KR101488249B1 - Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils - Google Patents
Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils Download PDFInfo
- Publication number
- KR101488249B1 KR101488249B1 KR1020140009802A KR20140009802A KR101488249B1 KR 101488249 B1 KR101488249 B1 KR 101488249B1 KR 1020140009802 A KR1020140009802 A KR 1020140009802A KR 20140009802 A KR20140009802 A KR 20140009802A KR 101488249 B1 KR101488249 B1 KR 101488249B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coil
- air
- right leg
- permanent magnet
- leg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0091—Shock absorbers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
- B25J9/162—Mobile manipulator, movable base with manipulator arm mounted on it
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
- F16K31/082—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet using a electromagnet and a permanent magnet
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
공심코일을 이용한 무선 이족 보행 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 이족 보행 장치는, 영구자석과 공심코일을 이용한 이족 보행 장치(500)로서, 원통형 형상의 영구자석(111)으로 구성된 왼쪽 다리(110), 원통형 형상의 영구자석(121)으로 구성된 오른쪽 다리(120) 및 상기 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)를 상호 연결하고 소정의 탄성력을 가지는 연결부재(130)를 구비하는 이족 보행부(100); 상기 이족 보행부(100)의 하부에 위치하고, 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120) 각각의 영구자석에 인력을 작용하거나 해제할 수 있는 다수의 공심코일(310)이 하나의 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 있는 코일부(300); 및 상기 코일부(300)의 공심코일(310)에 전원을 공급하는 전원공급부(400);를 포함한다.A wireless biped walking apparatus using an air core coil is disclosed. A biped walking apparatus according to an embodiment of the present invention is a biped walking apparatus 500 using a permanent magnet and an air-core coil, and includes a left leg 110 constituted by a cylindrical permanent magnet 111, a cylindrical permanent magnet A bipedal walking part 100 having a right leg 120 constituted by a right leg 120 and a connecting member 130 connecting the left leg 110 and the right leg 120 and having a predetermined elastic force; A plurality of air-core coils 310 positioned below the bipedal walking part 100 and capable of applying and releasing attraction force to the permanent magnets of the left leg 110 and the right leg 120 are formed in a single matrix, A coil part 300 arranged in the form of a coil; And a power supply unit 400 for supplying power to the air core coil 310 of the coil part 300. [
Description
본 발명은 이족 보행 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공심코일을 이용한 무선 이족 보행 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a biped walking apparatus, and more particularly, to a wireless biped walking apparatus using an air-core coil.
종래에 다수의 성공적인 무선 이족 보행 로봇들이 만들어져 왔다.Conventionally, many successful wireless biped walking robots have been made.
예를 들어, Honda의 ASIMO와 KAIST의 Hubo는 배터리를 이용한 무선 이족 로봇의 대표적인 예이다.For example, Honda's ASIMO and KAIST's Hubo are typical examples of wireless biped robots using batteries.
배터리는 이들 이족 로봇들의 무선화를 가능하게 해 주었다.The battery enabled the wirelessization of these biped robots.
그러나, 배터리는 이들 로봇의 부피를 크게 만들고 중량을 증대시키는 주요 원인으로서, 이는 이들 로봇을 바탕으로 작은 무선 이족 보행 로봇을 만드는 것을 어렵게 한다.However, batteries are a major cause of these robots increasing in size and weight, making it difficult to build small wireless biped robots based on these robots.
게다가 배터리를 이용한 종래의 무선 이족 보행 로봇은 많은 수의 강체로 구성되어 있는 복잡한 구조를 취하고 있다. 이러한 점은 이들 로봇을 바탕으로 작고 간단한 무선 이족 보행 로봇을 만드는 것을 어렵게 하는 문제점이 된다.
In addition, a conventional wireless biped robot using a battery has a complicated structure composed of a large number of rigid bodies. This makes it difficult to make a small and simple wireless biped robot based on these robots.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영구자석의 자기장과 공심코일에 흐르는 전류와의 상호 작용을 통해 자기력과 자기토크를 발생시켜 스프링으로 연결되어 있는 두 개의 강체, 즉 두 개의 영구자석 다리를 움직일 수 있도록 해줌으로써, 전후좌우 보행 메커니즘과 제자리 회전 메커니즘, 그리고 기립 메커니즘을 작고 간단한 구조로 구현할 수 있도록 하는 공심코일을 이용한 무선 이족 보행 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a magnetic bearing device which generates magnetic force and magnetic torque through interaction between a magnetic field of a permanent magnet and a current flowing in an air- And an object of the present invention is to provide a wireless biped walking apparatus using an air-core coil which enables the legs to be moved in a simple and simple structure by using the front, rear, left and right walking mechanisms, the in-ground rotation mechanism and the standing mechanism.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 이족 보행 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided a wireless biped walking apparatus comprising:
영구자석과 공심코일을 이용한 이족 보행 장치로서,A biped walking apparatus using a permanent magnet and an air core coil,
원통형 형상의 영구자석으로 구성된 왼쪽 다리, 원통형 형상의 영구자석으로 구성된 오른쪽 다리 및 상기 왼쪽 다리와 오른쪽 다리를 상호 연결하고 소정의 탄성력을 가지는 연결부재를 구비하는 이족 보행부;A bipedal walking part comprising a left leg constituted by a cylindrical permanent magnet, a right leg constituted by a cylindrical permanent magnet, and a connecting member interconnecting the left leg and the right leg and having a predetermined elastic force;
상기 이족 보행부의 하부에 위치하고, 왼쪽 다리와 오른쪽 다리 각각의 영구자석에 인력을 작용하거나 해제할 수 있는 다수의 공심코일이 하나의 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 있는 코일부; 및A coil part located at a lower portion of the biped walking part and having a plurality of air-core coils arranged in a matrix form capable of applying or releasing attractive force to the permanent magnets of the left leg and the right leg; And
상기 코일부의 공심코일에 전원을 공급하는 전원공급부;A power supply unit for supplying power to an air core coil of the coil part;
를 포함하는 구성일 수 있다.
. ≪ / RTI >
이 경우, 상기 연결부재는 소정의 탄성력을 가지는 와이어(wire), 코일(coil) 또는 스프링(spring)일 수 있다.
In this case, the connection member may be a wire, a coil, or a spring having a predetermined elastic force.
일 실시예에서, 상기 무선 이족 보행 장치는,In one embodiment, the wireless biped walking apparatus comprises:
상기 코일부의 상부면에 탑재되어 이족 보행부와 코일부 사이에 위치하고, 소정의 마찰력을 가지는 판상형 지지판을 더 포함할 수 있다.
And a plate-like support plate which is mounted on the upper surface of the coil part and is positioned between the bipedal part and the coil part and has a predetermined frictional force.
또한, 상기 무선 이족 보행 장치는, 전원공급부로부터 각 코일부에 전원을 공급하거나 차단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
In addition, the wireless bipod walking apparatus may further include a control unit for supplying or blocking power to each coil part from the power supply unit.
일 실시예에서, 상기 왼쪽 다리의 영구자석과 오른쪽 다리의 영구자석은 서로 동일한 자화방향을 갖는 것일 수 있다.
In one embodiment, the permanent magnet of the left leg and the permanent magnet of the right leg may have the same magnetization direction.
일 실시예에서, 상기 코일부를 구성하고 있는 각 공심코일의 평면상 폭(W)과 길이(L)는, 각 다리를 구성하고 있는 영구자석의 평면상 직경(D) 대비 100 내지 150 % 일 수 있다.
In one embodiment, the planar width W and the length L of each of the air-core coils constituting the coil portion are 100 to 150% of the planar diameter D of the permanent magnets constituting each leg .
일 실시예에서, 상기 코일부를 구성하고 있는 각 공심코일의 평면상 형상은 정삼각형, 정사각형, 정육각형, 다각형 형상, 원 형상 또는 타원 형상일 수 있다.
In one embodiment, the planar shape of each of the air-core coils constituting the coil portion may be an equilateral triangle, a square, a regular hexagon, a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape.
또한, 본 발명은 상기 무선 이족 보행 장치를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치 조작 시스템을 제공할 수 있는 바, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치는,Further, the present invention can provide a wireless bipod walking apparatus operating system, wherein the wireless bipod walking apparatus includes one or more wireless biped walking apparatuses,
미소물체 조작시스템, 마이크로/나노팩토리(microfactory/nanofactory)와 같은 차세대 소형제품 조립 및 생산 시스템;Next-generation compact product assembly and production systems such as micro-object manipulation systems, micro / factory (microfactory / nanofactory);
무선 소형 내시경 로봇과 각종 생물 세포, 바이러스, 암세포, 미소 약물을 다루거나 전달 혹은 이송하기 위한 초소형 로봇을 포함한 차세대 로봇기반 바이오메디컬 엔지니어링 기술 시스템(robotics-based biomedical engineering technologies system); 또는Robotics-based biomedical engineering technologies system, which includes a wireless mini-endoscope robot and a miniature robot for handling, transferring or transporting various biological cells, viruses, cancer cells, and small drugs; or
공간 제약이 있거나 좁은 환경 내에서의 로봇 작업을 요구하는 분야에 적용되는 조작 시스템;An operating system applied to a field requiring robot operation in a space constrained or narrow environment;
의 보행부로 적용되는 것 일 수 있다.
The present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치에 의하면, 영구자석의 자기장과 공심코일에 흐르는 전류와의 상호 작용을 통해 자기력과 자기토크를 발생시켜 스프링으로 연결되어 있는 두 개의 강체, 즉 두 개의 영구자석 다리를 움직일 수 있고 배터리를 장착할 필요가 없어, 기존의 무선 이족 보행 로봇 제작 시 배터리 장착으로 인하여 발생하는 시스템 크기 증가의 문제를 해결할 수 있다.As described above, the wireless bipod walking apparatus according to the present invention generates magnetic force and magnetic torque through the interaction between the magnetic field of the permanent magnet and the current flowing in the air-core coil, It is possible to move the two permanent magnet legs, and there is no need to attach the battery, so that it is possible to solve the problem of increase in the system size due to the battery mounting in the manufacturing of the conventional wireless biped walking robot.
또한, 다리를 구성하는 강체의 수가 너무 많아 다리의 구조가 복잡해지는 문제를 해결할 수 있음과 동시에, 탄성적으로 연결되어 있는 두 개의 영구자석 다리로 전후좌우로 걷고, 제자리에서 회전하고, 누워있거나 넘어졌을 때 일어서기 위해서 어떠한 물질이나 물체(예를 들어, 강체로 제작된 부품, 전기 전자 부품, 센서)를 추가로 장착하지 않아도 된다. 따라서, 전후좌우로 보행하는 메커니즘과 제자리에서 회전하는 메커니즘, 그리고 기립하는 메커니즘을 작고 간단한 구조로 구현할 수 있어 공간제약이 있거나 좁은 작업환경을 요하는 곳에서의 작업에 적합하다.In addition, since the number of the rigid bodies constituting the legs is so large that the structure of the legs is complicated, it is possible to solve the problem that the two permanent magnet legs which are elastically connected are moved back and forth, left and right, rotated in place, No additional materials or objects (eg, parts made of rigid bodies, electrical and electronic components, sensors) need to be installed to stand up when lost. Therefore, it is possible to implement the mechanism that moves in the front, rear, left, and right, the mechanism to rotate in place, and the mechanism to stand up in a small and simple structure, which is suitable for work in a space requiring a narrow working environment.
또한, 각 다리에 장착되는 영구자석의 크기와 공심코일의 크기를 소형화하고 다수의 공심코일을 추가함으로써 작동범위를 확장할 수 있다. 따라서, 다수의 공심코일을 추가 배치하여 작동범위를 확장시킬 수 있다.In addition, the size of the permanent magnet mounted on each leg and the size of the air core coil can be miniaturized and the operation range can be expanded by adding a plurality of air core coils. Therefore, a plurality of air-core coils can be additionally disposed to extend the operation range.
또한, 공심(air core) 코일을 적용하므로 철심(iron core)이 필요 없어 제작 비용을 절감할 수 있고, 손쉽게 코일을 소형화할 수 있으며, 철심에 의해 발생했던 히스테르시스 (Hysteresis) 문제를 해결할 수 있다.In addition, since an air core coil is used, the manufacturing cost can be reduced because an iron core is unnecessary, the coil can be easily miniaturized, and the hysteresis problem caused by the iron core can be solved have.
또한, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치는, 미소물체 조작시스템, 마이크로 / 나노팩토리 (microfactory / nanofactory)와 같은 차세대 소형제품 조립 및 생산 시스템, 무선 소형 내시경 로봇과 각종 생물 세포, 바이러스, 암세포, 미소 약물을 다루거나 전달 혹은 이송하기 위한 초소형 로봇을 포함한 차세대 로봇기반 바이오메디컬 엔지니어링 기술 (robotics-based biomedical engineering technologies) 등과 같이 공간 제약이 있거나 좁은 환경 내에서의 작업을 요구하는 광범위한 분야에 응용 목적에 따라 다양하게 적용 가능하다.
In addition, the wireless biped walking apparatus according to the present invention can be applied to a micro-object manipulation system, a next-generation small product assembly and production system such as a micro / factory, a small-size wireless endoscope robot and various biological cells, Based robotics-based biomedical engineering technologies, including miniature robots for handling, delivering, or transporting drugs, to a wide range of applications that require work in space-constrained or confined environments. Various applications are possible.
도 1은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선 이족 보행 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복수의 공심코일이 추가 배치되어 확장된 코일부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공심코일과 각 다리를 구성하고 있는 영구자석의 평면상 크기 비교를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 공심코일에 있어서, 공심코일에 인가된 반시계 방향 전류(CCW)와 시계 방향 전류(CW)를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 우측 보행 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 좌측 보행 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 전진 보행 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 후진 보행 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 제자리 회전 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 일어서는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a perspective view of a wireless biped walking apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the wireless biped walking apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an extended coil part in which a plurality of air-core coils according to the present invention are additionally disposed.
4 is a plan view showing a planar size comparison between an air core coil according to the present invention and a permanent magnet constituting each leg.
5 is a perspective view showing a counterclockwise current (CCW) and a clockwise current (CW) applied to the air core coil in the air core coil of the wireless bipod walking apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a right-side walking principle of a wireless bipod walking apparatus according to the present invention.
7 is a conceptual diagram for explaining the principle of walking on the left side of the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
8 is a conceptual diagram for explaining the principle of forward walking of a wireless biped walking apparatus according to the present invention.
9 is a conceptual diagram for explaining the principle of backward walking of the wireless bipod walking apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the principle of turning the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the principle of how a wireless biped walking apparatus according to the present invention stays up.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto. In the description of the present invention, a detailed description of known configurations will be omitted, and a detailed description of configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
도 1에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 무선 이족 보행 장치의 분해 사시도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a perspective view of a wireless biped walking apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the wireless biped walking apparatus of FIG.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행 장치(500)는, 이족 보행부(100), 지지판(200), 코일부(300) 및 전원공급부(400)로 구성될 수 있다.Referring to these drawings, the wireless
구체적으로, 이족 보행부(100)는, 원통형 형상의 영구자석(111)으로 구성된 왼쪽 다리(110), 원통형 형상의 영구자석(121)으로 구성된 오른쪽 다리(120) 및 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)를 상호 연결하고 소정의 탄성력을 가지는 연결부재(130)를 포함하는 구성일 수 있다.Specifically, the
더욱 구체적으로, 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)를 구성하고 있는 각각의 영구자석(111, 121)의 자화방향은 Z축 방향으로 동일한 자화방향을 가지는 것이 바람직하다. 동일한 자화방향을 갖는 영구자석(111, 121)으로 구성된 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)는 소정 크기의 자력을 발생시키는 코일부(300) 상부면에 부착되어 보행하는 동작을 구현할 수 있는 바, 이에 관한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
More specifically, it is preferable that the magnetization directions of the respective
또한, 코일부(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 이족 보행부(100)의 하부에 위치하고, 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120) 각각의 영구자석에 인력을 작용하거나 해제할 수 있는 다수의 공심코일(310)이 하나의 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 구성일 수 있다.
2, the
한편, 연결부재(130)는 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)가 서로 상대 운동할 경우 그에 상응하는 탄성력을 발생시키는 역할을 수행하는 바, 소정의 탄성력을 가지는 소재로 구성된다면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 소정의 탄성력을 가지는 와이어(wire), 코일(coil) 또는 스프링(spring)일 수 있다. 소정의 탄성력을 가지는 연결부재(130)는, 본 발명에 따른 이족 보행부(100)가 코일부(300)의 상부면에서 이동할 때 상대 운동되어 위치가 변경된 왼쪽 다리(110) 또는 오른쪽 다리(120)를 복원하여 제자리로 위치 변경시킬 수 있는 복원력을 제공하는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
The connecting
한편, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치(500)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 코일부(300)의 상부면에 탑재되어 이족 보행부(100)와 코일부(300) 사이에 위치하고, 소정의 마찰력을 가지는 판상형 지지판(200)을 더 포함하는 구성일 수 있다. 구체적으로, 판상형 지지판(200)은, 코일부(300)를 구성하고 있는 공심코일(310)과 이족 보행부(100)가 서로 직접 맞닿아 결착되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 판상형 지지판(200)은 이족 보행부(100)를 상부면에 탑재하여 이족 보행부(100)의 이족 보행 동작을 부드럽게 구현될 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 판상형 지지판(200)은, 코일부(300)를 구성하고 있는 공심코일(310)에서 발생하는 전자기력을 통과할 수 있는 소재로 구성됨이 바람직하다. 바람직하게는 소정의 두께를 가지고 소정의 마찰력을 가지는 전기 절연성 판상 소재로 구성될 수 있다.
1 and 2, the wireless
또한, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치(500)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원공급부(400)로부터 코일부(300)에 전원공급 케이블(401)을 통해 전원을 공급하거나 차단하는 제어부(450)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
1, a wireless
도 3에는 본 발명에 따른 복수의 공심코일이 추가 배치되어 확장된 코일부를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a perspective view showing an expanded coil part in which a plurality of air-core coils according to the present invention are additionally disposed.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 코일부(300)는, 다수의 공심코일(310)로 구성되어 전체적으로 하나의 매트릭스(matrix) 형태 또는 바둑판 무늬 형태를 이룰 수 있다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 1, the
또한, 본 발명에 따른 코일부(300)는, 다수의 공심코일(310)을 추가함으로써 이족 보행부(100)의 작동범위를 확장할 수 있다. 즉, 이족 보행부(100)의 작동 범위를 확장하거나 축소하려면, 그에 상응한 복수의 공심코일(310)을 추가 배치하거나 제거하면 된다. 또한, 왼쪽 다리(110) 및 오른쪽 다리(120)에 장착되는 영구자석(111, 121)의 크기와 공심코일(310)의 크기를 소형화하여 더욱 미세한 보행 동작을 구현시킬 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치(500)는 미소물체 조작시스템, 마이크로 / 나노팩토리 (microfactory / nanofactory)와 같은 차세대 소형제품 조립 및 생산 시스템, 무선 소형 내시경 로봇과 각종 생물 세포, 바이러스, 암세포, 미소 약물을 다루거나 전달 혹은 이송하기 위한 초소형 로봇을 포함한 차세대 로봇기반 바이오메디컬 엔지니어링 기술 (robotics-based biomedical engineering technologies) 등과 같이 공간 제약이 있거나 좁은 환경 내에서의 작업을 요구하는 광범위한 분야에 응용 목적에 따라 다양하게 적용 가능하다.
In addition, the
도 4에는 본 발명에 따른 공심코일과 각 다리를 구성하고 있는 영구자석의 평면상 크기 비교를 나타내는 평면도가 도시되어 있다.FIG. 4 is a plan view showing a planar size comparison between an air core coil according to the present invention and a permanent magnet constituting each leg.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 평면상 폭(W)과 길이(L)는, 각 다리(110, 120)를 구성하고 있는 영구자석(111, 121)의 평면상 직경(D)을 기준으로 제한될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 이족 보행부(100)를 구성하고 있는 영구자석(111, 121)은 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 자력에 의해 위치 이동될 수 있다. 그런데, 이족 보행부(100)를 구성하고 있는 영구자석(111, 121)은 서로 동일한 자화방향을 갖는 바, 공심코일(310)의 자력에 의해 영구자석(111, 121)이 한데로 뭉침으로 인한 이족 보행부(100)의 엉킴 현상을 방지할 필요가 있다. 따라서, 각 공심코일(310)의 평면상 폭(W)과 길이(L)는, 각 다리(110, 120)를 구성하고 있는 영구자석(111, 121)의 평면상 직경(D) 대비 100 내지 150 % 일 수 있다.Referring to FIG. 4 together with FIG. 1, the planar width W and the length L of each of the air-
또한, 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 평면상 형상은 정삼각형, 정사각형, 정육각형, 다각형 형상, 원 형상 또는 타원 형상일 수 있다. 가장 바람직하게는, 정사각형 형상 또는 정육각형 형상일 수 있다.
The planar shape of each of the air core coils 310 constituting the
도 5에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 공심코일에 있어서, 공심코일에 인가된 반시계 방향 전류(CCW)와 시계 방향 전류(CW)를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.FIG. 5 is a perspective view showing a counterclockwise current CCW and a clockwise current CW applied to an air core coil in an air core coil of a wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 5를 도 1과 함께 참조하면, 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 자화방향은 전류의 인가 방향에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 각각의 영구자석(111, 121)은 공심코일(310)의 자화방향에 따라 선택적으로 변경되어 구성될 수 있는 바, 양의 Z축 방향으로 자화방향을 갖는 영구자석으로 이족 보행부가 구성되거나, 음의 Z축 방향으로 자화방향을 갖는 영구자석으로 이족 보행부가 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 5 together with FIG. 1, the magnetization direction of each of the air-
본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치(500)는, 탄성적으로 연결되어 있는 두 개의 다리(110, 120)로 전후좌우로 걷고, 제자리에서 회전하고, 누워있거나 넘어졌을 때 일어서기 위한 동작을 구현할 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명을 후술하기로 한다.
The wireless
도 6 내지 도 11에는 무선 이족 보행 장치(500)의 보행 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 회색으로 표현된 공심코일은 전류가 공급되어 전자기력을 발생하고 있는 공심코일을 나타낸다. 또한, 회색으로 표현되지 않은 나머지 공심코일은 전류가 공급되지 않아 전자기력이 발생하지 않는 공심코일을 나타낸다. 본 실시예에서는 양의 Z축 방향으로 자화된 영구자석(111, 121)으로 구성된 이족보행부(100), 및 전류가 인가될 때 양의 Z축 방향으로 자화되는 공심코일(310)을 채택하였다. 또한, 명확한 설명을 위해 도 6 내지 도 11에 도시된 양의 Y축 방향을 우측방향, 음의 Y축 방향을 좌측방향, 양의 X축 방향을 전방향, 음의 X축 방향을 후방향으로 정의 한다.
6 to 11 are conceptual diagrams for explaining the walking principle of the wireless
도 6에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 우측 보행 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the right-side walking principle of the wireless bipod walking apparatus according to the present invention.
도 6을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행 장치(500)의 이족 보행부(100)는 우측 보행 동작을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 6 together with FIG. 2, the
구체적으로, 이족 보행부(100)를 우측으로 보행시키는 과정은 도 6에 도시된 바와 같이 네 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of walking the
첫 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 인력이 가해지는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310a)에 인가하면, 공심코일(310a)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 공심코일(310a)과 영구자석(111) 사이에 발생한 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The first step is a step in which a force is applied to the
두 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310c)에 인가하면, 공심코일(310c)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310c)의 전자기력은 오른쪽 다리(120)에 양의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 오른쪽 다리(120)는 공심코일(310c) 쪽으로, 즉 양의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The second step is to apply thrust to the
세 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310a)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310a)과 왼쪽 다리(110) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 세 번째 단계가 진행되는 동안, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The third step is to remove the attractive force applied to the
네 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310b)에 인가하면, 공심코일(310b)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310b)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 양의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310b) 쪽으로, 즉 양의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The fourth step is to apply thrust to the
이로써 총 네 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 우측 방향 보행 동작을 구현할 수 있다.
Thus, the
도 7에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 좌측 보행 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of walking on the left side of the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 7을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행 장치(500)의 이족 보행부(100)는 좌측 보행 동작을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 7 together with FIG. 2, the
구체적으로, 이족 보행부(100)를 좌측으로 보행시키는 과정은 도 7에 도시된 바와 같이 네 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of walking the
첫 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 인력이 가해지는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310c)에 인가하면, 공심코일(310c)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 공심코일(310c)과 영구자석(121) 사이에 발생한 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The first step is a step in which a force is applied to the
두 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310a)에 인가하면, 공심코일(310a)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310a)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 음의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310a) 쪽으로, 즉 음의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The second step is to apply thrust to the
세 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310c)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310c)과 오른쪽 다리(120) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 세 번째 단계가 진행되는 동안, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The third step is to remove the attraction force applied to the
네 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310b)에 인가하면, 공심코일(310b)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310b)의 전자기력은 오른쪽 다리(120)에 음의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 오른쪽 다리(120)는 공심코일(310b) 쪽으로, 즉 음의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The fourth step is to apply the thrust to the
이로써 총 네 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 좌측 방향 보행 동작을 구현할 수 있다.
Thus, the
도 8에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 전진 보행 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the principle of forward walking of the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 8을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행장치(500)의 이족 보행부(100)는 전진 보행 동작을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 8 together with FIG. 2, the
구체적으로, 이족 보행부(100)를 전방으로 보행시키는 과정은 도 8에 도시된 바와 같이 네 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of walking the
첫 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 인력이 가해지는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310d)에 인가하면, 공심코일(310d)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 공심코일(310d)과 영구자석(121) 사이에 발생한 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The first step is a step in which a force is applied to the
두 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310a)에 인가하면, 공심코일(310a)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310a)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 양의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310a) 쪽으로, 즉 양의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The second step is to apply thrust to the
세 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310d)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310d)과 오른쪽 다리(120) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 세 번째 단계가 진행되는 동안, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The third step is to remove the attraction force applied to the
네 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310b)에 인가하면, 공심코일(310b)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310b)의 전자기력은 오른쪽 다리(120)에 양의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 오른쪽 다리(120)는 공심코일(310b) 쪽으로, 즉 양의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The fourth step is to apply the thrust to the
이로써 총 네 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 전진 보행 동작을 구현할 수 있다.
Thus, the
도 9에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 후진 보행 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the principle of backward walking of a wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 9를 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행장치(500)의 이족 보행부(100)는 후진 보행 동작을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 9 together with FIG. 2, the
구체적으로, 이족 보행부(100)를 후방으로 보행시키는 과정은 도 9에 도시된 바와 같이 네 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of walking the
첫 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 인력이 가해지는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310b)에 인가하면, 공심코일(310b)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 공심코일(310b)과 영구자석(121) 사이에 발생한 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The first step is a step in which a force is applied to the
두 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310c)에 인가하면, 공심코일(310c)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310c)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 음의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310c) 쪽으로, 즉 음의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The second step is to apply thrust to the
세 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310b)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310b)과 오른쪽 다리(120) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 세 번째 단계가 진행되는 동안, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The third step is to remove the attraction force applied to the
네 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310d)에 인가하면, 공심코일(310d)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310d)의 전자기력은 오른쪽 다리(120)에 음의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 오른쪽 다리(120)는 공심코일(310d) 쪽으로, 즉 음의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The fourth step is to apply the thrust to the
이로써 총 네 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 후진 보행 동작을 구현할 수 있다.
Thus, the
도 10에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 제자리 회전 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the principle of the in-situ rotation of the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 10을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행장치(500)의 이족 보행부(100)는 제자리 회전 동작을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 10 together with FIG. 2, the
구체적으로, 이족 보행부(100)를 제자리 회전시키는 과정은 도 10에 도시된 바와 같이 여덟 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of rotating the
첫 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 인력이 가해지는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310d)에 인가하면, 공심코일(310d)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 공심코일(310d)과 영구자석(121) 사이에 발생한 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The first step is a step in which a force is applied to the
두 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310a)에 인가하면, 공심코일(310a)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310a)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 양의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310a) 쪽으로, 즉 양의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The second step is to apply thrust to the
세 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310d)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310d)과 오른쪽 다리(120) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 세 번째 단계가 진행되는 동안, 왼쪽 다리(110)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The third step is to remove the attraction force applied to the
네 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 오른쪽 다리(120)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310c)에 인가하면, 공심코일(310c)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 오른쪽 다리(120)의 영구자석(121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310c)의 전자기력은 오른쪽 다리(120)에 음의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 오른쪽 다리(120)는 공심코일(310c) 쪽으로, 즉 음의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The fourth step is to apply the thrust to the
다섯 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310a)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310a)과 왼쪽 다리(110) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 다섯 번째 단계가 진행되는 동안, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The fifth step is to remove the attractive force applied to the
여섯 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310b)에 인가하면, 공심코일(310b)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310b)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 양의 Y축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310b) 쪽으로, 즉 양의 Y축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The sixth step is to apply thrust to the
일곱 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 가해지는 인력을 제거하는 단계이다. 공심코일(310b)에 인가되었던 전류를 차단함으로써 공심코일(310b)과 왼쪽 다리(110) 사이에 작용하고 있던 인력을 제거할 수 있다. 일곱 번째 단계가 진행되는 동안, 오른쪽 다리(120)에 작용하는 인력은 이족 보행부(100)가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.The seventh step is to remove the attraction force applied to the
마지막 여덟 번째 단계는, 오른쪽 다리(120)에 가해진 인력을 그대로 유지하면서 왼쪽 다리(110)에 추력을 가하는 단계이다. 반시계 방향의 전류를 공심코일(310d)에 인가하면, 공심코일(310d)의 윗부분은 N극이 되어, 밑부분이 S극인 왼쪽 다리(110)의 영구자석(111)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310d)의 전자기력은 왼쪽 다리(110)에 음의 X축 방향으로 추력을 가한다. 이 추력으로 인해 왼쪽 다리(110)는 공심코일(310d) 쪽으로, 즉 음의 X축 방향으로 한 걸음 내딛고 난 후 멈춘다.The last step is to apply thrust to the
이로써 총 여덟 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 제자리 회전 동작을 구현할 수 있다.
As a result, the
도 11에는 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치의 일어서는 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the principle of standing up the wireless biped walking apparatus according to the present invention.
도 11을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행장치(500)의 이족 보행부(100)는 넘어진 상태에서 일어서는 동작을 구현할 수 있다.Referring to Fig. 11 together with Fig. 2, the
구체적으로, 넘어진 상태의 이족 보행부(100)를 일으키는 과정은 도 11에 도시된 바와 같이 한 개의 단계로 구성될 수 있다.Specifically, the process of causing the
첫 번째 단계는, 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)를 Z축 방향으로 정렬시키는 토크(torque)를 발생시키는 단계이다. 두 개의 공심코일(310a, 310c) 각각에 반시계 방향의 전류를 인가하면, 공심코일(310a, 310c)의 윗부분은 각각 N극이 되어, 밑부분이 S극인 각 다리(110, 120)의 영구자석(111, 121)을 끌어당긴다. 즉, 공심코일(310a, 310c)의 전자기력은 각 다리(110, 120)를 양의 Z축 방향으로 정렬시키는 토크를 발생시킴으로써, 넘어진 상태의 이족 보행부(100)를 일으킬 수 있다.The first step is to generate a torque that aligns the
이로써 총 한 개의 단계를 거친 이족 보행부(100)는 넘어진 상태에서 일어서는 동작을 구현할 수 있다.
As a result, the
따라서, 본 실시예에 따른 무선 이족 보행 장치에 의하면, 영구자석의 자기장과 공심코일에 흐르는 전류와의 상호 작용을 통해 자기력과 자기토크를 발생시켜 스프링으로 연결되어 있는 두 개의 강체, 즉 두 개의 영구자석 다리를 움직일 수 있고 배터리를 장착할 필요가 없어, 기존의 무선 이족 보행 로봇 제작 시 배터리 장착으로 인하여 발생하는 시스템 크기 증가의 문제를 해결할 수 있다.Therefore, according to the wireless bipod walking apparatus according to the present embodiment, by generating a magnetic force and a magnetic torque through interaction between the magnetic field of the permanent magnet and the current flowing in the air-core coil, two rigid bodies connected by a spring, It is possible to move the magnet legs and there is no need to install the battery, and it is possible to solve the problem of the system size increase due to the battery mounting in the manufacturing of the conventional wireless biped walking robot.
또한, 다리를 구성하는 강체의 수가 너무 많아 다리의 구조가 복잡해지는 문제를 해결할 수 있음과 동시에, 탄성적으로 연결되어 있는 두 개의 영구자석 다리로 전후좌우로 걷고, 제자리에서 회전하고, 누워있거나 넘어졌을 때 일어서기 위해서 추가적으로 어떠한 물질이나 물체(예를 들어, 강체로 제작된 부품, 전기 전자 부품, 센서)를 추가로 장착하지 않아도 된다. 따라서, 전후좌우로 보행하는 메커니즘과 제자리에서 회전하는 메커니즘, 그리고 기립하는 메커니즘을 작고 간단한 구조로 구현할 수 있어 공간제약이 있거나 좁은 작업환경을 요하는 곳에서의 작업에 적합하다.In addition, since the number of the rigid bodies constituting the legs is so large that the structure of the legs is complicated, it is possible to solve the problem that the two permanent magnet legs which are elastically connected are moved back and forth, left and right, rotated in place, In order to stand up when it is lost, there is no need to additionally attach any substance or object (for example, parts made of a rigid body, electric / electronic parts, sensors). Therefore, it is possible to implement the mechanism that moves in the front, rear, left, and right, the mechanism to rotate in place, and the mechanism to stand up in a small and simple structure, which is suitable for work in a space requiring a narrow working environment.
또한, 각 다리에 장착되는 영구자석의 크기와 공심코일의 크기를 소형화하고 다수의 공심코일을 추가함으로써 작동범위를 확장할 수 있다. 따라서, 다수의 공심코일을 추가 배치하여 작동범위를 확장시킬 수 있다.In addition, the size of the permanent magnet mounted on each leg and the size of the air core coil can be miniaturized and the operation range can be expanded by adding a plurality of air core coils. Therefore, a plurality of air-core coils can be additionally disposed to extend the operation range.
또한, 공심(air core) 코일을 적용하므로 철심(iron core)이 필요 없어 제작 비용을 절감할 수 있고, 손쉽게 코일을 소형화할 수 있으며, 철심에 의해 발생했던 히스테르시스 (Hysteresis) 문제를 해결할 수 있다.In addition, since an air core coil is used, the manufacturing cost can be reduced because an iron core is unnecessary, the coil can be easily miniaturized, and the hysteresis problem caused by the iron core can be solved have.
또한, 본 발명에 따른 무선 이족 보행 장치가 보행부로 적용되는 로봇은, 미소물체 조작시스템, 마이크로 / 나노팩토리 (microfactory / nanofactory)와 같은 차세대 소형제품 조립 및 생산 시스템, 무선 소형 내시경 로봇과 각종 생물 세포, 바이러스, 암세포, 미소 약물을 다루거나 전달 혹은 이송하기 위한 초소형 로봇을 포함한 차세대 로봇기반 바이오메디컬 엔지니어링 기술 (robotics-based biomedical engineering technologies) 등과 같이 공간 제약이 있거나 좁은 환경 내에서의 작업을 요구하는 광범위한 분야에 응용 목적에 따라 다양하게 적용 가능하다는 기술적 이점을 가지게 된다.
The robot to which the wireless biped walking apparatus according to the present invention is applied as a walking unit can be applied to a small object manipulation system, a next generation small product assembly and production system such as a microfactory / nanofactory, a wireless small endoscope robot, And robotic-based biomedical engineering technologies, including miniature robots for handling, delivering, or transporting viruses, cancer cells, and small drugs, as well as a wide range of applications that require space constraints or work in tight environments. It has a technical advantage that it can be applied variously according to the application purpose in the field.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .
100: 이족 보행부 110: 왼쪽 다리
111: 영구자석 112: 연결부
120: 오른쪽 다리 121: 영구자석
122: 연결부 200: 지지판
300: 코일부 310: 공심코일
400: 전원공급부 401: 전원공급 케이블
450: 제어부 500: 이족 보행 장치100: bipedal walking part 110: left leg
111: permanent magnet 112:
120: right leg 121: permanent magnet
122: connection part 200: support plate
300: Coil part 310: Coil coil
400: Power supply unit 401: Power supply cable
450: control unit 500: biped walking device
Claims (9)
원통형 형상의 영구자석(111)으로 구성된 왼쪽 다리(110), 원통형 형상의 영구자석(121)으로 구성된 오른쪽 다리(120) 및 상기 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)를 상호 연결하고 소정의 탄성력을 가지는 연결부재(130)를 구비하는 이족 보행부(100);
상기 이족 보행부(100)의 하부에 위치하고, 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120) 각각의 영구자석에 인력을 작용하거나 해제할 수 있는 다수의 공심코일(310)이 하나의 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 있는 코일부(300);
상기 코일부(300)의 공심코일(310)에 전원을 공급하는 전원공급부(400); 및
상기 전원공급부(400)로부터 코일부(300)에 전원을 공급하거나 차단하는 제어부(450)를 포함하고,
상기 제어부(450)는 상기 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120) 중의 어느 하나(110 또는 120)가 위치한 공심코일(310a)에 전원을 공급한 상태에서 다른 다리(120 또는 110)가 위치한 공심코일(310b)에 인접한 다른 공심코일(310c)에 전원을 공급하여 상기 다른 다리(120 또는 110)에 추력을 가하는 일련의 제어를 반복하여 이족 보행 운동을 수행토록 하거나, 또는 상기 왼쪽 다리(110)와 오른쪽 다리(120)가 넘어져 있을 때 상기 두 다리(110,120)의 하단이 각각 위치한 공심코일에 전원을 공급하여 상기 두 다리(110,120)를 일으키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
A biped walking apparatus (500) using a permanent magnet and an air core coil,
A right leg 120 constituted by a cylindrical permanent magnet 111 and a left leg 110 constituted by a cylindrical permanent magnet 111 and a cylindrical permanent magnet 121 and a right leg 120 constituted by connecting the left leg 110 and the right leg 120, A bipedal walking part (100) having a connecting member (130) having an elastic force;
A plurality of air-core coils 310 positioned below the bipedal walking part 100 and capable of applying and releasing attraction force to the permanent magnets of the left leg 110 and the right leg 120 are formed in a single matrix, A coil part 300 arranged in the form of a coil;
A power supply unit 400 for supplying power to the air core coil 310 of the coil unit 300; And
And a control unit 450 for supplying or cutting off power from the power supply unit 400 to the coil unit 300,
The control unit 450 may be configured such that when the power is supplied to the common core coil 310a in which one of the left leg 110 and the right leg 120 is located, The left foot 110 may be moved by repeating a series of control for supplying power to the other coils 310c adjacent to the coils 310b to apply the thrust to the other legs 120 or 110, Wherein when the right leg 120 and the right leg 120 are tilted, power is supplied to an air core coil having lower ends of the two legs 110 and 120, respectively, to cause the two legs 110 and 120 to be generated.
상기 연결부재(130)는 소정의 탄성력을 가지는 와이어(wire), 코일(coil) 또는 스프링(spring)인 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the connecting member (130) is a wire, a coil, or a spring having a predetermined elastic force.
상기 무선 이족 보행 장치(500)는,
상기 코일부(300)의 상부면에 탑재되어 이족 보행부(100)와 코일부(300) 사이에 위치하고, 소정의 마찰력을 가지는 판상형 지지판(200)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
The method according to claim 1,
The wireless biped walking apparatus 500 includes:
Further comprising a plate-like support plate (200) mounted on an upper surface of the coil part (300) and positioned between the biped walking part (100) and the coil part (300) and having a predetermined frictional force. .
상기 왼쪽 다리(110)의 영구자석과 오른쪽 다리(120)의 영구자석은 서로 동일한 자화방향을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the permanent magnet of the left leg (110) and the permanent magnet of the right leg (120) have the same magnetization direction.
상기 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 평면상 폭(W)과 길이(L)는, 각 다리(110, 120)를 구성하고 있는 영구자석(111, 121)의 평면상 직경(D) 대비 100 내지 150 % 인 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
The method according to claim 1,
The planar width W and the length L of each of the air-core coils 310 constituting the coil part 300 are set so that the planar surfaces of the permanent magnets 111 and 121 constituting the legs 110 and 120 Is 100 to 150% of the diameter (D) of the base.
상기 코일부(300)를 구성하고 있는 각 공심코일(310)의 평면상 형상은 정삼각형, 정사각형, 정육각형, 다각형 형상, 원 형상 또는 타원 형상인 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the planar shape of each of the air-core coils (310) constituting the coil part (300) is an equilateral triangle, a square, a regular hexagon, a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape.
A wireless bipod walking apparatus operating system, comprising at least one wireless biped walking apparatus (500) according to any one of claims 1 to 3 or 5 to 7.
미소물체 조작시스템, 마이크로/나노팩토리(microfactory/nanofactory)와 같은 차세대 소형제품 조립 및 생산 시스템;
무선 소형 내시경 로봇과 각종 생물 세포, 바이러스, 암세포, 미소 약물을 다루거나 전달 혹은 이송하기 위한 초소형 로봇을 포함한 차세대 로봇기반 바이오메디컬 엔지니어링 기술 시스템(robotics-based biomedical engineering technologies system); 또는
공간 제약이 있거나 좁은 환경 내에서의 로봇 작업을 요구하는 분야 적용되는 조작 시스템;
의 보행부로 적용되는 것을 특징으로 하는 무선 이족 보행 장치 조작 시스템.
9. The wireless biped walking apparatus (500) according to claim 8,
Next-generation compact product assembly and production systems such as micro-object manipulation systems, micro / factory (microfactory / nanofactory);
Robotics-based biomedical engineering technologies system, which includes a wireless mini-endoscope robot and a miniature robot for handling, transferring or transporting various biological cells, viruses, cancer cells, and small drugs; or
Areas of operation that require robotic work within space constrained or confined environments;
Wherein the biped walking part is a walking part of the biped walking device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140009802A KR101488249B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140009802A KR101488249B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101488249B1 true KR101488249B1 (en) | 2015-01-30 |
Family
ID=52593133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140009802A Expired - Fee Related KR101488249B1 (en) | 2014-01-27 | 2014-01-27 | Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101488249B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113954591A (en) * | 2021-09-23 | 2022-01-21 | 北京航空航天大学 | Electromagnetic-driven miniature amphibious robot |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005297080A (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Sony Corp | Robot device and joint device of robot |
JP3829335B2 (en) * | 1997-07-18 | 2006-10-04 | 株式会社ニコン | Excitation unit, planar motor using the same, stage apparatus using the same, and exposure apparatus using the same |
KR20120010323A (en) * | 2010-07-26 | 2012-02-03 | 현대로템 주식회사 | Contactless power supply |
-
2014
- 2014-01-27 KR KR1020140009802A patent/KR101488249B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3829335B2 (en) * | 1997-07-18 | 2006-10-04 | 株式会社ニコン | Excitation unit, planar motor using the same, stage apparatus using the same, and exposure apparatus using the same |
JP2005297080A (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Sony Corp | Robot device and joint device of robot |
KR20120010323A (en) * | 2010-07-26 | 2012-02-03 | 현대로템 주식회사 | Contactless power supply |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113954591A (en) * | 2021-09-23 | 2022-01-21 | 北京航空航天大学 | Electromagnetic-driven miniature amphibious robot |
CN113954591B (en) * | 2021-09-23 | 2023-12-22 | 北京航空航天大学 | Electromagnetic driven miniature amphibious robot |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2510566C (en) | Magnetic levitation apparatus | |
CN110612581A (en) | Magnetic force control device and magnet holding device using the same | |
JP7076201B2 (en) | Multi-degree-of-freedom electromagnetic machine and its control method | |
JP2015186319A (en) | Charger | |
Zhang et al. | MagTable: A tabletop system for 6-DOF large range and completely contactless operation using magnetic levitation | |
CN108466091A (en) | A kind of intelligent electromagnetic processing component clamping device | |
CN105835085A (en) | Robot | |
KR101729684B1 (en) | Gripper using magnetic levitation | |
KR101488249B1 (en) | Untethered Biped Walking Machine Using Air-Core Coils | |
Inoue et al. | Micromanipulation using magnetic field | |
CN112106153B (en) | Programmable permanent magnet actuator and magnetic field generating device and method | |
Ochoa-Cardenas et al. | Design of an active magnetic wheel with a varying electro-permanent magnet adhesion mechanism | |
CN209164888U (en) | Composite motion control and work platforms and self-handling mobile platforms | |
KR20160056148A (en) | SPHERICAL TRAVELLING DEVICE USING SHAPE MEMORY AllOY WIRES | |
US9290219B2 (en) | Locomotion system and method of controlling a robotic device | |
Venkiteswaran et al. | Towards gradient-based actuation of magnetic soft robots using a six-coil electromagnetic system | |
CN104470294A (en) | Rotating shaft and electronic device | |
KR20110128598A (en) | Large displacement precision translation device and control method thereof | |
KR101223822B1 (en) | Long-Range Precise Rotational Motion Device | |
Fu et al. | Design of a miniature switchable connection system for stochastic modular robots | |
CN107116544B (en) | Motor integrating connection and movement functions and modular robot applying motor | |
Rogowski et al. | Magnetically programmable cuboids for 2D locomotion and collaborative assembly | |
US9553498B2 (en) | Planar motor and processing apparatus and using the same | |
CN217214332U (en) | Electric permanent magnetic chuck | |
JP6289009B2 (en) | Electromagnetic actuator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140127 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20140924 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20140127 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20141027 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20150114 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20150126 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20150127 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180119 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180119 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190121 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190121 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200316 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20211106 |