KR101618676B1 - Humanoid robot having compact series elastic actuator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하지와 상지 사이에 형성되어 충격 및 진동을 최소화하고, 상지 및 하지를 수동 및 능동 제어하도록 형성되는 직렬탄성구동기를 포함한다. 구동모터의 회전력을 이용하여 상지와 하지를 능동제어하고, 하우징 내에 배치되는 독립적인 스프링에 의하여 상지와 하지 사이에 작용하는 힘에 따라 상지와 하지를 수동제어할 수 있다.The present invention includes a series elastic actuator formed between the lower limb and the upper limb to minimize shock and vibration and to control the upper and lower limbs manually and actively. The upper limb and the lower limb can be actively controlled using the rotational force of the driving motor and the upper limb and the lower limb can be manually controlled according to the force acting between the upper limb and the lower limb by an independent spring disposed in the housing.
Description
본 발명은 야지 및 험지에서 원활한 주행이 가능하고 각종 환경에서 구난임무, 폭발물 처리 및 이송 등의 임무를 수행하도록 양팔 매니퓰레이터와 플랫폼을 구비하는 휴머노이드 로봇에 관한 발명이다. The present invention relates to a humanoid robot provided with a two-armed manipulator and a platform to enable smooth running in a field and a rough field, and to carry out tasks such as a rescue mission, an explosive treatment, and a transportation in various environments.
전장에서의 부상병 구난 및 병원에서의 환자 이송, 폭발물 처리 및 이송임무를 수행할 수 있는 휴머노이드 형태의 구난로봇이 개발되고 있다. 이러한 여러가지 다양한 임무를 효과적으로 수행하기 위해서는 양팔 매니퓰레이터와 가변형상 플랫폼을 구비한 다자유도 휴머노이드 형태의 로봇이 적합하다. Humanoid-type rescue robots are being developed that can perform rescue operations on the battlefield, transfer patients in the hospital, handle explosives and transfer missions. In order to effectively perform these various tasks, a multi-freedom humanoid robot having a two-armed manipulator and a variable shape platform is suitable.
또한, 야전에서 고속으로 주행하며 임무를 수행하기 위해서는 2족 혹은 4족 형태의 다리를 이용한 보행보다는 고속 주행이 가능한 트랙 형태가 유리하고 다양한 지형에서 주행하기 위해서는 트랙의 형상을 가변시킬 수 있는 가변형상 플랫폼을 적용하는 것이 유리하다. 따라서, 상지와 하지의 2중 트랙으로 구성하고 그 형상을 가변시키면서 다양한 지면조건에서 주행이 가능한 가변형상 플랫폼을 구난로봇에 적용한다. In order to travel at a high speed in the field, a track type that can be driven at a high speed is advantageous rather than a two-legged or four-legged type of leg to perform the mission, and a variable shape It is advantageous to apply the platform. Therefore, a variable shape platform that can be traveled under various ground conditions while being composed of two tracks of the upper and lower legs and varying its shape is applied to the rescue robot.
상지와 하지의 구성된 2중의 트랙으로 구성되는 종래의 구난로봇의 경우, 상기와 하지를 구동시킬 수 있는 무릎관절 구동장치의 토크가 많이 소요된다. 이와 같은 2중 트랙을 플랫폼에 적용하면 요구되는 구동토크가 커지게 되므로, 구동장치의 중량이 증가하고, 크기가 커지는 단점이 있다.In the case of a conventional rescue robot composed of two tracks constituted of upper and lower limbs, a torque of the knee joint driving device capable of driving the above and the lower limb is increased. When such a double track is applied to a platform, the required driving torque is increased, which leads to an increase in weight and size of the driving device.
또한, 능동제어만을 수행하는 경우, 제어기의 제한된 대역폭에 의하여 고주파의 진동과 충격을 감소시키는 것이 어렵고, 또한 제어를 위하여 큰 모터토크 및 에너지가 요구되는 문제점이 있다. In addition, when only active control is performed, it is difficult to reduce the vibration and impact of the high frequency by the limited bandwidth of the controller, and there is also a problem that a large motor torque and energy are required for control.
이에 본 발명의 진동 및 충격을 흡수하는 동시에, 큰 모멘트를 지지할 수 있는 위치에 적용하여 적은 토크로 구동할 수 있는 직렬탄성구동기를 포함하는 휴머노이드 로봇을 제공하는 것에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a humanoid robot including a series elastic actuator capable of absorbing vibrations and impacts of the present invention while being applied to a position where a large moment can be supported and driven with a small torque.
이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 물체를 이송하는 휴머노이드 로봇에 있어서, 상기 휴머노이드 로봇은 각도를 이루며 연결되며, 외면에 트랙이 형성되는 하지 및 상지 및 상기 하지 및 상지의 상대이동을 제어하는 직렬탄성구동기를 포함하고, 상기 직렬탄성구동기는 일 방향으로 연장되는 하우징, 상기 일 방향으로 연장되고 상기 하우징을 관통하도록 형성되는 볼 스크류, 상기 볼 스크류가 상기 일 방향을 따라서 이동하도록 구동력을 제공하는 구동모터, 상기 볼 스크류의 일단부를 상기 상지에 연결하도록 형성되는 상지고정부 및 상기 하우징에 배치되고, 상기 볼 스크류를 감싸도록 형성되며, 상기 하지에 고정되는 하지고정부를 포함한다. In order to accomplish the object of the present invention, there is provided a humanoid robot for transferring an object according to an embodiment of the present invention, wherein the humanoid robot is connected at an angle and includes a leg and an upper leg, Wherein the series elastic actuator comprises a housing extending in one direction, a ball screw extending in the one direction and formed to penetrate the housing, and a ball screw extending in the one direction so that the ball screw moves along the one direction A driving motor for providing a driving force, an upper and a lower fixing part formed to connect one end of the ball screw to the upper side, and a lower fixing part, which is disposed in the housing and is formed to surround the ball screw, .
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 상지고정부는 상기 상지에 상기 트랙과 평행하도록 연장되는 고정랙 및 상기 볼 스크류의 일단부에 회전가능하도록 고정되고, 상기 상지 및상기 하지가 상대이동하는 경우, 상기 고정랙을 따라 이동 가능하도록 상기 고정랙에 결합되는 고정피니언을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the upper and lower fixing units may include a fixed rack extending parallel to the track on the upper limb, and a fixed rack fixed to one end of the ball screw so as to be rotatable, And a fixed pinion coupled to the fixed rack so as to be movable along the fixed rack.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 하우징은 기 설정된 길이로 형성되는 홀을 포함하고, 상기 하지고정부의 일 영역은 상기 홀에 삽입되어, 상기 기 설정된 길이만큼 이동가능하도록 상기 하우징에 결합될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the housing may include a hole formed to a predetermined length, and one region of the base and the fixing portion may be inserted into the hole and coupled to the housing to be movable by the predetermined length. have.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 직렬탄성구동기는, 상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징에 인가되는 외력을 감지하는 스프링부 및 상기 스프링부의 하중을 분석하는 제어기, 상기 하중에 근거하여 상기 볼 스크류를 상기 일 방향을 따라 왕복 이동시키기 위한 회전력을 제공하는 구동모터를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the series elastic actuator may include a spring portion disposed in the housing and sensing an external force applied to the housing, a controller for analyzing a load of the spring portion, And a driving motor for providing a rotational force for reciprocating along one direction.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 직렬탄성구동기는 상기 구동모터로 연결되는 사일런트 체인 및 상기 사일런트 체인을 통하여 전달된 상기 회전력을 상기 볼 스크류에 전달하도록, 상기 볼 스크류에 장착되는 풀리를 더 포함할 수 있다. As an example of the present invention, the series elastic actuator may further include a silent chain connected to the driving motor and a pulley mounted on the ball screw to transmit the rotational force transmitted through the silent chain to the ball screw .
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 볼 스크류는 상기 하우징의 일 면으로부터 돌출되고, 상기 직렬탄성구동기는 상기 하우징과 상기 풀리 사이에 형성되는 베어링을 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the ball screw may protrude from one side of the housing, and the series elastic actuator may further include a bearing formed between the housing and the pulley.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 볼 스크류는, 상기 하우징의 단면과 대응되는 형상으로 형성되고 상기 볼 스크류의 타단부에 장착되어, 상기 볼 스크류의 왕복 이동을 가이드하는 피스톤을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the ball screw may further include a piston formed in a shape corresponding to an end surface of the housing and mounted on the other end of the ball screw to guide reciprocating movement of the ball screw .
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 하우징은 상기 하지고정부를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성되는 제1 및 제2 측벽부를 포함하고, 상기 스프링부는 상기 제1 측벽부와 상기 하지고정부를 탄성지지하도록 형성되는 제1 스프링 및 상기 제2 측벽부와 상기 하지고정부를 탄성지지하도록 형성되는 제2 스프링을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the housing includes first and second sidewall portions formed to face each other with the base portion interposed therebetween, and the spring portion includes the first sidewall portion and the base- And a second spring formed to elastically support the second sidewall portion and the leg-rest portion.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 상지 및 하지에 압축힘이 작용하는 경우, 상기 제1 스프링은 압축되고 상기 제2 스프링은 인장되고, 상기 상지 및 상기 하지에 인장힘이 작용하는 경우, 상기 제1 스프링은 인장되고 상기 제2 스프링은 압축될 수 있다. In the present invention, when a compressive force acts on the upper and lower limbs, the first spring is compressed and the second spring is tensioned, and when tensile force acts on the upper limb and the lower limb, One spring is tensioned and the second spring is compressible.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 구동모터의 회전력을 이용하여 상지와 하지를 능동제어할 수 있으므로 상대적으로 작은 에너지로 큰 모멘트를 지지할 수 있다. According to the present invention, since the upper limbs and the lower limbs can be actively controlled by using the rotational force of the driving motor, a large moment can be supported with a relatively small energy.
또한, 하우징 내에 배치되는 독립적인 스프링에 의하여 상지와 하지 사이에 작용하는 힘에 따라 상지와 하지를 수동제어할 수 있으므로, 고주파의 진동을 별도의 장치 없이 감소시킬 수 있다. Further, since the upper and lower limbs can be manually controlled according to the force acting between the upper and lower limbs by the independent spring disposed in the housing, the vibration of the high frequency can be reduced without any additional device.
도 1은 직렬탄성구동기가 장착된 휴머노이드 로봇의 측면도.
도 2는 직렬탄성구동기의 단면도. .
도 3은 직렬탄성구동기의 개념도.
도 4a 및 도 4b는 상지의 병진운동을 위한 능동제어를 설명하기 위한 개념도.
도 5a 및 도 5b는 외부힘에 의한 수동제어를 설명하기 위한 개념도. 1 is a side view of a humanoid robot equipped with a series elastic actuator;
2 is a sectional view of a series elastic actuator; .
3 is a conceptual view of a series elastic actuator.
4A and 4B are conceptual diagrams for explaining active control for translational motion of the upper limb;
5A and 5B are conceptual diagrams for explaining manual control by external force;
이하, 본 발명과 관련된 직렬탄성구동기 및 이를 포함하는 휴머노이드 로봇에 관하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a series elastic actuator and a humanoid robot including the series elastic actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴머노이드로봇의 측면도이다. 1 is a side view of a humanoid robot according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 휴머노이드 로봇(1000)은 몸체(100), 매니퓰레이터(200), 말단장치(300), 감지장치(400), 가변형상플렛폼(500), 직렬탄성구동기(600) 및 원격통제장치(700)를 포함한다. 본 발명에 따른 매니퓰레이터는 상기 원겨통제장치(700)를 통하여 원격지에 위치하는 조작자에 의하여 구동될 수 있다. The
도 1에서 상기 감지장치(400)는 상기 몸체(100)에 장착되어 있는 것으로 도시되었으나, 상기 감지장치(400)는 상기 각 구성요소에 장착되는 복수의 감지센서를 포함할 수 있다. 각 감지센서들은 상기 휴머노이드 로봇의 외부환경을 감지하여 상기 원격통제장치를 통하여 원격지에 위치하는 조작자에게 전달한다. 예를 들어, 상기 감지센서는 광학센서로 구현될 수 있다.In FIG. 1, the
상기 매니퓰레이터(200)는 한 쌍의 구조로 형성된다. 즉, 한 쌍의 매니퓰레이터(200)는 사람의 양팔과 같은 형상으로 상기 몸체(100)에 장착된다. 매니퓰레이터(200)의 일단부에는 말단장치(300)가 장착된다. The
도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 매니퓰레이터(200)는 상기 말단장치(300)에 장착되는 제1 감지센서를 더 포함한다. 상기 제1 감지센서는 상기 매니퓰레이터를 이용한 상세작업이나 차량의 밑부분과 같이 다른 구성요소가 도달할 수 없는 영역의 정보를 수집할 수 있다. Although not shown specifically in the drawings, the
상기 가변형상플렛폼(500)은 상기 감지장치(400)의 하단부에 장착된다. 상기 가변형상플렛폼(500)은 트랙으로 구성되며, 직렬로 연결되는 상지(510)와 하지(520)를 포함한다. 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)는 지면에 닿도록 형성되는 외주면이 트랙형상으로 형성된다. 즉, 상기 트랙의 회전에 의하여 지면을 따라 이동 가능하다. 또한, 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)는 일단부가 특정 각도를 이루도록 연결된다. The
상기 직렬탄성구동기(600)는 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)에 각각에 대하여 회전운동이 가능하도록 장착된다. 즉, 상기 휴머노이드로봇(1000)의 작동에 의하여 상기 상지(510)와 상기 하지(520) 사이의 각도가 변경되는 경우에 상기 직렬탄성구동기(600) 또한 상대적으로 변형된다. The series
고정된다. 예를 들어, 상기 직렬탄성구동기(600)의 일단부는 상기 상지(510)에 고정되고, 상기 직렬탄성구동기(600)의 타단부는 상기 하지(520)에 고정된다 . For example, one end of the series
도 2는 일 실시예에 따른 직렬탄성구동기의 단면도이고, 도 3은 직렬탄성구동기의 구성요소를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 직렬탄성구동기의 구성요소를 설명한다. FIG. 2 is a cross-sectional view of a series elastic actuator according to an embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating components of a series elastic actuator. The components of the series elastic actuator of the present invention will be described with reference to Figs. 2 and 3. Fig.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 직렬탄성구동기가 장착된 휴머노이드 로봇의 구성을 설명한다. 상기 직렬탄성구동기(600)는 제어기, 모터, 트랜스미션 및 스프링으로 구성된다. 또한, 상기 직렬탄성구동기(600)는 하우징(601), 상지고정부(603), 하지고정부(602), 제1 및 제2 스프링(650, 660), 볼 스크류(604), 구동모터(610)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the configuration of a humanoid robot equipped with the series elastic actuator of the present invention will be described. The series
상기 하우징(601)은 일 방향으로 연장되며, 내부공간을 포함한다. 상기 볼 스크류(604)는 상기 일 방향으로 연장되고, 상기 하우징(601)의 내부공간을 관통하도록 상기 하우징(601)에 수납된다. 상기 볼 스크류(604)의 일 단부는 상기 하우징(601)으로부터 노출되도록 형성된다. The
상기 볼 스크류(604)의 상기 일 단부에는 상지고정부(603)가 형성된다. 상기 상지고정부(603)는 고정피니언(613) 및 상지부 회전조인트(623)을 포함한다. 상기 상지부 회전 조인트(623) 및 상기 고정피니언(613)은 상기 볼 스크류(604)의 일단부에 형성된다. At the one end of the
상기 상지부 회전조인트(623)은 상기 고정피니언(613)이 상기 볼 스크류(604)를 기준으로 회전가능하도록, 상기 볼 스크류(604)와 상기 고정 피니언(613)을 고정한다. 또한, 상기 고정피니언(613)은 상기 상지부 회전 조인트(623)를 축으로 회전가능하도록 장착된다.The upper grip
한편, 상기 고정피니언(613)은 상기 상지(510)에 형성되는 고정랙(511)에 이동 가능한 상태로 결합된다. 상기 고정랙(511)은 상기 상지(510)의 외주면과 실질적으로 평행하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 고정피니언(613)은 상기 상지 및 하지(510, 520)의 위치변경에 근거하여, 상기 고정랙(511)을 따라서 이동 하도록 제어된다. 이에 따라, 상기 볼 스크류(604)의 일단부가 상기 고정랙(511)을 따라서 이동하게 된다. Meanwhile, the fixed
상기 하지고정부(602)는 상기 하우징(501)의 내부공간에 장착된다. 상기 하우징(501)은 상기 하지고정부(602)가 상기 하우징(601) 내에서 이동가능하도록 상기 하지고정부(602)의 일 영역이 삽입되는 홀(601')을 더 포함할 수 있다. 상기 홀(601')은 상기 하지고정부(602)가 기 설정된 길이만큼 이동하도록, 기 설정된 길이를 갖도록 형성된다. The
상기 하지고정부(602)는 상기 하우징(601)의 내주면을 따라 형성되고 상기 볼 스크류(604)가 관통하는 공간을 구비하는 제1 고정부(602a)와 상기 제1 고정부(602a)와 연결되고, 상기 홀(601')에 일부가 삽입되도록 형성되는 제2 고정부(602b)를 포함한다. 상기 제2 고정부(602b)의 외주는 상기 제1 고정부(602a)의 외주보다 크도록 형성된다. The
상기 하지고정부(602)는, 상기 하지고정부(602) 및 상기 하지(520)를 연결하는 하지부 회전조인트(612)를 포함한다. 상기 하지부 회전조인트(612)는 상기 하지(520)의 외관을 이루는 구성요소에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 하지부 회전조인트(612)의 위치는 상기 하지(520) 상에서 변경되지 아니한다. 도 1를 참조하면, 상기 직렬탄성구동기(600)는 상기 상지(510)의 좌측면에 형성되고, 상기 하지(520)의 우측면에 형성되는 것이 바람직하다. The
상기 하우징(601)은 상부측벽(601a)과 하부측벽(601b)를 포함한다. 상기 상부 및 하부측벽(601a, 601b)는 상기 하우징(601)이 연장되는 일 방향과 교차하는 방향으로 형성되며, 상기 볼 스크류(604)가 관통하도록 형성되는 관통홀을 포함한다. 상기 상부 및 하부측벽(601a, 601b)는 서로 마주보도록 형성되며, 상기 하우징(601)의 상기 내부공간을 형성한다. 상기 하지고정부(602)는 상기 상부 및 하부측벽(601a, 601b) 사이에 배치되며, 상기 홀(601')은 상기 하부측벽(601b)와 인접한 영역에 형성될 수 있다. The
상기 제1 스프링(650)은 상기 상부측벽(601a)과 상기 하지고정부(602) 사이에 형성되어 상기 상부측벽(601a)와 상기 하지고정부(602)를 탄성지지한다. 상기 제2 스프링(660)은 상기 하지고정부(602)의 내부로부터 연장되어 상기 하부측벽(601b)을 탄성지지하도록 형성된다. The
즉, 상기 하지고정부(602)는 상기 상부 및 하부측벽(601a, 602b)를 각각 지지하는 제1 및 제2 스프링(650, 660)에 의하여, 상기 하우징(601)의 특정 위치에 배치되게 된다. That is, the
상기 직렬탄성구동기(1000)는 상기 볼스크류(604)를 이동시키기 위하여, 상기 구동모터(610)과 연결되는 사일런트 체인(620), 풀리(640) 및 베어링(630)을 더 포함한다. The series
도 3을 참조하면, 상기 스프링의 변위를 측정하면 부하 fload의 추정이 가능하다. 상기 제어기는 부하 fload을 기준입력토크 fdesired와 비교한다. 상기 제어기는 상기 비교된 결과에 근거하여 상기 구동모터(610)를 제어한다. Referring to FIG. 3, the load f load can be estimated by measuring the displacement of the spring. The controller compares the load f load with the reference input torque f desired . The controller controls the
상기 구동모터(610)에 의한 에너지에 의한 에너지가 상기 사일런트 체인(620)를 통하여 상기 풀리(640)로 전달된다. 상기 풀리(640)는 상기 에너지에 의하여 회전되며, 상기 풀리(640)는 상기 볼 스크류(604)와 연결된다. 상기 볼 스크류(604)는 상기 풀리(640)가 회전함에 따라, 상기 하우징(601)를 기준으로 회전하여, 상기 하우징(601)로부터 상기 일 방향을 따라 이동할 수 있다. 즉, 상기 볼 스크류(604)는 상기 하우징(601)를 기준으로 상기 일 방향을 따라 전진하거나 후진하도록 형성된다. Energy generated by energy generated by the driving
또한, 상기 풀리(604)와 상기 하우징(601) 사이에는 상기 베어링(630이 형성된다. 이에 따라, 상기 풀리(604)는 상기 하우징(601)와 무관하게 회전할 수 있다. 즉, 상기 하우징(601)에는 상기 구동모터(610)로부터 제공되는 에너지가 전달되지 아니한다. The
상기 직렬탄성구동기(1000)는 상기 구동모터(610)의 에너지에 의하여 상기 하지(520)에 대하여 상기 상지(510)를 이동 시킬 수 있다. The series
도 4a 및 도 4b는 상지의 병진운동을 위한 능동제어를 설명하기 위한 개념도.4A and 4B are conceptual diagrams for explaining active control for translational motion of the upper limb;
도 4a를 참조하면, 상기 구동모터(610)의 에너지에 근거하여, 상기 볼 스크류(604)는 상기 하우징(601)로부터 상기 일 방향을 따라 전전한다. 따라서, 상기 볼 스크류(604)는 상기 하우징(601)로부터 돌출되도록 형성되고 상기 직렬탄성구동기(1000)의 총 길이는 길어진다. 즉, 상기 하지(520)에 고정되는 하지부 회전조인트(612)로부터 상기 상지부 회전조인트(623)까지의 길이가 확장된다. 이에 따라, 상기 하지부(520)와 상기 상지부(510)가 멀어지도록 구동된다.Referring to FIG. 4A, the
도면에 구체적으로 도시되지 아니하였으나, 상기 하지부 회전조인트(612)와 상지부 회전조인트(623) 사이의 거리가 멀어짐에 따라, 상기 상지부(510) 및 상기 하지부(520)가 이루는 각도가 변경될 수 있다. 또한, 상기 각도의 변경에 의하여 상기 고정피니언(613)은 상기 고정랙(511)을 따라 이동할 수 있다. The angle formed by the upper and
상기 볼 스크류(604)는 상기 볼 스크류(604)의 타단에 형성되는 피스톤(614)을 더 포함한다. 상기 피스톤(614)은 상기 하우징(601)의 단면에 대응되는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 피스톤(614)의 크기는 상기 하우징(601)의 단면과 실질적으로 동일하거나 작게 형성된다. 즉, 상기 피스톤(614)은 상기 볼 스크류(604)가 상기 일 방향을 따라서 이동하도록, 상기 볼 스크류(604)의 이동 경로를 가이드 하도록 형성된다.The
상기 피스톤(614)에 의하여 상기 볼 스크류(604)의 흔들림을 방지할 수 있으며, 보다 정확하게 상기 상지(510) 및 하지(520)를 구동시킬 수 있다. It is possible to prevent the
이에 따라, 상기 상지(510) 및 하지(520)가 다양한 자세를 취하더라도, 상기 직렬탄성구동기(600)에 의하여 상기 상지(510) 및 하지(520)가 지지된다. Accordingly, even though the upper and
또한, 상기 사일런트 체인에 의하여 원하는 감속비를 얻을 수 있으며, 미끄러짐 및 소음에 따른 문제점을 해결할 수 있다. In addition, the desired reduction ratio can be obtained by the silent chain, and the problems caused by slip and noise can be solved.
도 4b를 참조하면, 상기 구동모터(610)에 의하여 상기 사일런트 체인(620)이 반대방향으로 회전하면, 반대 방향의 회전력이 상기 풀리(640)에 전달된다. 상기 풀리(640)의 회전에 의하여 상기 볼 스크류(604)가 회전한다. 상기 볼 스크류(604)는 상기 일 방향을 따라 후진하며 상기 하우징(601)의 내부로 수납되도록 이동한다. Referring to FIG. 4B, when the
다만, 상기 볼 스크류(604)가 이동 하는 동안 상기 제1 및 제2 스프링(650, 660)은 실질적으로 변형되지 아니한다. 즉, 상기 제1 및 제2 스프링(650, 660)에 의하여 상기 하우징(601) 내부에서 상기 하지고정부(602)의 위치는 변경되지 아니한다. However, the first and
한편, 상기 직렬탄성구동기(600)는 상기 상지(510) 및 상기 하지(520)의 병진방향의 상대운동이 가능한 구조를 포함한다. 즉, 상기 직렬탄성구동기(600)는 상기 일 방향을 따라 나열되는 제1 및 제2 스프링(650, 660)을 구비한다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 제1 및 제2 스프링(650, 660)의 변형에 의하여 상기 하우징(601)에 인가되는 진동 및 충격을 감소시킬 수 있다.The series
도 5a 및 도 5b는 외부힘에 의한 수동제어를 설명하기 위한 개념도. 5A and 5B are conceptual diagrams for explaining manual control by external force;
도 5a를 참조하면, 외부로부터 상기 직렬탄성구동기(600)에 압축힘이 작용하면, 상기 볼스크류(604)로부터 상기 하우징(601)으로 압축힘이 작용한다. 상기 압축힘으로 인하여 상기 제2 스프링(650)이 압축되고, 상기 제2 스프링(660)이 인장된다. 상기 제1 및 제2 스프링(650, 660)에 의하여, 상기 제1 스프링(650)에 지지되는 상기 하지고정부(602)가 상기 하우징 내에서 상기 상지고정부(603)와 가까워지는 제1 방향으로 이동한다. Referring to FIG. 5A, when a compression force acts on the series
즉, 외부에서 압축힘이 작용하면 상기 상지(510)와 하지(520)가 서로 가까워지게되며, 서로 독립적인 제1 및 2 스프링(650, 660)에 의하여 상기 상지(510) 및 하지(520)에 전달되는 진동이 최소화된다. That is, when a compression force is applied from the outside, the upper and
한편, 도 5b를 참조하면, 외부로부터 상기 직렬탄성구동기(600)에 인장힘이 작용하면, 상기 제1 스프링(650)은 인장되고, 상기 제2 스프링(660)은 암축된다. 이에 따라, 상기 하지고정부(602)는 상기 상지고정부(603)와 멀어지는 방향으로 이동한다. 즉 상기 인장힘에 의하여 상기 상지(510) 및 하지(520)는 서로 멀어지며, 서로 독립적인 제1 및 제2 스프링(650, 660)에 의하여 상기 상지(510) 및 하지(520)에 전달되는 진동이 최소화된다.Referring to FIG. 5B, when a tensile force acts on the series
본원발명의 제1 및 제2 스프링에 의하여 높은 주파수 대역의 진동 및 충격은 외부 동력없이 수동적으로 저감시킬 수 있는바, 외부의 전력에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있다. According to the first and second springs of the present invention, vibration and shock in a high frequency band can be passively reduced without external power, and energy consumption according to external power can be reduced.
본 발명에 따르면, 상기 제어기에 의한 구동모터를 이용하여 저주파의 진동과 충격을 능동적으로 감소시키고, 스프링에 의하여 하지에서 전달되는 진동과 충격을 수동적으로 저감시킬 수 있다, 따라서, 보다 큰 대역폭의 진동과 충격을 보다 적은 에너지원으로 효과적으로 감소시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to actively reduce the vibration and impact of low frequency by using the drive motor by the controller, and passively reduce vibration and shock transmitted from the underarm by the spring. Therefore, And the impact can be effectively reduced with a lower energy source.
상기와 같은 직렬탄성구동기 및 이를 포함하는 휴머노이드로봇은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성 될 수 있다.
The above-described series elastic actuator and the humanoid robot including the same are not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but all or a part of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made. Lt; / RTI >
Claims (9)
외면에 트랙이 형성되는 하지 및 상지; 및
상기 하지 및 상지의 상대이동을 제어하는 직렬탄성구동기를 포함하고,
상기 직렬탄성구동기는,
일 방향으로 연장되는 하우징;
상기 일 방향으로 연장되고 상기 하우징을 관통하도록 형성되는 볼 스크류;
상기 볼 스크류의 일 영역과 연결되어 상기 볼 스크류가 상기 일 방향을 따라서 이동하도록 구동력을 제공하는 구동모터;
상기 볼 스크류의 일단부를 상기 상지에 연결하도록 형성되는 상지고정부; 및
상기 하우징에 배치되고, 상기 볼 스크류를 감싸도록 형성되며, 상기 하지에 고정되는 하지고정부를 포함하고,
상기 하지 및 상기 상지는 서로 기 설정된 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 상지고정부는,
상기 상지에 상기 트랙과 평행하도록 연장되는 고정랙; 및
상기 볼 스크류의 일단부에 회전가능하도록 고정되고, 상기 상지 및 상기 하지가 상대이동하는 경우, 상기 고정랙을 따라 이동 가능하도록 상기 고정랙에 결합되는 고정피니언을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.A humanoid robot for transferring an object, the humanoid robot comprising:
An upper and lower limbs on which tracks are formed on the outer surface; And
And a series elastic driver for controlling relative movement of the leg and upper limb,
The series elastic actuator comprises:
A housing extending in one direction;
A ball screw extending in the one direction and formed to penetrate through the housing;
A driving motor connected to one region of the ball screw to provide a driving force to move the ball screw along the one direction;
An uprising portion formed to connect one end of the ball screw to the upper side; And
And a leg fixing part which is disposed in the housing and is formed to surround the ball screw and is fixed to the base,
And the upper and lower legs are formed to have a predetermined angle with each other,
The top-
A fixed rack extending parallel to the track on the upper limb; And
And a stationary pinion fixed to one end of the ball screw and coupled to the stationary rack so as to be movable along the stationary rack when the upper and lower limbs move relative to each other.
상기 하우징은 기 설정된 길이로 형성되는 홀을 포함하고,
상기 하지고정부의 일 영역은 상기 홀에 삽입되어, 상기 기 설정된 길이만큼 이동가능하도록 상기 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.The method according to claim 1,
Wherein the housing includes a hole formed in a predetermined length,
And one region of the fixing unit is inserted into the hole and is coupled to the housing so as to be movable by the predetermined length.
상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징에 인가되는 외력을 감지하는 스프링부;
상기 스프링부의 하중을 분석하는 제어기; 및
상기 하중에 근거하여 상기 볼 스크류를 상기 일 방향을 따라 왕복 이동시키기 위한 회전력을 제공하는 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.2. The apparatus of claim 1, wherein the series elastic actuator comprises:
A spring disposed in the housing and sensing an external force applied to the housing;
A controller for analyzing a load of the spring portion; And
And a driving motor for providing a rotational force for reciprocating the ball screw in the one direction based on the load.
상기 구동모터로 연결되는 사일런트 체인; 및
상기 사일런트 체인을 통하여 전달된 상기 회전력을 상기 볼 스크류에 전달하도록, 상기 볼 스크류에 장착되는 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.5. The apparatus of claim 4, wherein the series elastic actuator comprises:
A silent chain connected to the drive motor; And
And a pulley mounted on the ball screw to transmit the rotational force transmitted through the silent chain to the ball screw.
상기 볼 스크류는 상기 하우징의 일 면으로부터 돌출되고,
상기 직렬탄성구동기는 상기 하우징과 상기 풀리 사이에 형성되는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.6. The method of claim 5,
Wherein the ball screw protrudes from one surface of the housing,
Wherein the series elastic actuator further comprises a bearing formed between the housing and the pulley.
상기 볼 스크류는, 상기 하우징의 단면과 대응되는 형상으로 형성되고 상기 볼 스크류의 타단부에 장착되어, 상기 볼 스크류의 왕복 이동을 가이드하는 피스톤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇. 5. The method of claim 4,
Wherein the ball screw further comprises a piston formed in a shape corresponding to an end surface of the housing and mounted on the other end of the ball screw to guide reciprocating movement of the ball screw.
상기 하우징은 상기 하지고정부를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성되는 제1 및 제2 측벽부를 포함하고,
상기 스프링부는 상기 제1 측벽부와 상기 하지고정부를 탄성지지하도록 형성되는 제1 스프링 및 상기 제2 측벽부와 상기 하지고정부를 탄성지지하도록 형성되는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.5. The method of claim 4,
The housing includes first and second sidewall portions formed to face each other with the base portion interposed therebetween,
Wherein the spring portion includes a first spring formed to elastically support the first sidewall portion and the base stationary portion, and a second spring configured to elastically support the second sidewall portion and the base stationary portion. robot.
상기 상지 및 하지의 움직임에 의하여 상기 직렬탄성구동기에 압축힘이 작용하는 경우, 상기 제1 스프링은 압축되고 상기 제2 스프링은 인장되고,
상기 상지 및 상기 하지의 움직임에 의하여 상기 직렬탄성구동기에 인장힘이 작용하는 경우, 상기 제1 스프링은 인장되고 상기 제2 스프링은 압축되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇. 9. The method of claim 8,
When a compression force is applied to the series elastic driver by the movement of the upper and lower limbs, the first spring is compressed and the second spring is tensioned,
Wherein the first spring is tensioned and the second spring is compressed when a tensile force acts on the series elastic actuators due to the movement of the upper and lower legs.
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