KR20210106970A

KR20210106970A - 로봇조립체

Info

Publication number: KR20210106970A
Application number: KR1020210111635A
Authority: KR
Inventors: 이치훈
Original assignee: 이치훈
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: KR102501703B1; KR20210092479A; KR102296422B1

Abstract

본 발명의 로봇조립체는 제어보드 및 적어도 하나 이상의 제1모터가 설치되는 몸체모듈, 상기 제1모터와 결합되는 중앙부와 상기 중앙부로부터 양측으로 형성된 날개부를 가지는 제1캠과 결합되어 회전되는 판 형상의 제1캠홀더와, 상기 제1캠홀더의 양측 말단에 상기 제1캠홀더에 직교하게 각각 설치되며 제2캠과 결합되는 제2캠홀더와, 회전방향이 상기 제1모터의 회전방향과 직교하도록 제2캠과 결합된 제2모터를 수용하며 상기 제2캠홀더에 대해 회동가능하게 힌지결합되는 제2모터하우징과, 상기 제1캠홀더가 설치된 반대방향의 상기 제2모터하우징에 제3캠과 결합되는 제3캠홀더를 포함하는 관절모듈을 포함하고, 상기 제1캠홀더는 상기 제1캠이 관통되는 요입홈과 상기 요입홈 양측으로 길게 형성되어 상기 제1캠이 안착되는 수용공간과 상기 수용공간의 상측과 하측에 구비되어 상기 제1캠과 걸림결합되는 제1걸림홈을 포함하는 판홀더, 상기 판홀더와 결합하는 결합홀을 포함하고, 상기 결합홀을 중심으로 양측의 길이가 상기 판홀더의 수용공간의 길이보다 작은 홀더덮개를 포함하고, 상기 제2캠홀더는 상기 판홀더와 직교하도록 상기 홀더덮개의 측부와 판홀더의 양측 내벽 사이에 공간에 고정되게 결합하며, 상기 제2캠이 걸림결합되는 제2걸림홈, 상기 판홀더와 상기 홀더덮개 사이에 개재되어 상기 홀더덮개에 의해 눌려 고정되어 제2캠홀더의 말단부에서 제2캠홀더에 대해 직교하도록 일체로 연장되는 지지판부, 및 상기 지지판부에 대향하여 제2모터하우징과 힌지결합되는 힌지홀을 포함할 수 있다.

Description

로봇조립체{Robot assembly}

본 발명은 로봇조립체에 관한 것으로, 직교하는 두 개의 모터로 이루어진 관절모듈을 조립하여 다양한 형상으로 구동 로봇을 조립할 수 있는 로봇조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 완구용 보행 로봇은 어린이들의 놀이와 과학적 사고방식 함양을 위한 것으로, 사용자가 직접 조립하는 조립식 로봇과 미리 완성된 완성용 로봇으로 구별된다. 특히, 완구용 보행 로봇은 동력발생수단에 의한 기구식 구동원리를 적용하여 어린이나 청소년들의 호기심을 유발하고 재미를 배가시키는 제품으로 널리 보급되고 있다.

이러한 보행 로봇은 2개의 다리 또는 그 이상의 복수의 다리를 가지는 다족(多足) 보행 로봇 등으로 제작하고 있다. 즉, 2개의 다리로 보행하는 완구는 사람과 같이 두 다리가 교차하여 이동하는 완구용 로봇에 적용되며, 다족 보행 완구는 4개의 다리를 가지고 있는 고양이나 개와 같은 동물 형태를 하고 있는 완구에 적용된다.

그러나, 종래기술의 완구용 로봇은 동력발생수단인 모터의 구동력을 다리 등으로 전달하기 위해 복잡한 기구적 구성이 포함되어야 했었다. 즉, 종래 기술의 완구용 로봇은 복수의 기어조립체, 링크, 캠 등을 통해 동력을 전달하는 구성을 가지고 있어 로봇이 복잡해지고 조립이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 복수의 기어 등을 통해 동력을 전달하는 종래의 로봇은 동력 전달의 원리를 어린이들이 이해하기 어려워 학습 교구나 코딩 교구로 사용하기에도 무리가 있었다.

한국등록실용신안 제20-0325668호(출원일: 2003.06.20.)

본 발명은 동력발생수단이 구비된 모듈형 관절모듈을 조립하여 구동 로봇조립체를 조립함으로써 보다 직관적이고 학습용 교구로 사용할 수 있는 로봇조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 관절모듈은 상기 몸체모듈의 제1모터와 상기 제1캠 또는 상기 제3캠을 통해 결합되어 회전될 수 있다.

본 발명의 로봇조립체는 서보모터가 구비된 모듈형 관절모듈을 조립하여 로봇조립체를 간편하게 조립할 수 있고, 구조가 직관적이서 학습용 교구로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 로봇조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 저면사시도이다.
도 3은 도 1의 관절모듈의 분해사시도이다.
도 4는 도 1의 다리부위의 관절모듈의 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 관절모듈의 다른 분해사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 로봇조립체(1)는 몸체모듈(10)과 관절모듈(20)을 포함할 수 있으며, 관절모듈(20)은 몸체모듈(10)로부터 전원 및 제어신호를 인가받아 구동될 수 있다.

몸체모듈(10)은 로봇조립체(1)를 구성하기 위해 관절모듈(20)이 결합되기 위한 것으로, 관절모듈(20)을 구동하기 위한 제어보드(11)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 몸체모듈(10)은 로봇 형태를 구성하기 위해 정육면체 형태를 가질 수 있으나, 이와 달리 다양한 동물이나 곤충들을 구성하기 위해 직육면체, 판형 등의 형태를 가질 수도 있다. 즉, 몸체모듈(10)은 그 내부나 상부측에 구동전원이 인가되는 제어보드(11)가 장착될 수 있다면 어떠한 형태라도 가능할 수 있다. 도 2를 참조로, 본 실시예의 몸체모듈(10)은 정육면체 형상으로 내부에 제어보드(11)가 장착되는 장착공간이 형성된 프레임부(12)와 이 프레임부(12)에 분리가능하게 장착되며 관절모듈(20)이 고정되게 결합되는 결합판(13)을 포함할 수 있다. 결합판(13)은 볼트 등의 수단을 통해서 또는 프레임부(12)에 형성된 결합 슬릿에 끼움 결합되어 프레임부(12)에 고정되게 결합될 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 두 개의 팔에 대응하는 관절모듈(20)이 설치되는 결합판(13)이 프레임부(12)의 양 측부에 결합되고, 두 개의 발에 대응하는 관절모듈(20)이 설치되는 결합판(13)이 프레임부(12)의 하측부에 결합될 수 있다. 결합판(13)에는 관절모듈(20)의 일부가 삽입되도록 삽입구멍이 형성되고 관절모듈(20)을 결합판(13)에 볼트로 고정하기 위한 나사홀이 형성된다. 즉, 관절모듈(20)은 결합판(13)에 볼트로 고정되게 결합될 수 있다.

몸체모듈(10)은 로봇조립체(1)를 제어하는 제어보드(11)가 프레임부(12)의 일측에 고정되게 결합되며, 제어보드(11)는 아두이노 보드일 수 있다. 아두이노(Arduino)는 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로 완성된 보드와 관련 개발 도구 및 환경을 말한다. 아두이노는 2005년 이탈리아의 IDII(Interaction Design Institutelvera)에서 하드웨어에 익숙치 않은 학생들이 자신들의 디자인 작품을 손쉽게 제어할 수 있게 하려고 고안되었다. 아두이노는 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED나 모터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 아두이노는 컴파일된 펌웨어를 USB를 통해 쉽게 업로드하여 마이크로컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있고, 비교적 저렴한 가격 및 윈도우를 비롯해 맥 OS X, 리눅스 등 다양한 운영체제를 지원하는 장점을 가지고 있어, 교육용 및 놀이용 완구를 제작하는 키트로 활용되고 있다. 본 실시예의 제어보드(11)는 외부로부터 전원을 인가받는 전원부(11a), 관절모듈(20)의 서보모터를 제어하기 위한 제어부(11b) 및 그라운드부를 포함할 수 있다. 제어보드(11)는 관절모듈(20)의 하나의 서보모터를 제어하기 위해 3개의 전선을 서보모터에 연결하며, 서보모터의 구동전원인 5V 전원선, 그라운드선 및 서보모터의 각도제어를 위한 제어신호선이 서보모터에 연결된다. 즉, 본 실시예에서 하나의 관절모듈(20)에 두 개의 서보모터가 결합됨에 따라, 제어보드(11)와 각각의 서보모터는 각각 3개의 전선으로 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 몸체모듈(10)은 로봇조립체(1)의 상측부 및 정면부에 결합된 LED모듈(14)을 제어하기 위한 LED제어보드(15)를 더 포함할 수 있으며, LED제어보드(15)는 몸체모듈(10)의 정면부측에서 결합판(13)에 고정되게 설치될 수 있다. LED제어보드(15)도 서보모터와 유사하게 그라운드선, 전원선 및 제어신호선을 통해 LED모듈(14)에 전기적으로 연결되어 LED모듈(14)의 발광을 제어할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 관절모듈(20)은 몸체모듈(10)의 제어보드(11)로부터 인가되는 전원 및 제어신호를 통해 관절 운동되도록 회전축이 서로 직교하도록 배치되는 두 개의 서보모터를 포함하며, 제1모터하우징(210), 제1캠홀더(220), 제2캠홀더(230), 제2모터하우징(240) 및 제3캠홀더(250)를 포함할 수 있다.

서보모터는 제1모터하우징(210)과 제2모터하우징(240)에 고정되게 수용되며, 전원을 인가받아 소정 각도로 회전되는 회전축과 이 회전축에 고정결합되는 축허브(30)를 포함할 수 있다. 즉, 서보모터는 제어보드(11)의 제어신호선으로부터 인가되는 제어신호에 따라 축허브(30)를 0 내지 270도 사이에서 회전시킬 수 있다.

제1모터하우징(210)은 축허브(30)가 외부로 노출되도록 서보모터를 수용하기 위한 것으로, 서보모터를 수용하는 제1케이스(211)와 축허브(30)가 노출되도록 구멍이 형성되며 제1케이스(211)를 덮어 폐쇄하는 제1케이스덮개(212)를 포함한다. 제1케이스(211)와 제1케이스덮개(212)는 서보모터를 수용한 후 접착제 등을 통해 고정되게 결합될 수 있다. 한편, 제1케이스덮개(212)는 중앙부위에 볼트를 통해 결합판(13)에 결합되도록 나사홀이 형성된 체결부가 일체로 구비될 수 있다. 즉, 제1모터하우징(210)은 제1케이스덮개(212)가 결합판(13)의 삽입구멍에 삽입된 후 볼트를 통해 제1케이스덮개(212)의 체결부가 결합판(13)에 고정되게 결합될 수 있다.

제1캠홀더(220)는 서보모터의 축허브(30)와 결합되어 회전되는 제1캠(40)과 결합되기 위한 것으로, 제1캠(40)을 수용하여 결합되는 판홀더(221), 홀더덮개(223)를 포함할 수 있다. 판홀더(221)는 일측이 개방된 직육면체 형태로 내부에는 제1캠(40)이 수용되는 수용공간이 형성되고 이 수용공간의 상측과 하측에 제1캠(40)과 걸림결합되는 제1걸림홈(222)이 형성된다. 또한 판홀더(221)는 제1걸림홈(222)의 사이에 축허브(30) 또는 제1캠(40)이 관통되도록 구멍이 형성될 수 있다. 홀더덮개(223)는 판홀더(221)의 수용공간에 제1캠(40)이 삽입되어 제1캠(40)의 상측 및 하측이 제1걸림홈(222)에 결합된 상태에서 판홀더(221)를 덮도록 결합되며 볼트와 너트를 통해 판홀더(221)에 고정되게 결합된다. 또한 홀더덮개(223)는 축허브(30)와 제1캠(40)을 결합하는 볼트를 체결할 수 있도록 중앙부위에 구멍이 형성된다. 한편, 홀더덮개(223)는 중앙부위의 구멍을 중심으로 양측의 길이가 판홀더(221)의 수용공간의 길이에 비해 작게 형성된다. 즉, 홀더덮개(223)의 측부와 판홀더(221)의 양측 내벽 사이에 공간이 형성되고 이 양측의 공간에 제2캠홀더(230)가 결합된다.

제2캠홀더(230)는 판홀더(221)와 직교하도록 판홀더(221)와 고정되게 결합되며 제2캠홀더(230)에는 제2캠(50)이 걸림결합되는 제2걸림홈(231)이 형성된다. 제2걸림홈(231)은 하나의 제2캠홀더(230)에 형성될 수도 있고 양측의 제2캠홀더(230)에 형성될 수도 있다. 또한, 제2캠홀더(230)는 판홀더(221)와 홀더덮개(223) 사이에 개재되어 홀더덮개(223)에 의해 눌려 고정되도록 제2캠홀더(230)의 말단부에서 제2캠홀더(230)에 대해 직교하도록 일체로 연장되는 지지판부(232)가 형성된다. 또한, 제2캠홀더(230)는 지지판부(232)에 대향하여 제2모터하우징(240)과 힌지결합되는 힌지홀(233)이 형성되고, 이 힌지홀(233)에 제2모터하우징(240)의 힌지돌기가 삽입됨으로써, 제2캠홀더(230)에 대해 제2모터하우징(240)이 자유롭게 회전될 수 있다.

제2모터하우징(240)은 축허브(30)가 외부로 노출되도록 서보모터를 수용하기 위한 것으로, 서보모터를 수용하는 제2케이스(241)와 축허브(30)가 노출되도록 구멍이 형성되며 제2케이스(241)를 덮어 폐쇄하는 제2케이스덮개(242)를 포함한다. 제2케이스(241)와 제2케이스덮개(242)는 서보모터를 수용한 후 접착제 등을 통해 고정되게 결합될 수 있다. 한편, 제2케이스(241)와 제2케이스덮개(242)는 일측 말단이 연장되어 제3캠홀더(250)가 체결되는 두 개의 체결판(241a,242a)이 형성된다. 즉, 제1체결판(241a)은 제2케이스(241)의 일측말단에, 제2체결판(242a)은 이와 마주하도록 제2케이스덮개(242)의 일측말단에 형성되며, 제1체결판(241a) 및 제2체결판(242a)에는 제3캠홀더(250)가 걸림 결합되는 결합슬릿(243)이 형성될 수 있다. 또한, 제2케이스(241)는 제2캠홀더(230)의 힌지홀(233)에 대응하여 힌지돌기가 일체로 형성된다. 상술한 구성의 제2모터하우징(240)은 제2캠홀더(230)의 제2걸림홈(231)에 걸려진 제2캠(50)과 축허브(30)가 볼트로 고정체결되고 제2케이스(241)의 힌지돌기가 제2캠홀더(230)의 힌지홀(233)에 삽입됨에 따라 제2캠홀더(230)에 대해 회전가능할 수 있다. 즉, 제2모터하우징(240)은 서보모터에 전원이 인가되어 축허브(30) 및 제2캠(50)이 회전되면 서보모터의 회전각도에 따라 제2캠홀더(230)에 대해 회동될 수 있다.

제3캠홀더(250)는 서보모터의 축허브(30)와 결합되어 회전되는 제3캠(60)을 수용하기 위한 것으로, 중앙부위에 제3캠(60)을 수용하는 수용공간이 형성되며 일측이 개방된 직육면체 형상을 가지며, 중앙부위에 축허브(30)가 외부로 노출되도록 하는 구멍이 형성되고 양측에 제2모터하우징(240)의 결합슬릿(243)에 삽입되는 결합돌기(251)가 형성된다. 즉, 제3캠홀더(250)는 제3캠(60)을 수용한 상태에서 결합슬릿(243)에 결합돌기(251)가 삽입되도록 배치된 상태에서 제2케이스덮개(242)를 제2케이스(241)에 결합함으로써 제2모터하우징(240)에 고정되게 결합된다. 제3캠홀더(250)는 제3캠(60)의 말단과 결합되는 제3걸림홈(252)이 일측에 형성된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 관절모듈(20)은 다양한 형태의 로봇조립체(1)를 구성하기 위해 다양하게 활용될 수 있다. 예를 들면 관절모듈(20)의 제1캠홀더(220)에 서보모터가 수용된 제1모터하우징(210)을 결합하여 회전구동할 수도 있고 이와 달리 발판(70)을 설치하여 지표면을 지지하는 발 부위로 활용할 수도 있다. 또한, 관절모듈(20)의 제3캠홀더(250)에 서보모터가 수용된 제1모터하우징(210)을 결합하여 회전구동할 수도 있고 이와 달리 손(80)을 설치할 수도 있다. 즉, 본 실시예의 모듈형 로봇조립체(1)는 하나의 관절모듈(20)을 팔, 다리 또는 다른 구동부위로 다양하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

다시 도 1을 참조로, 본 실시예의 관절모듈(20)이 결합된 로봇조립체(1)의 전체적인 구조 및 동작을 살펴보면, 정육면체 형상의 몸체모듈(10)의 좌우에 관절모듈(20) 2개가 팔로서 결합되어 있고, 몸체모듈(10)의 하측부에 관절모듈(20) 2개가 다리로서 결합되어 있다. 팔과 다리를 구동하기 위한 서보모터가 결합된 제1모터하우징(210)은 몸체모듈(10)의 좌우 및 하측부에 결합되며, 서보모터의 축허브가 관절모듈(20)의 제1캠(40) 또는 제3캠(60)에 결합될 수 있다. 즉, 팔에 해당하는 좌우측 관절모듈(20)의 제1캠(40)이 서보모터와 결합되어 화살표A 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 다리에 해당하는 하측 관절모듈(20)의 제3캠(60)이 서보모터와 결합되어 화살표B 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 각 관절모듈(20)에 구비된 제2모터하우징(240)의 서보모터와 제2캠(50)의 결합에 의해 관절모듈(20)의 절첩 동작이 수행될 수 있다. 팔에 해당하는 좌우측 관절모듈(20)에서 제2모터하우징(240)의 서보모터가 구동되면 제2모터하우징(240)이 화살표C 방향으로 회전됨으로써, 팔의 절첩 동작이 수행된다. 마찬가지로, 다리에 해당하는 하측 관절모듈(20)에서 제2모터하우징(240)의 서보모터가 구동되면 제2모터하우징(240)이 화살표D 방향으로 회전됨으로써, 다리의 절첩 동작이 수행된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 모듈형 로봇조립체(1)에 따르면, 하나의 관절모듈(20)을 다양한 동작을 수행하는 부위, 예를 들면 팔, 다리, 머리, 꼬리 등 다양한 가동 부위로 적용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 모듈형 로봇조립체 10: 몸체모듈
20: 관절모듈 30: 축허브
40,50,60: 캠 210: 제1모터하우징
220: 제1캠홀더 230: 제2캠홀더
240: 제2모터하우징 250: 제3캠홀더

Claims

제어보드 및 적어도 하나 이상의 제1모터가 설치되는 몸체모듈;
상기 제1모터와 결합되는 중앙부와 상기 중앙부로부터 양측으로 형성된 날개부를 가지는 제1캠과 결합되어 회전되는 판 형상의 제1캠홀더와, 상기 제1캠홀더의 양측 말단에 상기 제1캠홀더에 직교하게 각각 설치되며 제2캠과 결합되는 제2캠홀더와, 회전방향이 상기 제1모터의 회전방향과 직교하도록 제2캠과 결합된 제2모터를 수용하며 상기 제2캠홀더에 대해 회동가능하게 힌지결합되는 제2모터하우징과, 상기 제1캠홀더가 설치된 반대방향의 상기 제2모터하우징에 제3캠과 결합되는 제3캠홀더를 포함하는 관절모듈을 포함하고,
상기 제1캠홀더는,
상기 제1캠이 관통되는 요입홈과 상기 요입홈 양측으로 길게 형성되어 상기 제1캠이 안착되는 수용공간과 상기 수용공간의 상측과 하측에 구비되어 상기 제1캠과 걸림결합되는 제1걸림홈을 포함하는 판홀더;
상기 판홀더와 결합하는 결합홀을 포함하고, 상기 결합홀을 중심으로 양측의 길이가 상기 판홀더의 수용공간의 길이보다 작은 홀더덮개를 포함하고,
상기 제2캠홀더는,
상기 판홀더와 직교하도록 상기 홀더덮개의 측부와 판홀더의 양측 내벽 사이에 공간에 고정되게 결합하며, 상기 제2캠이 걸림결합되는 제2걸림홈;
상기 판홀더와 상기 홀더덮개 사이에 개재되어 상기 홀더덮개에 의해 눌려 고정되어 제2캠홀더의 말단부에서 제2캠홀더에 대해 직교하도록 일체로 연장되는 지지판부; 및
상기 지지판부에 대향하여 제2모터하우징과 힌지결합되는 힌지홀을 포함하는 로봇조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 관절모듈은 상기 몸체모듈의 제1모터와 상기 제1캠 또는 상기 제3캠을 통해 결합되어 회전되는 것을 특징으로 하는 로봇 조립체.