KR101289985B1 - Joint mechanism for robot - Google Patents
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Abstract
복수의 관절체; 상기 복수의 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 복수의 와이어; 및 상기 복수의 와이어를 구동시키기 위한 와이어 구동부;를 포함하고, 상기 복수의 관절체는 서로 이웃하는 제1 관절체와 제2 관절체를 포함하고, 상기 제2 관절체는 상기 제1 관절체보다 상기 와이어 구동부에 가깝게 배치되며, 상기 복수의 와이어 중에서 상기 제1 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 제1 와이어는, 상기 와이어 구동부에 의해 당겨지는 힘보다 상기 제1 관절체에 적용되는 힘이 커지도록 상기 제1 관절체와 상기 제2 관절체 사이에서 권취되는 로봇 관절체 매커니즘이 개시된다. 상기의 구성에 의하여 로봇 관절체 매커니즘이 구현되는 로봇의 소형화가 가능해진다. A plurality of articular bodies; A plurality of wires for guiding rotation angles of the plurality of joint bodies; And a wire driver for driving the plurality of wires, wherein the plurality of joint bodies include a first joint body and a second joint body that are adjacent to each other, and the second joint body is larger than the first joint body. The first wire for guiding the rotation angle of the first articulated body among the plurality of wires is disposed closer to the wire driving part, and the force applied to the first articulated body is greater than the force pulled by the wire driving part. A robotic articulation mechanism is disclosed which is wound between the first articulated body and the second articulated body. The above configuration enables miniaturization of the robot in which the robot articulation mechanism is implemented.
Description
본 발명은 로봇 관절체 메커니즘에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 소형화가 가능한 로봇 관절체를 제공하는 로봇 관절체 메커니즘에 관한 것이다. The present invention relates to a robot articulation mechanism, and more particularly, to a robot articulation mechanism providing a robot articulation that can be miniaturized.
관절체를 구비한 소형 로봇의 경우 관절체의 구동을 위하여 모터를 사용해야 하는데 로봇의 크기가 너무 작기 때문에 구동 모터를 관절체에 직접 부착하지 못하는 경우가 많다. 이를 위하여 상기 각 관절체는 와이어로 연결되고, 외부에서 구동 모터를 이용하여 와이어를 당기는 힘에 의해 각 관절체가 구동하는 매커니즘으로 구성되어 있다. In the case of a small robot having an articulated body, a motor must be used to drive the articulated body. However, since the size of the robot is too small, the driving motor is often not directly attached to the articulated body. To this end, each of the articulated bodies is connected by a wire, and is composed of a mechanism in which each articulated body is driven by a force pulling a wire using a driving motor from the outside.
상기 관절체의 메커니즘을 설명하기 위하여 도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 관절체를 구비한 소형 로봇의 메커니즘(10)은, 고정관절체(12), 구동관절체(15, 19), 상기 관절체(12, 15, 19)를 연결하는 스프링(13, 17), 구동관절체(15, 19)를 당기기 위한 와이어(14a, 14b, 18a, 18b) 및 와이어(14, 18)를 구동하는 와이어 구동부(미도시)를 구비한다. 1 and 2 to describe the mechanism of the articulated body, the
여기서, 상측관절체(19)을 우측 방향으로 구동하기 위해 우측 와이어(18a)를 당기게 되면 실제 구동하기를 원하는 방향으로 수축력(F2)가 생성됨과 동시에 하측관절체(15)을 우측 방향으로 구동하는 수축력(F1)도 함께 생성된다. 이로 인하여 상측관절체(19)을 구동하고자 하는 방향으로 상측 및 하측관절체(15) 모두가 움직이게 되는 문제점이 있다. In this case, when the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 스프링(13, 17)의 강성을 다르게 마련한다. 예를 들어 하측관절체(15)과 고정관절체(12) 사이에 구비된 스프링 (13)은 상측관절체(19)과 하측관절체(15) 사이에 구비된 스프링(17)보다 비교적 높은 강성을 가진 스프링을 사용하여 상측관절체(19)을 특정 방향으로 구동하고자 할 때, 불필요하게 발생하는 힘(F1)에 의해 하측관절체(15)이 구동되는 것을 최대한 방지하도록 한다. In order to solve the above problems, the rigidity of the
상기와 같은 방법으로는 관절체의 수가 적은 로봇의 즉, 자유도가 낮은 로봇의 경우 스프링의 강성을 달리하는 방법을 사용하고 있지만 관절체의 수가 많아질 경우에는 각 관절체들에서 발생하는 상호간의 힘의 간섭 때문에 로봇을 원하는 동작으로 조절하는 것이 어렵다. As described above, the method of varying the rigidity of the spring is used in the case of a robot having a small number of joints, that is, a robot having a low degree of freedom. However, when the number of joint bodies increases, the mutual forces generated in each joint body Because of the interference of the robot, it is difficult to adjust the robot to the desired motion.
또한, 상기와 같은 방법으로 로봇을 구현하면, 각 스프링(13, 17)의 두께가 달라지게 된다. 예를 들어 하측관절체(15)과 고정관절체(12) 사이에 구비된 스프링(13)의 두께가 상측관절체(19)과 하측관절체(15) 사이에 구비된 스프링(17)의 두께보다 두꺼워지기 때문에 로봇의 소형화에 어려움이 따른다. In addition, if the robot is implemented in the same manner as described above, the thickness of each spring (13, 17) is changed. For example, the thickness of the
본 발명에 따르면, 소형화가 가능한 로봇 관절체 메커니즘이 제공된다.According to the present invention, there is provided a robot articulator mechanism that can be miniaturized.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 관절체가 구비되는 로봇의 각 관절체 동작 및 회전 각도를 용이하게 제어할 수 있는 로봇 관절체 메커니즘이 제공된다.In addition, according to the present invention, there is provided a robot articulation mechanism that can easily control the motion and rotation angle of each articulated body of a robot provided with a plurality of articulated bodies.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘은, 복수의 관절체; 상기 복수의 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 복수의 와이어; 및 상기 복수의 와이어를 구동시키기 위한 와이어 구동부;를 구비하고, 상기 복수의 관절체는 서로 이웃하는 제1 관절체와 제2 관절체를 포함하고, 상기 제2 관절체는 상기 제1 관절체보다 상기 와이어 구동부에 가깝게 배치되며, 상기 복수의 와이어 중에서 상기 제1 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 제1 와이어는, 상기 와이어 구동부에 의해 당겨지는 힘보다 상기 제1 관절체에 적용되는 힘이 커지도록 상기 제1 관절체와 상기 제2 관절체 사이에서 권취되는 것을 특징으로 한다. Robot articulated body mechanism according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a plurality of articular body; A plurality of wires for guiding rotation angles of the plurality of joint bodies; And a wire driver for driving the plurality of wires, wherein the plurality of joint bodies include a first joint body and a second joint body that are adjacent to each other, and the second joint body is larger than the first joint body. The first wire for guiding the rotation angle of the first articulated body among the plurality of wires is disposed closer to the wire driving part, and the force applied to the first articulated body is greater than the force pulled by the wire driving part. It is characterized in that it is wound between the first articulated body and the second articulated body.
상기 제1 관절체는, 상기 와이어가 권취되는 적어도 2개의 제1 권취부를 포함하고, 상기 제2 관절체는 상기 와이어가 권취되는 적어도 1개의 제2 권취부를 포함하며, 상기 와이어는 상기 제1 및 제2 권취부에 교번하여 권취될 수 있다 The first articulated body includes at least two first winding parts on which the wire is wound, the second articulated body includes at least one second winding part on which the wire is wound, and the wire includes the first and Can be wound alternately to the second winding
즉, 상기 와이어의 일 단부는 제2 관절체에 고정되고, 타 단부는 와이어 구동부에 연결되어 상기 제2 관절체가 회전 운동하면 제1 관절체에 대해 독립적으로 운동할 수 있다.That is, one end of the wire is fixed to the second joint body, and the other end is connected to the wire driving unit so that when the second joint body rotates, the body can independently move with respect to the first joint body.
여기서, 제1 및 제2 권취부는, 풀리로 마련되어 와이어가 여러 번 권취될 수 있으며, 다르게는 돌기로 형성되어 돌기를 따라 권취될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 권취부는 개구되어 개구된 공극을 따라 권취될 수도 있는데, 상기 돌기나 개구된 제1 및 제2 권취부는 별도의 부재를 구비하지 않아도 와이어를 권취시킬 수 있다는 장점이 있다.Here, the first and second windings may be provided as pulleys, and the wire may be wound several times. Alternatively, the first and second winding parts may be formed as protrusions and wound along the protrusions. On the other hand, the first and second windings may be wound along the opened and opened voids, and the protrusion or the opened first and second windings may have the advantage of winding the wire without having a separate member.
이때, 개구된 제1 및 제2 권취부는 제1 와이어와 접하는 면이 곡면으로 형성되어 제1 와이어가 제1 및 제2 권취부와 접하는 면에서 발생하는 마찰력을 제거 할 수 있으며, 권치부와 접하는 면에 의해 와이어가 손상되는 것을 방지할 수 있다. In this case, the opened first and second windings may be formed in a curved surface in contact with the first wire to remove frictional force generated from a surface in which the first wire contacts the first and second windings. The wire can be prevented from being damaged by the face.
한편, 제1 및 제2 권취부는 하나의 모듈 형태로 제작되어 상기 제1 및 제2 관절체에 착탈 가능하게 결합될 수도 있다.Meanwhile, the first and second windings may be manufactured in a single module form and detachably coupled to the first and second joint bodies.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 관절체 메커니즘에 의하면, 실제 구동하고자 하는 관절체에만 선택적으로 큰 힘을 제공할 수 있기 때문에 로봇 각각의 관절체를 비교적 독립적으로 구동시킬 수 있다. As described above, according to the robot articulator mechanism according to the present invention, since a large force can be selectively provided only to the articulated body to be actually driven, each articulated body of the robot can be driven relatively independently.
예컨데, 로봇 각각의 관절체 사이에 구비되는 스프링의 강성 등을 일정하게 하여도 실제 구동을 원하는 관절체만 구동시킬 수 있기 때문에 로봇 관절체의 두께나 부피를 최소화하여 로봇의 소형화 효율을 향상시킬 수 있다. For example, even if the rigidity of the springs provided between the joints of each robot is constant, only the joints desired for actual driving can be driven, thereby minimizing the thickness and volume of the robot joints, thereby improving the miniaturization efficiency of the robots. have.
또한, 실제 구동을 원하는 관절체만 구동시킬 수 있기 때문에 관절체의 개수가 증가하여도 각 관절체들에서 발생하는 상호간의 힘의 간섭이 최소화된다. 이로써, 로봇의 자유도가 향상되고, 로봇을 원하는 동작으로 조절하기 용이해진다. In addition, since only the joint bodies desired to be actually driven can be driven, even if the number of joint bodies is increased, interference of mutual forces generated in each joint body is minimized. This improves the degree of freedom of the robot and facilitates the adjustment of the robot to a desired motion.
도 1은 종래의 로봇 관절체 메커니즘을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 로봇 관절체 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 로봇 관절체 메커니즘의 구동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘을 구동을 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a perspective view showing a conventional robot articulation mechanism.
FIG. 2 is a view for explaining the robot articulator mechanism of FIG. 1.
Figure 3 is a schematic diagram for explaining the robotic articular mechanism according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the winding of the robot articulator mechanism according to the embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a modification of the winding unit of the robot articulator mechanism according to the embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining another modification of the winding portion of the robot articulator mechanism according to the embodiment of the present invention.
7 is a schematic view for explaining the driving of the conventional robot articulation mechanism.
8 is a schematic view for explaining the driving of the robot articulator mechanism according to the embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다. Figure 3 is a schematic diagram for explaining the robotic articular mechanism according to an embodiment of the present invention.
도면을 설명하기에 앞서, 설명의 편의상 본 발명의 로봇 관절체 메커니즘의 사이에는 관절체 구동이 제한되지 않도록 유연한 재질의 연결체를 포함하며, 이하 본 실시예에서는 관절체의 구동이 제한되지 않도록 스프링을 예를 들기로 한다. Prior to the drawings, for convenience of description, the robot articulation mechanism of the present invention includes a linkage of a flexible material so that the articulation drive is not limited, and in the present embodiment, the spring is not limited to the driving of the articular body. Let's take an example.
또한, 본 발명에서 설명되는 로봇 관절체 메커니즘은 의료용 수술 로봇, 폭탄 제거 로봇 등 협소한 공간에서 사용되는 소형 로봇에 적용될 수 있다. 더불어, 본 발명의 로봇 관절체 메커니즘은 소형 로봇 이외의 관절체를 구비한 다양한 로봇에도 적용될 수 있다. In addition, the robot articulation mechanism described in the present invention can be applied to a small robot used in a narrow space, such as medical surgical robot, bomb removal robot. In addition, the robot articulated body mechanism of the present invention can be applied to various robots having articulated bodies other than small robots.
이하, 도면을 참고하면 본 발명의 실시예에 따른 관절체를 구비한 로봇 관절 메커니즘(100)은 복수의 관절체, 복수의 와이어, 관절체 사이를 연결하는 스프링 및 와이어 구동부를 포함한다. Hereinafter, referring to the drawings, the
상기 관절체(120, 140, 160)는 로봇의 구동 범위를 조절할 수 있으며, 본 실시예와 같이 관절체(120, 140, 160)는 세 개로 마련되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. The
이때, 상기 관절체(120, 140, 160)는 서로 이웃할 수 있으며, 예시적으로 제2 관절체(140)는 제1 관절체(120)보다 와이어 구동부(180)에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 제2 관절체(140)의 구동 메커니즘은 동일한 구동 메커니즘으로 구동되기 때문에 이하 설명의 편의상 제1 관절체(120)의 구동 메커니즘을 예를 들어 설명하기로 한다. In this case, the
상기 관절체(120, 140, 160) 사이에는 스프링(130, 150)이 구비될 수 있다. 상기 스프링(130, 150)은 제1 및 제2 관절체(120, 140)의 회전 각도를 따라 로봇의 구동 방향을 가이드할 수 있다. Springs 130 and 150 may be provided between the
상기 복수의 와이어는 관절체(120, 140)의 회전 각도를 가이드하도록 구비되어 있으며, 특히 복수의 와이어 중에서 제1 관절체(120)의 회전 각도를 가이드하기 위한 제1 와이어(W1)는 와이어 구동부(180)에 의해 당겨지는 힘보다 제1 관절체(120)과 제2 관절체(140) 사이에 적용되는 힘이 커지도록 제1 관절체(120)와 제2 관절체(140) 사이에서 권취되어 있다.The plurality of wires are provided to guide rotation angles of the
이를 위하여 제1 관절체(120)는 적어도 2개의 제1 권취부(125)를 포함하고, 제2 관절체(140)는 제1 와이어(W1)가 권취되는 적어도 1개의 제2 권취부(145)를 포함한다. 여기서 상기 제1 와이어(W1)는 제1 및 제2 권취부(125, 145)에 교번하여 권취될 수 있다.To this end, the
보다 상세하게 살펴보면, 제1 권취부(125)는 일정 간격 나란히 배치되는 2개의 좌측 권취부(124a)와 우측 권취부(124b)를 구비할 수 있다. 또한, 제2 권취부(145)는, 제2 관절체(140)에 구비되되, 좌측 및 우측 권취부(124a, 124b) 사이에 위치하도록 구비될 수 있다. In more detail, the first winding
이때, 제1 와이어(W1)의 일 단부는 제2 관절체(140)에 고정되고, 타 단부는 와이어 구동부(180)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 와이어(W1)의 일 단부는 제2 관절체(140)에 고정된 뒤에 제1 관절체(120)의 좌측 제1 권취부(124a)에 권취된다. 이어서 좌측 권취부(124a)에 권취된 제1 와이어(W1)는 제2 관절체(140)의 제2 권취부(145)에 권취될 수 있다. 이후 제1 와이어(W1)는 제1 관절체(120)의 우측 권취부(124b)에 권취된 뒤에 와이어 구동부(180)에 연결되어 제1 관절체(120)를 구동시킬 수 있다. 이때, 제1 와이어(W1)는, 와이어 구동부(180)에서 제1 와이어(W1)를 당길 때 제1 와이어(W1)의 회전이 용이하도록 제1 및 제2 권취부(125, 145)에 한번 권취되는 것이 바람직하지만 발명의 조건에 따라 변경될 수 있다. In this case, one end of the first wire W1 may be fixed to the second
상기와 같이 구성된 메커니즘에 의하여 와이어 구동부(180)에 연결된 제1 와이어(W1)를 당기게 되면, 제1 와이어(W1)를 당기는 힘보다 제1 관절체(120)와 제 2관절체(140) 사이에 적용되는 힘이 커질 수 있다. When the first wire W1 connected to the
구체적으로, 와이어 구동부(180)가 제1 와이어(W1)를 당기면, 제1 관절체(120)는 정면 방향, 즉 도면에서 나오는 방향으로 굽혀지는데, 이때 제1 관절체(120)에 적용되는 힘은 제1 와이어(W1)를 당기는 힘보다 크게 적용될 수 있다. 예시적으로 제1 권취부(125)를 좌측 및 우측 권취부(124a, 124b)로 구비함으로써, 제1 관절체(120)에 적용되는 힘은 제1 와이어(W1)를 당기는 힘에 대해 4배 커질 수 있다. 보다 구체적으로 제1 와이어(W1)를 당기는 힘을 F라고 한다면, 제1 관절체(120)에 적용되는 힘은 4F가 될 수 있다. 이는 두 개의 제1 권취부(124a, 124b)가 실질적으로 두 개의 움직도르래의 역할을 하고 하나의 제2 권취부(145)가 실질적으로 하나의 고정도드래 역할을 하기 때문이다.Specifically, when the
한편, 제1 권취부(125)의 개수를 증가시키면 제1 와이어(W1)를 당길 때 제1 관절체(120)에 적용되는 힘이 정수배 증가하여 제1 와이어(W1)를 당기는 힘의 크기를 줄일 수 있다. 예시적으로 제1 권취부가 3개, 제2 권취부가 2개 구비될 수 있으며, 이때 제1 와이어를 당기는 힘을 F라고 한다면, 제1 관절체에 적용되는 힘은 6F가 될 수 있다. On the other hand, if the number of the first winding
상기 제1 및 제2 권취부(125, 145)의 자세한 설명은 이하 도 4 내지 도 6을 참고하여 보다 자세하게 설명하기로 한다. Details of the first and
상기와 같은 구성에 의하여 제1 관절체(120)를 제2 관절체(140)에 대해 비교적 독립적으로 구동시키기 위해 제2 관절체(140)와 고정관절체(160) 사이의 제2 스프링(150)의 강성을 증가시키지 않고도 제1 관절체(120)를 제2 관절체(140)에 대해 비교적 독립적으로 구동시킬 수 있다. By the above configuration, the
즉, 종래의 관절체 로봇의 경우 각 관절체의 상대적 독립 구동을 위하여 와이어 구동부와 가깝게 구비된 관절체의 스프링의 강성을 상대적으로 와이어 구동부와 멀리 구비된 관절체의 스프링의 강성보다 크게 하여 상대적으로 와이어 구동부와 멀리 구비된 관절체를 구동시키고자 할 때 와이어 구동부와 가깝게 구비된 관절체를 덜 움직이게 한다. 이로 인하여 종래의 관절체 로봇의 경우 강성이 다른 스프링에 의해 로봇의 부피가 증가하기도 한다. 또한 종래의 관절체 로봇과 같이 강성이 다른 스프링의 사용은 비교적 자유도가 낮은 로봇에서는 사용이 용이하지만 높은 자유도를 구성하기 위해서는 구동부가 가까운 쪽의 스프링이 계속 커져야 하는 단점이 존재하기 때문에 높은 자유도의 로봇에 적용하는 것에는 어려움이 존재한다. 하지만 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 권취부(145)에 의하여 제1 와이어(W1)를 당겨도 제2 관절체(140)가 제1 관절체(120)에 대해 상대적으로 덜 움직임으로써, 제1 관절체(120)는 제2 관절체(140)에 대하여 독립적으로 구동할 수 있게 된다. That is, in the case of the conventional articulated robot, the rigidity of the spring of the articulated body provided close to the wire drive part for the relative independent driving of each articulated body is relatively greater than the rigidity of the spring of the articulated body provided far from the wire drive part. In order to drive the articulated body provided away from the wire drive part, the articulated body provided close to the wire drive part is made to move less. For this reason, in the case of a conventional articulated robot, the volume of the robot may be increased by a spring having different rigidity. In addition, the use of a spring with different rigidity, such as a conventional articulated robot, is easy to use in a robot with a relatively low degree of freedom, but a high degree of freedom robot has a disadvantage in that the spring near the driving part must continue to grow to form a high degree of freedom. There is a difficulty in applying it. However, according to the exemplary embodiment of the present invention, even when the first wire W1 is pulled by the second winding
한편, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 제1 및 제2 와이어(W1, W2) 의 로봇 관절체 메커니즘의 일 평면에 구비되어 구동되는 예를 들었지만, 제1 및 제2 와이어(W1, W2)는 로봇 관절체 메커니즘의 타 평면에도 구비될 수 있다. Meanwhile, in the embodiment of the present invention, for convenience of description, an example in which the first and second wires W1 and W2 are provided and driven on one plane of the robot articulator mechanism is given, but the first and second wires W1 and W2 are provided. May be provided on the other plane of the robotic articulation mechanism.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예는 설명의 편의 제1 관절체(120)의 구동에 한정하여 설명하였으나 제2 관절체(140)의 구동 역시 제1 관절체(120)와 동일하게 이루어질 수 있다. 즉, 제2 관절체(140)는 적어도 2개의 권취부를 구비하여 제1 관절체(120)에 구비된 제1 권취부(125)와 대응될 수 있으며, 고정관절체(160)에는 적어도 하나의 권취부가 구비되어 제2 관절체(140)에 구비된 제2 권취부(145)와 대응될 수 있다. As described above, the embodiment of the present invention has been described with reference to the driving of the first articulated
또한, 제2 관절체(140) 및 고정관절체(160)를 따라 권취되는 제2 와이어(W2)를 당김으로써, 제2 관절체(140)는 제1 관절체(120) 및 고정관절체(160)에 대해 상대적으로 독립적 구동이 가능해질 수 있으며, 제2 관절체(140)의 구동 메커니즘은 제1 관절체(120)를 구동하는 메커니즘과 대응될 수 있다. In addition, by pulling the second wire W2 wound along the second
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부를 설명하기 위한 도면이다.On the other hand, Figure 4 is a view for explaining the winding of the robot articulator mechanism according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 권취부(125, 145)는 제1 와이어(W1)가 풀어지거나 감기는 현상이 용이하도록 풀리로 마련될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 와이어(W1)는 제1 및 제2 권취부(125, 145)에 권취되어 있을 수 있으며, 와이어 구동부(180)에서 제1 와이어(W1)를 당기면 권취된 제1 와이어(W1)가 풀어지거나 감기면서 제1 관절체(120)의 회전 각도를 변경하게 된다. 상기와 같이 제1 및 제2 권취부는 제1 와이어(W1)의 관통 현상을 보다 용이하게 가이드하기 위하여 풀리(pulley)로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the first and
이때, 제1 및 제2 권취부(125, 145)는 풀리 본체(T)와 관절체에 고정되기 위한 축(S)으로 마련된다. 상기 풀리 본체(T)는 제1 와이어(W1)가 풀리 본체(T)에 감긴 상태를 유지할 수 있도록 구성될 수 있으며, 풀리의 종류 및 형태는 발명의 조건에 따라 변경될 수 있다. In this case, the first and
또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.5 is a figure for demonstrating the modification of the winding-up part of the robotic joint body mechanism which concerns on embodiment of this invention.
도면을 참고하면, 제1 및 제2 권취부(125A, 145A)는 제1 및 제2 관절체에서 돌기로 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 권취부(125A, 145A)의 돌출된 축(S)에 제1 와이어(W1)가 권취될 수 있으며, 제1 및 제2 권취부(125A, 145A)는 권취된 제1 와이어(W1)가 제1 및 제2 권취부(125A, 145A)에서 풀리는 것을 방지하도록 단턱(P)이 형성될 수 있다.Referring to the drawings, the first and
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘의 권취부의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining another modification of the winding portion of the robot articulator mechanism according to the embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 제1 및 제2 권취부(125B, 145B)는 제1 및 제2 관절체(120B, 140B)에 개구로 형성될 수도 있다. 즉, 제1 권취부(125B)는 도 3에 도시된 제1 권취부(125)와 대응되는 위치에 적어도 2개의 개구로 형성될 수 있고, 제2 권취부(145B)는 도 3에 도시된 제2 권취부(145)에 대응되는 위치에 적어도 하나 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6, the first and
상기와 같이 형성된 제1 및 제2 권취부(125B, 145B)는 앞서 설명한 바와 같이 제1 와이어(W1)의 일 단부를 제2 관절체(140B)에 고정시키고, 제1 권취부(125B)의 좌측 개구(124’a)에 제1 와이어(W1)를 관통시킬 수 있다. 이후, 제1 와이어(W1)는 제2 권취부(145B)에 관통되어 제1 권취부(125B)의 우측 개구(124’b)에 관통된 후 와이어 구동부(180)에 연결될 수 있다. As described above, the first and
이때, 상기 제1 및 제2 권취부(125B, 145B)와 제1 와이어(W1)가 접하는 면은 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 와이어 구동부(180)가 제1 와이어(W1)를 당길 때 제1 및 제2 관절체(120B, 140B)의 개구면과 제1 와이어(W1)가 접하는 면에 의하여 제1 와이어(W1)가 손상되는 것을 방지하기 위함이다. 여기서 제1 권취부(125B)의 개구면은 하부 방향을 향해 곡면으로 형성되며, 제2 권취부(145B)의 개구면은 상부 방향을 향해 곡면으로 형성될 수 있다. 이는 제1 와이어(W1)가 제1 및 제2 권취부(125B, 145B)를 관통하는 방향에 대응하여 제1 와이어(W1)가 제1 및 제2 권취부(125B, 145B)과 접촉하는 방향과 대응시키기 위함이다. In this case, a surface in which the first and second winding
상기와 같이 제1 및 제2 권취부를 돌기나 개구로 형성함으로써, 별도의 장치를 사용하지 않고도 제1 및 제2 관절체에 제1 와이어(W1)를 권취함으로써, 관절체를 구비한 소형 로봇의 크기 및 부피 등을 더욱 최소화할 수 있다. By forming the first and second windings with protrusions or openings as described above, the first wire W1 is wound around the first and second joint bodies without using a separate device, thereby providing a small robot having the joint bodies. The size and volume can be further minimized.
한편, 제1 및 제2 권취부는 하나의 모듈 형태로 제작되어 제1 및 제2 관절체에 착탈 가능하게 결합될 수도 있다. 상기 제1 및 제2 권취부가 하나의 모듈 형태로 제작됨에 따라 사용자가 원하는 위치에 제1 및 제2 권취부를 장착하고 와이어를 권취할 수 있다. On the other hand, the first and second windings may be manufactured in one module form and detachably coupled to the first and second joint bodies. As the first and second windings are manufactured in one module form, the user may mount the first and second windings at a desired position and wind the wire.
이하 본 발명의 로봇 관절체 메커니즘의 작용 효과를 종래희 로봇 관절체 메커니즘들과 비교하여 더 상세히 설명한다. Hereinafter, the effect of the robotic articular mechanism of the present invention will be described in more detail in comparison with the conventional articulated robotic mechanisms.
도 7은 종래의 로봇 관절체 메커니즘의 구동을 설명하기 위한 개략도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절체 메커니즘을 구동을 설명하기 위한 개략도이다. 7 is a schematic view for explaining the driving of the conventional robot articulation mechanism, Figure 8 is a schematic view for explaining the driving of the robot articular mechanism according to an embodiment of the present invention.
도 7(a)에 도시된 종래의 로봇 관절체 매커니즘에서 맨 위쪽에 배치된 관절체를 구동시키기 위해서 와이어를 당기면, 움직이고자 하는 맨 위쪽의 관절체 뿐만 아니라 다른 관절체들도 도 7(a)에 도시된 바와 같이 움직이게 된다. In the conventional robotic articulation mechanism shown in FIG. 7A, when the wire is pulled to drive the articulated body disposed at the top, not only the top articulated body to be moved but also other articulated bodies are shown in FIG. 7A. It moves as shown in.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 각 관절체 사이에 구비되는 스프링의 강성을 다르게 하거나, 다르게는 각 관절체의 크기 변화를 통해 각 관절체가 상대적으로 독립 구동이 가능하게 하였다. In order to solve this problem, conventionally, as shown in FIG. 7 (b), the stiffness of the springs provided between the respective joint bodies is different, or each joint body is driven relatively independently through the size change of each joint body. This made it possible.
하지만, 이 경우 스프링의 강성 차이에 의하여 와이어 구동부 측으로 갈수록 스프링의 두께가 점점 증대되거나 관절체의 크기가 커져야 하기 때문에 로봇 관절 메커니즘의 소형화에 어려움이 따른다. However, in this case, it is difficult to miniaturize the robot joint mechanism because the thickness of the spring must increase or the size of the joint body gradually increases toward the wire driving part due to the stiffness difference of the spring.
본 발명은 위가 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 앞서 충분히 설명한 바와 같이, 실제 구동하고자 하는 관절체에만 선택적으로 큰 힘을 제공할 수 있기 때문에 도 8(a) 및 도 8 (b)에 도시된 바와 같이, 관절체 사이에 구비되는 스프링의 강성 등을 동일하게 하더라고 로봇 각각의 관절체를 독립적으로 구동시킬 수 있다. The present invention is to solve the above problems, and as described above, since it is possible to selectively provide a large force only to the actual body to be driven as shown in Figure 8 (a) and 8 (b) Likewise, even when the rigidity of the springs provided between the joint bodies are equal, the joint bodies of the robots can be driven independently.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 실제 구동하고자 하는 관절체에만 선택적으로 큰 힘을 제공할 수 있기 때문에 로봇 각각의 관절체를 비교적 독립적으로 구동시킬 수 있다. As described above, since the present invention can selectively provide a large force only to the articulated body to be actually driven, the articulated bodies of the robots can be driven relatively independently.
즉, 로봇 각각의 관절체 사이에 구비되는 스프링의 두께를 일정하게 하여도 실제 구동을 원하는 관절체만 구동시킬 수 있기 때문에 로봇 관절체의 두께나 부피를 최소화하여 로봇의 소형화 효율을 향상시킬 수 있다. That is, even though the thickness of the springs provided between the joints of the robots is constant, only the joints desired for actual driving can be driven, thereby minimizing the thickness and volume of the robot joints, thereby improving the miniaturization efficiency of the robots. .
또한, 실제 구동을 원하는 관절체만 구동시킬 수 있기 때문에 관절체의 개수가 증가하여도 각 관절체들에서 발생하는 상호간의 힘의 간섭이 최소화된다. 이로써, 로봇의 자유도가 향상되고, 로봇을 원하는 동작으로 조절하기 용이해진다. In addition, since only the joint bodies desired to be actually driven can be driven, even if the number of joint bodies is increased, interference of mutual forces generated in each joint body is minimized. This improves the degree of freedom of the robot and facilitates the adjustment of the robot to a desired motion.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
100: 로봇 관절체 메커니즘 120: 제1 관절체
125: 제1 권취부 140: 제2 관절체
145: 제2 권취부 160: 고정관절체
180: 와이어 구동부100: robot articulation mechanism 120: first articulation
125: first winding part 140: second joint body
145: second winding 160: fixed joint body
180: wire drive unit
Claims (8)
상기 복수의 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 복수의 와이어; 및
상기 복수의 와이어를 구동시키기 위한 와이어 구동부;를 포함하고,
상기 복수의 관절체는 제1 관절체와 제2 관절체로 마련되며,
상기 제1 관절체와 상기 제2 관절체는 상호 이격 배치되되, 상기 제2 관절체가 상기 제1 관절체보다 상기 와이어 구동부에 가깝게 위치하고,
상기 제1 관절체는 상기 복수의 와이어 중에서 상기 제1 관절체의 회전 각도를 가이드하기 위한 제1 와이어가 권취되는 적어도 2개의 제1 권취부를 포함하며, 상기 제2 관절체는 상기 제1 와이어가 권취되는 적어도 1개의 제2 권취부를 포함하고, 상기 제1 와이어는 상기 제1 및 제2 권취부에 교번하여 권취되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.A plurality of articular bodies;
A plurality of wires for guiding rotation angles of the plurality of joint bodies; And
And a wire driver for driving the plurality of wires.
The plurality of articular bodies are provided with a first articular body and a second articular body,
The first articulated body and the second articulated body are spaced apart from each other, and the second articulated body is located closer to the wire driving part than the first articulated body,
The first articulated body includes at least two first winding parts in which a first wire for guiding a rotation angle of the first articulated body is wound among the plurality of wires, and the second articulated body is formed by the first wire. And at least one second winding that is wound, wherein the first wire is wound alternately around the first and second windings.
상기 제1 와이어의 일 단부는 상기 제2 관절체에 고정되고, 타 단부는 상기 와이어 구동부에 연결된 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.The method of claim 1,
One end of the first wire is fixed to the second articulated body, the other end is a robotic joint mechanism, characterized in that connected to the wire drive.
상기 제1 및 제2 권취부는 풀리로 마련된 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.The method of claim 1,
And said first and second windings are provided as pulleys.
상기 제1 및 제2 권취부는 돌기로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.The method of claim 1,
And the first and second windings are formed with protrusions.
상기 제1 및 제2 권취부는 개구로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘. The method of claim 1,
And the first and second windings are formed as openings.
상기 제1 및 제2 권취부와 상기 제1 와이어가 접하는 면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.The method according to claim 6,
The robot joint body mechanism of claim 1, wherein the first and second windings and the first wire are in contact with each other.
상기 제1 및 제2 권취부는 하나의 모듈 형태로 제작되어 상기 제1 및 제2 관절체에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절체 메커니즘.The method of claim 1,
The first and second windings are manufactured in a single module form, the robot articulated mechanism, characterized in that detachably coupled to the first and second articular body.
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