KR20160101809A - 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치 - Google Patents

추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 추력을 발생하는 추력 발생장치를 링크를 움직이는 액츄에이터로 이용하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의한 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치는, 복수의 링크와 복수의 링크 사이사이에서 이웃하는 두 개의 링크를 연결하는 적어도 하나의 조인트를 갖는 링크 기구와, 추력을 발생하는 로터 및 외부와의 통신을 수행하여 로터의 동작을 제어하는 제어모듈을 구비하고 링크 기구의 복수의 링크에 각각 결합되어 복수의 링크를 움직이는 복수의 추력 발생장치와, 복수의 추력 발생장치를 제어하기 위한 제어 프로세스가 저장되는 제어부 및 제어 프로세스에 따라 복수의 추력 발생장치에 제어 신호를 송신하는 통신부를 갖는 제어장치를 포함한다.

Description

추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치{Multi-link Type Working Apparatus Moved by Thrust Generating Device}
본 발명은 멀티 링크형 작업장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 링크가 조인트로 연결된 링크 기구를 추력 발생장치로 움직여 작업을 수행하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치에 관한 것이다.
복수의 링크가 조인트로 연결된 구조를 갖는 멀티 링크형 작업장치는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 멀티 링크형 작업장치는 간단한 구조를 가지면서 비선형 운동 또는 힘 전달 등의 복잡한 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.
일반적인 멀티 링크형 작업장치는 복수의 링크가 조인트로 연결된 링크 기구와 링크 기구를 구동시키는 액츄에이터를 갖는다. 링크 기구는 그 일단이 고정되고, 그 타단에는 각종 작업을 위한 엔드 이펙터(End Effector)가 설치된다. 링크 조립체를 구성하는 링크들 각각은 모터나 유압실린더 등의 액츄에이터에 의해 움직인다.
멀티 링크형 작업장치로는 산업용 로봇, 매니퓰레이터, 크레인 등 그 종류가 매우 다양하다. 일예로, 대한민국 등록특허공보 제0292013호(2002. 02. 19.)에는 연결된 링크들이 유압실린더에 의해 움직여 쓰레기를 소각로까지 운반하는 크레인이 개시되어 있다. 그리고 대한민국 등록특허공보 제1229025호(2013. 02. 01.)에는 회전관절과 프리즘관절을 구비하여 사고 차량이나 고장 차량을 수습할 수 있는 다관절식 매니퓰레이터가 개시되어 있다. 대한민국 공개특허공보 제2013-0042247호(2013. 04. 26.)에는 메인 회전 링크에 한 쌍의 보조 링크가 한 쌍의 브래킷을 매개로 연결되어 산업 현장의 팔렛타이징 작업에 활용되는 매니퓰레이터가 개시되어 있다.
그런데 종래의 멀티 링크형 작업장치는 링크를 작동시키는 액츄에이터의 한계 때문에 링크의 길이나 개수를 증가시키는 데에 제약이 있고, 공중 작업의 자유도가 떨어지는 단점이 있다. 그리고 링크의 수가 많아지거나 각 링크의 길이가 길어질 경우, 링크 작동에 필요한 토크가 기하급수적으로 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 추력을 발생하는 추력 발생장치를 링크를 움직이는 액츄에이터로 이용함으로써, 링크의 길이 및 개수, 그리고 움직임의 자유도를 다양하게 확장할 수 있는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치는, 복수의 링크와, 상기 복수의 링크 사이사이에서 이웃하는 두 개의 링크를 연결하는 적어도 하나의 조인트를 갖는 링크 기구; 추력을 발생하는 로터와 외부와의 통신을 수행하여 상기 로터의 동작을 제어하는 제어모듈을 구비하고, 상기 링크 기구의 복수의 링크에 각각 결합되어 상기 복수의 링크를 움직이는 복수의 추력 발생장치; 및 상기 복수의 추력 발생장치를 제어하기 위한 제어 프로세스가 저장되는 제어부와, 상기 제어 프로세스에 따라 상기 복수의 추력 발생장치에 제어 신호를 송신하는 통신부를 갖는 제어장치;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 의한 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치는 추력을 발생하는 추력 발생장치를 링크를 움직이는 액츄에이터로 이용함으로써, 종래의 모터나 유압실린더를 액츄에이터로 이용하는 멀티 링크형 작업장치에 비해 링크의 길이 및 개수, 그리고 움직임의 자유도를 다양하게 확장할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치는 복수의 추력 발생장치로 링크 기구를 공중으로 부양시킴으로써 다양한 공중 작업이 가능하다. 따라서, 현수교나 송전탑의 구조 평가나 수리 작업, 정찰 활동, 소방 분야, 거대한 인형을 이용한 공연이나 퍼레이드 등의 엔터테인먼트 분야 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치의 일부 구성을 분리하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 나타낸 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치에 의한 펙인홀(Peg-in-Hole) 작업을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치의 일부 구성을 분리하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 나타낸 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치의 일부 구성을 분리하여 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치(100)는 링크 기구(110)와, 복수의 추력 발생장치(140)와, 제어장치(160)를 포함한다. 이러한 멀티 링크형 작업장치(100)는 링크 기구(110)를 복수의 추력 발생장치(140)로 움직여서 다양한 작업을 수행할 수 있다.
링크 기구(110)는 복수의 링크(111)와, 복수의 조인트(118)를 포함한다. 링크(111)의 양쪽 끝단에는 조인트(118) 등의 결합을 위한 결합홈(112)이 마련된다. 링크(111)의 중간에는 추력 발생장치(140)의 연결을 위한 복수의 삽입홈(113)과 접속모듈(114)이 구비된다. 접속모듈(114)은 추력 발생장치(140)와 전기적 연결을 위한 것이다. 링크(111)의 내부에는 접속모듈(114)과 연결되는 전기 배선(115)이 구비된다.
복수의 조인트(118)는 복수의 링크(111) 사이사이에서 이웃하는 두 개의 링크(111)를 연결한다. 본 실시예에서 조인트(118)는 제 1 연결부재(119)에 볼이 구비되고 제 2 연결부재(120)에 볼이 삽입되는 소켓이 마련된 볼 조인트 구조로 이루어진 것이다. 제 1 연결부재(119)의 끝단에는 제 1 결합돌기(121)가 구비되고, 제 2 연결부재(120)의 끝단에는 제 2 결합돌기(122)가 구비된다. 제 1 연결부재(119)의 제 1 결합돌기(121)는 어느 한 링크(111)의 결합홈(112)에 삽입되고, 제 2 연결부재(120)의 제 2 결합돌기(122)는 다른 링크(111)의 결합홈(112)에 삽입된다. 제 1 결합돌기(121)와 제 2 결합돌기(122)에는 전기적 연결을 위한 단자(123)(124)가 각각 구비된다. 제 1 결합돌기(121)의 단자(123)와 제 2 결합돌기(122)의 단자(124)는 상호 전기적으로 연결된다. 이를 위해 조인트(118)의 내부에는 두 개의 단자(123)(124)를 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선(미도시)이 구비될 수 있다. 물론, 조인트(118)의 두 단자(123)(124)를 조인트(118) 외부에 케이블을 설치하여 연결할 수도 있다.
조인트(118)는 이에 구비된 제 1 결합돌기(121)와 제 2 결합돌기(122)가 이웃하는 두 개의 링크(111) 각각에 결합됨으로써, 이웃하는 두 개의 링크(111)를 관절 운동 가능하게 연결함과 동시에 전기적으로 연결한다. 따라서, 복수의 링크(111) 각각의 접속모듈(114)과 연결되는 복수의 추력 발생장치(140)는 복수의 링크(111)와 복수의 조인트(118)를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
링크 기구(110)의 끝단에는 엔드 이펙터(130)가 설치된다. 본 실시예에서 엔드 이펙터(130)는 물건을 집는 기능을 갖는 그리퍼 구조로 이루어진 것이다. 엔드 이펙터(130)는 링크(111)의 결합홈(112)에 삽입되는 결합돌기(131)를 갖는다. 엔드 이펙터(130)는 그 결합돌기(131)를 통해 링크(111)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 엔드 이펙터(130)의 결합돌기(131)에는 전기적 연결을 위한 단자(132)가 구비된다. 엔드 이펙터(130)의 구동부(133)는 단자(132)를 통해 전원과 제어 신호를 전송받을 수 있다. 엔드 이펙터(130)의 결합돌기(131)가 링크(111)의 결합홈(112)에 삽입될 때, 엔드 이펙터(130)의 단자(132)는 링크(111)의 전기 배선(115)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 엔드 이펙터(130)는 링크(111)를 통해 전원과 제어 신호를 전송받을 수 있고, 링크(111)를 통해 링크(111)에 결합되는 추력 발생장치(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 한 쌍의 엔드 이펙터(130)가 링크 기구(110)의 양쪽 끝단에 각각 설치되는 것으로 나타냈으나, 엔드 이펙터(130)는 링크 기구(110)의 한쪽 끝단에만 구비될 수도 있다.
복수의 추력 발생장치(140)는 링크 기구(110)의 복수의 링크(111) 각각에 결합되어 복수의 링크(111)를 움직인다. 본 실시예에서 추력 발생장치(140)는 복수의 로터(143)를 갖는 멀티 로터형 무인 비행로봇(UAV)이다. 잘 알려진 것과 같이, 멀티 로터형 무인 비행로봇은 수직 이착륙과 민첩한 비행 및 제자리 비행이 가능하며 간단한 구조를 갖는다.
추력 발생장치(140)는 지지 프레임(141)과, 지지 프레임(141)에 설치되는 복수의 로터(143)와, 복수의 로터(143)의 동작을 제어하는 제어모듈(146)을 포함한다. 지지 프레임(141)은 중앙에서 방사형으로 뻗은 네 개의 지지대(142)를 갖는다. 지지 프레임(141)의 중앙에 제어모듈(146)이 설치되고, 네 개의 지지대(142) 각각에 로터(143)가 하나씩 설치된다. 로터(143)는 날개(144)와 모터(145)를 포함하여 추진력을 발생시킨다. 로터(143)의 동작은 제어모듈(146)에 의해 제어된다.
제어모듈(146)은 복수의 로터(143) 각각의 회전 방향과 회전 속도를 제어한다. 제어모듈(146)은 프로세서(147)와, IMU(Inertial Measurement Unit) 등의 자세 검출기(148)와, 통신모듈(149)을 포함한다. 이러한 제어모듈(146)은 추력 발생장치(140)의 비행 상태를 검출하고 로터(143)의 동작을 제어하여 추력 발생장치(140)의 비행을 제어한다. 또한 제어모듈(146)은 통신모듈(149)을 통해 지상의 제어장치(160)와 무신 통신할 수 있다. 제어모듈(146)은 제어장치(160)와의 통신을 통해 제어장치(160)로부터 제어 신호를 수신하여 추력 발생장치(140)의 동작을 제어하고, 추력 발생장치(140)의 상태 등에 대한 정보를 제어장치(160)에 송신할 수도 있다.
추력 발생장치(140)는 링크 연결기구(150)를 통해 링크(111)에 분리 가능하게 결합된다. 링크 연결기구(150)는 링크(111)의 삽입홈(113)에 삽입되는 한 쌍의 삽입돌기(151)와, 추력 발생장치(140)의 지지 프레임(141)에 결합되는 조인트(152)를 갖는다. 본 실시예에서 조인트(152)는 볼 조인트 구조를 갖는다. 조인트(152)를 갖는 링크 연결기구(150)를 통해 추력 발생장치(140)를 링크(111)에 결합하면, 링크(111)에 대한 추력 발생장치(140)의 각도가 다양하게 조절될 수 있다. 따라서, 추력 발생장치(140)가 링크(111)에 대해 다양한 각도로 기울어지면서 링크(111)를 더욱 안정적이고 원활하게 움직일 수 있다. 물론, 조인트(152)는 볼 조인트 구조 이외에, 추력 발생장치(140)를 링크(111)에 각도 조절 가능하게 결합할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 또한 링크 연결기구(150)는 조인트가 생략된 구조로 이루어질 수도 있다.
링크 연결기구(150)는 링크(111)와 추력 발생장치(140)를 기구적으로 결합함과 동시에 전기적으로 연결한다. 이를 위해 조인트(152)의 내부에는 전기 연결을 위한 전기 배선(미도시)이 구비된다. 링크 연결기구(150)의 삽입돌기(151)는 링크(111)의 삽입홈(113)에 삽입될 때 링크(111)의 접속모듈(114)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 링크 기구(110)에 결합되는 복수의 추력 발생장치(140)는 복수의 링크(111)와 복수의 조인트(118)를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있고, 링크 기구(110)에 결합되는 한 쌍의 엔드 이펙터(130)와도 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 복수의 추력 발생장치(140)와 한 쌍의 엔드 이펙터(130)를 모두 전기적으로 연결하면, 복수의 추력 발생장치(140) 중에서 어느 하나에 구비되는 제어모듈(146)을 복수의 추력 발생장치(140)와 한 쌍의 엔드 이펙터(130)를 제어하는 메인 제어부로 활용할 수 있다. 즉, 링크 기구(110)에 결합되는 복수의 추력 발생장치(140) 중에서 어느 하나에 구비되는 제어모듈(146)이 제어장치(160)로부터 제어 신호를 수신하고, 엔드 이펙터(130)를 이용한 작업을 원활하게 수행할 수 있도록 모든 추력 발생장치(140)와 엔드 이펙터(130)를 통합적으로 작동시킨다.
추력 발생장치(140)가 링크 연결기구(150)를 통해 링크 기구(110)의 링크(111)에 결합될 때, 추력 발생장치(140)는 링크 기구(110) 상의 자신의 위치에 대한 정보를 제어장치(160)에 전송할 수 있다. 모든 추력 발생장치(140)가 링크 기구(110) 상의 위치 정보를 제어장치(160)에 전송함으로써, 제어장치(160)는 복수의 링크(111)가 작업을 위한 통합적인 움직임을 나타내도록 추력 발생장치들(140) 각각의 동작을 제어할 수 있다. 링크 기구(110)에 결합되는 추력 발생장치(140)에 대한 위치 정보는 다양한 방법으로 제공될 수 있다. 예컨대, 링크(111)의 접속모듈(114) 마다 위치 코드를 설정해 놓고, 링크 연결기구(150)의 삽입돌기(151)가 접속모듈(114)에 연결되면 해당 링크 연결기구(150)에 연결된 추력 발생장치(140)에 그 접속모듈(114)의 위치 코드가 전송될 수 있다.
제어장치(160)는 제어부(161)와, 통신부(162)와, 조작부(163)와, 디스플레이(164)를 포함한다. 통신부(162)는 추력 발생장치(140)와의 통신을 담당하고, 디스플레이(164)는 멀티 링크형 작업장치(100)의 작동 상태 등 멀티 링크형 작업장치(100)에 대한 각종 정보를 표시할 수 있다. 제어부(161)는 엔드 이펙터(130)와 추력 발생장치(140)를 제어하기 위한 제어 프로세스를 저장한다. 제어부(161)는 저장된 제어 프로세스에 따라 엔드 이펙터(130)와 복수의 추력 발생장치(140)를 작동시키기 위한 제어 신호를 통신부(162)를 통해 추력 발생장치(140)에 송신한다. 이때, 메인 제어부로 작용하는 추력 발생장치(140)의 제어모듈(146)은 제어 신호에 따라 모든 추력 발생장치(140)와 엔드 이펙터(130)의 동작을 제어할 수 있다.
조작부(163)는 사용자 입력을 위한 것이다. 사용자는 조작부(163)를 통해 추력 발생장치(140)나 엔드 이펙터(130)에 대한 조작 신호를 입력하거나, 미리 설정되어 있는 작업 모드를 선택하거나, 작업 설정을 바꾸는 등의 조작을 할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 멀티 링크형 작업장치(100)에 의한 펙인홀(Peg-in-Hole) 작업을 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 본 실시예에 따른 멀티 링크형 작업장치(100)는 링크 기구(110)에 결합된 엔드 이펙터(130)로 펙(Peg, 10)을 파지한 상태에서 복수의 추력 발생장치(140)로 링크 기구(110)의 링크들(111)을 움직임으로써 펙(10)을 벽(20)에 형성된 구멍(30)에 삽입하는 작업을 수행할 수 있다. 멀티 링크형 작업장치(100)는 복수의 추력 발생장치(140)가 링크 기구(110)를 다양한 높이의 공중으로 부상시킬 수 있으므로, 사람이 하기 위험하고 어려운 펙인홀 작업도 쉽게 수행할 수 있다.
이 밖에, 본 발명에 따른 멀티 링크형 작업장치(100)는 다양한 작업 기능을 갖는 다양한 엔드 이펙터를 링크 기구(110)에 교체 결합함으로써 다양한 무인 작업을 수행할 수 있다. 그리고 링크(111)의 개수나 구조, 링크(111)의 구속 조건, 조인트(118)의 구조 등을 바꾸어 링크 기구의 자유도를 다양하게 변경할 수 있다. 또한 추력 발생장치(140)의 구조나 설치 개수도 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치(200)를 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 멀티 링크형 작업장치(200)는 링크 기구(210)와, 복수의 추력 발생장치(240)와, 제어장치(260)를 포함한다.
링크 기구(210)는 복수의 링크(211)와, 복수의 조인트(218)를 포함한다. 조인트(218)는 볼 조인트 구조로 이루어지고 링크(211)와 링크(211)를 연결한다. 링크 기구(210)의 일측 끝단 쪽 링크(211)에는 엔드 이펙터(230)가 분리 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 엔드 이펙터(230)는 그리퍼 구조를 갖는 것이다. 링크 기구(210)의 다른 일측 끝단 쪽 링크(211)는 조인트(220)를 통해 베이스(222)에 연결된다. 조인트(220)는 볼 조인트 구조로 이루어진다. 베이스(222)는 링크 기구(210)를 지지한다. 링크 기구(210)는 조인트(220)에 의해 움직임이 구속되며, 베이스(222)에 대해 다양한 각도로 기울어질 수 있다.
베이스(222)에는 전원 공급을 위한 전원장치(224)가 설치된다. 링크 기구(210)의 내부에는 전기 배선(미도시)이 구비되며, 전원장치(224)의 전원이 링크 기구(210)를 통해 엔드 이펙터(230)나, 링크 기구(210)에 결합되는 복수의 추력 발생장치(240)에 공급될 수 있다. 링크 기구(210) 내부의 전기 배선을 통해서는 제어장치(260)의 제어 신호가 엔드 이펙터(230)나 복수의 추력 발생장치(240)에 전송될 수 있다.
추력 발생장치(240)는 링크 기구(210)의 복수의 링크(211) 각각에 결합되어 복수의 링크(211)를 움직인다. 추력 발생장치(240)는 지지 프레임(241)과, 지지 프레임(241)에 설치되는 복수의 로터(243)와, 복수의 로터(243)의 동작을 제어하는 제어모듈(246)을 포함한다. 지지 프레임(241)은 링크(211)에 고정되는 고정대(242)에 결합된다. 지지 프레임(241)과 고정대(242)의 내부에는 전기 배선(미도시)이 마련되어 복수의 추력 발생장치(240)에 전원과 제어 신호를 전송할 수 있다. 로터(243)의 동작은 제어모듈(246)에 의해 제어된다.
제어모듈(246)은 링크(211)에 결합된다. 제어모듈(246)은 복수의 로터(243) 각각의 회전 방향과 회전 속도를 제어한다. 제어모듈(246)은 프로세서(247)와, IMU 등의 자세 검출기(248)와, 통신모듈(249)을 포함한다. 이러한 제어모듈(246)은 링크 기구(210)를 통해 전원과 제어 신호를 전송받으며, 추력 발생장치(240)의 비행 상태를 검출하고 로터(243)의 동작을 제어한다.
제어장치(260)는 제어부(261)와, 통신부(262)와, 조작부(263)와, 디스플레이(264)를 포함한다. 이러한 제어장치(260)는 대부분의 구성이 앞서 설명한 것과 같다. 통신부(262)는 케이블(265)을 통해 링크 기구(210)와 전기적으로 연결되어 엔드 이펙터(230) 및 복수의 추력 발생장치(240)와 유선으로 연결된다. 제어부(261)는 저장된 제어 프로세스에 따라 엔드 이펙터(230)와 복수의 추력 발생장치(240)를 작동시키기 위한 제어 신호를 통신부(262)를 통해 엔드 이펙터(230)와 복수의 추력 발생장치(240)에 송신한다.
본 실시예에 따른 멀티 링크형 작업장치(200)는 링크 기구(210)의 일단이 베이스(222)에 연결되는 구속조건을 이용한다. 따라서, 언더 액츄에이션(under-actuation)으로 인한 동작 불안정성을 줄일 수 있고 안정적인 동작이 가능하다. 그리고 엔드 이펙터(230)를 다양한 기능을 갖는 다른 것으로 교체하여 사용함으로써 물건을 집는 작업 이외에 다양한 작업이 가능하다. 또한 지상에서 엔드 이펙터(230)나 복수의 추력 발생장치(240)에 전원을 지속적으로 공급할 수 있어 장시간의 작업이 가능하다.
본 실시예에서 추력 발생장치(240)는 앞선 실시예와 같이 링크 기구(210)에 분리 가능하게 결합되는 구조로 변경될 수 있다. 그리고 링크 기구(210) 내부에 전기 배선을 마련하지 않고, 링크 기구(210)의 외측에 별도의 케이블을 배치하여 그 케이블을 통해 엔드 이펙터(230)와 복수의 추력 발생장치(240)에 전원과 제어 신호를 송신하는 것도 가능하다.
엔드 이펙터나 추력 발생장치는 링크 기구를 통해 상호 전기적으로 연결되지 않고, 제어장치로부터 개별적으로 제어 신호를 전송받아 작동할 수도 있다. 일예로, 도 5는 엔드 이펙터(330)와 추력 발생장치(140)가 링크 기구(310)에 단순히 기구적으로 결합되는 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에서 링크 기구(310)의 복수의 링크(311)는 조인트(318)에 의해 기구적으로만 연결된다. 엔드 이펙터(330)는 이에 구비되는 결합돌기(331)가 링크(311)의 결합구멍(312)에 삽입됨으로써 링크 기구(310)에 분리 가능하게 결합된다. 추력 발생장치(140)는 링크 연결기구(350)에 의해 링크(311)에 분리 가능하게 결합된다. 링크 연결기구(350)는 링크(311)에 마련된 삽입홈(313)에 삽입되는 삽입돌기(351)를 갖는다. 본 실시예에서 엔드 이펙터(330)는 구동부(333) 이외에 통신부(미도시)를 갖추고 제어장치로부터 무선 통신으로 제어 신호를 전송받아 작동할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치(400)를 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 멀티 링크형 작업장치(400)는 링크 기구(410)와, 복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")와, 무빙장치(460)와, 제어장치(160)를 포함한다. 여기에서, 제어장치(160)는 도 1에 나타낸 것과 같다.
링크 기구(410)는 복수의 링크(411)와, 복수의 조인트(418)를 포함한다. 링크 기구(410)의 일측 끝단 쪽 링크(411)에는 엔드 이펙터(430)가 분리 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 엔드 이펙터(430)는 그리퍼 구조를 갖는 것이다. 링크 기구(410)의 다른 일측 끝단 쪽 링크(411)는 조인트(420)를 통해 무빙장치(460)에 연결된다. 링크 기구(410)는 조인트(420)에 의해 무빙장치(460)에 결합됨으로써 그 움직임이 구속되며, 무빙장치(460)에 대해 다양한 각도로 기울어질 수 있다.
무빙장치(460)는 몸체(461)와, 복수의 바퀴(463)를 구비하는 이동 메커니즘(462)과, 제어유닛(464)을 포함하여 지상에서 이동할 수 있다. 몸체(461)에는 전원장치(미도시)가 구비되어 이동 메커니즘(462)에 전원을 공급할 수 있다. 전원장치는 링크 기구(410) 내부의 전기 배선(미도시)을 통해 엔드 이펙터(430)나, 링크 기구(410)에 결합되는 복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")에도 전원을 공급할 수 있다. 제어유닛(464)은 무선 통신 기능을 갖추어 제어장치(160)로부터 제어 신호를 수신하고, 수신한 제어 신호에 따라 이동 메커니즘(462)과, 엔드 이펙터(430)나 복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")를 제어할 수 있다. 물론, 엔드 이펙터(430)나 복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")는 각각 제어장치(160)로부터 무선으로 제어 신호를 수신하여 작동할 수도 있다.
복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")는 한 쌍씩의 로터(443)를 갖는다. 링크 기구(410)의 링크(411) 하나당 복수의 추력 발생장치(440)(440')(440")가 설치되어 링크(411)를 움직인다. 도면에서 하나의 링크(411)에 서로 다른 종류의 추력 발생장치(440)(440')(440")가 설치되는 것으로 나타냈으나, 링크(411)에 결합되는 추력 발생장치의 구조나 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시예의 멀티 링크형 작업장치(400)는 링크 기구(410)가 움직이는 무빙장치(460)에 결합됨으로써, 작업 위치로 이동하기 용이하고, 작업 위치를 바꾸기 쉽다. 무빙장치(460)로는 도시된 것과 같은 UGV(Unmanned Ground Vehicle) 이외에, 이동 기능을 갖는 다양한 다른 구조의 것이 이용될 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치(100)(200)(400)는 추력을 발생하는 추력 발생장치(140)(240)(440)(440')(440")를 링크(111)(211)(411)를 움직이는 액츄에이터로 이용한다. 따라서, 링크(111)(211)(411)의 자중이 추력으로 보상되어 링크(111)(211)(411)의 길이나 개수에 대한 확장성을 가질 수 있으며, 링크 기구(110)(210)(410)의 자유도도 쉽게 늘릴 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 추력 발생장치로는 앞서 설명한 것과 같은 멀티 로터형 무인 비행로봇(UAV) 이외에, 단일 로터를 갖는 것 등 다양한 구조로 이루어진 것이 이용될 수 있다.
또한 엔드 이펙터는 그리퍼, 드라이버, 스패너, 네일건, 카메라 등의 다양한 작업 기능을 갖는 것이 링크 기구에 교체형 또는 고정형으로 설치될 수 있다. 경우에 따라, 엔드 이펙터는 생략될 수 있으며, 이 경우 복수의 추력 발생장치에 의한 링크 기구의 움직임을 통해 다양한 작업을 수행할 수 있다.
100, 200, 400 : 멀티 링크형 작업장치
110, 210, 310, 410 : 링크 기구 111, 211, 311, 411 : 링크
112, 312 : 결합구멍 113, 313 : 삽입구멍
114 : 접속모듈 115 : 전기 배선
118, 152, 218, 220, 318, 418, 420 : 조인트
119, 120 : 제 1, 2 연결부재 121, 122 : 제 1, 2 결합돌기
123, 124, 132 : 단자 130, 230, 330, 430 : 엔드 이펙터
131, 331 : 결합돌기 133, 333 : 구동부
140, 240, 440, 440', 440" : 추력 발생장치
141, 241 : 지지 프레임
142 : 지지대 143, 243, 443 : 로터
144 : 날개 145 : 모터
146, 246, 464 : 제어모듈 147, 247 : 프로세서
148, 248 : 자세 검출기 149, 249 : 통신모듈
150, 350 : 링크 연결기구 151, 351 : 삽입돌기
160, 260 : 제어장치 161, 261 : 제어부
162, 262 : 통신부 163, 263 : 조작부
164, 264 : 디스플레이 222 : 베이스
224 : 전원장치 265 : 케이블
460 : 무빙장치 461 : 몸체
462 : 이동 메커니즘 463 : 바퀴

Claims (9)

  1. 복수의 링크와, 상기 복수의 링크 사이사이에서 이웃하는 두 개의 링크를 연결하는 적어도 하나의 조인트를 갖는 링크 기구;
    추력을 발생하는 로터와 외부와의 통신을 수행하여 상기 로터의 동작을 제어하는 제어모듈을 구비하고, 상기 링크 기구의 복수의 링크에 각각 결합되어 상기 복수의 링크를 움직이는 복수의 추력 발생장치; 및
    상기 복수의 추력 발생장치를 제어하기 위한 제어 프로세스가 저장되는 제어부와, 상기 제어 프로세스에 따라 상기 복수의 추력 발생장치에 제어 신호를 송신하는 통신부를 갖는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    작업 기능을 갖추고 상기 링크 기구에 결합되는 적어도 하나의 엔드 이펙터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링크 기구의 링크와 상기 추력 발생장치 사이에서 상기 링크 기구의 링크와 상기 추력 발생장치를 분리 가능하게 연결하는 복수의 링크 연결기구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 링크 연결기구는 상기 링크 기구의 링크에 대한 상기 추력 발생장치의 각도를 조절할 수 있는 조인트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 추력 발생장치는 상기 링크 기구의 링크 각각과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 추력 발생장치는 상기 로터를 복수로 구비하는 멀티 로터형 무인 비행로봇(UAV)인 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 링크 기구의 복수의 링크 중에서 어느 하나의 링크가 연결되어 상기 링크 기구를 지지하는 베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 링크 기구의 복수의 링크를 거쳐 상기 복수의 추력 발생장치에 전원을 공급하는 전원장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 링크 기구의 복수의 링크 중에서 어느 하나의 링크가 연결되어 상기 링크 기구를 지지하고, 이동 메커니즘이 구비되어 이동할 수 있는 무빙장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치.
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