KR101315769B1 - Wearable robot having 4 bar-link - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4절 링크를 이용한 착용로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4절 링크를 채택하여 물건을 들어올릴 때 로봇 암의 강성을 높인 착용로봇에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 사용자가 착용할 수 있는 로봇 상체를 포함하는 착용로봇으로, 상기 로봇 상체에는 좌우 양측으로 로봇 암이 구성되며, 상기 로봇 암은 4절 링크와 이 4절 링크 중 인접한 링크의 선택된 관절 부위에 설치되는 관절 구동 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용로봇을 제공한다.The present invention relates to a wearable robot using a section 4 link, and more particularly, to a wearable robot that increases the rigidity of the robot arm when a section 4 link is used to lift an object.
To this end, the present invention is a wearable robot including a robot upper body that can be worn by the user, the robot arm is configured to the left and right sides of the robot upper body, the robot arm is the link of the four sections and the four links of the adjacent link It provides a wear robot characterized in that it comprises a joint drive actuator installed in the selected joint site.

Description

4절 링크를 이용한 착용로봇 {Wearable robot having 4 bar-link}Wearing robot using link {Wearable robot having 4 bar-link}

본 발명은 4절 링크를 이용한 착용로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4절 링크를 채택하여 물건을 들어올릴 때 로봇 암의 강성을 높인 착용로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a wearable robot using a section 4 link, and more particularly, to a wearable robot that increases the rigidity of the robot arm when a section 4 link is used to lift an object.

최근 인간 편의를 향상하고 인간 한계를 넘는 신체 능력을 제공할 수 있는 다양한 착용로봇이 개발되고 있다. 착용로봇은 사용자가 이를 착용함으로써 무거운 물건을 큰 힘을 들이지 않고 쉽게 들어올리거나 보다 빠른 속도로 이동할 수 있도록 해준다.Recently, various wearable robots have been developed to improve human convenience and provide physical capabilities beyond human limits. The wearable robot allows the user to wear it so that heavier items can be easily lifted or moved at higher speeds without too much effort.

종래의 착용로봇으로는 미국의 HULC(Human Universal Load Carrier)와 일본의 HAL(Hybrid Assistive Limb) 등이 있다.Conventional wear robots include a US Universal Human Load Carrier (HULC) and a Japanese Hybrid Assistive Limb (HAL).

미국의 착용로봇 HULC(Human Universal Load Carrier)는 로봇 하체가 능동 링크(active link)의 관절 구조로 구성되어 있고 로봇 상체가 고정된 관절 형태로 구성되어 있어서, 물건을 들어올리는 경우 'ㄱ'자 형태의 고정된 링크에 연결된 고리가 하강되어 물건을 들어올리게 되므로 물건을 지면에 대해 중력방향으로만 들어올릴 수 있는 단점이 있다. In the US, the robot UHC (Human Universal Load Carrier) is composed of the joint structure of the lower body of the active link and the upper body of the robot is fixed. Since the ring connected to the fixed link of the lifting is to lift the object has the disadvantage that can only lift the object in the gravity direction with respect to the ground.

일본의 착용로봇 HAL(Hybrid Assistive Limb)은 인간의 팔과 유사한 동작 범위를 가질 수 있는 관절 형태로 구성되어 있으나, 물건을 들어올릴 때 무게중심이 앞으로 쏠리게 되고, 로봇 암의 강성이 약하여 자세를 일정하게 유지하기 어려운 단점이 있다.
The Japanese wearable robot HAL (Hybrid Assistive Limb) is composed of a joint shape that can have a range of motion similar to that of the human arm.However, when lifting an object, the center of gravity is moved forward and the robot arm's rigidity is weak to maintain the posture There are drawbacks that are difficult to maintain.

본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 인간의 팔과 유사한 동작 범위를 가질 수 있는 능동형의 관절 형태로 구성되는 동시에, 4절 링크 구조로 로봇 암의 강성을 높이고, 좌우 로봇 암을 연결 지지하는 상체 링크를 등 뒤쪽에 배치하여 무게중심이 사용자의 무게중심과 일치될 수 있는 4절 링크를 이용한 착용로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, and is composed of an active joint shape that can have a range of motion similar to a human arm, and at the same time increase the rigidity of the robot arm with a four-section link structure, left and right robot arm The purpose of the present invention is to provide a wearable robot using a four-section link in which a center of gravity of the upper body link supporting the back is connected to the center of gravity of the user.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자가 착용할 수 있는 로봇 상체를 포함하는 착용로봇으로, 상기 로봇 상체에는 좌우 양측으로 로봇 암이 구성되며, 상기 로봇 암은 4절 링크와 이 4절 링크 중 인접한 링크의 선택된 관절 부위에 설치되는 관절 구동 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용로봇을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a wearable robot comprising a user's wearable robot upper body, the robot upper body is configured with a robot arm on both the left and right sides, the robot arm is a four-section link and four sections It provides a wearable robot, characterized in that it comprises a joint drive actuator installed in the selected joint portion of the adjacent link of the link.

바람직하게, 상기 4절 링크는, 일측 단부가 관절 구동 액추에이터의 전후 동작용 감속기와 축결합되고 전후 동작용 감속기의 출력을 전달받아 회전동작하는 전후 액티브 링크; 일측 단부가 관절 구동 액추에이터의 상하 동작용 감속기와 축결합되고 상하 동작용 감속기의 출력을 전달받아 회전동작하는 상하 액티브 링크; 그리고 일측 단부가 상기 전후 및 상하 액티브 링크의 타측 단부와 각기 회전가능하게 조인트되고, 서로가 회전가능하게 조인트되어 전후 및 상하 액티브 링크의 회전동작에 각각 연동가능하게 설치되는 상하 패시브 링크와 전후 패시브 링크;로 이루어진 것을 특징으로 한다.Preferably, the four-section link, one end is coupled to the front and rear operation reducer of the joint drive actuator and the front and rear active link that is rotated by receiving the output of the front and rear operation reducer; An upper and lower active links of which one end is axially coupled with the vertical motion reducer of the joint driving actuator and is rotated by receiving the output of the vertical motion reducer; And one end is rotatably jointed with the other end of the front and rear and the upper and lower active link, respectively, the upper and lower passive link and the front and rear passive link are rotatably coupled to each other and installed to be interlocked with the rotation of the front and rear and active link. It characterized by consisting of;

또한, 상기 관절 구동 액추에이터는 양방향 회전이 가능한 전후 동작용 모터와 상하 동작용 모터, 그리고 상기 전후 및 상하 동작용 모터와 각각 축결합되어 모터의 구동력을 전후 및 상하 액티브 링크에 각각 감속 전달하는 전후 동작용 감속기와 상하 동작용 감속기로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the joint drive actuator is axially coupled to each of the front and rear motion motor, the vertical motion motor, and the front and rear and up and down motion motor, which can rotate in both directions, and the front and rear copper to decelerate and transfer the driving force of the motor to the front and rear and the active link, respectively. It is characterized by consisting of an action reducer and a vertical reducer.

그리고, 상기 로봇 상체는 좌우 양측의 로봇 암을 연결 지지하며, 착용시 사용자의 등 뒤쪽에 위치하게 되는 상체 링크를 갖는 것을 특징으로 한다.
The upper body of the robot is connected to and supports the robot arms on both the left and right sides, and has an upper body link positioned at the back of the user's back when worn.

본 발명에 따른 착용로봇은 상하좌우로 인간의 팔과 유사한 동작 범위를 가질 수 있으며, 4절 링크를 이용함으로써 로봇 암의 강성이 증대되고, 물건을 들어올릴 때 전체 균형이 지면에 수직을 이루게 되어 사용자의 몸의 중심과 일치될 수 있다. 이에 사용자의 몸의 균형을 잡기 위해 구성되는 모터의 용량을 줄이고 경량화할 수 있다.
Wearing robot according to the present invention can have a range of motion similar to the human arm in the up, down, left and right, by using the four-section link stiffness of the robot arm is increased, the overall balance is perpendicular to the ground when lifting the object It can match the center of the user's body. Accordingly, the capacity of the motor configured to balance the user's body can be reduced and lightened.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용로봇을 도시한 개략적인 사시도
도 3은 도 1의 착용로봇을 상체만 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 암을 도시한 개략적인 정면도
도 5는 도 4의 A-A에서 바라본 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 암의 동작상태를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 암의 동작상태를 나타낸 도면1 and 2 are schematic perspective views showing a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing only the upper body of the wearable robot of FIG.
4 is a schematic front view showing a robot arm according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken from AA of FIG. 4.
6 is a view showing an operating state of the robot arm according to an embodiment of the present invention;
7 is a view showing an operating state of the robot arm according to another embodiment of the present invention

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 착용로봇은 사용자가 착용할 수 있으며, 사용자가 착용함에 의해 사용자의 신체 능력을 증대시킬 수 있는 일종의 로봇 수트로서, 능동작동구조를 갖는 로봇 상체(100)와 로봇 하체(200)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the wearable robot according to an embodiment of the present invention is a kind of robot suit which can be worn by a user and which can increase a user's physical ability by being worn by the user. It consists of an upper body 100 and a robot lower body 200.

본 발명은 4절 링크(110)를 이용한 능동형의 로봇 상체(100)에 주안점이 있으며, 상기의 로봇 상체(100)는 로봇 암(101,102)의 강성을 증대하고 물건을 들어올릴 때 사용자의 몸의 중심과 일치되어 균형을 이룰 수 있게 구성된다.The present invention has a focus on the active robot upper body 100 using the four-section link 110, the robot upper body 100 is to increase the rigidity of the robot arm (101, 102) of the user's body when lifting the object Consistent with the center and balanced.

구체적으로, 상기 로봇 상체(100)는 좌우 양측의 능동형(active) 로봇 암(101,102)과 이 로봇 암(101,102)을 연결 지지하는 상체 링크(130)를 포함하여 구성된다.In detail, the robot upper body 100 includes active robot arms 101 and 102 on both the left and right sides and an upper body link 130 supporting the robot arms 101 and 102.

상기 로봇 상체(100)의 로봇 암(101,102)의 구성에 대한 설명은 도 1의 도면부호 101로 표시한 로봇 암을 기준으로 하여 설명하도록 한다.The configuration of the robot arms 101 and 102 of the robot upper body 100 will be described based on the robot arm indicated by reference numeral 101 of FIG. 1.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로봇 암(101)은 4절 링크(110)와 이 4절 링크(110) 중 인접한 링크의 선택된 어느 하나의 관절(혹은 조인트)에 설치되는 관절 구동 액추에이터(120)를 포함하여 구성된다.As shown in Figs. 4 and 5, the robot arm 101 is a joint drive that is installed in any one joint (or joint) of the four-section link 110 and the adjacent one of the four-section link 110. Actuator 120 is configured to include.

상기 4절 링크(110)는 각 단부가 회전가능하게 조인트되어 연결된 4개의 링크(111~114) 즉, 전후 액티브 링크(111)와 전후 패시브 링크(113) 및 상하 액티브 링크(112)와 상하 패시브 링크(114)로 구성되며, 이중 전후 액티브 링크(111)와 상하 액티브 링크(112) 사이의 관절(혹은 로봇 암의 조인트 부위)(J1)을 관절 구동 액추에이터(120)를 이용하여 능동방식으로 구동하게 된다.The four-section link 110 has four links 111 to 114 that are rotatably coupled to each end, that is, the front and rear active links 111 and the front and rear passive links 113, and the upper and lower active links 112, and the upper and lower passives. It is composed of a link 114, the joint between the front and rear active link 111 and the upper and lower active link 112 (or the joint portion of the robot arm) (J1) by using the joint drive actuator 120 in an active manner. Done.

구체적으로, 상기 전후 액티브 링크(111)는 일측 단부가 관절 구동 액추에이터(120)의 전후 동작용 감속기(122)와 축결합되어 구성되고, 전후 동작용 감속기(122)의 출력을 전달받아 회전동작하게 된다.Specifically, the front and rear active link 111 is configured such that one end is axially coupled with the front and rear reducer 122 of the joint drive actuator 120, and receives the output of the front and rear reducer 122 to rotate. do.

상기 상하 액티브 링크(112)는 일측 단부가 관절 구동 액추에이터(120)의 상하 동작용 감속기(124)와 축결합되어 구성되고, 상하 동작용 감속기(124)의 출력을 전달받아 회전동작하게 된다.The upper and lower active links 112 are configured by shaft coupling with one of the up and down reduction gears 124 of the joint driving actuator 120, and is rotated by receiving the output of the up and down reduction gears 124.

상기 상하 패시브 링크(114)는 일측 단부가 상기 전후 액티브 링크(111)의 타측 단부와 회전가능하게 조인트되어 구성되고, 상하 액티브 링크(112)의 회전동작에 연동되어 상하 액티브 링크(112)와 동일방향으로 회전하게 된다.The upper and lower passive links 114 are configured such that one end thereof is rotatably coupled to the other end of the front and rear active links 111 and is the same as the upper and lower active links 112 in conjunction with the rotation of the upper and lower active links 112. Direction of rotation.

여기서, 상기 상하 패시브 링크(114)는 그 중앙부에 전후 패시브 링크(113)의 타측 단부가 회전가능하게 조인트되어 있어서 그(상하 패시브 링크)의 회전동작을 지지해주게 된다.Here, the upper and lower passive links 114 are rotatably jointed with the other end of the front and rear passive links 113 at the center thereof to support the rotation operation of the upper and lower passive links 114.

또한, 상기 전후 패시브 링크(113)는 일측 단부가 상기 상하 액티브 링크(112)의 타측 단부와 회전가능하게 조인트되어 구성되고, 전후 액티브 링크(111)의 회전동작에 연동되어 전후 액티브 링크(111)와 동일방향으로 회전하게 된다.In addition, the front and rear passive link 113 is configured so that one end is rotatably coupled with the other end of the upper and lower active link 112, and linked to the rotation operation of the front and rear active link 111, the front and rear active link 111 Rotate in the same direction as.

마찬가지로, 상기 전후 패시브 링크(113)는 그 타측 단부가 상하 패시브 링크(114)의 중앙부에 회전가능하게 조인트되어 있어서 그(전후 패시브 링크)의 회전동작을 지지해주게 된다.Similarly, the front and rear passive links 113 are rotatably coupled to the center of the upper and lower passive links 114 to support the rotational operation of the front and rear passive links 113.

이와 같이 상기 4절 링크(110)는 상하 및 전후 패시브 링크(114,113)가 전후 및 상하 액티브 링크(111,112)에 각각 조인트됨과 동시에 상호 지지가능한 구조로 조인트되어 구성됨에 따라 전후 및 상하 액티브 링크(111,112)의 회동에 대해 상하 및 전후 패시브 링크(114,113)가 연동회전하게 되고, 이에 관절 구동 액추에이터(120)의 구동에 의해 로봇 암(101)의 전후 및 상하 구동이 제어되어 인간 팔과 유사한 동작을 구현할 수 있다.As described above, the four-section link 110 is configured to be coupled to the upper and lower and front and rear passive links 114 and 113 to the front and rear and upper and lower active links 111 and 112, respectively, and in a mutually supportable structure. The up and down and front and rear passive links 114 and 113 are interlocked with respect to the rotation of the robot arm. Accordingly, the front and rear driving of the robot arm 101 is controlled by the driving of the joint driving actuator 120 to implement an operation similar to the human arm. have.

도 5를 참조하면, 상기 관절 구동 액추에이터(120)는 정방향 및 역방향의 양방향 회전이 가능하고 전후 액티브 링크(111)에 회전구동력을 공급하기 위한 전후 동작용 모터(121)와, 양방향 회전이 가능하고 상하 액티브 링크(112)에 회전구동력을 공급하기 위한 상하 동작용 모터(123)와, 그리고 상기 전후 및 상하 동작용 모터(121,123)와 각각 축결합되어 각 모터(121,123)의 구동력을 전후 및 상하 액티브 링크(111,112)에 감속 전달하는 전후 동작용 감속기(122)와 상하 동작용 감속기(124)로 구성된다.Referring to FIG. 5, the joint driving actuator 120 is capable of bidirectional rotation in forward and reverse directions, and the motor 121 for forward and backward operation for supplying rotational driving force to the front and rear active link 111 and bidirectional rotation is possible. Up and down motors 123 for supplying rotational driving force to the upper and lower active links 112 and the front and rear and up and down motors 121 and 123 are axially coupled, respectively, to drive the driving force of each of the motors 121 and 123 back and forth and up and down. It is composed of a reduction gear 122 for the front and rear operation and a reduction gear 124 for the vertical operation to decelerate transmission to the links (111, 112).

상기 전후 동작용 모터(121)는 상체 링크(130)의 좌우 일측에 고정되게 장착된 커넥팅 링크(125)에 고정되게 장착되고, 이에 관절 구동 액추에이터(120) 및 4절 링크(110)는 커넥팅 링크(125)를 통해 상체 링크(130)에 지지되게 장착되어진다.The front and rear operation motor 121 is fixedly mounted to the connecting link 125 is fixedly mounted to the left and right sides of the upper body link 130, the joint drive actuator 120 and the four-section link 110 is a connecting link It is mounted to support the upper body link 130 through (125).

상기 전후 동작용 감속기(122)와 축결합된 전후 액티브 링크(111)에는 서브링크(115)가 'ㄱ'자 형태로 돌출되게 형성되어 있으며, 이때의 서브링크(115)에 상하 동작용 모터(123)가 장착된다.In the front and rear active link 111 axially coupled to the front and rear operation reducer 122, a sub link 115 is formed to protrude in a '-' shape, and the motor for vertical operation in the sub link 115 at this time ( 123 is mounted.

즉, 상기 상하 동작용 모터(123)는 서브링크(115)를 매개로 전후 액티브 링크(111)의 후면에 지지되게 장착된다.That is, the vertical motion motor 123 is mounted to be supported on the rear surface of the front and rear active link 111 via the sub link 115.

또한, 상기 상하 동작용 모터(123)와 전후 동작용 모터(121)는 전후 및 상하 액티브 링크(111,112) 사이의 관절(J1)에 구비됨에 있어 동축 상에 배치되어진다.In addition, the up-and-down operation motor 123 and the front-rear operation motor 121 are coaxially arranged in the joint J1 between the front, rear, and top and bottom active links 111 and 112.

설명한 바와 같이, 상기 4절 링크(110)는 인접한 링크 간에 관절(혹은 조인트)(J1~J4)이 형성되어 4개의 관절을 구비하게 되며, 이중 선택된 하나의 관절은 관절 구동 액추에이터(120)에 의해 능동적으로 구동되는 액티브 조인트(active joint)로 구성되고 나머지 3개의 관절은 상기 액티브 조인트의 움직임을 따라가기만 하는 패시브 조인트(passive joint)로서 구성된다.As described above, the four-section link 110 has joints (or joints) J1 to J4 formed between adjacent links to have four joints, one of which is selected by the joint driving actuator 120. It consists of an active joint that is actively driven and the remaining three joints are configured as passive joints that only follow the movement of the active joint.

상기 관절 구동 액추에이터(120)는 4절 링크(110)의 어느 관절(J1~J4)에든 설치 구성될 수 있으며, 상기와 같은 로봇 암(101) 구조는 상체 링크(130)의 좌우 양측의 로봇 암에 모두 동일하게 적용되거나 또는 변경 실시되어 적용될 수 있다.The joint driving actuator 120 may be installed in any joint (J1 ~ J4) of the four-section link 110, the robot arm 101 structure as described above is the robot arm of the left and right sides of the upper body link 130 All of the same may be applied to the same or modified to be applied.

언급한 바와 같이, 상기 4절 링크(110)는 관절 구동 액추에이터(120)의 전후 동작용 모터(121)가 커넥팅 링크(125)를 통해 상체 링크(130)의 좌우 양측에 각각 장착 지지됨에 의해 상체 링크(130)와 일체로 연결되어진다.As mentioned, the four-section link 110 is the upper body by being supported by the front and rear motion motor 121 of the joint drive actuator 120 mounted on both the left and right sides of the upper body link 130 through the connecting link 125, respectively. It is connected to the link 130 integrally.

상기 상체 링크(130)는 로봇 상체(100)의 좌우 양측의 로봇 암(101,102)을 연결 지지하며, 착용시 사용자의 등 뒤쪽에 위치하게 된다.The upper body link 130 supports and supports the robot arms 101 and 102 on both the left and right sides of the upper body of the robot 100, and is located behind the user's back when worn.

이러한 상체 링크(130)는 물건을 들어올릴 때 카운터 발란스(Counter Balance)의 역할을 하여 무게중심을 사용자 몸 전체의 중심과 일치시켜 균형을 이룰 수 있도록 한다.The upper body link 130 acts as a counter balance when lifting an object to achieve a balance by matching the center of gravity with the center of the user's entire body.

또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 상하 패시브 링크(114)의 타측 단부(116, 손잡이 장착부)에는 포스 센서(force sensor)를 구비한 로봇 암(101)의 손잡이부(미도시)가 설치된다.In addition, although not shown in the drawings, a handle portion (not shown) of the robot arm 101 having a force sensor is installed at the other end portion 116 of the upper and lower passive links 114.

상기 포스 센서는 사용자가 손을 움직이고자 하는 방향으로 힘을 가하면 그 힘의 방향과 크기를 감지하여 관절 구동 액추에이터(120)의 상하 및 전후 동작용 모터(123,121)를 동작시키기 위한 신호를 출력하게 되며, 이에 사용자의 의지에 따라 관절 구동 액추에이터(120) 및 4절 링크(110)를 동작시킬 수 있다.The force sensor outputs a signal for operating the motors 123 and 121 for up and down and front and rear motions of the joint driving actuator 120 by sensing the direction and magnitude of the force when the user applies a force in a direction to move the hand. Thus, the joint driving actuator 120 and the four-section link 110 may be operated according to the user's will.

한편, 상기 로봇 하체(200)는 상체 링크(130)의 좌우 양측에 각각 회전가능하게 조인트되는 상부 레그 링크(210), 상부 레그 링크(210)와 회전가능하게 조인트되는 하부 레그 링크(220), 및 하부 레그 링크(220)와 회전가능하게 조인트되는 발 받침대(230)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the robot lower body 200 is an upper leg link 210 rotatably coupled to the left and right sides of the upper body link 130, the lower leg link 220 rotatably coupled with the upper leg link 210, And a foot rest 230 rotatably jointed with the lower leg link 220.

상기 로봇 하체(200)에는 발 받침대(230)와 하부 레그 링크(220) 사이의 발목관절(J5), 하부 레그 링크(220)와 상부 레그 링크(210) 사이의 무릎관절(J6), 및 상부 레그 링크(210)와 상체 링크(130) 사이의 허벅지관절(J7)을 구동하기 위한 액추에이터(미도시)가 구비된다.The robot lower body 200 has an ankle joint J5 between the foot rest 230 and the lower leg link 220, a knee joint J6 between the lower leg link 220 and the upper leg link 210, and an upper portion. An actuator (not shown) for driving the thigh joint J7 between the leg link 210 and the upper body link 130 is provided.

상기와 같은 본 발명의 착용로봇은 병렬구조의 4절 링크(110)가 외란에 의한 진동을 감소시켜 물건을 들어올릴 때 로봇 암(101)의 강성을 증대시킬 수 있고, 무게중심이 사용자의 몸의 중심과 일치되어서 물건을 들어올릴 때 기울어지거나 넘어지지 않게 해주며, 이에 사용자 몸의 균형을 잡기 위한 모터 용량의 감소 및 이에 따른 경량화를 가능하게 한다.The wearable robot of the present invention as described above can increase the rigidity of the robot arm 101 when the four-section link 110 of the parallel structure to reduce the vibration caused by the disturbance, lifting the object, the center of gravity of the user's body In line with the center of the object so that it does not tilt or fall when lifting the object, thereby reducing the motor capacity for balancing the user's body and thus lightening.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 착용로봇의 작동을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the wearable robot according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 6.

도 4과 같은 표준 자세에서, 사용자가 손을 일정한 힘과 방향으로 움직이고자 하면 포스 센서가 이를 감지하여 관절 구동 액추에이터(120)를 구동시킨다.In the standard posture as shown in FIG. 4, when the user wants to move the hand in a constant force and direction, the force sensor detects this and drives the joint driving actuator 120.

이에 상기 관절 구동 액추에이터(120)의 전후 동작용 모터(21)가 정방향으로 회전 구동되면 도 6의 (a)와 같이 전후 액티브 링크(111)가 시계방향으로 회전되면서 상하 패시브 링크(114)가 전방으로 이동하게 된다.Accordingly, when the front and rear operation motor 21 of the joint driving actuator 120 is driven to rotate in the forward direction, as shown in FIG. 6A, the front and rear active link 111 is rotated in the clockwise direction, and the vertical passive link 114 is moved forward. Will be moved to.

그리고, 상기 관절 구동 액추에이터(120)의 전후 동작용 모터(121)가 역방향으로 회전 구동되면 도 6의 (b)와 같이 전후 액티브 링크(111)가 반시계방향으로 회전되면서 상하 패시브 링크(114)가 후방으로 이동하게 된다.Then, when the front and rear motor 121 of the joint drive actuator 120 is driven to rotate in the reverse direction, the front and rear active link 111 is rotated counterclockwise as shown in FIG. Will move backwards.

또한, 상기 관절 구동 액추에이터(120)의 상하 동작용 모터(123)가 정방향으로 회전 구동되면 도 6의 (c)와 같이 상하 액티브 링크(112)가 시계방향으로 회전되면서 전후 패시브 링크(113)가 상방으로 이동하게 되고 이에 상하 패시브 링크(114)의 손잡이 장착부(116)가 상방으로 들리게 된다.In addition, when the vertical movement motor 123 of the joint driving actuator 120 is driven to rotate in the forward direction, the vertical active link 112 rotates clockwise as shown in FIG. Moving upwards, the handle mounting portion 116 of the upper and lower passive links 114 is lifted upward.

또한, 상기 관절 구동 액추에이터(120)의 상하 동작용 모터(123)가 역방향으로 회전 구동되면 도 6의 (d)와 같이 상하 액티브 링크(112)가 반시계방향으로 회전되면서 전후 패시브 링크(113)가 하방으로 이동하게 되고 이에 상하 패시브 링크(114)의 손잡이 장착부(116)가 하방으로 내려지게 된다.In addition, when the vertical movement motor 123 of the joint driving actuator 120 is driven to rotate in the reverse direction, the vertical active link 112 is rotated counterclockwise as shown in FIG. Is moved downward so that the handle mounting portion 116 of the up and down passive link 114 is lowered down.

본 발명에 따른 착용로봇은 도 6의 (a) 내지 (d)와 같은 동작을 단독 또는 동시에 복합적으로 수행함으로써 사람의 팔과 유사한 동작을 구현하게 된다.The wearable robot according to the present invention implements an operation similar to that of a human arm by performing an operation such as (a) to (d) of FIG. 6 alone or simultaneously.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 착용로봇의 로봇 암에서 관절 구동 액추에이터의 위치를 변경 구성한 착용로봇의 다른 실시예로, 전후 동작용 모터를 구동하여 상하 패시브 링크(114')를 전후 방향으로 이동시키는 동작은 도 6과 동일한 방식으로 작동되나, 상하 동작용 모터를 구동하여 전후 패시브 링크(113')를 상하 방향으로 이동시키면서 상하 패시브 링크(114')의 손잡이 장착부(116')를 들리거나 내려지게 하는 동작은 도 6의 경우와 반대 방향으로 작동되어진다.Attached FIG. 7 is another embodiment of the wearable robot configured to change the position of the joint driving actuator in the robot arm of the wearable robot according to the present invention. 6 is operated in the same manner as in FIG. 6, but the handle mounting portion 116 ′ of the up and down passive link 114 ′ is lifted or lowered by moving the up and down passive link 113 ′ in the up and down direction by driving the up and down motor. The pulling operation is operated in the opposite direction as in the case of FIG.

도 1 및 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 착용로봇은 좌우 로봇 암(101,102)의 관절 구동 액추에이터(120,120')가 서로 다른 위치에 배치되어 있으며, 이 경우 사용자가 손을 움직이고자 하는 방향으로 힘을 가함에 따라 전후 및 상하 동작용 모터의 정방향 또는 역방향 구동에 따른 로봇 암의 동작이 상이할 수 있으나, 이는 상하 패시브 링크(114,114')의 손잡이 장착부(116,116')에 구비되는 각각의 포스 센서를 통해 좌우 로봇 암(101,102)의 각 관절 구동 액추에이터(120,120')의 동작을 적절하게 제어함으로써 일치시킬 수 있다.
1 and 2, in the wearable robot according to the embodiment of the present invention, the joint driving actuators 120 and 120 'of the left and right robot arms 101 and 102 are disposed at different positions, in which case the user wants to move his or her hand. The robot arm may operate differently according to the forward or reverse driving of the motor for forward and backward and up and down as the force is applied to the motor. However, the force is provided at the handle mounting parts 116 and 116 'of the upper and lower passive links 114 and 114'. Sensors can be matched by appropriately controlling the operation of the respective joint drive actuators 120, 120 'of the left and right robot arms 101,102.

J1~J7,J1'~J7' : 관절
100 : 로봇 상체 101,102 : 로봇 암
110 : 4절 링크 111,111' : 전후 액티브 링크
112,112' : 상하 액티브 링크 113,113' : 전후 패시브 링크
114,114' : 상하 패시브 링크 115,115' : 서브링크
116,116' : 손잡이 장착부 120,120' : 관절 구동 액추에이터
121 : 전후 동작용 모터 122 : 전후 동작용 감속기
123 : 상하 동작용 모터 124 : 상하 동작용 감속기
125,125' : 커넥팅 링크 130 : 상체 링크
200 : 로봇 하체 210 : 상부 레그 링크
220 : 하부 레그 링크 230 : 발 받침대J1 ~ J7, J1 '~ J7': Joint
100: upper body of the robot 101,102: robot arm
110: section 4 link 111,111 ': front and rear active link
112,112 ': Upper and lower active link 113,113': Front and rear passive link
114,114 ': Upper and lower passive link 115,115': Sublink
116,116 ': Handle mounting part 120,120': Joint drive actuator
121: motor for forward and backward operation 122: speed reducer for forward and backward operation
123: up and down operation motor 124: up and down operation reducer
125,125 ': Connecting link 130: Upper body link
200: robot lower body 210: upper leg link
220: lower leg link 230: foot support

Claims (4)

사용자가 착용할 수 있는 로봇 상체를 포함하는 착용로봇으로,
상기 로봇 상체에는 좌우 양측으로 로봇 암이 구성되며, 상기 로봇 암은 4절 링크와 이 4절 링크 중 인접한 링크의 선택된 관절 부위에 설치되는 관절 구동 액추에이터를 포함하여 구성되고,
상기 4절 링크는,
일측 단부가 관절 구동 액추에이터의 전후 동작용 감속기와 축결합되고 전후 동작용 감속기의 출력을 전달받아 회전동작하는 전후 액티브 링크;
일측 단부가 관절 구동 액추에이터의 상하 동작용 감속기와 축결합되고 상하 동작용 감속기의 출력을 전달받아 회전동작하는 상하 액티브 링크; 그리고
일측 단부가 상기 전후 및 상하 액티브 링크의 타측 단부와 각기 회전가능하게 조인트되고, 서로가 회전가능하게 조인트되어 전후 및 상하 액티브 링크의 회전동작에 각각 연동가능하게 설치되는 상하 패시브 링크와 전후 패시브 링크;
로 이루어지며,
상기 관절 구동 액추에이터는 양방향 회전이 가능한 전후 동작용 모터와 상하 동작용 모터, 그리고 상기 전후 및 상하 동작용 모터와 각각 축결합되어 모터의 구동력을 전후 및 상하 액티브 링크에 각각 감속 전달하는 전후 동작용 감속기와 상하 동작용 감속기로 구성되고,
상기 상하 동작용 모터와 전후 동작용 모터는 전후 및 상하 액티브 링크 사이의 관절에 구비됨에 있어 동축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 착용로봇.
Wearing robot including a robot upper body that can be worn by the user,
The robot arm is configured on both sides of the robot upper and left sides, and the robot arm includes a joint driving actuator installed at a selected joint portion of an adjacent link among the four section links and the four section links,
Section 4 link above,
A front and rear active link having one end coupled to the front and rear speed reducer of the joint driving actuator and being rotated by receiving the output of the front and rear speed reducer;
An upper and lower active links of which one end is axially coupled with the vertical motion reducer of the joint driving actuator and is rotated by receiving the output of the vertical motion reducer; And
An up-and-down passive link and a front-rear passive link, wherein one end is rotatably jointed with the other end of the front, rear, and top and bottom active links, respectively, and rotatably coupled to each other so as to be interlocked with each other in the rotation of the front, rear, and top and bottom active links;
Lt; / RTI >
The articulated drive actuator is a shaft coupled to each of the front and rear operation motor and the vertical operation motor capable of bidirectional rotation, and the front and rear and up and down operation motor, respectively, to reduce and transmit the driving force of the motor to the front and rear and up and down active link, respectively. And reducer for vertical operation
Wearing robot, characterized in that the vertical motion motor and the front and rear motion motor is disposed on the coaxial in the joint between the front and rear and the vertical active link.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 로봇 상체는 좌우 양측의 로봇 암을 연결 지지하며, 착용시 사용자의 등 뒤쪽에 위치하게 되는 상체 링크를 갖는 것을 특징으로 하는 착용로봇.

The method according to claim 1,
The robot upper body connects and supports the robot arms on both the left and right sides, and wears a robot, characterized in that the upper body link is located on the back of the user.

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