[ PATENT REVIEW ] 로봇의 관절 구조물
이성운 2017-10-31 14:10:22

| 기술분야
본 발명은 로봇의 관절 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇의 보행 시 발생하는 지면반발력(GRF : Ground Reaction Force)을 흡수해 로봇을 보호할 수 있고, 흡수한 에너지를 재이용해 보행효율을 상승시킬 수 있다. 뿐만 아니라 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있는 로봇의 관절 구조물에 관한 것이다.


| 배경기술
사족보행로봇은 생체모방형 구조로써, 바퀴타입의 로봇에 비해 다양한 지형지물에서 효과적으로 보행할 수 있다.

최근 사족보행로봇의 트렌드는 저속/안정적인 보행에서 고속/효율적인 보행으로 변화하고 있으며, 이를 위해 세계 유수의 연구기관에서 연구를 진행하고 있다. 하지만 로봇이 고속으로 주행하기 위해서는 지면반발력을 고려해야 하는데, 저속 보행 시에는 2~3개의 다리가 지면에 접한 상태를 유지하지만, 고속보행 시에는 로봇의 다리가 전부 공중에있거나 1개의 다리만이 지면에 접하게 된다.
이러한 경우 지면에 접하는 다리 하나에 무게가 집중되며, 이때 지면에 접한 다리 하나에는 지면반발력에 의해 로봇 무게의 약 2.6배에 이르는 힘이 가해진다. 예를 들어 50㎏ 로봇의 경우, 약 32㎞/h의 속도로 보행 시 대략 130㎏의 힘이 지면에 접하는 다리 하나에 전달되는 것이다. 게다가 보행 속도가 빨라질수록 지면반발력 또한 상승하게 되어 로봇, 특히 다리나 몸체에 심각한 파손을 야기하게 된다.

따라서 이와 같은 문제점이 보완된 로봇 관절 구조물의 필요성이 대두되고 있다.


| 해결하려는 과제
본 발명의 목적은 앞서 말한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로봇의 보행 시 발생하는 지면반발력을 흡수해 로봇을 보호할 수 있는 관절 구조물을 제공함에 있다.
또한 흡수한 에너지를 재이용해 보행효율을 상승시킬 수 있고, 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있는 관절 구조물을 제공함에 있다.

 

| 과제의 해결 수단
본 발명은 ▲지지프레임 ▲지지프레임에 연결되는 회전축 ▲회전축이 관통해 결합되는 결합부 ▲회전축을 중심으로 회전 가능한 타원체 ▲타원체의 장축 방향을 따라 양측말단이 타원체의 내주면에 접하도록 타원체의 내측에 배치되고, 타원체가 제1방향으로 회전하는 경우 타원체에 접하게 되는 양측말단 사이의 길이 변화에 따라 형상이 변형되어 탄성력을 비축하며, 비축된 탄성력을 이용해 타원체를 제2방향으로 회전시키는 탄성체를 포함하는 로봇의 관절 구조물에 의해 달성된다.
여기서 탄성체는 판스프링 및 판스프링의 양측말단에 배치되고, 타원체의 내주면에 접해 이동 가능한 이동부를 포함하는 것이 바람직하다.
타원체는 내주면을 따라 가이드부가 형성되며, 이동부는 가이드부에 결합되어 타원체의 내주면을 따라 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
판스프링은 이동부 중 어느 하나와 지지프레임 또는 결합부에 장착되는 제1판스프링 및 이동부 중 다른 하나와 지지프레임 또는 결합부에 장착되는 제2판스프링을 포함하는 것이 바람직하다.
지지프레임 또는 타원체에는 타원체의 제1방향 회전에 따라 탄성체의 형상이 변형되는 부분의 길이를 조절해 탄성체의 강성을 조절하는 강성조절체가 더 포함되는 것이 바람직하다.
강성조절체는 외주면을 따라 나사산이 형성되고, △지지프레임 △결합부에 연결되며, 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능한 조작봉 △조작봉에 나사가 결합되고, 조작봉의 회전방향에 따라 조작봉의 길이방향으로 승강되는 승강부 △승강부와 탄성체 사이를 연결하고, 승강부의 승강 시 탄성체의 길이방향을 따라 탄성체와 접하는 위치가 가변되는 위치가변부를 포함하는 것이 바람직하다.
위치가변부는 승강부를 중심으로 서로 마주보게 배치되고, 승강부에 회동 가능하게 힌지 결합되는 한 쌍의 회동부재 및 회동부재에 각각 연결되고, 탄성체가 관통되며, 승강부의 승강 시 탄성체의 길이방향을 따라 서로 근접하거나 멀어지도록 동작되는 슬라이드부재를 포함하는 것이 바람직하다.
조작봉은 타원체의 둘레를 따라 형성되는 관통공을 관통해 타원체의 외측으로 돌출되고, 타원체는 관통공이 타원체의 둘레에 형성되는 길이에 따라 회전축을 중심으로 회전되는 각도를 조절 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.


| 발명의 효과
본 발명에 따르면, 로봇의 보행 시 발생하는 지면반발력을 흡수해 로봇을 보호할 수 있는 로봇의 관절 구조물이 제공된다.
또한 흡수한 에너지를 재이용해 보행효율을 상승시킬 수 있으며, 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있게 된다.

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