KR20030051838A

KR20030051838A - 다리식 이동 로봇의 다리 구조

Info

Publication number: KR20030051838A
Application number: KR10-2003-7006666A
Authority: KR
Inventors: 미야자끼스스무; 다까하시히데아끼
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: CA2427571C; DE60142522D1; CN1474738A; EP1344614A1; EP1344614A4; EP1344614B1; RU2241595C1; US20040074679A1; US7240747B2; KR100526670B1; CN1267251C; WO2002040228A1; AU2002214315A1; CA2427571A1

Abstract

윗다리부 (23) 의 하단에 무릎관절 (27) 을 통해 아래다리부 (24) 를 연결하고, 아래다리부 (24) 의 하단에 6 분력 센서 (60) 를 구비한 족부 (25) 를 발목관절 (28) 을 통해 연결하고, 발목관절 (28) 은 아래다리부 (24) 에 대해 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링이 자유롭게 지지한다. 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭시키는 피칭용 모터 (34) 를 발목관절 (28) 보다 상방의 아래다리부 (24) 에 지지하고, 족부 (25) 를 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링시키는 롤링용 모터 (35) 를 발목관절 (28) 보다 상방의 아래다리부 (24) 에 지지한다. 그럼으로써, 무릎관절 (27) 둘레의 관성 모먼트를 감소시켜 아래다리부 (24) 를 구동하는 구동력의 저감을 도모함과 동시에, 모터 (34,35) 의 노이즈가 족부 (25) 에 설치된 6 분력 센서 (60) 에 미치는 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

Description

다리식 이동 로봇의 다리 구조 {LEG STRUCTURE OF LEGGED ROBOT}

이러한 다리식 이동 로봇의 다리 구조는 일본 공개 특허 공보 평3-184782호에 공지되어 있다. 이것은 아래다리부의 상단 부근의 위치에 설치한 피칭용 모터로 아래다리부에 대해 벨트 전달 수단을 통해 족부를 피칭축부 둘레로 피칭시키고, 또 상기 피칭축부와 직교하는 롤링축부 위에 설치한 롤링용 모터로 아래다리부에 대해 족부를 롤링시키도록 되어 있다.

그런데, 윗다리부에 대해 아래다리부를 구동하는 경우, 윗다리부 및 아래다리부를 연결하는 무릎관절보다 하방의 관성 모먼트를 작게 하면 아래다리부를 구동하는 구동원의 부하를 경감할 수 있다. 상기 관성 모먼트를 작게 하기 위해서는 아래다리부에 장착되는 중량물의 위치를 될 수 있는 한 무릎관절에 접근시키는 것이 바람직한데, 상기 종래의 것은 중량물인 피칭용 모터가 아래다리부의 상부, 요컨대 무릎관절에 가까운 위치에 배치되어 있기는 하나, 또 하나의 중량물인 롤링용 모터가 아래다리부의 하부, 요컨대 무릎관절에서 먼 위치에 배치되어 있기 때문에 무릎관절보다 하방의 모먼트를 충분히 작게 할 수 없다는 문제가 있었다.

또한 족부에는 로봇을 이족 보행시키는 제어를 행하기 위한 6 분력 센서가 장착되어 있는데, 롤링용 모터가 족부에 가까운 아래다리부의 하부에 설치되어 있으면 그 노이즈의 영향을 경감하기 위한 특별한 대책이 필요해지는 문제가 있었다.

게다가 발목관절 근방에 롤링용 모터를 설치함으로써 발목관절의 바닥면으로부터의 위치가 높아짐으로 인해 발목관절의 컴플라이언스 제어의 제어량이 커져 바닥면의 예측할 수 없는 요철이나 경사에 신속히 대응하기 어렵다는 문제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 무릎관절 둘레의 관성 모먼트를 감소시켜 아래다리부를 구동하는 구동력의 저감을 도모함과 동시에, 모터의 노이즈가 족부에 설치된 센서에 미치는 영향을 최소한으로 억제하는 것을 목적으로 하고, 또한 발목관절의 바닥면으로부터의 위치를 낮게 하여 바닥면의 예측할 수 없는 요철이나 경사에 신속하게 대응할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 특징에 따르면 윗다리부의 하단에 무릎관절을 통해 아래다리부를 연결함과 동시에, 아래다리부의 하단에 족부를 발목관절을 통해 연결하고, 발목관절은 아래다리부에 대해 족부를 좌우축선 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서, 족부를 좌우축선 둘레로 피칭시키는 피칭용 모터를 발목관절보다 상방의 아래다리부에 지지함과 동시에, 족부를 전후축선 둘레로 롤링시키는 롤링용 모터를 발목관절보다 상방의 아래다리부에 지지한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 족부를 좌우축선 둘레로 피칭시키는 피칭용 모터와, 족부를 전후축선 둘레로 롤링시키는 롤링용 모터를 발목관절보다 상방의 아래다리부에 지지하였으므로, 중량물인 피칭용 모터 및 롤링용 모터의 위치가 무릎관절에 접근하여 무릎관절 둘레의 아래다리부의 관성 모먼트가 감소되어 무릎관절을 구동하는 구동원의 부하를 저감할 수 있다.

또한 본 발명의 제 2 특징에 따르면 상기 제 1 특징에 더불어, 아래다리부에 좌우축선 둘레로 회전 가능하게 지지된 피칭축부와, 좌우축선 방향에 배치된 피칭용 모터의 출력축의 회전을 피칭축부에 전달하는 피칭용 벨트 전달 수단과, 피칭축부에 족부를 롤링 가능하게 지지하는 롤링 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 아래다리부에 좌우축선 둘레로 회전 가능하게 지지된 피칭축부에 롤링 기구를 통해 족부를 롤링 가능하게 지지하고, 피칭용 모터의 출력축의 회전을 피칭축부에 전달하는 피칭용 벨트 전달 수단을 통해 피칭축부를 구동하므로, 피칭축부를 회전시킴으로써 롤링 기구 및 족부를 일체로 피칭시키고, 또한 롤링 기구를 작동시켜 피칭축부에 대해 족부를 롤링시킬 수 있고, 족부의 피칭 및 롤링이 서로 간섭하는 것을 회피할 수 있다.

또한 본 발명의 제 3 특징에 따르면 윗다리부의 하단에 무릎관절을 통해 아래다리부를 연결함과 동시에, 아래다리부의 하단에 족부를 발목관절을 통해 연결하고, 발목관절은 아래다리부에 대해 족부를 좌우축선 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서, 서로 직교하도록 고정되고, 각각이 좌우축선 둘레 및 전후축선 둘레로 회전하는 피칭축부 및 롤링축부와, 피칭축부 및 롤링축부의 일방의 외주에 회전이 자유롭게 지지되어 족부와 일체로 회전하는 회전 부재와, 피칭축부 및 롤링축부의 타방을 회전시키는 제 1 구동원과, 피칭축부 및 롤링축부의 타방의 내부에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어와, 피칭축부 및 롤링축부의 일방의 내부에 동 축에 배치되어 구동 베벨 기어에 맞물림과 동시에 회전 부재에 연결된 종동 베벨 기어와, 구동 베벨 기어를 회전 구동하는 제 2 구동원을 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 족부를 일체로 구비한 회전 부재를, 서로 직교하도록 고정된 피칭축부 및 롤링축부의 일방의 외주에 회전이 자유롭게 지지하고, 피칭축부 및 롤링축부의 타방의 내부에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어를 피칭축부 및 롤링축부의 일방의 내부에 동 축에 배치되어 회전 부재에 연결된 종동 베벨 기어에 맞물리게 하고, 제 1 구동원으로 피칭축부 및 롤링축부의 타방을 회전시킴과 동시에, 제 2 구동원으로 구동 베벨 기어를 회전시키므로, 족부의 피칭 및 롤링을 서로 영향을 미치지 않고 독립적으로 행할 수 있다. 또한 롤링축부 및 피칭축부의 위치를 낮게 할 수 있으므로, 발목관절의 컴플라이언스 제어를 보다 작은 제어량으로 실현할 수 있고, 바닥면의 예측할 수 없는 요철이나 경사에 신속히 대응하여 안정된 보행을 가능하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 제 4 특징에 따르면 윗다리부의 하단에 무릎관절을 통해 아래다리부를 연결함과 동시에, 아래다리부의 하단에 족부를 발목관절을 통해 연결하고, 발목관절은 아래다리부에 대해 족부를 좌우축선 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서, 피칭축부에 족부를 롤링이 자유롭게 지지하는 롤링 기구는 피칭축부에 직교하도록 고정된 롤링축부와, 족부에 일체로 고정되어 롤링축부의 외주에 회전이 자유롭게 지지된 롤링 부재와, 피칭축부내에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어와, 좌우축선 방향에 배치된 롤링용 모터의 출력축의 회전을 구동 베벨 기어에 전달하는 롤링용 벨트 전달 수단과, 롤링축부내에 동 축에 배치되어 구동 베벨 기어에 맞물림과 동시에 롤링 부재에 연결된 종동 베벨 기어를 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 족부를 일체로 구비한 롤링 부재를, 피칭축부에 직교하도록 고정시킨 롤링축부의 외주에 회전이 자유롭게 지지하고, 롤링용 모터의 출력축의 회전을 롤링용 벨트 전달 수단과, 피칭축부내에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어와, 롤링축부내에 동 축에 배치된 종동 베벨 기어를 통해 롤링 부재에 전달하므로, 족부의 피칭에 영향을 미치지 않고 족부를 독립적으로 롤링시킬 수 있고, 또한 족부를 롤링시킨 상태에서 자유롭게 피칭시킬 수 있다. 또한 롤링축부 및 피칭축부의 위치를 낮게 할 수 있으므로, 발목관절의 컴플라이언스 제어를 보다 작은 제어량으로 실현할 수 있고, 바닥면의 예측할 수 없는 요철이나 경사에 신속히 대응하여 안정된 보행을 가능하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 제 5 특징에 따르면 상기 제 4 특징에 더불어, 피칭용 벨트 전달 수단 및 피칭축부간에 피칭용 감속기를 배치하고, 종동 베벨 기어 및 롤링 부재간에 롤링용 감속기를 배치한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면, 피칭용 벨트 전달 수단 및 피칭축부간에 피칭용 감속기를 배치하였으므로, 피치용 모터의 부하를 경감할 수 있고, 또한 종동 베벨 기어 및 롤링 부재간에 롤링용 감속기를 배치하였으므로, 롤링용 모터의 부하를 경감할 수 있다.

또한 본 발명의 제 6 특징에 따르면 상기 제 4 또는 제 5 특징에 더불어, 롤링 부재의 외측을 부분 구면 형상 커버로 덮고, 아래다리부의 골격을 구성하는 하각 링크의 하단과 부분 구면 형상 커버 사이에 소정의 간극을 형성한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 롤링 부재의 외측을 덮는 부분 구면 형상 커버와 하각 링크의 하단 사이에 소정의 간극을 형성하였으므로, 족부를 피칭 및 롤링시켜도 부분 구면 형상 커버 및 하각 링크 사이에 큰 간극이 발생되는 것을 방지하여 이물이 끼여드는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 제 7 특징에 따르면 상기 제 6 특징에 더불어, 부분 구면 형상 커버가 피칭축부 위 또는 롤링축부 위에 중심을 갖는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 부분 구면 형상 커버의 중심이 피칭축부 위 또는 롤링축부 위에 있으므로, 족부를 피칭 또는 롤링시켰을 때에 부분 구면 형상 커버 및 하각 링크 사이에 발생되는 간극을 일정하게 유지하고, 부분 구면 형상 커버가 하각 링크와 간섭하는 것을 방지하여 발목관절의 가동 범위를 확대하면서 이물이 끼여드는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 제 8 특징에 따르면 상기 제 1 ∼ 제 7 특징 중 어느 한 특징에 더불어, 족부에 이 족부에 가해지는 하중을 검출하는 센서를 설치한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조가 제안된다.

상기 구성에 따르면 피칭용 모터 및 롤링용 모터의 위치가 족부로부터 멀어지기 때문에, 족부에 설치된 센서가 모터의 노이즈의 영향을 잘 받지 않아 센서의 검출 정밀도가 향상된다.

또 실시예의 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 는 각각 본 발명의 제 1 구동원 및 제 2 구동원을 구성하고, 실시예의 롤링 부재 (46) 는 본 발명의 회전 부재를 구성하고, 실시예의 내측 부분 구면 형상 커버 (62) 및 외측 부분 구면 형상 커버 (63) 는 본 발명의 부분 구면 형상 커버를 구성하고, 실시예의 6 분력 센서 (60) 는 본 발명의 센서를 구성한다.

본 발명은 다리식 이동 로봇의 다리 구조에 관한 것으로, 특히 윗다리부의 하단에 무릎관절을 통해 아래다리부를 연결함과 동시에, 아래다리부의 하단에 족부를 발목관절을 통해 연결하고, 발목관절은 아래다리부에 대해 족부를 피칭 및 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조에 관한 것이다.

도 1 ∼ 도 7 은 본 발명의 일실시예를 나타내는 것으로, 도 1 은 다리식 이동 로봇의 정면도이고, 도 2 는 다리식 이동 로봇의 우측면도이고, 도 3 은 도 2 의 3-3선 확대 단면도 (도 4 의 3-3선 단면도) 이고, 도 4 는 도 3 의 4-4선 단면도이고, 도 5 는 아래다리부 및 족부의 사시도이고, 도 6 은 족부의 피칭의 작용설명도이고, 도 7 은 족부의 롤링의 작용 설명도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 자립 이족 (二足) 보행이 가능한 다리식 이동 로봇 (R) 은 동체 (11), 머리 (12), 왼팔 (13L), 오른팔 (13R), 왼쪽다리 (14L) 및 오른쪽다리 (14R) 을 구비하고 있고, 동체 (11) 의 배면에 전장품을 수납한 전장품 박스 (15) 를 업고 있다. 왼팔 (13L) 및 오른팔 (13R) 의 각각은 상완부 (16) 와, 하완부 (17) 와, 손부 (18) 로 구성되고, 동체 (11) 와 상완부 (16) 는 어깨관절 (19) 로 연결되고, 상완부 (16) 와 하완부 (17) 는 주관절 (20) 로 연결되고, 하완부 (17) 와 손부 (18) 는 손목관절 (21) 로 연결되고, 또한 상완부 (16) 의 길이 방향 중간에는 상완부 (16) 의 상반부에 대해 하반부를 비틀기 위한 상완관절 (22) 이 설치된다. 또한 왼쪽다리 (14L) 및 오른쪽다리 (14R) 의 각각은 윗다리부 (23) 와 아래다리부 (24) 와 족부 (25) 로 구성되고, 동체 (11) 와 윗다리부 (23) 는 골반관절 (26) 로 연결되고, 윗다리부 (23) 와 아래다리부 (24) 는 무릎관절 (27) 로 연결되고, 아래다리부 (24) 와 족부 (25) 는 발목관절 (28) 로 연결된다. 또한 동체 (11) 와 머리 (12) 는 목관절 (29) 로 연결된다. 또 상기 각 관절은 그 위치만을 파선의 원으로 나타내고 있다.

다음에, 도 3 ∼ 도 5 를 참조하여 로봇 (R) 의 오른쪽다리 (14R) 의 구조를 설명한다. 또 왼쪽다리 (14L) 는 오른쪽다리 (14R) 와 경면 대칭인 동일한 구조이므로 중복되는 설명은 생략한다.

윗다리부 (23) 및 아래다리부 (24) 는 축선 (L) 을 갖는 무릎관절 (27) 로 연결되어 있고, 도시하지 않은 구동원에 의해 벨트 전동 수단 (31) 및 감속기 (32) 를 통해 구동된다. 아래다리부 (24) 는 그 골격을 구성하는 하각 링크 (33) 를 구비하고, 하각 링크 (33) 의 상단부에 출력축 (34a) 을 좌우축선 (Ly) 방향에 배치한 피칭용 모터 (34) 가 지지되고, 하각 링크 (33) 의 중간부에 출력축 (35a) 을 좌우축선 (Ly) 방향에 배치한 롤링용 모터 (35) 가 지지된다.

좌우축선 (Ly) 위에서, 피칭축부 (36) 가 하각 링크 (33) 의 하단에 한쌍의 크로스 롤러 베어링 (38,38) 을 통해 회전이 자유롭게 지지된다 (도 3 참조). 피칭용 모터 (34) 의 출력축 (34a) 에 설치한 구동 풀리 (39) 와, 좌우축선 (Ly) 위에 배치한 종동 풀리 (40) 가 무단 벨트 (41) 로 접속된다. 구동 풀리 (39), 종동 풀리 (40) 및 무단 벨트 (41) 는 피칭용 벨트 전달 수단 (42) 을 구성한다. 종동 풀리 (40) 와 피칭축부 (36) 가 공지된 하모닉 감속기 (상품명) 로 이루어지는 피칭용 감속기 (43) 로 접속된다. 하모닉 감속기는 입력 부재의 회전을 감속하여 동 축 위에 배치된 출력 부재에 출력하는 것으로, 이것을 유성 기어식 감속기로 치환할 수 있다.

피칭축부 (36) 에 이것과 직교하는 방향 (전후축선 (Lx)) 으로 연장되는 롤링축부 (44) 가 일체로 형성된다 (도 4 참조). 롤링축부 (44) 의 외주에 통형상의 롤링 부재 (46) 가 한쌍의 크로스 롤러 베어링 (47,47) 을 통해 지지되고, 이 롤링 부재 (46) 에 족부 (25) 가 고정된다.

피칭축부 (36) 의 내부에 상대 회전이 자유롭게 지지된 구동 베벨 기어축(51) 의 축단에 고정된 종동 풀리 (52) 와, 롤링용 모터 (35) 의 출력축 (35a) 에 고정된 구동 풀리 (53) 가 무단 벨트 (54) 로 접속되고, 구동 풀리 (53), 종동 풀리 (52) 및 무단 벨트 (54) 는 롤링용 벨트 전달 수단 (55) 을 구성한다. 피칭축부 (36) 와 일체로 형성된 롤링축부 (44) 의 내부에 상대 회전이 자유롭게 지지된 종동 베벨 기어축 (56) 의 축단에 설치된 종동 베벨 기어 (57) 가 상기 구동 베벨 기어축 (51) 의 축단에 설치된 구동 베벨 기어 (58) 에 맞물린다. 그리고, 종동 베벨 기어축 (56) 의 축단과 롤링 부재 (46) 가 하모닉 감속기로 이루어지는 롤링용 감속기 (59) 로 접속된다. 족부 (25) 의 중앙부 상면에는 로봇 (R) 을 이족 보행시키기 위해 족부 (25) 에 작용하는 6 분력 (직교하는 3 축 방향의 하중, 및 상기 3 축 둘레의 모먼트) 을 검출하는 6 분력 센서 (60) 가 설치되고, 또한 족부 (25) 의 후부 상면에는 6 분력 센서 (60) 의 앰프 (64) 가 설치된다.

피칭축부 (36) 에 대해 족부 (25) 를 롤링시키는 롤링 기구 (61) 는 상기 롤링축부 (44) 와, 롤링 부재 (46) 와, 구동 베벨 기어축 (51) 과, 구동 베벨 기어 (58) 와, 종동 베벨 기어축 (56) 과, 종동 베벨 기어 (57) 와, 롤링용 벨트 전달 수단 (55) 으로 구성된다.

도 5 ∼ 도 7 을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 아래다리부 (24) 에 대해 족부 (25) 를 피칭 및 롤링 가능하게 지지하는 발목관절 (28) 은 전후축선 (Lx) 및 좌우축선 (Ly) 의 교점을 중심으로 하는 동심 구면의 일부를 구성하는 내측 부분 구상 커버 (62) 및 외측 부분 구상 커버 (63) 를 구비한다. 내측 부분 구상 커버 (62) 는 롤링 부재 (46) 에 고정되어 있는데 비해, 외측 부분 구상 커버 (63)는 피칭축부 (36) 에 고정되어 있다. 따라서, 족부 (25) 가 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭할 때에는 내측 부분 구상 커버 (62) 및 외측 부분 구상 커버 (63) 는 일체로 피칭되고, 족부 (25) 가 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링할 때에는 외측 부분 구상 커버 (63) 에 대해 내측 부분 구상 커버 (62) 만이 상대적으로 롤링한다. 또 외측 부분 구상 커버 (63) 및 내측 부분 구상 커버 (62) 가 상대 회전하여도 내측 부분 구상 커버 (62) 는 전후축선 (Lx) 을 중심으로 하여 실질적으로 회전 대칭인 형상을 하고 있기 때문에, 외측 부분 구상 커버 (63) 및 내측 부분 구상 커버 (62) 에 의해 구성되는 부분 구면의 형상에 단차나 간극이 발생되는 경우는 없다. 하각 링크 (33) 의 하단에는 오목 형상 구면 (33a) 이 형성되어 있고, 이 오목 형상 구면 (33a) 과 외측 부분 구상 커버 (63) 및 내측 부분 구상 커버 (62) 의 외주면과의 사이에 미소하고 균일한 간극 (α) 이 형성된다.

다음에, 상기 구성을 구비한 본 발명의 실시예의 작용에 대해 설명한다.

로봇 (R) 의 아래다리부 (24) 의 하단에 발목관절 (28) 을 통해 접속된 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭시키기 위해 피칭용 모터 (34) 를 구동하면 그 출력축 (34a) 의 회전이 피칭용 벨트 전달 수단 (42) 인 구동 풀리 (39), 무단 벨트 (41) 및 종동 풀리 (40) 를 통해 피칭용 감속기 (43) 에 전달되고, 피칭용 감속기 (43) 는 입력된 회전을 감속하여 피칭축부 (36) 에 출력한다. 피칭축부 (36) 가 이것과 일체인 롤링축부 (44) 와 함께 좌우축선 (Ly) 둘레로 회전하면 롤링축부 (44) 에 롤링 부재 (46) 를 통해 지지된 족부 (25) 가 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭된다. 이렇게 하여 피칭축부 (36) 가 회전해도 롤링 기구 (61) 의 구동베벨 기어축 (51) 은 피칭축부 (36) 의 내부에 동 축에, 또한 상대 회전이 자유롭게 배치되어 있기 때문에, 롤링용 모터 (35) 를 공전 가능한 상태로 해 둠으로써, 족부 (25) 가 멋대로 롤링되는 것이 방지된다.

족부 (25) 를 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링시키기 위해 롤링용 모터 (35) 를 구동하면 그 출력축 (35a) 의 회전이 롤링용 벨트 전달 수단 (55) 인 구동 풀리 (53), 무단 벨트 (54) 및 종동 풀리 (52) 를 통해 구동 베벨 기어축 (51) 에 전달되고, 구동 베벨 기어축 (51) 의 회전은 구동 베벨 기어 (58), 종동 베벨 기어 (57) 및 종동 베벨 기어축 (56) 을 통해 90°방향을 변환한 후, 롤링용 감속기 (59) 를 통해 롤링 부재 (46) 에 전달되고, 이 롤링 부재 (46) 와 일체인 족부 (25) 를 롤링시킨다. 이 같이, 피칭축부 (36) 에 롤링 기구 (61) 를 지지하여 족부 (25) 와 일체로 피칭시키고, 또한 롤링 기구 (61) 를 단독으로 작동시켜 피칭축부 (36) 에 대해 족부 (25) 를 롤링시키므로, 피칭 및 롤링이 서로 간섭, 또는 교착하지 않게 되고, 족부 (25) 의 피칭 및 롤링의 제어가 간소화된다.

또한 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 를 발목관절 (28) 보다 상방의 아래다리부 (24) 에 지지하였으므로, 중량이 큰 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 의 위치가 무릎관절 (27) 에 접근한다. 그 결과, 무릎관절 (27) 둘레의 아래다리부 (24) 의 관성 모먼트를 감소시켜 무릎관절 (27) 을 구동하는 구동원의 부하를 저감할 수 있다. 또한 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 의 위치가 족부 (25) 에 설치된 6 분력 센서 (60) 로부터 멀어지기 때문에, 6 분력 센서 (60) 가 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 의 노이즈의 영향을 잘 받지 않아검출 정밀도가 향상된다.

또한 피칭용 모터 (34) 및 롤링용 모터 (35) 의 상기 배치에 의해 피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 의 위치가 낮아져 발목관절 (28) 의 컴플라이언스 제어를 보다 작은 제어량으로 실현할 수 있다. 그럼으로써, 바닥면의 예측할 수 없는 요철이나 경사에 신속히 대응하여 안정된 보행을 가능하게 할 수 있다.

또한 족부 (25) 를 피칭시키면 좌우축선 (Ly) 및 전후축선 (Lx) 의 교점을 중심으로 하는 내측 부분 구상 커버 (62) 및 외측 부분 구상 커버 (63) 가 일체로 회전하기 때문에, 양 커버 (62,63) 와 하각 링크 (33) 의 하단의 오목 형상 구면 (33a) 사이의 간극 (α) 이 일정하게 유지되어 이물이 끼여드는 것을 방지할 수 있다. 또한 족부 (25) 를 롤링시키면 내측 부분 구상 커버 (62) 가 외측 부분 구상 커버 (63) 에 대해 상대적으로 회전하지만, 상기 간극 (α) 은 변화되는 경우가 없기 때문에, 역시 이물이 끼여드는 것을 방지할 수 있다. 더욱이 상기 간극 (α) 이 변화되지 않기 때문에, 내측 부분 구상 커버 (62) 및 외측 부분 구상 커버 (63) 가 하각 링크 (33) 와 간섭하기 어려워져 발목관절 (28) 의 가동 범위를 확대할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 각종 설계를 변경할 수 있다.

예컨대 실시예에서는 족부 (25) 를 일체로 고정시킨 롤링 부재 (46) 를 롤링축부 (44) 의 외주에 회전이 자유롭게 지지하고, 피칭축부 (36) 내에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어 (58) 와, 롤링축부 (44) 내에 동 축에 배치되어 롤링 부재 (46)에 연결된 종동 베벨 기어 (57) 를 맞물리게 하고, 피칭용 모터 (34) 로 피칭축부 (36) 를 회전시켜 족부 (25) 를 피칭시키고, 롤링용 모터 (35) 로 구동 베벨 기어 (58) 를 회전시켜 족부 (25) 를 롤링시키고 있으나, 족부 (25) 를 일체로 고정시킨 피칭 부재 (청구항 3 의 발명의 회전 부재에 대응) 를 피칭축부 (36) 의 외주에 회전이 자유롭게 지지하고, 롤링축부 (44) 내에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어 (58) 와, 피칭축부 (36) 내에 동 축에 배치되어 피칭 부재에 연결된 종동 베벨 기어 (57) 를 맞물리게 하고, 롤링용 모터 (35) 로 롤링축부 (44) 를 회전시켜 족부 (25) 를 롤링시키고, 피칭용 모터 (34) 로 구동 베벨 기어 (58) 를 회전시켜 족부를 피칭시켜도 된다.

또한 실시예에서는 족부 (25) 에 가해지는 하중을 6 분력 센서 (60) 로 검출하고 있으나, 3 분력 내지 5 분력을 검출할 수 있는 센서로 대용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 관한 다리식 이동 로봇은 자립 이족 보행이 가능하기 때문에 어트랙션용이나 데먼스트레이션용으로 이용할 수 있다.

Claims

윗다리부 (23) 의 하단에 무릎관절 (27) 을 통해 아래다리부 (24) 를 연결함과 동시에, 아래다리부 (24) 의 하단에 족부 (25) 를 발목관절 (28) 을 통해 연결하고, 발목관절 (28) 은 아래다리부 (24) 에 대해 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서,

족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭시키는 피칭용 모터 (34) 를 발목관절 (28) 보다 상방의 아래다리부 (24) 에 지지함과 동시에, 족부 (25) 를 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링시키는 롤링용 모터 (35) 를 발목관절 (28) 보다 상방의 아래다리부 (24) 에 지지한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
제 1 항에 있어서, 아래다리부 (24) 에 좌우축선 (Ly) 둘레로 회전 가능하게 지지된 피칭축부 (36) 와,

좌우축선 (Ly) 방향에 배치된 피칭용 모터 (34) 의 출력축 (34a) 의 회전을 피칭축부 (36) 에 전달하는 피칭용 벨트 전달 수단 (42) 과,

피칭축부 (36) 에 족부 (25) 를 롤링 가능하게 지지하는 롤링 기구 (61) 를 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
윗다리부 (23) 의 하단에 무릎관절 (27) 을 통해 아래다리부 (24) 를 연결함과 동시에, 아래다리부 (24) 의 하단에 족부 (25) 를 발목관절 (28) 을 통해 연결하고, 발목관절 (28) 은 아래다리부 (24) 에 대해 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서,

서로 직교하도록 고정되고, 각각이 좌우축선 (Ly) 둘레 및 전후축선 (Lx) 둘레로 회전하는 피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 와,

피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 의 일방의 외주에 회전이 자유롭게 지지되어 족부 (25) 와 일체로 회전하는 회전 부재 (46) 와,

피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 의 타방을 회전시키는 제 1 구동원 (34) 과,

피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 의 타방의 내부에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어 (58) 와,

피칭축부 (36) 및 롤링축부 (44) 의 일방의 내부에 동 축에 배치되어 구동 베벨 기어 (58) 에 맞물림과 동시에 회전 부재 (46) 에 연결된 종동 베벨 기어 (57) 와,

구동 베벨 기어 (58) 를 회전 구동하는 제 2 구동원 (35) 을 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
윗다리부 (23) 의 하단에 무릎관절 (27) 을 통해 아래다리부 (24) 를 연결함과 동시에, 아래다리부 (24) 의 하단에 족부 (25) 를 발목관절 (28) 을 통해 연결하고, 발목관절 (28) 은 아래다리부 (24) 에 대해 족부 (25) 를 좌우축선 (Ly) 둘레로 피칭이 자유롭게 지지하고, 또한 전후축선 (Lx) 둘레로 롤링이 자유롭게 지지하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조로서,

피칭축부 (36) 에 족부 (25) 를 롤링이 자유롭게 지지하는 롤링 기구 (61) 는 피칭축부 (36) 에 직교하도록 고정된 롤링축부 (44) 와, 족부 (25) 에 일체로 고정되어 롤링축부 (44) 의 외주에 회전이 자유롭게 지지된 롤링 부재 (46) 와,

피칭축부 (36) 내에 동 축에 배치된 구동 베벨 기어 (58) 와,

좌우축선 (Ly) 방향에 배치된 롤링용 모터 (35) 의 출력축 (35a) 의 회전을 구동 베벨 기어 (58) 에 전달하는 롤링용 벨트 전달 수단 (55) 과,

롤링축부 (44) 내에 동 축에 배치되어 구동 베벨 기어 (58) 에 맞물림과 동시에 롤링 부재 (46) 에 연결된 종동 베벨 기어 (57) 를 구비한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
제 4 항에 있어서, 피칭용 벨트 전달 수단 (42) 및 피칭축부 (36) 간에 피칭용 감속기 (43) 를 배치하고, 종동 베벨 기어 (57) 및 롤링 부재 (46) 간에 롤링용 감속기 (59) 를 배치한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 롤링 부재 (46) 의 외측을 부분 구면 형상 커버 (62,63) 로 덮고, 아래다리부 (24) 의 골격을 구성하는 하각 링크 (33) 의 하단과 부분 구면 형상 커버 (62,63) 사이에 소정의 간극 (α) 을 형성한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
제 6 항에 있어서, 부분 구면 형상 커버 (62,63) 가 피칭축부 (36) 위 또는 롤링축부 (44) 위에 중심을 갖는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.
제 1 항 ~ 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 족부 (25) 에 이 족부 (25) 에 가해지는 하중을 검출하는 센서 (60) 를 설치한 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇의 다리 구조.