KR100997142B1

KR100997142B1 - 인간형 로봇

Info

Publication number: KR100997142B1
Application number: KR1020080057931A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 심영보
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-11-30
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: KR20090131929A

Abstract

본 발명은 로봇 암을 기능에 따라 모듈화하고 각 모듈별로 조립이 가능하도록 설계하여, 하나의 로봇에 대하여 각 상황에 맞는 모듈로 교체가 가능한 인간형 로봇을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇은 핸드모듈과, 핸드모듈과 결합 또는 결합해제되는 아암모듈과, 핸드모듈에 형성된 제1회전가이드와, 제1회전가이드와 분해 또는 조립될 수 있도록 아암모듈에 형성된 제2회전가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인간형 로봇{Humanoid Robot}

본 발명은 인간형 로봇에 관한 것으로, 특히 팔 어셈블리의 조립과 분해가 용이하도록 한 인간형 로봇에 관한 것이다.

로봇은 어떤 작업이나 조작을 자동적으로 수행하는 기계 장치로서, 다양한 분야에서 인간을 대신하거나 보조하는데 활용되고 있다.

로봇 중 활용도가 높은 것은 산업용 로봇이다. 산업용 로봇은 생산 라인을 자동화, 무인화하여 생산성을 향상시키고, 인간을 대신하여 위험한 작업을 수행함으로써 산업 재해로부터 인간을 보호하는데 기여하고 있다.

근래에는 인간과 유사한 외관을 가지고, 인간과 유사한 행동을 하는 인간형(humanoid) 로봇이 개발되고 있다. 인간형 로봇은 일반적인 산업용 로봇과 마찬가지로 각종 산업 현장에 투입되어 인간이 하기 힘든 작업을 대행하는데 이용될 수 있다. 그러나 인간형 로봇이 가지는 가장 큰 이점은 인간을 대신한다는 측면보다는 일상 생활에서 인간과 공존하며 다양한 서비스를 친근감있게 제공할 수 있다는 측면에서 찾을 수 있다.

이러한 인간형 로봇의 일례로 대한민국 등록특허 제10-0749878호에 휴머노이 드 로봇용 로봇 암이 개시되어 있다. 상기 공보에 개시된 휴머노이드 로봇용 로봇 암은 어깨관절부와, 어깨관절부와 연결되는 팔꿈치관절부와, 팔꿈치관절부의 단부에 연결되는 손목관절부를 포함하여, 로봇암이 어깨관절부와, 팔꿈치관절부와, 손목관절부에서 각각 3, 1, 3 자유도를 가지도록 설계되어 인체의 팔 움직임과 유사한 모션으로 작동하고 인간의 팔로 가능한 모든 동작을 가능하도록 한다.

하지만, 대한민국 등록특허 제10-0749878호에 개시된 휴머노이드 로봇용 로봇 암은 로봇을 하나의 큰 형태로 보고 조립을 하는 것으로, 어느 하나의 관절부분에 문제가 발생하면 연속 결합된 다른 관절부분을 다시 분해해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇 암을 기능에 따라 모듈화를 실시하고 각 모듈별로 조립이 가능하도록 설계하여, 하나의 로봇에 대하여 각 상황에 맞는 모듈로 교체가 가능한 인간형 로봇을 제공하는데 있다.

또한, 제1회전가이드는 일측으로 연장된 걸림부를 형성하고, 제2회전가이드는 걸림부가 결합될 수 있도록 걸림홈을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 제1회전가이드에는 커넥터모듈이 구비되고, 제2회전가이드에는 전기적인 접속을 위하여 커넥터모듈에 대응하는 위치에 스위치모듈이 구비되는 것을 특징으로 하다.

또한, 커넥터모듈은 전기적인 접속을 통하여 제어신호를 전달하는 커넥터와, 커넥터를 탄성 지지하는 제1탄성부재와, 제1탄성부재로부터 탄성 지지되는 커넥터를 덮는 커넥터커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 스위치모듈은 외력을 통해 상기 커넥터와 분리될 수 있도록 하는 스위치와, 스위치를 탄성 지지하는 제2탄성부재와, 제2탄성부재로부터 탄성 지지되는 스위치를 덮는 스위치커버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 커넥터는 돔 형상으로 마련되고, 커넥터연결부는 커넥터에 대응하도록 역돔 형상으로 마련되어, 핸드모듈과 아암모듈은 안정적으로 접촉을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇을 다른 측면에서 본다면, 핸드모듈과, 핸드모듈과 분해 및 조립되는 아암모듈과, 핸드모듈에 형성된 제1회전가이드와, 제1회전가이드와 회전을 통하여 끼워져 결합될 수 있도록 아암모듈에 형성된 제2회전가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇을 또 다른 측면에서 본다면, 동체와, 동체에 연결되는 아암모듈과, 아암모듈과 분해 또는 조립될 수 있는 핸드모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇은 로봇 암을 기능에 따라 모듈화를 실 시하고 각 모듈별로 조립이 가능하도록 설계함으로서, 연관된 다른 관절부분을 분해할 필요가 없이도 하나의 로봇에 대하여 각 상황에 맞는 모듈로 교체하거나 조립이 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇을 도시한 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 인간형 로봇(10)은 동체(胴體)(100)와, 동체(100)의 하부 양측에 연결되는 다리 어셈블리와(200R, 200L)와, 동체(100)의 상부 양측에 연결되는 팔 어셈블리(300R, 300L)와, 동체(100)의 상단부에 연결되는 머리(400)를 구비한다. 참조 부호에서 "R", "L"은 각각 우측과 좌측을 나타낸다.

동체(100)의 내부는 커버(110)에 의해 보호된다. 동체(100)에는 제어유닛(120), 배터리(130) 및 경사센서(미도시)가 설치될 수 있다. 경사센서는 연직축에 대한 동체(100)의 경사각도와 그 각속도 등을 검출한다. 동체(100)는 가슴부(100a)와 허리부(100b)로 분할될 수 있으며, 가슴부(100a)와 허리부(100b) 사이에는 가슴부(100a)가 허리부(100b)에 대해 상대 회전할 수 있도록 관절이 설치될 수 있다.

동체(100)의 하부 양측은 다리 어셈블리(200R, 200L)를 구비한다. 양측 다리어셈블리(200R, 200L)는 각각 대퇴링크(210), 하퇴링크(220) 및 발(230)을 구비할 수 있다. 대퇴링크(210)는 대퇴관절부(미도시)를 통해 동체(10)에 연결된다. 대퇴 링크(21)와 하퇴링크(22)는 무릎관절부(미도시)를 통해 서로 연결되고, 하퇴링크(220)와 발(230)은 발목관절부(미도시)를 통해 서로 연결된다.

동체(100)의 상부는 머리(400)를 구비한다. 머리(400)는 로봇(10)의 시각으로서 기능하는 카메라(410)와, 청각으로서 기능하는 마이크로폰(420)이 설치될 수 있다. 머리(400)는 목관절부(미도시)를 통해 동체(100)와 연결된다.

동체(100)는 상부 양측에 팔 어셈블리(300R, 300L)를 구비한다. 양측의 팔 어셈블리(300R, 300L)는 핸드모듈(hand module)과 아암모듈(arm module)을 구비한다. 양측의 팔 어셈블리(310R, 310L)는 그 구성이 동일하므로 이하에서는 우측 팔 어셈블리(310R)를 예로 들어 설명한다.

도2는 우측 팔 어셈블리가 분해된 상태를 도시한 도면이며, 도3은 도2에서 일부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도2와 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇의 팔 어셈블리는 핸드모듈(310)과, 핸드모듈(310)과 분리 및/또는 결합될 수 있도록 동체에 연결되는 아암모듈(320)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 핸드모듈(310)의 손(H)에는 5개의 손가락이 설치된다. 각각의 손가락에는 모터에 의해 구동되는 다수의 관절들이 설치될 수 있다. 손가락은 아암모듈(320)의 움직임에 연동하여 물건을 파지하거나 특정 방향을 가리키는 것과 같은 다양한 동작을 실행한다.

또한, 핸드모듈(310)에는 아암모듈(320)에 결합되는 제1장착부(C1)가 형성된 다. 제1장착부(C1)는 핸드모듈(310)이 아암모듈(320)에 회전 결합되어 전기적인 접속을 이루도록 한다. 제1장착부(C1)는 핸드모듈 일측에서 원통형으로 형성된다. 제1장착부에는 제1회전가이드(311)와 커넥터모듈(312)이 형성된다. 또한 제1장착부(C1)에는 커넥터모듈(312)이 수용되는 제1안착부(316)가 마련된다. 여기서, 제1안착부(316)는 후술하는 아암모듈(320)의 제2안착부(326)에 대응하는 위치에서 소정 깊이로 함몰된 형태로 마련된다.

제1회전가이드(311)는 제1장착부(C1) 외면의 둘레를 따라 일정간격으로 이격 형성된다. 제1회전가이드(311)에는 핸드모듈(310)을 회전하여 아암모듈(320)에 끼워 결합될 수 있도록 일측으로 연장된 걸림부(311a)가 형성된다. 제1장착부(C1)는 걸림부(311a)가 결합된 후 이탈되지 않도록 제1회전가이드(311)를 포함한다. 다만, 도면상에서 제1장착부(C1)가 4개의 제1회전가이드(311)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 그 개수는 여기에 한정되지 않으며 적어도 하나 이상으로 구비되면 충분하다.

제1회전가이드(311)의 일측에는 전기적인 접속을 통하여 제어신호를 받는 커넥터(313)를 포함한 커넥터모듈(312)이 마련된다. 구체적으로, 커넥터모듈(312)은 걸림부(311a)의 일측에 형성된 제1안착부(316)에 마련된다. 여기서, 커넥터(313)는 스위치모듈(322)의 커넥터연결부(327)와 전기적인 접속을 통하여 핸드모듈(310)과 아암모듈(320)사이에 전원의 공급이라든지, 서로간의 통신을 위한 신호전달이 가능하도록 기능한다.

커넥터(313)의 외측에는 커넥터(313)를 둘러싸는 커넥터커버(314)가 마련된 다. 즉, 커넥터커버(314)는 커넥터(313)가 제1안착부(316)에서 이탈되지 않도록 제1안착부(316)의 외연을 감싸도록 형성된다. 또한, 커넥터커버(314)는 커넥터커버홀(314a)을 형성함으로서, 커넥터(313)가 커넥터커버(314)를 관통하여 외부로 노출되어 스위치모듈(322)과 접촉될 수 있도록 한다. 여기서, 커넥터(313)는 커넥터연결부(314)와 항상 안정되고 정확히 접촉할 수 있도록 돔(dome) 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

커넥터(313)의 내측에는 커넥터(313)를 탄성 지지하는 제1탄성부재(315)가 구비된다. 제1탄성부재(315)는 제1안착부(316)에서 커넥터(313)가 외측으로 탄성 지지 될 수 있게 한다. 그러므로, 제1탄성부재(315)는 제1안착부(316)에 장착되어 외측으로 탄성력을 부여하는 압축스프링인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 아암모듈(320)은 어깨연결부를 통하여 동체(100)에 결합된다. 아암모듈(320)에는 핸드모듈(310)의 제1장착부(C1)가 결합되는 제2장착부(C2)가 형성된다. 제2장착부(C2)는 핸드모듈(310)이 회전 결합되어 핸드모듈(310)과 아암모듈(320)사이에 전기적인 접속을 이루도록 한다. 이를 위하여, 제2장착부(C2)는 제1장착부(C1)가 삽입될 수 있도록 대략 원통형으로 마련되며, 핸드모듈(310)의 제1회전가이드(311)와 커넥터모듈(312)에 대응하도록 제2회전가이드(321)와 스위치모듈(322)을 구비한다.

제2회전가이드(321)는 제2장착부(C2)의 내측에서 원형의 빈공간을 구비하여 핸드모듈(310)이 회전을 통하여 끼워질 수 있도록 형성된다. 이를 위하여, 제2회전가이드(321)는 제1회전가이드(311)가 끼워질 수 있도록 안내하는 가이드홈(321a)과, 제1회전가이드(311)의 걸림부(311a)가 회전되면 고정될 수 있도록 하는 걸림홈(321b)을 구비한다. 여기서, 제2회전가이드(321)는 적어도 하나 이상 형성되며, 바람직하게는 제1회전가이드(311)와 서로 대칭적 위치에 형성되어 안정적으로 결합될 수 있도록 한다. 따라서, 제2회전가이드(321)는 제2장착부(C2)의 내측방향에서 제1회전가이드(311)의 개수 및 위치에 대응하도록 형성하는 것이 바람직하다.

가이드홈(321a)은 제1회전가이드(311)의 길이에 대응하여 형성된다. 가이드홈(321a)의 길이는 제1회전가이드(311)가 끼워질 수 있는 정도의 길이를 가진다. 또한, 가이드홈(321a)의 내측에는 원주방향으로 연장 형성이 되는 걸림홈(321b)이 형성된다. 걸림홈(321b)이 연장 형성되는 길이는 회전을 통하여 핸드모듈(310)의 커넥터모듈(312)과 아암모듈(320)의 스위치모듈(322) 사이에 전기적 접속을 형성하는 정도면 충분하다. 그리고, 걸림홈(321b)은 제1회전가이드(311)의 걸림부(311a)와 결합 가능한 최소한의 공간으로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 너무 헐거운 상태로 결합되면 핸드모듈(310)의 커넥터모듈(312)과 아암모듈(320)의 스위치모듈(322) 사이에 전기적 접속이 불량해지는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 제2장착부(C2)에는 스위치모듈(322)을 수용하는 제2안착부(326)를 구비한다. 제2안착부(326)는 제2장착부(C2)의 내면과 외면을 관통하도록 형성된다. 제2안착부(326)는 핸드모듈(310)의 제1안착부(316)에 대응하는 위치에 마련되며, 상호 결합에 의해 전기적인 접속을 이루는 공간이다. 제1안착부(316)와 연결되는 제2안착부(326)에는 핸드모듈(310)의 커넥터(313)가 결합되는 커넥터연결부(327)를 구비한다. 커넥터연결부(327)는 핸드모듈(310)의 커넥터(313)의 형상과 대응되도록 역돔(reverse dome)형상으로 마련된다. 왜냐하면, 커넥터연결부(327)가 핸드모듈(310)의 커넥터(313)와 항상 접촉을 유지하여 안정적으로 전기적인 접속을 유지할 수 있기 때문이다.

스위치모듈(322)은 스위치커버홀(324a)을 통해 외부로 돌출되는 스위치(323)와, 스위치(323)의 하부에 개재되어 스위치(323)를 탄성 지지하는 제2탄성부재(325)와, 스위치(323)의 상부에서 스위치(323)를 둘러싸는 스위치커버(324)를 포함하여 구성될 수 있다.

스위치(323)는 사용자가 아암모듈(320)과 핸드모듈(310)의 분해를 위하여 외력을 가할 수 있는 누름부(323a)를 구비한다.(도 6참조) 누름부(323a)의 하부에는 스위치(323)가 제2탄성부재(325)에 의해 외측방향으로 탄성 지지될 수 있도록 넓은 폭을 가지는 보강부(323b)가 마련된다. 또한, 보강부(323b)의 하부에는 누름부(323a)에 작용하는 외력에 의해 보강부(323b)의 하부에서 핸드모듈(310)의 커넥터(313)를 가압하는 푸쉬부(323c)를 구비한다. 즉, 사용자가 스위치(323)의 누름부(323a)를 가압하면, 이와 동시에 푸쉬부(323c)가 핸드모듈(310)의 커넥터(313)를 가압함으로서, 커넥터연결부(327)에 결합된 커넥터(313)의 연결을 해제할 수 있게 된다. 스위치모듈(322)은 스위치(323)가 제2장착부(C2) 내부에 안착될 수 있도록 스위치(323)를 구비한다. 스위치커버(324)에는 스위치(323)의 누름부(323a)가 관통하여 외부로 노출될 수 있도록 스위치커버홀(324a)이 형성된다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 핸드모듈과 암모듈의 조립 및 분해를 살펴본다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핸드모듈과 암모듈이 조립이 완료되기 전의 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핸드모듈과 암모듈이 조립이 완료된 후의 상태를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 핸드모듈(310)에 마련된 제1회전가이드(311)가 아암모듈(320)의 제2회전가이드(321)에 끼워지면, 제1회전가이드(311)를 제2회전가이드(321)에 형성된 걸림홈(321b)을 따라서 회전시킨다. 이때, 제1회전가이드(311)를 회전시키는 범위는 핸드모듈(310)에 형성된 커넥터(313)가 아암모듈(320)에 있는 커넥터연결부(327)와 서로 맞닿게 되는 위치까지 이다. 그러면, 제1탄성부재에 의해 외측으로 탄성 지지되고 있는 상태의 커넥터(313)가 커넥터연결부(327)와 맞닿는 순간에 돌출되어 핸드모듈(310)이 아암모듈(320)에 결합된다. 따라서, 핸드모듈(310)은 아암모듈(320)에 의해 견고하게 지지될 수 있으며, 전원의 공급이라든지 서로간의 통신을 위한 신호전달이 가능하게 된다.

다음, 서로 결합된 핸드모듈과 아암모듈을 분해하는 과정을 살펴본다. 도 6은 본 발명에 따라 조립이 완료된 핸드모듈과 아암모듈의 분해 동작을 나타낸 도면 이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 아암모듈(320)에 마련된 스위치(323)의 누름부(323a)를 가압하면, 푸쉬부(323c)에 의해 핸드모듈(310)의 커넥터(313)와 아암모듈(320)의 커넥터연결부(327)가 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 이격되게 된다. 이때, 핸드모듈(310)이 아암모듈(320)과 조립되는 방향과 반대방향으로 핸드모듈(310)을 당기게 되면, 핸드모듈(310)과 아암모듈(320)은 서로 분리될 수 있다. 따라서, 핸드모듈(310)의 일부분에 문제가 발생하였다면, 다른 관절부분을 분해할 필요가 없이 로봇의 핸드모듈(310)의 상황에 맞는 핸드모듈(310)을 준비하여 교체함으로서 신속하게 문제를 해결할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 인간형 로봇의 팔 어셈블리에 있어서 핸드모듈을 아암모듈에 결합하거나 결합해제 할 수 있도록 하여, 인간형 로봇의 유지 및 보수에 있어서 효율을 높이는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 인간형 로봇을 도시한 도면이다.

도2는 우측 팔 어셈블리가 분해된 상태를 도시한 도면이다.

도3은 도2에서 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 핸드모듈과 아암모듈의 조립 완료 전의 상태를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 핸드모듈과 아암모듈의 조립 완료 후의 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따라 조립이 완료된 핸드모듈과 아암모듈의 분해 동작을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10...인간형 로봇 300R,300L...팔 어셈블리

310...핸드모듈 311...제1회전가이드

312...커넥터모듈 313...커넥터

314..커넥터커버 315...제1탄성부재

320...아암모듈 321...제2회전가이드

322...스위치모듈 323...스위치

324...스위치커버 325...제2탄성부재

Claims

핸드모듈과,

상기 핸드모듈과 결합,결합해제되는 아암모듈과,

상기 핸드모듈에 형성되는 제1회전가이드와,

상기 제1회전가이드와 분해,조립될 수 있도록 상기 아암모듈에 형성되는 제2회전가이드를 포함하고,

상기 제1회전가이드에는 커넥터모듈이 구비되고,

상기 제2회전가이드에는 상기 핸드모듈이 상기 아암모듈에 의해 견고하게 지지되고 동시에 서로 전기적으로 접속되도록 상기 커넥터모듈에 대응하는 위치에 커넥터연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 인간형로봇.
제 1항에 있어서,

상기 제1회전가이드는 일측으로 연장된 걸림부를 형성하고,

상기 제2회전가이드는 상기 걸림부가 결합될 수 있도록 걸림홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
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제 1항에 있어서,

상기 커넥터모듈은 전기적인 접속을 통하여 제어신호를 전달하는 커넥터와,

상기 커넥터를 탄성 지지하는 제1탄성부재와,

상기 제1탄성부재로부터 탄성 지지되는 상기 커넥터를 덮는 커넥터커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
제 1항에 있어서,

제2회전가이드에 구비되는 스위치모듈을 더 포함하고,

상기 스위치모듈은 외력을 통해 상기 커넥터와 분리될 수 있도록 하는 스위치와,

상기 스위치를 탄성 지지하는 제2탄성부재와,

상기 제2탄성부재로부터 탄성 지지되는 상기 스위치를 덮는 스위치커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
제 4항에 있어서,

상기 커넥터는 돔(dome) 형상으로 마련되고,

상기 커넥터연결부는 상기 커넥터에 대응하도록 역돔(reverse dome) 형상으로 마련되어,

상기 핸드모듈과 아암모듈은 안정적으로 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
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