KR101349787B1 - Guide module of manipulator adjustment apparatus - Google Patents

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KR101349787B1
KR101349787B1 KR1020130001738A KR20130001738A KR101349787B1 KR 101349787 B1 KR101349787 B1 KR 101349787B1 KR 1020130001738 A KR1020130001738 A KR 1020130001738A KR 20130001738 A KR20130001738 A KR 20130001738A KR 101349787 B1 KR101349787 B1 KR 101349787B1
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cylinder
guide
manipulator
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piston
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KR1020130001738A
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이호정
김경수
구동한
김경록
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국방과학연구소
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Abstract

A guide module of a manipulator adjusting device for rotating an arm member of the manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention comprises: a circular guide having a cylinder; a piston for rotating the arm member coupled to the outer circumference of the cylinder when gas is introduced or discharged by the piston partially inserted in the cylinder; and inlet and outlet parts formed in the cylinder to introduce or discharge the gas into/from the cylinder. The piston has a magnet, and the arm member has a coupling part coupled to the magnet by magnetic force.

Description

매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈{GUIDE MODULE OF MANIPULATOR ADJUSTMENT APPARATUS}[0001] GUIDE MODULE OF MANIPULATOR ADJUSTMENT APPARATUS [0002]

본 발명의 일실시예들은 매니퓰레이터(manipulator) 조정장치의 암(arm) 멤버를 회전시키는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈에 관한 것이다.One embodiment of the invention relates to a guide module of a manipulator adjustment device for rotating an arm member of a manipulator adjustment device.

최근 UGV(Unmanned Ground Vehicle)의 군사적 활용은 정찰, 공격 등의 임무 뿐 아니라 다양한 임무장비를 탑재하여 그 기능이 확대되고 있다. 특히 다자유도의 매니퓰레이터를 탑재한 UGV를 이용해 폭발물 제거, 인명구조 등 다양한 임무를 수행 할 수 있게 되었다. 사람의 팔은 공간상의 정교하고 유연한 동작이 가능하도록 여유자유도를 가지고 있다.Recently, UGV (Unmanned Ground Vehicle) military use has been expanded by using various mission equipment as well as reconnaissance and attack. In particular, UGV equipped with a multi-degree-of-freedom manipulator enables us to carry out various tasks such as removing explosives and lifesaving. The human arm has a degree of freedom to allow for sophisticated and flexible operation in space.

이에 사람팔과 동일한 기구학을 갖는 매니퓰레이터를 UGV에 탑재하여 정교한 작업을 수행할 수 있는 매니퓰레이터가 제안되었다. Therefore, a manipulator capable of performing elaborate work by mounting a manipulator having the same kinematics as a human arm on a UGV has been proposed.

현재까지 매니퓰레이터를 조작하기 위한 조종기는 조이스틱, 조이패드 같은 형태를 갖고 있지만, 3차원 공간상의 6자유도 (위치 3자유도, 방위 3자유도)를 다루기에는 매우 어렵다. 다자유도의 매니퓰레이터를 조작하려면 상당한 시간의 훈련이 필요하며 숙련된 조종자라 하더라도 빠른 조종이 힘들다. 따라서 사람팔과 같은 기구학(Kinematics)을 가진 매니퓰레이터를 원격조종하기 위해 사람팔과 같은 기구학을 갖는 매니퓰레이터 조정장치가 필요하다.Until now, the manipulator for manipulating the manipulator has a form such as a joystick or a joypad, but it is very difficult to deal with 6 degrees of freedom (three positions of freedom and three degrees of freedom of orientation) in three dimensional space. Manipulation of multi-degree-of-freedom manipulators requires a significant amount of training and is difficult to maneuver even for experienced pilots. Therefore, manipulators with kinematics such as human arms are needed to remotely manipulate manipulators with kinematics such as human arms.

사람의 몸에 착용할 외골격 로봇에서 사람 팔의 뼈 방향 축을 기준으로 내/외회전이 요구되며, 내륜에는 물체, 즉 사람 신체(팔)이 존재하므로 일반적으로 외륜 회전을 통해 축 방향 회전을 수행하게 된다. 기존 전기 모터를 사용한 외골격 로봇의 경우 어깨의 내/외회전과 아래팔의 회내/외전을 풀리와 벨트, 혹은 케이블을 이용하여 원형 실린더를 돌리는 방법으로 사용되었다. 전기 모터의 경우 여러 바퀴 회전이 가능하여 위와 같은 방법이 적합하나 공압 액츄에이터의 특성상 여러 바퀴 회전이 어렵고, 회전형 공압 액츄에이터의 경우 무거운 단점이 있다.Since the exoskeleton robot to be worn on the human body requires inner / outer rotation based on the bone axis direction of the human arm and an object, that is, the human body (arm) exists on the inner ring, the axial rotation is generally performed through the outer ring rotation . In the case of an exoskeleton robot using an existing electric motor, the inner and outer rotation of the shoulder and the inward / outward rotation of the lower arm were used as a method of rotating a circular cylinder using a pulley, a belt, or a cable. In the case of an electric motor, the above method is suitable because it is possible to rotate several wheels. However, it is difficult to rotate a plurality of wheels due to the characteristics of the pneumatic actuator, and the rotary type pneumatic actuator has a heavy drawback.

본 발명의 일 목적은 기존과는 다른 형태의 공압 액츄에이터를 갖는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈을 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a guide module of a manipulator adjusting apparatus having a pneumatic actuator of a different type from the conventional one.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터(manipulator) 조정장치의 암(arm) 멤버를 회전시키는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈은, 내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드와, 상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 상기 실린더 외주에 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤 및 상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함하고, 상기 피스톤은 자석을 구비하고, 상기 암 멤버는 상기 자석과 자기 결합하는 체결부를 구비한다.In order to achieve the above object of the present invention, the guide module of the manipulator adjusting device for rotating the arm member of the manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention, an arc having a cylinder therein; A guide having a shape, a piston which rotates an arm member coupled to the outer circumference of the cylinder when a part is inserted into the cylinder and the gas is introduced into or discharged from the cylinder so that the gas is introduced into or discharged from the cylinder; And an outlet portion formed therein, wherein the piston has a magnet, and the arm member has a fastening portion magnetically coupled with the magnet.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 가이드 외주에 일면에서 내측으로 리세스되는 그루브부가 형성되고, 상기 체결부는 상기 그루브부를 따라 이동할 수 있다.According to an example related to the present invention, a groove portion recessed inward from one surface is formed on the outer periphery of the guide, and the fastening portion may move along the groove portion.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 그루브부와 상기 실린더를 구획하는 가이드의 외주는 비자성체(non-magnetic material)로 형성될 수 있다.According to an example related to the present invention, an outer circumference of the guide partitioning the groove portion and the cylinder may be formed of a non-magnetic material.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 그루브부의 양측에 상기 체결부의 움직임을 제한하도록 형성되는 걸림부를 더 포함할 수 있다.According to an example related to the present invention, the groove may further include a locking portion formed to limit the movement of the fastening portion on both sides of the groove portion.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 유출입부는 상기 가이드의 양단에 각각 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the inflow / outflow portion may be formed at both ends of the guide.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피스톤은 상기 실린더의 내주에 대응하는 두께를 가질 수 있다.According to an example related to the present invention, the piston may have a thickness corresponding to the inner circumference of the cylinder.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈은 압 구동 장비의 외륜 회전을 통하여 축방향 회전이 필요한 곳에서 사용될 수 있으며 로드리스 실린더를 통하여 내륜에 물체를 쉽게 위치시키게 할 수 있다. The guide module of the manipulator adjusting device according to at least one embodiment of the present invention configured as described above can be used where axial rotation is required through the outer ring rotation of the pressure driving equipment, and the object can be easily placed on the inner ring through the rodless cylinder. Can be positioned.

특히 매니퓰레이터 조정장치와 같은 외골격 로봇에 적용 시 설계가 단순해지며 사용자가 용이하게 매니퓰레이터 조정장치를 착탈하면서도 보다 자연스러운 움직임이 가능하도록 하였다.In particular, when applied to an exoskeleton robot such as a manipulator control device, the design is simplified, and the user can easily remove the manipulator control device while allowing more natural movement.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 전면 사시도들.
도 2a 내지 도 2b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 후면 사시도들.
도 3은 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 자동 정렬 상태를 도시한 개념도.
도 4a는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 양팔 착용 상태를 도시한 개념도이고, 도 4b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 접이식 기능을 도시한 상태도.
도 5는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 상세 도면.
도 6a와 도 6b는 각각 사람의 어깨 내/외회전 및 아래팔의 회내/외전을 도시한 도면.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도와 사시도.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시한 가이드 모듈의 동작 상태도들.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도.
도 10은 비교예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도.1A-1B are front perspective views of a manipulator adjustment device in accordance with an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are rear perspective views of the manipulator adjustment apparatus shown in FIG. 1A; FIG.
3 is a conceptual view showing an automatic alignment state of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG.
FIG. 4A is a conceptual diagram showing a state in which the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A is worn by both arms, and FIG. 4B is a state diagram showing a folding function of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG.
5 is a detailed view of the manipulator adjustment device shown in Fig.
6A and 6B are diagrams showing the inward / outward rotation of the shoulders and the inward / outward rotation of the lower arm, respectively.
7A and 7B are a sectional view and a perspective view of a guide module according to an embodiment of the present invention;
8A to 8C are operational state diagrams of the guide module shown in FIG.
9 is a view of a wear state of a manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention.
10 is a wearing state of the manipulator adjusting device according to the comparative example.

이하, 본 발명에 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, a guide module of the manipulator adjusting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

매니퓰레이터 조정장치는 사람이 옷처럼 입는 것이기 때문에 착용시 저항감이 없어야 한다. 착용시 저항감이 없으려면 외골격 구조의 기구학이 사람의 기구학을 모사하여야 한다. 기구학의 불일치는 매니퓰레이터 조정장치와 착용자의 회전축 불일치로 이어져 저항감을 주게된다. Manipulator adjustment devices should be resistant to wear when people wear it because they are worn like clothes. To avoid resistance when worn, the kinematics of the exoskeleton structure should simulate human kinematics. The inconsistency of the kinematics leads to a mismatch of the rotation axis of the manipulator control device and the wearer, which gives resistance.

사람의 팔은 손을 제외하고 어깨 3자유도 ,팔꿈치 1자유도, 손목 3자유도 로 총 7자유도로 표현해왔지만 실제 사람의 어깨는 견갑대에 의해 많은 자유도를 갖는다. 7자유도를 갖는 매니퓰레이터에 명령(Command)을 내리려면 7자유도의 입력장치(Master device)면 충분하지만 외골격 구조가 7자유도만 갖는 다면 사람과 외골격 구조의 Closed kinematic chain에 의해 제한된 작업가능범위 (Workspace)를 갖는다. A person's arm has expressed a total of seven degrees of freedom, with three degrees of freedom on the shoulder, one degree of freedom of the elbow, and three degrees of freedom of the wrist, except for the hand. If a 7-degree-of-freedom master device is sufficient to issue a command to a 7-degree-of-freedom manipulator, the workspace limited by the closed kinematic chain of human and exoskeletal structures, if the exoskeleton structure has only 7 degrees of freedom, .

사람 팔은 전통적으로 어깨를 3자유도를 갖는 Ball and Socket joint로, 팔꿈치는 1자유도를 갖는 Hinge joint로, 3자유도를 갖는 손목으로 모델링해왔다. 하지만 사람의 어깨는 견갑대(Shoulder girdle)라는 구조와 연결되어 있으며 어깨의 움직임은 견갑대의 움직임에 제한을 받는다. 견갑대는 흉쇄관절, 견쇄관절, 견흉관절로 이루어져 있으며 견갑대의 움직임에 의해 상완관절 중심이 이동하게 된다. 사람팔을 7자유도로 모델링 할 경우 상완관절 중심이 움직이지 않는다고 가정하였기 때문에 매니퓰레이터 조정장치의 모델로는 적합하지 않다. 견갑대의 흉쇄관절과 견쇄관절은 각 3 자유도를 가지고 견흉관절은 5자유도를 가진다. 흉쇄관절과 견쇄관절, 견흉관절의 움직임에 따라 상완관절의 중심(CGH : Center of Glenohumeral Joint)이 움직이게 된다.The human arm has traditionally been modeled as a ball and socket joint with three degrees of freedom in shoulder, and a hinge joint with one degree of freedom in elbow, with wrists with three degrees of freedom. However, the human shoulder is connected to the structure called shoulder girdle, and the movement of the shoulder is limited by the movement of the shoulder arm. The scapula consists of the sternoclavicular joint, the clavicular joint, and the clavicular joint, and the center of the shoulder joint moves due to the movement of the shoulder arm. It is not suitable as a model for a manipulator adjustment system because it is assumed that the center of the humeral joint does not move when the human arm is modeled by 7 degrees of freedom. The sternoclavicular and clavicular joints of the scapula have three degrees of freedom, and the pelvic joints have five degrees of freedom. The Center of Glenohumeral Joint (CGH) moves according to the movement of the sternoclavicular joint, the clavicular joint, and the pelvic joint.

이하, 도면을 참조하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a more detailed description will be given with reference to the drawings.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 전면 사시도들이고, 도 2a 내지 도 2b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 후면 사시도들이고, 도 3은 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 자동 정렬 상태를 도시한 개념도이다. FIGS. 1A through 1B are front perspective views of a manipulator adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2A through 2B are rear perspective views of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A, Fig. 8 is a conceptual diagram showing an automatic alignment state of the adjustment device.

그리고, 도 4a는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 양팔 착용 상태를 도시한 개념도이고, 도 4b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 접이식 기능을 도시한 상태도이다. 그리고, 도 5는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 상세 도면이다.FIG. 4A is a conceptual view showing the state where the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A is worn by both arms, and FIG. 4B is a state diagram showing a folding function of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A. 5 is a detailed view of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 매니퓰레이터 조정장치(100)는 지지부(110)와 관절부들(120, 130, 140, 150, 160) 및 암부(170)를 포함한다.1 to 5, the manipulator adjusting apparatus 100 includes a support 110, joints 120, 130, 140, 150, 160, and a arm 170. [

지지부(110)는 사용자의 척추와 평행하도록 형성될 수 있다. 지지부(110)는 사용자의 등에 장착되는 데, 이 때, 사용자에게 고정될 수 있도록 하나 이상의 고정 유닛들을 포함할 수 있다.The support 110 may be formed to be parallel to the user's spine. The support 110 may be mounted on the back of the user, which may include one or more fixed units to be fixed to the user.

관절부들(120, 130, 140, 150, 160)은 지지부(110)에서 암부(170)까지 연결되는데, 암부(170)를 제외한 나머지 부분의 자유도가 최대 8개가 되도록 이루어질 수 있다.The joint parts 120, 130, 140, 150 and 160 are connected from the support part 110 to the arm part 170. The remaining parts except for the arm part 170 may have a maximum of eight degrees of freedom.

관절부들(120, 130, 140, 150, 160)은 제1축을 기준으로 회전가능하게 상기 지지부(110)에 결합되는 제1 관절부(120)와, 제2축을 기준으로 회전가능하게 상기 제1 관절부(120)에 결합되는 제2 관절부(130)와, 상기 제2 관절부(130)에 대하여 왕복이동할 수 있도록 결합되고, 서로 다른 두개의 축을 기준으로 회전가능하게 형성되는 복합 관절부(140)와, 상기 복합 관절부(140)에 대하여 회전가능하게 결합되는 제3 관절부(150) 및 상기 제3 관절부(150)에 대하여 회전가능하게 결합되는 제4 관절부(160)를 포함할 수 있다. The joint parts 120, 130, 140, 150, and 160 include a first joint part 120 coupled to the support part 110 so as to be rotatable about a first axis, A complex joint part 140 coupled to the second joint part 130 so as to reciprocate relative to the second joint part 130 and rotatable with respect to two different axes, A third joint part 150 rotatably coupled to the complex joint part 140 and a fourth joint part 160 rotatably coupled to the third joint part 150. [

복합 관절부(140)는 제2 관절부(130)에 대하여 왕복이동할 수 있도록 결합되는데, 제1 탄성 멤버(131)에 의해 서로 연결될 수 있다. 탄성 멤버는 일 예로, 스프링과 같은 탄성 수단을 들 수 있다. 이로 인해, 사용자마다 어깨의 길이가 다르더라도 이를 보상할 수 있다. The composite joint part 140 is coupled to the second joint part 130 so as to reciprocate, and may be connected to each other by the first elastic member 131. The elastic member may be, for example, an elastic means such as a spring. This makes it possible to compensate for the difference in shoulder length for each user.

그리고, 탄성 멤버의 복원력에 의해 사용하지 않는 경우 매니퓰레이터 조정장치(100)가 자동으로 정렬될 수 있다. And, due to the restoring force of the elastic members, the manipulator adjusting apparatus 100 can be automatically aligned when not in use.

암부(170)는 제4 관절부(160)에 대하여 회전가능하게 결합될 수 있으며, 암부(170)는 제4 관절부(160)에 대하여 왕복이동 가능하게 결합된다. 암부(170)는 제4 관절부(160)와 제2 탄성 멤버(161)에 의해 서로 연결될 수 있다. 탄성 멤버는 일 예로, 스프링과 같은 탄성 수단을 들 수 있다. 이로 인해 자유도가 1만큼 늘어난다. 또한, 사용자마다 팔의 길이가 다르더라도 이를 보상할 수 있으며, 탄성 멤버의 복원력에 의해 매니퓰레이터 조정장치(100)가 자동으로 정렬될 수 있다. The arm 170 is rotatably coupled to the fourth joint 160 and the arm 170 is coupled to the fourth joint 160 in a reciprocating manner. The arm portion 170 may be connected to each other by the fourth joint 160 and the second elastic member 161. The elastic member may be, for example, an elastic means such as a spring. This increases the degree of freedom by one. In addition, even if the lengths of the arms are different for each user, it can be compensated for, and the manipulator adjusting apparatus 100 can be automatically aligned by the restoring force of the elastic members.

그리고, 제4 관절부(160)의 양단에는 액츄에이터(151만 도시됨)를 형성될 수 있으며, 매니퓰레이터에서 감지된 암부(170)와 제3 관절부(150)의 회전에 의한 반력이 사용자에게 전달될 수 있다. 즉, 암부(170), 제3 관절부(150) 및 제4 관절부(160)는 능동 관절이 될 수 있다.A reaction force due to the rotation of the arm 170 and the third joint 150 sensed by the manipulator may be transmitted to the user. The actuator 170 may be provided at both ends of the fourth joint 160, have. That is, the arm portion 170, the third joint portion 150, and the fourth joint portion 160 may be active joints.

제2 관절부(130)는 사용자의 어깨 위치와 동일한 위치에서 좌측 또는 우측을 향하여 회전가능하게 형성된다. 제2 관절부(130)를 사용자의 좌측 어깨에 근접시키면 암부(170)를 사용자의 왼팔에 착용시킬 수 있으며, 제2 관절부(130)를 사용자의 우측 어깨에 근접시키면 암부(170)를 사용자의 오른팔에 착용시킬 수 있다. 이로 인해, 사용자가 왼손잡이나 오른손잡이 이더라도 매니퓰레이터 조정장치(100)를 착용할 수 있다.The second joint part 130 is rotatably formed to the left or right at the same position as the shoulder position of the user. When the second joint part 130 is brought close to the user's right shoulder, the arm part 170 can be worn on the user's right arm. . Thus, the manipulator adjusting apparatus 100 can be worn even if the user is left-handed or right-handed.

그리고 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 관절부(120) 내지 제4 관절부(160)가 각각 회전가능하게 형성됨으로써, 매니퓰레이터 조정장치(100)의 접이식 구조를 가능하게 한다.As shown in FIG. 4B, the first to fourth joints 120 to 160 are rotatably formed, thereby enabling the folding structure of the manipulator adjusting apparatus 100.

암부(170)는 상기 제4 관절부(160)에 대하여 회전가능하게 결합되는 제1 암 멤버(171)와, 상기 제1 암 멤버(171)가 가이드(172a)를 따라 회동할 수 있도록 상기 제1 암 멤버(171)가 결합되는 제1 가이드 멤버(172)와, 상기 제1 가이드 멤버(172)에 대하여 회전가능하게 결합되는 제2 가이드 멤버(173) 및 상기 제2 가이드 멤버(173)의 가이드를 따라 회동할 수 있도록 결합되는 제2 암 멤버(174)를 포함할 수 있다.The arm portion 170 includes a first arm member 171 rotatably coupled to the fourth joint portion 160 and a second arm member 171 rotatably coupled to the first arm member 171 so that the first arm member 171 can rotate along the guide 172a. A first guide member 172 to which the arm member 171 is coupled, a second guide member 173 rotatably coupled to the first guide member 172, And a second arm member 174 coupled to be pivotable along the first arm member 174.

그리고, 제2 암 멤버(174)는 서로 다른 두 축을 기준으로 회전가능하게 형성되는데, 이로 인해 매니퓰레이터 조정장치(100)는 총 13 자유도를 가질 수 있다.In addition, the second arm member 174 is rotatable with respect to two different axes, whereby the manipulator adjusting device 100 can have a total of 13 degrees of freedom.

제1 암 멤버(171), 제1 가이드 멤버(172)와 제2 가이드 멤버(173)의 양단에 액츄에이터(172c만 도시함)를 형성될 수 있으며, 이로 인해, 매니퓰레이터에서 감지된 반력이 사용자에게 전달될 수 있다. 즉, 제1 암 멤버(171), 제2 암 멤버(174), 제1 가이드 멤버(172)와 제2 가이드 멤버(173)는 각각 능동 관절이 된다.An actuator 172c may be formed at both ends of the first arm member 171 and the first guide member 172 and the second guide member 173 so that the reaction force detected by the manipulator is transmitted to the user Lt; / RTI > That is, the first arm member 171, the second arm member 174, the first guide member 172, and the second guide member 173 become active joints, respectively.

제1 가이드 멤버(172)와 제2 가이드 멤버(173)는 각각 반원형으로 형성되는 가이드부(172a만 도시함)와 가이드 모듈(172a)의 양단에서 연장되는 지지프레임(172b만 도시함)을 포함할 수 있다. 그리고, 지지프레임(172b)에 암부(170)를 구성하는 멤버들이 결합될 수 있다.The first guide member 172 and the second guide member 173 each include a guide portion 172a formed only in a semicircular shape and a support frame 172b extending from both ends of the guide module 172a can do. Members constituting the arm portion 170 may be coupled to the support frame 172b.

가이드 모듈(172a)에는 다른 멤버들(일 예로, 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174))이 결합되는데, 가이드 모듈(172a)는 그루브부(1723)를 구비하여 다른 멤버들이 그루브부(1723)에 삽입될 수 있다. 그루브부(1723)는 가이드 모듈(172a)를 따라 반원형으로 연장되어 다른 멤버들(171, 174)이 그루브부(1723)를 따라 이동할 수 있다. 이러한 이동에 의해 다른 멤버들(171, 174)이 회전할 수 있다.Other members (for example, the first arm member 171 or the second arm member 174) are coupled to the guide module 172a. The guide module 172a includes a groove portion 1723 to allow other members to be connected. It may be inserted into the groove portion 1723. The groove portion 1723 extends in a semicircle along the guide module 172a so that other members 171 and 174 may move along the groove portion 1723. This movement allows the other members 171, 174 to rotate.

도 6a와 도 6b는 각각 사람의 어깨 내/외회전 및 아래팔의 회내/외전을 도시한 도면이다.FIGS. 6A and 6B are views showing the inward / outward rotation of the shoulders and the inward / outward rotation of the lower arm, respectively.

사람의 몸에 착용할 외골격 로봇에서 사람 팔의 뼈 방향 축을 기준으로 내/외회전이 요구되며, 내륜에는 물체, 즉 사람 신체(팔)이 존재하므로 일반적으로 외륜 회전을 통해 축 방향 회전을 수행하게 된다. 기존 전기 모터를 사용한 외골격 로봇의 경우 어깨의 내/외회전과 아래팔의 회내/외전을 풀리와 벨트, 혹은 케이블을 이용하여 원형 실린더를 돌리는 방법으로 사용되었다. 하지만, 이 경우 복수의 회전을 하기가 어렵고, 설계가 복잡해지는 단점이 있다. 이하, 본 발명에 실시예들에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈을 이용하여 매니퓰레이터(manipulator) 조정장치의 암(arm) 멤버를 회전시키는 구조를 살펴보기로 한다.Since the exoskeleton robot to be worn on the human body requires inner / outer rotation based on the bone axis direction of the human arm and an object, that is, the human body (arm) exists on the inner ring, the axial rotation is generally performed through the outer ring rotation . In the case of an exoskeleton robot using an existing electric motor, the inner and outer rotation of the shoulder and the inward / outward rotation of the lower arm were used as a method of rotating a circular cylinder using a pulley, a belt, or a cable. However, in this case, it is difficult to make a plurality of revolutions and the design becomes complicated. Hereinafter, a structure for rotating the arm member of the manipulator adjustment device using the guide module of the manipulator adjustment device according to the embodiments of the present invention will be described.

도 7a와 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도와 사시도이고, 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시한 가이드 모듈의 동작 상태도들이다. FIGS. 7A and 7B are a sectional view and a perspective view of a guide module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 8A to 8C are operational state diagrams of the guide module shown in FIG.

그리고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도이고, 도 10은 비교예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도이다.FIG. 9 is a view of a manipulator control apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view of a manipulator control apparatus according to a comparative example.

도 7a 내지 도 8c를 참조하면, 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈(172a)은 가이드(1721), 피스톤(1726) 및 유출입부(1724, 1725)를 포함할 수 있다.7A-8C, the guide module 172a of the manipulator adjustment device may include a guide 1721, a piston 1726, and an outlet 1724, 1725.

가이드(1721)는 내부에 실린더(1722)를 구비하며 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 가이드(1721)는 반원 형상으로 이루어질 수 있다.The guide 1721 may have a circular arc shape with a cylinder 1722 therein. Further, the guide 1721 may be formed in a semicircular shape.

피스톤(1726)은 가이드(1721)의 실린더(1722)에 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 가이드(1721)를 따라 회전가능하게 형성될 수 있다. 피스톤(1726)에 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)가 결합될 수 있는데, 이로 인해, 피스톤(1726)이 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전시킬 수 있다. 그리고, 피스톤(1726)은 자석을 구비하는데, 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)의 체결부(1727)가 피스톤(1726)의 자석에 자기 결합된다.The piston 1726 may be inserted into the cylinder 1722 of the guide 1721 to be rotatable along the guide 1721 when the gas is introduced or discharged. A first arm member 171 or a second arm member 174 can be coupled to the piston 1726 so that the piston 1726 can be coupled to the first arm member 171 or the second arm member 174 . The piston 1726 is provided with a magnet such that the first arm member 171 or the fastening portion 1727 of the second arm member 174 is magnetically coupled to the magnet of the piston 1726.

피스톤(1726)은 실린더(1722)의 내주에 대응하는 두께(실린더 중공의 지름에 대응)를 가질 수 있다. 이로 인해, 피스톤(1726)은 실린더(1722)의 제1측에서 제2측으로 가스가 통과하는 것을 막을 뿐만 아니라, 실린더(1722)의 제2측에서 제1측으로 가스가 통과하는 것을 막을 수 있다.The piston 1726 may have a thickness corresponding to the inner circumference of the cylinder 1722 (corresponding to the diameter of the cylinder hollow). As a result, the piston 1726 prevents gas from passing from the first side of the cylinder 1722 to the second side, as well as from passing the gas from the second side of the cylinder 1722 to the first side.

가이드(1721)의 외주에는 그루브부(1723)가 형성된다. 그루브부(1723)는 가이드(1721)의 일면에서 내측으로 리세스된 부분으로써, 체결부(1727)가 그루브부(1723)에 삽입되어 이동하도록 형성된다.A groove portion 1723 is formed on the outer periphery of the guide 1721. The groove portion 1723 is a portion recessed inwardly from one surface of the guide 1721 so that the engaging portion 1727 is inserted into the groove portion 1723 and is formed to move.

체결부(1727)는 자성체로 이루어지고, 가이드(1721)의 외주 즉, 실린더(1722)와 그루브부(1723)를 구획하는 가이드(1721)의 하우징은 비자성체로 형성된다. 비자성체는 자계에 영향을 받지 않아 자화가 되지 않는 물질로, 상자성 물질과 반자성 물질을 포함한다. 비자성체의 비투자율은 1에 가까운 값이며, 자계에 의해 거의 힘을 받지 않는다. 비자성체로서, Al, Cu, Sn 등이 사용될 수 있다.The housing of the guide 1721 for partitioning the outer periphery of the guide 1721, that is, the cylinder 1722 and the groove portion 1723, is formed of a non-magnetic material. Nonmagnetic materials are substances that are not magnetized and are not affected by magnetic fields. They include paramagnetic materials and semi-magnetic materials. The nonmagnetic permeability of the nonmagnetic material is close to 1, and is hardly affected by the magnetic field. As the non-magnetic material, Al, Cu, Sn and the like can be used.

유출입부(1724, 1725)는 가스가 실린더(1722)에 유입되거나, 실린더(1722)로부터 배출되도록 실린더(1722)에 형성될 수 있다. 유출입부(1724, 1725)는 가이드(1721)의 내외주를 관통하여 실린더(1722)에 연통될 수 있다. 유출입부(1724, 1725)를 통한 가스의 유입과 배출은 별도로 구비된 제어부에 의해 이루어질 수 있다.The outflow portions 1724 and 1725 can be formed in the cylinder 1722 so that gas is introduced into the cylinder 1722 or discharged from the cylinder 1722. [ The inflow / outflow portions 1724 and 1725 can communicate with the cylinder 1722 through the inner and outer circumference of the guide 1721. The inflow and outflow of the gas through the inflow / outflow portions 1724 and 1725 can be performed by a separate control unit.

이러한 유출입부(1724, 1725)는 가이드(1721)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 제1측에 제1 유출입부(1724)가 형성되고, 제2측에 제2 유출입부(1724, 1725)가 형성될 수 있다. These inlet and outlet portions 1724 and 1725 can be formed at both ends of the guide 1721, respectively. A first outlet 1724 may be formed on the first side and a second outlet 1724 and 1725 may be formed on the second side.

제1측 유출입부(1724)에 가스가 유입되면 실린더(1722) 내부의 피스톤(1726)을 제2측을 향하여 밀어내고, 이로 인해 피스톤(1726)이 회전할 수 있다. 이 때, 제2측 유출입부(1725)에서는 가스가 배출되게 된다. 이와 반대로, 제2측 유출입부(1725)에 가스가 유입되면 실린더(1722) 내부의 피스톤(1726)을 제1측을 향하여 밀어내고, 이로 인해 피스톤(1726)이 회전할 수 있다. 이 때, 제1측 유출입부(1724)에서는 가스가 배출되게 된다. When the gas flows into the first side inflow / outflow portion 1724, the piston 1726 in the cylinder 1722 is pushed toward the second side, and thereby the piston 1726 can rotate. At this time, the gas is discharged from the second side inflow / outflow portion 1725. On the contrary, when the gas flows into the second side inflow / outflow portion 1725, the piston 1726 in the cylinder 1722 is pushed toward the first side, and thereby the piston 1726 can rotate. At this time, gas is discharged from the first side inflow / outflow portion 1724.

피스톤(1726)의 회전에 따라 피스톤(1726)과 자기 결합되는 체결부(1727)가 함께 이동하고, 체결부(1727)는 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)와 결합되므로 결국, 피스톤(1726)의 회전에 따라 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)가 가이드(1721)부를 따라 회전할 수 있게 된다.As the piston 1726 rotates, the locking portion 1727 magnetically coupled with the piston 1726 moves together and the locking portion 1727 is engaged with the first arm member 171 or the second arm member 174 As a result, the first arm member 171 and the second arm member 174 can rotate along the guide 1721 as the piston 1726 rotates.

또한, 그루브부(1723)의 양측에는 걸림부(1722a)들이 형성될 수 있다. 걸림부(1722a)들은 체결부(1727)의 움직임을 제한할 수 있게 형성된다. 이로 인해, 피스톤(1726)에 결합된 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전 정도를 조절할 수 있다.Engagement portions 1722a may be formed on both sides of the groove portion 1723. [ The engaging portions 1722a are formed so as to restrict the movement of the engaging portions 1727. [ The degree of rotation of the first arm member 171 and the second arm member 174 coupled to the piston 1726 can be adjusted.

이와 같이, 제1측 또는 제2측 유출입부(1724, 1725)를 통해 실린더(1722)에 유입되거나 실린더(1722)에서 배출되는 가스를 제어함으로써, 도 9에 도시된 바와 같이, 피스톤(1726)에 결합된 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전시킬 수 있다.As such, by controlling the gas flowing into or out of the cylinder 1722 through the first or second side inlets 1724 and 1725, the piston 1726 is shown in FIG. 9. The first arm member 171 or the second arm member 174 coupled thereto may be rotated.

본 발명은 도 10에 도시된 비교예와 달리, 도 9에 도시된 바와 같이, 가이드 모듈을 반원형으로 형성함으로써, 사용자에게 착용이 용이하도록 하였고, 사용자의 보다 자연스러운 움직임이 가능하도록 하였다.Unlike the comparative example shown in Figure 10, the present invention, as shown in Figure 9, by forming a guide module in a semi-circular shape, it is easy to wear to the user, and more natural movement of the user is possible.

상기와 같이 설명된 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The guide module of the manipulator control apparatus described above can be applied to a configuration and a method of the embodiments described above in a limited manner, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively And may be configured in combination.

Claims (6)

매니퓰레이터(manipulator) 조정장치의 암(arm) 멤버를 회전시키는 가이드 모듈에 있어서,
내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드;
상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 상기 실린더 외주에 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤; 및
상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함하고,
상기 피스톤은 자석을 구비하고, 상기 암 멤버는 상기 자석과 자기 결합하는 체결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.A guide module for rotating an arm member of a manipulator adjusting device,
An arc-shaped guide having a cylinder therein;
A piston which rotates an arm member which is coupled to the outer circumference of the cylinder when a part of the cylinder is inserted into the cylinder and the gas is introduced or discharged; And
And an outlet formed in the cylinder so that the gas flows into the cylinder or is discharged from the cylinder,
The piston is provided with a magnet, and the arm member has a guide module of the manipulator adjusting device, characterized in that it has a fastening portion for magnetic coupling with the magnet. 제1항에 있어서,
상기 가이드 외주에 일면에서 내측으로 리세스되는 그루브부가 형성되고,
상기 체결부는 상기 그루브부를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.The method of claim 1,
A groove portion recessed inward from one surface is formed on the outer periphery of the guide,
And the fastening part moves along the groove part. 제2항에 있어서,
상기 그루브부와 상기 실린더를 구획하는 가이드의 외주는 비자성체(non-magnetic material)로 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.3. The method of claim 2,
A guide module of the manipulator adjusting device, characterized in that the outer circumference of the guide partitioning the groove portion and the cylinder is made of a non-magnetic material. 제3항에 있어서,
상기 그루브부의 양측에 상기 체결부의 움직임을 제한하도록 형성되는 걸림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.The method of claim 3,
The guide module of the manipulator adjusting device, characterized in that it further comprises a locking portion formed on both sides of the groove portion to limit the movement of the fastening portion. 제1항에 있어서,
상기 유출입부는 상기 가이드의 양단에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.The method of claim 1,
Wherein the outlet and the outlet are formed at both ends of the guide, respectively. 제4항에 있어서,
상기 피스톤은 상기 실린더의 내주에 대응하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.5. The method of claim 4,
And the piston has a thickness corresponding to the inner circumference of the cylinder.
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