 이와 같은 직결 구동의 경우는 RC 서보모터의 허용 토크 범위내의 관절 구동은 문제없이 구동이 되지만, RC 서보모터의 허용 토크 범위를 초과하는 관절 구동은 불가능하게 되어 중대형 2족보행 로봇의 구동에는 RC 서보모터를 사용하는 것이 불가능하게 된다.

아울러, 대부분의 2족 보행 로봇의 관절은 RC 서보모터 혹은 DC 서보모터를 이용하여 구동하고 있는데, 중소형 2족 보행 로봇의 경우 가격적인 면이나 기술적인 면에서 주로 RC 서보모터를 이용하여 구동하고 있는 것이 대부분이다.

그런데 RC 서보모터의 경우 그 최대 토크가 제한되어 있어, 그 최대 토크를 초과하는 관절 구동은 불가능하게 되어 중대형 2족보행 로봇의 구동에는 RC 서보모터를 사용하는 것이 불가능하게 된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, RC 서보모터를 사용하여 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구조가 전체 2개의 자유도를 가지는 관절 구조로 중앙제1자유도와 제2자유도는 RC서보 모터 2개씩 가지는 구조이고, 동력의 전달구성은 타이밍 벨트와 풀리를 사용하는 구조에 의해 관절의 동작 방향은 전후, 좌우로 움직이게 되는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 2개의 다리, 허리, 몸통, 2개의 팔, 머리 등의 구조를 이루는 2족 보행 로봇의 다리는 발목 2개, 무릎 1개, 히프 3개의 자유도의 관절로 구성되며, RC 서보모터 혹은 DC 서보모터를 이용하여 구동하는 상기 2족 보행 로봇 양측의 다리에는 중앙제1자유도와 제2자유도가 결합된 자유도 관절 구조가 각각 위치하여 2족 관절의 동작이 전후, 좌우로 움직이는 중대형 2족 보행 로봇을 구성하는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조를 제공함으로써 달성하였다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇을 나타낸 도면이고, 도 3는 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 자유도 관절 구동 구조의 자유도를 나타낸 도면이다.

도시된 바와같이, 본 발명에 따른 2족보행로봇(200)은 2개의 다리, 허리, 몸통, 2개의 팔, 머리 등의 구조를 갖는다. 이 중에서 다리는 발목 2개, 무릎 1개, 히프 3개로 구성되어 자유로운 관절을 갖는 구조를 갖는 것이다.

이때, 상기 2족보행로봇(200)은 상하 방향의 무릎 관절과 발목 관절을 같은 프레임(210) 내부에서 구성되며. 상기 프레임(210) 내부에 자유도(110)가 위치하는 것이다.

아울러, 본 발명의 2족보행로봇(200)의 양측 각각의 다리의 발목 및 히프 관절은 자유도(110)로 구성되는데 상기 자유도(110)는 중앙제1자유도(120)와 제2자유도(140)로 결합된 자유도(110)가 각각 위치하여 2족 관절의 동작이 전후, 좌우로 움직이게 되는 2족보행로봇(200)의 관절 구동 구조를 이룬다.

아울러, 상기 중앙제1자유도(120)의 내부에는 2개의 RC서보모터(112)를 구성하여 로봇 관절에 구성되는 것이다.

여기서, 상기 자유도(Degree of Freedom)(110)는 로봇에서 사용하는 용어이며, 자유도(110)의 정의는 “로봇이 독립적으로 움직일 수 있는 관절의 수”를 말하는 것이다.

즉, 자유도(110)는 로봇의 관절 수를 나타내기 위한 용어이며, 로봇의 관절 수가 3개이면 3자유도 로봇, 관절 수가 6개이면 6 자유도 로봇이라 하며, 로봇이 자유도(110)를 구성하기 위해서는 보통 RC 서보모터 1개와 기어, 그리고 기타 기계 구조를 필요로 한다.

이러한, RC서보모터(112)를 사용하여 2족보행로봇(200)의 관절을 구동하기 위하여 관절 토크를 향상시키기 위한 관절 구조로 관절의 동작 방향은 전후, 좌우이며, 동력의 전달구성은 타이밍 벨트(114)와 풀리(150)를 사용하는 구조이다.

도 4은 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 중앙제1자유도의 분해 사시도이고, 도 5는 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 결합된 중앙제1자유도를 다른 방향으로 나타낸 도면이며, 도 6는 결합된 중앙제1자유도를 또 다른 방향으로 나타낸 도면이 다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 자유도(110)의 구조는 중앙제1자유도(120)와 제2자유도(140)로 형성되는 구조이다.

그리고, 상기 중앙제1자유도(120)에는 RC서보모터(112)를 각각 2개를 내부에 구성한다.

이러한, 상기 중앙제1자유도(120)의 구조는 외부에 형성되는 좌우 양측에 큰풀리(152)를 각각 구성하고, 내부 전후측에는 각각의 중앙모터부(160)를 구성한 구조로이다.

즉, 상기 중앙제1자유도(120)는 양측에 큰풀리(152)를 구성한 양측이 같은 구조를 이루는 것으로 내부에 중앙모터부(160)를 구비하여 일측에 옆판(122)이 부착되고, 상기 옆판(122)에 둥근지지대를 구비한 회전풀리(124)가 부착되며, 상기 큰풀리(152) 양측으로 베어링(158)을 결합시키고 상기 큰풀리(152) 일측에 속풀리(126)가 결합된 큰풀리(152)가 회전풀리(124)에 결합된 구조를 이룬다.

이와 같은 구조의 상기 큰풀리(152)는 중앙제1자유도(120) 양측에 위치하여 구성되는 것이다.

또한, 상기 중앙제1자유도(120)의 내부에 구성된 중앙모터부(160)는 각각 2개가 전후측에 구성된 것으로 상기 중앙모터부(160)에는 각각 RC서보모터(112)와 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164)로 구성된다.

여기서, 도 7은 본 발명에 따른 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조의 중앙모터부의 분해 사시도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 중앙모터부(160)의 내부구조는 일측에 RC서보모터(112)가 구성되고, 상기 RC서보모터(112)와 연결 구성되는 덮개판(165) 내부에 베어링(158) 3개와 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164) 2개 등으로 이루어지며, 상기 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164)는 1:2 비율의 타이밍 벨트(114)로 연결되어 큰 토크를 얻게 된다.

즉, 상기 중앙제1자유도는(120) 각각 RC서보모터(112)를 구성한 중앙모터부(160)를 2개 구성하여 내부의 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164)가 타이밍 벨트(114)와 1:2로 연결되어 관절이 구동된다.

그리고 상기 중앙제1자유도(120)의 외부 양측에는 외부 큰풀리(152)가 구성된다.

이때, 상기 중앙제1자유도(120)의 양측 큰풀리(152)를 구동시키는 것은 제2자유도(140)의 작은 풀리(136)와 타이밍 밸드(114)가 연결되어 구동된다.

즉, 상기 제2자유도(140)는 도 8에 도시한 바와같이 각각 좌측제2자유도(132)와 우측제2자유도(134)가 구성되는 것으로 상기 좌측제2자유도(132)와 우측제2자유도(134)는 각각 일측에 RC서보모터(112)를 구성하며, 상기 RC서보모터(112)와 연결된 작은 풀리(136)와 베어링(158)과 이를 고정하는 위판(142)으로 구성된다.

이러한 구성으로 결합된 좌측제1자유도(132)와 우측제2자유도(134)의 작은 풀리(136)는 중앙제1자유도(120)의 큰풀리(152)와 1:2 비율로 타이밍 벨트(114)로 연결되어 구동된다.

이와 같이 상기 중앙제1자유도(120)의 내부에 RC서보모터(112)를 각각 2개를 구성하며, 상기 중앙제1자유도(120)의 큰풀리(152)와 연결되는 작은 풀리(136)를 구비한 제2자유도(140)에도 RC서보모터(112)를 각각 2개를 구성하여 로봇 관절의 토크가 2배로 커지게 된다.

즉, 중앙에 구성되는 중앙제1자유도(120)는 1개의 자유도(110)를 구성하는 기계적 구조이며, 상기 중앙제1자유도(120)의 양측에 1개의 자유도(110)를 구성하는 제2자유도(140)도 기계적 구조인 것이다.

따라서, 자유도(110)를 구성하는 중앙제1자유도(120)와 제2자유도(140)가 결합되어 로봇의 기계적 관절 구조가 되는 것이다.

아울러, 본 발명의 2족보행로봇(200)의 관절 토크 향상을 위하여 1개의 관절에 각각 RC 서보모터(112) 2개를 사용할 뿐만 아니라, 또한 1 : 2의 기어 비를 사용하여 토크를 원래보다 3~4배 정도 향상시키는 관절 구조를 가지게 된다.

이상에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 그 일 예로서 각각 설명되고 있으나 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 기술적 요지를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이나 변경을 할 수 있으며, 이에 따른 본 발명의 기술적 범위는 등록 청구 범위에 의하여 해석되어 져야한다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 RC 서보모터를 사용하는 중대형 2족 보행 로봇의 관절 구동 구조는 RC 서보모터를 사용하여 중대형 이족 보행 로봇의 관절을 구동하기 위하여 관절 토크를 향상시키기 위한 관절 자유도 구조로 2족 로봇의 관절 토크 향상을 위하여 1개의 관절에 RC 서보모터 2개를 사용할 뿐만 아니라, 또한 1 : 2의 기어 비를 사용하여 토크를 원래보다 3~4배 정도 향상시키는 뛰어난 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

2개의 다리, 허리, 몸통, 2개의 팔, 머리의 구조를 이루는 2족 보행 로봇의 다리에 발목 2개, 무릎 1개, 히프 3개 자유도의 관절로 구성되면서 모터를 이용하여 양측 다리에 자유도가 각각 위치한 관절의 동작이 전후, 좌우로 움직이게 하는 관절 구동 장치를 구비한 2족 보행 로봇을 포함하되,

상기 2족보행로봇(200)의 양측 다리에는 중앙제1자유도(120)와 제2자유도(140)가 결합된 자유도(110)가 각각 위치한 것으로 상기 자유도(110)의 중앙제1자유도(120)의 구조는 외부에 형성되는 좌우 양측에 큰풀리(152)를 각각 구성하고, 내부 전후측에는 각각의 중앙모터부(160)를 구성한 구조로 상기 중앙제1자유도(120)는 양측에 큰풀리(152)를 구성하고, 내부에 중앙모터부(160)를 구비하여 일측에 옆판(122)이 부착되고, 상기 옆판(122)에 둥근지지대를 구비한 회전풀리(124)가 부착되며, 상기 큰풀리(152) 양측으로 베어링(158)을 결합시키고 상기 큰풀리(152) 일측에 속풀리(126)가 결합된 큰풀리(152)가 회전풀리(124)에 결합된 구조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 중앙모터부(160)의 내부구조는 일측에 RC서보모터(112)가 구성되고, 상기 RC서보모터(112)와 연결 구성되는 덮개판(165) 내부에 베어링(158) 3개와 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164) 2개로 구성되며, 상기 내부큰풀리(162)와 내부작은풀리(164)는 1:2 비율의 타이밍 벨트(114)로 연결되어 연결되어 관절이 구동되는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2자유도(140)는 각각 좌측제2자유도(132)와 우측제2자유도(134)가 구성되는 것으로 상기 좌측제2자유도(132)와 우측제2자유도(134)는 각각 일측에 RC서보모터(112)를 구성하며, 상기 RC서보모터(112)와 연결된 작은 풀리(136)와 베어링(158)과 이를 고정하는 위판(142)으로 구성되어 결합된 좌측제1자유도(132)와 우측제2자유도(134)의 작은 풀리(136)는 중앙제1자유도(120)의 큰풀리(152)와 타이밍 벨트(114)로 연결되어 구동되는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치.
제4항에 있어서, 상기 중앙제1자유도(120)의 내부와 제2자유도(140)에 RC서보모터(112)를 각각 2개를 구성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RC 서보모터를 사용하는 2족 보행 로봇의 관절 구동 장치.