KR101280356B1

KR101280356B1 - Apparatus of driving for robot joint

Info

Publication number: KR101280356B1
Application number: KR1020110116651A
Authority: KR
Inventors: 권동수; 류명한; 신원호; 이민석; 조준연; 황민호
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-07-01
Also published as: KR20130051357A

Abstract

본 발명은 로봇용 관절 구동장치에 관한 것으로 베이스와, 베이스에 제1 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지며 상기 돌출부 외부에 제1 와이어와 제2 와이어의 일단이 고정되는 제1 링크 및 제1 링크의 일단에 제2 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 링크의 일단에 마주보며 상기 제2 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지고 상기 돌출부 외부에 제 3 와이어의 일단이 고정되는 제2 링크를 포함하여 이루어지는 로봇용 관절 구동장치를 일 실시예로 제안한다. 본 발명에 의하면 다중 링크 구조의 관절을 구동시키기 위하여 필요한 모터와 배터리의 개수를 최소화할 수 있으며 이에 따라 로봇용 관절을 소형 및 경량으로 구현할 수 있다. 또한 다중 링크가 차지하는 공간대비 동력 출력을 증가시켜 로봇용 관절 말단 장치의 구동력을 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a joint drive device for a robot, and a base, connected to the base via a first rotating shaft, having a protrusion into which the first rotating shaft is inserted, and having one end of the first wire and the second wire fixed to the outside of the protrusion. A first link connected to one end of the first link and the first link through a second rotation shaft, and having one protrusion facing the one end of the first link and into which the second rotation shaft is inserted, one end of the third wire fixed to the outside of the protrusion; In one embodiment, a joint drive device for a robot including two links is proposed. According to the present invention, the number of motors and batteries required to drive a joint of a multi-link structure can be minimized. Accordingly, the robot joint can be realized in a small size and light weight. In addition, by increasing the power output relative to the space occupied by the multi-link can increase the driving force of the joint end device for the robot.

Description

Apparatus of driving for robot joint}

본 발명은 로봇용 관절 구동장치에 관한 것으로 최소한의 모터를 이용하여 다중링크 구조를 가지는 로봇의 관절을 정밀하게 구동시키는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a joint drive device for a robot, and to an apparatus for precisely driving a joint of a robot having a multi-link structure using a minimum motor.

최근 인간의 역할을 대신할 수 있는 인간형 로봇(안드로이드 및 휴머노이드)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 인간형 로봇이 사회의 일원으로 주어진 작업을 수행하기 위해서는 자연스러운 운동 기능을 구현할 수 있는 로봇손이 필요하다. 이로 인해 5개의 손가락과 한 개의 손바닥 및 22개의 관절 구조로 이루어진 인간의 손 동작을 충실하게 재현할 수 있는 인간형 로봇손에 대한 개발 역시 활발히 진행되고 있다.Recently, research on humanoid robots (androids and humanoids) that can take the place of humans has been actively conducted. In order for such a humanoid robot to perform a given task as a member of society, a robot hand capable of implementing a natural motor function is required. For this reason, the development of a humanoid robot hand capable of faithfully reproducing the human hand motion consisting of five fingers, one palm and 22 joint structures is also actively underway.

종래 로봇손의 관절은 모터를 관절에 직접 부착하는 방식으로 구현되었다.The joint of the conventional robot hand is implemented by attaching a motor directly to the joint.

상기 방식은 동력 전달력이 우수하고 내구성이 좋으나 공간을 많이 차지하므로 로봇손의 크기 및 무게를 증가시킨다는 단점이 있다.The above method has a disadvantage of increasing the size and weight of the robot hand because it has excellent power transmission force and good durability but occupies a lot of space.

이러한 단점을 극복하기 위하여 와이어를 이용하는 텐던(tendon) 방식이 개발되었다.In order to overcome this disadvantage, a tendon method using wires has been developed.

그러나 상기 텐던 방식은 와이어를 이용함으로써 공간을 적게 차지하여 소형의 관절을 구현할 수 있는 장점이 있으나, 관절 구동시 와이어의 풀림 문제가 발생할 수 있으며 관절의 형태와 와이어 구현 방식에 따라 정밀한 제어가 불가능할 수 있다는 문제가 있다.However, the tendon method has a merit of realizing a small joint by using a small amount of space by using a wire, but the loosening of the wire may occur when driving the joint, and precise control may not be possible depending on the shape of the joint and the method of implementing the wire. There is a problem.

이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 공보 제2011-0109431호(선행기술 1)에서는 손가락 관절에 댐퍼를 설치하고 전동모터의 회전력을 이용하여 손가락을 펼치거나 댐퍼 내부의 가스 압력 또는 스프링의 탄성력을 이용하여 손가락을 굽힐 수 있는 로봇손을 제안한다.In order to solve this problem, Korean Patent Publication No. 2011-0109431 (Prior Art 1) installs a damper on a finger joint and spreads a finger using a rotational force of an electric motor, or uses a gas pressure inside the damper or an elastic force of a spring. A robot hand that can bend a finger is proposed.

또한 대한민국 등록특허 공보 제637956호(선행기술 2)에서는 종속 관절을 이용하여 소수의 모터로 다수의 관절을 제어하기 위한 로봇 손가락 구조를 제안한다.In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 637956 (prior art 2) proposes a robot finger structure for controlling a plurality of joints with a small number of motors using a subordinate joint.

또한 대한민국 공개특허 공보 제2011-0026935호(선행기술 3)에서는 와이어를 이용하는 텐던 방식 관절의 구동장치와 기어 감속 방식을 이용하는 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치를 구비한 로봇관절 구동장치를 제안한다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0026935 (prior art 3) proposes a robot joint driving apparatus having a drive device of a tendon joint using a wire and a harmonic drive method using a gear reduction method.

그러나 선행기술1 및 선행기술2에 의하더라도 손가락의 각 관절마다 모터를 부착함으로써 로봇손의 크기 및 무게가 증가한다는 점과 물건의 집기, 던지기 등의 단순 동작은 가능하나 수술용 로봇이나 의수 등에서 필요로 하는 정밀한 동작 수행은 불가능하다는 점은 여전히 풀리지 않는 숙제로 남아 있다.However, according to the prior art 1 and the prior art 2, the size and weight of the robot hand increases by attaching a motor to each joint of the finger, and simple operations such as picking and throwing objects are possible, but necessary for surgical robots or prostheses. It is still an unsolved homework that it is impossible to perform precise operations.

또한 선행기술 3의 로봇손에 의하더라도 와이어와 풀리의 마찰력보다 큰 힘이 소요되는 관절 운동을 수행할 경우 풀리에 설치된 와이어가 미끄러짐으로 인해 관절의 구동이 어려워진다는 점은 해결해야 할 과제로 남아 있다.In addition, even when the robot hand of the prior art 3 performs a joint motion that requires more force than the frictional force between the wire and the pulley, it becomes difficult to drive the joint due to the sliding of the wire installed on the pulley. .

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 링크에 연결되는 모터의 개수를 최소화하여 다중링크 구조의 관절을 정밀하게 구동시키며 상기 링크가 차지하는 공간대비 동력 출력을 증가시키는 방안을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to minimize the number of motors connected to the link to precisely drive the joint of the multi-link structure and to provide a way to increase the power output relative to the space occupied by the link.

위와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 베이스와, 상기 베이스에 제1 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지며 상기 돌출부 외부에 제1 와이어와 제2 와이어의 일단이 고정되는 제1 링크 및 상기 제1 링크의 일단에 제2 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 링크의 일단에 마주보며 상기 제2 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지고 상기 돌출부 외부에 제 3 와이어의 일단이 고정되는 제2 링크를 포함하여 이루어지는 로봇용 관절 구동장치를 일 실시예로 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention has a base and a protrusion connected to the base through a first rotation shaft, and the first rotation shaft is inserted, and one end of the first wire and the second wire is fixed to the outside of the protrusion. One end of the third wire is fixed to the outside of the protrusion having a first link to be connected to one end of the first link and the second rotation shaft, the protrusion facing the one end of the first link is inserted into the second rotation shaft In one embodiment, a joint drive device for a robot including a second link may be provided.

상기 제1 와이어와 제2 와이어의 일단이 상기 제1 링크의 돌출부에 상하 대칭되는 구조로 고정되며, 제1 와이어와 제2 와이어의 다른 일단이 상기 제1 링크의 돌출부와 대응하는 상하 대칭 구조로 구동모터에 연결될 수 있다.One end of the first wire and the second wire is fixed in a structure that is vertically symmetrical to the protrusion of the first link, the other end of the first wire and the second wire in a vertical symmetry structure corresponding to the protrusion of the first link. It can be connected to the drive motor.

상기 제3 와이어는 와이어의 일단이 상기 제2 링크의 돌출부에 고정되며 대각선 형태로 상기 제1 링크의 돌출부 외면을 감싸고 다른 일단이 고정부에 고정될 수 있다.The third wire may have one end of the wire fixed to the protrusion of the second link, surround the outer surface of the protrusion of the first link in a diagonal shape, and the other end of the wire may be fixed to the fixing portion.

상기 제1 와이어, 상기 제2 와이어 및 상기 제3 와이어는 파단 응력이 큰 재질로 이루어질 수 있다.The first wire, the second wire and the third wire may be made of a material having a high breaking stress.

위와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 베이스와, 상기 베이스에 제1 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지며 상기 돌출부 외부에 제1 와이어와 제2 와이어의 일단이 고정되는 제1 링크와, 상기 제1 링크의 돌출부 상단에 연결되는 도르래 및 상기 제1 링크의 일단에 제2 회전축을 통해 연결되고, 상기 제1 링크의 일단에 마주보며 상기 제2 회전축이 삽입되는 돌출부를 가지고 상기 돌출부 외부에 제 3 와이어와 제4 와이어의 일단이 고정되는 제2 링크를 포함하여 이루어지는 로봇용 관절 구동장치를 다른 일 실시예로 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention has a base and a protrusion connected to the base through a first rotation shaft, and the first rotation shaft is inserted, and one end of the first wire and the second wire is fixed to the outside of the protrusion. A first link to be connected to a pulley connected to an upper end of the protruding portion of the first link, and a protrusion connected to one end of the first link and facing the one end of the first link to insert the second rotation shaft. In another embodiment, a joint drive device for a robot including a second link having one end of a third wire and a fourth wire fixed to the outside of the protrusion is provided.

상기 제3 와이어와 상기 제4 와이어는 와이어의 일단이 상기 제2 링크의 돌출부에 상하 대칭되는 구조로 고정되며, 상기 도르래를 한바퀴 감싸고 와이어의 다른 일단이 고정부에 고정될 수 있다.The third wire and the fourth wire may be fixed in a structure in which one end of the wire is vertically symmetrical to the protrusion of the second link, and wraps the pulley one round and the other end of the wire may be fixed to the fixing part.

상기 제1 와이어, 상기 제2 와이어, 상기 제3 와이어 및 제4 와이어는 파단 응력이 큰 재질로 이루어질 수 있다.The first wire, the second wire, the third wire and the fourth wire may be made of a material having a high breaking stress.

본 발명의 실시예들에 의하면 다중 링크 구조의 관절을 구동시키기 위하여 필요한 모터와 배터리의 개수를 최소화할 수 있으며 이에 따라 로봇용 관절을 소형 및 경량으로 구현할 수 있다. 또한 다중 링크가 차지하는 공간대비 동력 출력을 증가시켜 로봇용 관절 말단 장치의 구동력을 증가시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, the number of motors and batteries required to drive a joint of a multi-link structure can be minimized, and accordingly, a robot joint can be miniaturized and lightweight. In addition, by increasing the power output relative to the space occupied by the multi-link can increase the driving force of the joint end device for the robot.

도 1은 실시예 1의 다중링크 구조의 로봇 관절 구동장치를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1의 로봇 관절을 구부리는 과정을 도시한다.
도 3은 실시예 1의 로봇 관절을 펴는 과정을 도시한다.
도 4는 실시예 2의 다중링크 구조의 로봇 관절 구동장치를 도시한 것이다.
도 5와 7은 실시예 2의 로봇 관절을 구부리는 과정을 도시한다.
도 6과 8은 실시예 2의 로봇 관절을 펴는 과정을 도시한다.Figure 1 shows a robot joint drive device of a multi-link structure of the first embodiment.
2 shows a process of bending the robot joint of the first embodiment.
Figure 3 shows the process of straightening the robot joint of Example 1.
Figure 4 shows a robot joint drive device of a multi-link structure of the second embodiment.
5 and 7 show the process of bending the robot joint of the second embodiment.
6 and 8 show the process of straightening the robot joint of the second embodiment.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same parts throughout the specification. In addition, when any part of the specification is to "include" any component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

명세서 전체에서 "와이어(wire)"라 함은 링크를 구동하기 위한 와이어 로프를 의미하며, 금속 및 기타 재질의 와이어(wire)와 케이블(cable) 및 벨트(belt) 등을 모두 포함하는 개념이다.
Throughout the specification, "wire" refers to a wire rope for driving a link, and includes a wire and a cable and a belt made of metal and other materials.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

실시예 1은 다중링크 구조의 로봇 관절 구동장치에 관한 것이다.Embodiment 1 relates to a robot joint drive device of a multi-link structure.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중링크 구조의 로봇 관절 구동장치를 도시한 것이다.1 illustrates a robot joint driving apparatus having a multi-link structure according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 보듯, 다중링크 구조의 로봇 관절은 베이스(10)와 제1 링크(20) 및 제2 링크(30)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the robot joint of the multilink structure includes a base 10, a first link 20, and a second link 30.

베이스(10)는 제1 링크(20)와 제2 링크(30)를 제어하기 위한 고정 수단으로 중심부에 원형의 구멍을 가지며 상기 구멍에 삽입된 제1 회전축(21)에 의하여 제1 링크(20)와 연결된다.The base 10 is a fixing means for controlling the first link 20 and the second link 30, and has a circular hole in the center thereof and the first link 20 by the first rotation shaft 21 inserted into the hole. ).

제1 링크(20)는 일단에 내부 구멍을 가지는 원기둥 형태의 돌출부를 가지며 상기 돌출부 내부에 제1 회전축(21)을 삽입하여 베이스(10)와 연결된다.The first link 20 has a cylindrical protrusion having an inner hole at one end thereof and is connected to the base 10 by inserting a first rotation shaft 21 into the protrusion.

제1 링크(20)의 돌출부 외면에는 제1 와이어(41)의 일단이 고정되며, 제1 와이어(41)의 다른 일단은 제1 구동수단(60)에 연결된다.One end of the first wire 41 is fixed to the outer surface of the protrusion of the first link 20, and the other end of the first wire 41 is connected to the first driving means 60.

또한, 제1 링크(20)의 돌출부 외면에는 제1 와이어(41)와 상하 대칭되는 형태로 제2 와이어(42)의 일단이 고정되며, 제2 와이어(42)의 다른 일단은 제2 구동수단(60)에 연결된다.In addition, one end of the second wire 42 is fixed to the outer surface of the protruding portion of the first link 20 in a form of being symmetrical with the first wire 41, and the other end of the second wire 42 is the second driving means. Connected to 60.

이때 제1 구동수단 및 제2 구동수단은 도 1에는 도시되지 않았으나 제1 와이어(41)와 제2 와이어(42)를 통해 제1 링크(20)에 구동력을 인가하는 것으로, 일례로 DC모터나 서보모터 및 스텝핑모터 등으로 구현할 수 있다.In this case, although the first driving means and the second driving means are not shown in FIG. 1, the driving force is applied to the first link 20 through the first wire 41 and the second wire 42. It can be implemented with servo motor and stepping motor.

제1 링크(20)의 다른 일단은 원형의 구멍을 가지며 상기 구멍에 제2 회전축(31)을 삽입하여 제2 링크(30)와 연결된다.The other end of the first link 20 has a circular hole and is connected to the second link 30 by inserting a second rotation shaft 31 into the hole.

제2 링크(30)의 일단은 내부 구멍을 가지는 원기둥 형태의 돌출부를 가지며 상기 돌출부 내부에 제2 회전축(31)을 삽입하여 제1 링크(20)와 연결된다.One end of the second link 30 has a cylindrical protrusion having an inner hole and is connected to the first link 20 by inserting a second rotation shaft 31 into the protrusion.

제2 링크(30)의 돌출부 외면에는 제3 와이어(43)의 일단이 고정되며 제3 와이어(43)의 다른 일단은 고정부(50)에 고정된다.One end of the third wire 43 is fixed to the outer surface of the protrusion of the second link 30, and the other end of the third wire 43 is fixed to the fixing part 50.

이때 제3 와이어(43)는 제2 링크(30)의 돌출부에서 시작하여 대각선 형태로 제1 링크(20)의 돌출부 외면을 감싸며 고정부(50)에 고정된다.At this time, the third wire 43 starts at the protrusion of the second link 30 and wraps around the outer surface of the protrusion of the first link 20 in a diagonal shape and is fixed to the fixing part 50.

이때 제1 링크(20) 및 제2 링크(30)의 돌출부에는 와이어를 삽입할 수 있는 소정 깊이의 홈이나 와이어를 고정시킬 수 있는 소정 높이의 돌기와 같은 와이어 이탈 방지 수단이 더 형성될 수 있다.In this case, the protrusions of the first link 20 and the second link 30 may further include a wire separation preventing means such as a groove having a predetermined depth into which the wire can be inserted or a protrusion having a predetermined height to fix the wire.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 관절을 구부리는 과정을 도시한다.2 illustrates a process of bending a robot joint according to an embodiment of the present invention.

제어부(도 2에 미도시)를 통해 로봇 관절을 구부리는 제어신호로 구동수단(도 2에 미도시)이 동작하면 제1 와이어(41)는 화살표 방향으로 당겨지며 제1 와이어(41)의 일단이 고정된 제1 링크(20)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 2) is operated by a control signal for bending the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 2), the first wire 41 is pulled in the direction of the arrow and one end of the first wire 41 is closed. The fixed first link 20 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(20)가 회전하면서 제3 와이어(43)가 제1 링크(20)의 원통 돌출부에 감기게 되고, 제3 와이어(43)의 일단이 고정된 제2 링크(30)는 제1 링크(20)에 감긴 제3 와이어(43)의 길이만큼 제2 링크(30)에서 풀림으로써 제2 링크(30)가 회전하게 된다.As the first link 20 rotates, the third wire 43 is wound around the cylindrical protrusion of the first link 20, and the second link 30 to which one end of the third wire 43 is fixed is first. The second link 30 is rotated by releasing the second link 30 by the length of the third wire 43 wound on the link 20.

이때 제3 와이어(43)의 다른 일단은 고정부(50)에 고정된다.At this time, the other end of the third wire 43 is fixed to the fixing part 50.

제3 와이어(43)가 제1 링크(20)에 감기는 길이는 제1 링크(20)의 회전 각도에 종속되므로 제3 와이어(43)의 일단이 고정된 제2 링크(30)의 회전 각도 역시 제1 링크(20)의 회전 각도에 종속된다.Since the length of the third wire 43 wound on the first link 20 depends on the rotation angle of the first link 20, the rotation angle of the second link 30 to which one end of the third wire 43 is fixed is fixed. Also dependent on the angle of rotation of the first link 20.

제1 링크(20)의 돌출부 지름과 제2 링크(30)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 2와 같이 베이스(10)를 기준으로 제1 링크(20)가 90도 회전하면 제1 링크(20)에 대하여 제2 링크(30) 역시 90도 회전함으로써 로봇 관절이 구부려지는 동작을 수행할 수 있다.When the protrusion diameter of the first link 20 and the protrusion diameter of the second link 30 are the same, as shown in FIG. 2, when the first link 20 is rotated by 90 degrees with respect to the base 10, the first link 20 The second link 30 also rotates 90 degrees with respect to) to perform the operation of bending the robot joint.

따라서 제1 링크(20)의 돌출부 지름 : 제2 링크(30)의 돌출부 지름 = 제1 링크(20)에 대한 제2 링크(30)의 회전각 : 베이스(10)에 대한 제1 링크(20)의 회전각이 된다.Accordingly, the diameter of the protrusion of the first link 20: the diameter of the protrusion of the second link 30 = the angle of rotation of the second link 30 with respect to the first link 20: the first link 20 with respect to the base 10. ) Is the angle of rotation.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 관절을 펴는 과정을 도시한다.Figure 3 shows a process for straightening the robot joint according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 로봇 관절을 펴는 과정을 설명하기 위하여 제2 와이어(42)는 제3 와이어(43)보다 길이가 긴 가는실선으로 표시하여 구분한다.In order to explain the process of unfolding the robot joint in FIG. 3, the second wire 42 is represented by a thin solid line longer than the third wire 43.

제어부(도 3에 미도시)를 통해 로봇 관절을 펴는 제어신호로 구동수단(도 3에 미도시)이 동작하면 제2 와이어(42)는 화살표 방향으로 당겨지며 제2 와이어(42)의 일단이 고정된 제1 링크(20)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 3) operates as a control signal for unfolding the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 3), the second wire 42 is pulled in the direction of the arrow and one end of the second wire 42 is closed. The fixed first link 20 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(20)가 회전하면 제3 와이어(43)가 제1 링크(20)의 원통 돌출부에서 풀리고 제3 와이어(43)의 일단이 고정된 제2 링크(30)는 제1 링크(20)에서 풀린 제3 와이어(43)의 길이만큼 제2 링크(30)를 회전시킨다.When the first link 20 rotates, the third link 43 is released from the cylindrical protrusion of the first link 20, and the second link 30 having one end of the third wire 43 fixed thereto is the first link 20. The second link 30 is rotated by the length of the third wire 43 released from the ().

이때 제3 와이어(43)가 제1 링크(20)에서 풀리는 길이는 제1 링크(20)의 회전 각도에 종속되므로 제3 와이어(43)의 일단이 고정된 제2 링크(30)의 회전 각도 역시 제1 링크(20)의 회전 각도에 종속된다.In this case, since the length of the third wire 43 is released from the first link 20 depends on the rotation angle of the first link 20, the rotation angle of the second link 30 to which one end of the third wire 43 is fixed. Also dependent on the angle of rotation of the first link 20.

제1 링크(20)의 돌출부 지름과 제2 링크(30)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 3와 같이 베이스(10)를 기준으로 제1 링크(20)가 90도 회전하면 제1 링크(20)에 대하여 제2 링크(30) 역시 90도 회전함으로써 로봇 관절이 펴지는 동작을 수행할 수 있다.
When the diameter of the protrusion of the first link 20 and the diameter of the protrusion of the second link 30 are the same, as shown in FIG. 3, when the first link 20 is rotated 90 degrees based on the base 10, the first link 20 is rotated by 90 degrees. The second link 30 also rotates about 90 degrees to perform the operation of unfolding the robot joint.

<실시예 2><Example 2>

실시예 2는 다중링크 구조에 도르래를 적용한 로봇 관절 구동장치에 관한 것이다.Embodiment 2 relates to a robot joint driving apparatus applying a pulley to a multilink structure.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중링크 구조의 로봇 관절 구동장치를 도시한 것이다.Figure 4 illustrates a robot joint drive device of a multi-link structure according to another embodiment of the present invention.

도 4의 다중링크 구조의 로봇 관절은 베이스(110)와 제1 링크(120)와 도르래(130) 및 제2 링크(140)를 포함하여 이루어진다.The robot joint of the multilink structure of FIG. 4 includes a base 110, a first link 120, a pulley 130, and a second link 140.

베이스(110)는 제1 링크(120)와 제2 링크(140)를 제어하기 위한 고정 수단으로 중심부에 원형의 구멍을 가지며 상기 구멍에 삽입된 제1 회전축(121)에 의하여 제1 링크(120)와 연결된다.The base 110 is a fixing means for controlling the first link 120 and the second link 140 and has a circular hole in the center thereof, and the first link 120 is formed by the first rotation shaft 121 inserted into the hole. ).

제1 링크(120)는 일단에 내부 구멍을 가지는 원기둥 형태의 돌출부를 가지며 상기 돌출부 내부에 제1 회전축(121)을 삽입하여 베이스(110)와 연결된다.The first link 120 has a cylindrical protrusion having an inner hole at one end thereof and is connected to the base 110 by inserting a first rotating shaft 121 into the protrusion.

제1 링크(120)의 돌출부 외면에는 제1 와이어(151)의 일단이 고정되며, 제1 와이어(151)의 다른 일단은 제1 구동수단(170)에 연결된다.One end of the first wire 151 is fixed to the outer surface of the protrusion of the first link 120, and the other end of the first wire 151 is connected to the first driving means 170.

또한, 제1 링크(120)의 돌출부 외면에는 제1 와이어(151)와 상하 대칭되는 형태로 제2 와이어(152)의 일단이 고정되며, 제2 와이어(152)의 다른 일단은 제2 구동수단(170)에 연결된다.In addition, one end of the second wire 152 is fixed to the outer surface of the protruding portion of the first link 120 in the form of symmetry with the first wire 151, and the other end of the second wire 152 is the second driving means. Is connected to 170.

이때 제1 구동수단 및 제2 구동수단은 도 4에는 도시되지 않았으나 제1 와이어(151)와 제2 와이어(152)를 통해 제1 링크(120)에 구동력을 인가하는 것으로, 일례로 DC모터나 서보모터 및 스텝핑모터 등으로 구현할 수 있다.In this case, although the first driving means and the second driving means are not shown in FIG. 4, the driving force is applied to the first link 120 through the first wire 151 and the second wire 152. It can be implemented with servo motor and stepping motor.

제1 링크(120)의 돌출부 상단에는 원형의 구멍을 가지는 바퀴 형상의 도르래(130)가 연결되며, 도르래(130)의 외면에는 제3 와이어(153)와 제4 와이어(154)가 감긴다.A wheel-shaped pulley 130 having a circular hole is connected to an upper end of the protrusion of the first link 120, and a third wire 153 and a fourth wire 154 are wound on the outer surface of the pulley 130.

제1 링크(120)의 다른 일단은 원형의 구멍을 가지며 상기 구멍에 제2 회전축(141)을 삽입하여 제2 링크(140)와 연결된다.The other end of the first link 120 has a circular hole and is connected to the second link 140 by inserting a second rotation shaft 141 into the hole.

제2 링크(140)의 일단은 내부에 구멍을 가지는 원기둥 형태의 돌출부를 가지며 상기 돌출부 내부에 제2 회전축(141)을 삽입하여 제1 링크(120)와 연결된다.One end of the second link 140 has a cylindrical protrusion having a hole therein and is connected to the first link 120 by inserting a second rotation shaft 141 into the protrusion.

제2 링크(140)의 돌출부 외면에는 제3 와이어(153)의 일단이 고정되며 제3 와이어(153)의 다른 일단은 고정부(160)에 고정된다.One end of the third wire 153 is fixed to the outer surface of the protrusion of the second link 140, and the other end of the third wire 153 is fixed to the fixing part 160.

이때 제3 와이어(153)는 제2 링크(140)의 돌출부에서 시작하여 도르래(130)의 외면을 한바퀴 감싸고 고정부(160)에 고정된다.In this case, the third wire 153 wraps around the outer surface of the pulley 130 starting from the protrusion of the second link 140 and is fixed to the fixing part 160.

또한, 제2 링크(140)의 돌출부 외면에는 제3 와이어(153)과 상하 대칭되는 형태로 제4 와이어(154)의 일단이 고정되며, 제4 와이어(154) 역시 제2 링크(140)의 돌출부에서 시작하여 도르래(130)의 외면을 한바퀴 감싸고 고정부(160)에 고정된다.In addition, one end of the fourth wire 154 is fixed to the outer surface of the protruding portion of the second link 140 so as to be symmetrical with the third wire 153, and the fourth wire 154 may also be formed of the second link 140. Starting from the protrusions, the outer surface of the pulley 130 is wrapped and is fixed to the fixing part 160.

이때 제1 링크(120)와 제2 링크(140)의 돌출부 및 도르래(130)에는 와이어를 삽입할 수 있는 소정 깊이의 홈이나 와이어를 고정시킬 수 있는 소정 높이의 돌기와 같은 와이어 이탈 방지 수단이 더 형성될 수 있다.In this case, the protrusions and pulleys 130 of the first link 120 and the second link 140 further include a wire separation preventing means such as a groove having a predetermined depth into which the wire can be inserted or a protrusion having a predetermined height to fix the wire. Can be formed.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 로봇 관절을 구부리는 과정을 도시한다.Figure 5 illustrates a process of bending the robot joint according to another embodiment of the present invention.

도 5에서는 로봇 관절을 상부로 구부리는 과정을 설명하기 위하여 로봇 관절을 하부로 구부리는데 사용되는 제4 와이어(154)는 도시하지 않는다.In FIG. 5, the fourth wire 154 used to bend the robot joint downward is not shown in order to explain a process of bending the robot joint upward.

제어부(도 5에 미도시)를 통해 로봇 관절을 구부리는 제어신호로 구동수단(도 5에 미도시)이 동작하면 제1 와이어(151)는 화살표 방향으로 당겨지며 제1 와이어(151)의 일단이 고정된 제1 링크(120)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 5) operates as a control signal for bending the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 5), the first wire 151 is pulled in the direction of the arrow and one end of the first wire 151 is provided. The fixed first link 120 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(120)가 회전하면서 제3 와이어(153)가 감긴 도르래(130)가 회전하게 되고, 제3 와이어(153)의 일단이 고정된 제2 링크(140)는 제3 와이어(153)가 감긴 도르래(130)가 회전한 길이만큼 풀림으로써 제1 링크(120)를 기준으로 회전하게 된다.As the first link 120 rotates, the pulley 130 on which the third wire 153 is wound is rotated, and the second link 140 to which one end of the third wire 153 is fixed is connected to the third wire 153. The pulley 130 wound around is rotated about the first link 120 by unwinding by the length of rotation.

이때 제3 와이어(153)의 다른 일단은 고정부(160)에 고정된다.At this time, the other end of the third wire 153 is fixed to the fixing part 160.

제3 와이어(153)가 감긴 도르래(130)가 회전하는 길이는 제1 링크(120)의 회전 각도에 종속되므로 제3 와이어(153)의 일단이 고정된 제2 링크(140)의 회전 각도 역시 제1 링크(120)의 회전 각도에 종속된다.Since the length of the pulley 130 wound around the third wire 153 is dependent on the rotation angle of the first link 120, the rotation angle of the second link 140 to which one end of the third wire 153 is fixed is also It is dependent on the rotation angle of the first link 120.

도르래(130)의 지름과 제2 링크(140)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 5와 같이 베이스(110)를 기준으로 제1 링크(120)가 오른쪽 방향으로 90도 회전하면 제1 링크(120)에 대하여 제2 링크(140) 역시 오른쪽 방향으로 90도 회전함으로써 로봇 관절이 구부려지는 동작을 수행할 수 있다.When the diameter of the pulley 130 and the diameter of the protrusion of the second link 140 are the same, as shown in FIG. 5, when the first link 120 is rotated 90 degrees in the right direction based on the base 110, the first link 120 is rotated. The second link 140 may also be rotated 90 degrees in the right direction to bend the robot joint.

따라서 베이스(110)에 대한 제1 링크(120)의 회전각 : 제1 링크(120)에 대한 제2 링크(140)의 회전각 = 제2 링크(140)의 돌출부 지름 : 도르래(130)의 지름이 된다.Accordingly, the rotation angle of the first link 120 with respect to the base 110: the rotation angle of the second link 140 with respect to the first link 120 = the diameter of the protrusion of the second link 140: of the pulley 130. It becomes the diameter.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 로봇 관절을 펴는 과정을 도시한다.Figure 6 shows a process for straightening the robot joint according to another embodiment of the present invention.

도 6에서는 도 5의 실시예에 대하여 로봇 관절을 펴는 과정을 설명하기 위해 제2 와이어(152)는 제3 와이어(153)보다 길이가 긴 가는실선으로 표시하여 구분하고 제4 와이어(154)는 도시하지 않는다.In FIG. 6, in order to explain a process of unfolding the robot joint with respect to the embodiment of FIG. 5, the second wire 152 is divided by a thin solid line longer than the third wire 153, and the fourth wire 154 is divided. Not shown.

제어부(도 6에 미도시)를 통해 로봇 관절을 펴는 제어신호로 구동수단(도 6에 미도시)이 동작하면 제2 와이어(152)는 화살표 방향으로 당겨지며 제2 와이어(152)의 일단이 고정된 제1 링크(120)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 6) operates as a control signal for unfolding the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 6), the second wire 152 is pulled in the direction of the arrow and one end of the second wire 152 is removed. The fixed first link 120 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(120)가 회전하면 제3 와이어(153)가 도르래(130)에서 풀리고 제3 와이어(153)의 일단이 고정된 제2 링크(140)는 도르래(130)에서 풀린 제3 와이어(153)의 길이만큼 제2 링크(140)를 회전시킨다.When the first link 120 rotates, the third wire 153 is unwound from the pulley 130 and the second link 140 having one end of the third wire 153 fixed thereon is a third wire unwound from the pulley 130. The second link 140 is rotated by the length of 153.

이때 제3 와이어(153)가 도르래(130)에서 풀리는 길이는 제1 링크(120)의 회전 각도에 종속되므로 제3 와이어(153)의 일단이 고정된 제2 링크(140)의 회전 각도 역시 제1 링크(120)의 회전 각도에 종속된다.In this case, since the length of the third wire 153 is released from the pulley 130 depends on the rotation angle of the first link 120, the rotation angle of the second link 140 to which one end of the third wire 153 is fixed is also defined as 1 depends on the rotation angle of the link 120.

도르래(130)의 지름과 제2 링크(140)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 6과 같이 베이스(110)를 기준으로 제1 링크(120)가 왼쪽 방향으로 90도 회전하면 제1 링크(120)에 대하여 제2 링크(140) 역시 왼쪽 방향으로 90도 회전함으로써 로봇 관절이 펴지는 동작을 수행할 수 있다.When the diameter of the pulley 130 and the diameter of the protrusion of the second link 140 are the same, as shown in FIG. 6, when the first link 120 is rotated 90 degrees in the left direction based on the base 110, the first link 120 The second link 140 also rotates 90 degrees in the left direction, thereby extending the robot joint.

도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 로봇 관절을 구부리는 과정을 도시한다.7 illustrates a process of bending a robot joint according to another embodiment of the present invention.

도 7에서는 로봇 관절을 하부로 구부리는 과정을 설명하기 위하여 로봇 관절을 상부로 구부리는데 사용되는 제3 와이어(153)는 도시하지 않는다.In FIG. 7, the third wire 153 used to bend the robot joint upward is not shown in order to explain a process of bending the robot joint downward.

제어부(도 7에 미도시)를 통해 로봇 관절을 구부리는 제어신호로 구동수단(도 7에 미도시)이 동작하면 제2 와이어(152)는 화살표 방향으로 당겨지며 제2 와이어(152)의 일단이 고정된 제1 링크(120)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 7) operates as a control signal for bending the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 7), the second wire 152 is pulled in the direction of the arrow, and one end of the second wire 152 is connected. The fixed first link 120 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(120)가 회전하면서 제4 와이어(154)가 감긴 도르래(130)가 회전하게 되고, 제4 와이어(154)의 일단이 고정된 제2 링크(140)는 제4 와이어(154)가 감긴 도르래(130)가 회전한 길이만큼 풀림으로써 제1 링크(120)를 기준으로 회전하게 된다.As the first link 120 rotates, the pulley 130 on which the fourth wire 154 is wound is rotated, and the second link 140 on which one end of the fourth wire 154 is fixed is connected to the fourth wire 154. The pulley 130 wound around is rotated about the first link 120 by unwinding by the length of rotation.

이때 제4 와이어(154)의 다른 일단은 고정부(161)에 고정된다.At this time, the other end of the fourth wire 154 is fixed to the fixing part 161.

도르래(130)의 지름과 제2 링크(140)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 7과 같이 베이스(110)를 기준으로 제1 링크(120)가 왼쪽 방향으로 90도 회전하면 제1 링크(120)에 대하여 제2 링크(140) 역시 왼쪽 방향으로 90도 회전함으로써 로봇 관절이 구부려지는 동작을 수행할 수 있다.When the diameter of the pulley 130 and the diameter of the protrusion of the second link 140 are the same, as shown in FIG. 7, when the first link 120 is rotated 90 degrees in the left direction based on the base 110, the first link 120 is rotated 90 degrees. The second link 140 also rotates 90 degrees in the left direction so that the robot joint can be bent.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 로봇 관절을 펴는 과정을 도시한다.8 illustrates a process of straightening the robot joint according to another embodiment of the present invention.

도 8에서는 도 7의 실시예에 대하여 로봇 관절을 펴는 과정을 설명하기 위해 제1 와이어(151)는 제4 와이어(154)보다 길이가 긴 가는실선으로 표시하여 구분하고 제3 와이어(153)는 도시하지 않는다.In FIG. 8, in order to explain the process of unfolding the robot joint with respect to the embodiment of FIG. 7, the first wire 151 is represented by a thin solid line longer than the fourth wire 154, and the third wire 153 is Not shown.

제어부(도 8에 미도시)를 통해 로봇 관절을 펴는 제어신호로 구동수단(도 8에 미도시)이 동작하면 제1 와이어(151)는 화살표 방향으로 당겨지며 제1 와이어(151)의 일단이 고정된 제1 링크(120)가 화살표 방향으로 회전한다.When the driving means (not shown in FIG. 8) operates as a control signal for extending the robot joint through the control unit (not shown in FIG. 8), the first wire 151 is pulled in the direction of the arrow, and one end of the first wire 151 is closed. The fixed first link 120 rotates in the direction of the arrow.

제1 링크(120)가 회전하면 제4 와이어(154)가 도르래(130)에서 풀리고 제4 와이어(154)의 일단이 고정된 제2 링크(140)는 도르래(130)에서 풀린 제4 와이어(154)의 길이만큼 제2 링크(140)를 회전시킨다.When the first link 120 rotates, the fourth link 154 is unwound from the pulley 130 and the second link 140 having one end of the fourth wire 154 fixed therein is a fourth wire unwound from the pulley 130. The second link 140 is rotated by the length of 154.

도르래(130)의 지름과 제2 링크(140)의 돌출부 지름이 동일할 경우 도 8과 같이 베이스(110)를 기준으로 제1 링크(120)가 오른쪽 방향으로 90도 회전하면 제1 링크(120)에 대하여 제2 링크(140) 역시 오른쪽 방향으로 90도 회전함으로써 로봇 관절이 펴지는 동작을 수행할 수 있다.When the diameter of the pulley 130 and the diameter of the protrusion of the second link 140 are the same, as shown in FIG. 8, when the first link 120 is rotated 90 degrees in the right direction based on the base 110, the first link 120 is rotated 90 degrees. The second link 140 may also rotate by 90 degrees in the right direction to expand the robot joint.

상기 실시예 1 및 실시예 2에서는 2개의 링크를 구비한 로봇 관절 구동 장치에 대한 내용을 개시하고 있으나 이에 한정되지 않으며 로봇의 종류에 따라 더 많은 링크를 구비한 로봇 관절 구동 장치를 구현할 수 있다.In Embodiments 1 and 2, the contents of the robot joint driving apparatus having two links are disclosed. However, the present invention is not limited thereto, and the robot joint driving apparatus having more links may be implemented according to the type of robot.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위에 한정되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the scope of the present invention, and various modifications and improvements have been made to those skilled in the art to which the present invention pertains. Belong.

10, 110 : 베이스 20, 120 : 제1 링크
21, 121 : 제1 회전축 30, 140 : 제2 링크
31, 141 : 제2 회전축 41, 151 : 제1 와이어
42, 152 : 제2 와이어 43, 153 : 제3 와이어
130 : 도르래 154 : 제4 와이어10, 110: base 20, 120: first link
21, 121: first rotating shaft 30, 140: second link
31, 141: second rotation shaft 41, 151: first wire
42, 152: second wire 43, 153: third wire
130: pulley 154: fourth wire

Claims

A base;
A first link connected to the base via a first rotation shaft and having a protrusion into which the first rotation shaft is inserted and fixed to one end of a first wire and a second wire outside the protrusion; And
A second link connected to one end of the first link through a second rotation shaft and having a protrusion facing the one end of the first link and into which the second rotation shaft is inserted, one end of the third wire fixed to the outside of the protrusion;
Joint drive device for a robot comprising a.

The method of claim 1, wherein the first wire and the second wire,
One end of the first wire and the second wire is fixed in a structure that is vertically symmetrical to the protrusion of the first link, the other end of the first wire and the second wire is driven in a vertically symmetric structure corresponding to the protrusion of the first link Joint drive device for the robot connected to the motor.

The method of claim 1, wherein the third wire,
One end of the wire is fixed to the protrusion of the second link, the joint drive device for a robot, characterized in that the diagonal wrap around the outer surface of the protrusion of the first link and the other end is fixed to the fixing portion.

The method of claim 1, wherein the first wire, the second wire and the third wire,
Joint drive device for a robot, characterized in that the breaking stress is made of a large material.

A base;
A first link connected to the base via a first rotation shaft and having a protrusion into which the first rotation shaft is inserted and fixed to one end of a first wire and a second wire outside the protrusion;
A pulley connected to an upper end of the protrusion of the first link; And
One end of the third wire and the fourth wire is fixed to the outside of the protrusion having a protrusion which is connected to one end of the first link through a second axis of rotation, and faces the one end of the first link and the second axis of rotation is inserted. Second link
Joint drive device for a robot comprising a.

The method of claim 5, wherein the first wire and the second wire,
One end of the first wire and the second wire is fixed in a structure that is vertically symmetrical to the protrusion of the first link, the other end of the first wire and the second wire is driven in a vertically symmetric structure corresponding to the protrusion of the first link Joint drive device for the robot connected to the motor.

The method of claim 5, wherein the third wire and the fourth wire,
One end of the wire is fixed in a structure that is vertically symmetrical to the protrusion of the second link, the joint drive device for a robot, characterized in that the other end of the wire is fixed to the fixing portion wraps around the pulley.

The method of claim 5, wherein the first wire, the second wire, the third wire and the fourth wire,
Joint drive device for a robot, characterized in that the breaking stress is made of a large material.