KR101408415B1 - Joint actuator for wearable robot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관절의 동작을 보조하는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것으로, 특히 장치의 폭을 감소시킴으로써 안전사고를 방지하고 사용 편리성을 향상시키는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 동력전달 거리가 짧아서 동력손실이 작고 및 기어에 의한 백래쉬 현상을 최소화하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a joint drive device for a wearable robot that assists the operation of a joint, and more particularly, to a joint drive device for a wearable robot for preventing safety accidents and improving usability by reducing the width of the device. Further, the present invention relates to a joint drive device for a wearable robot, which is characterized in that the power transmission distance is short and the power loss is small and the backlash phenomenon caused by the gear is minimized.

Description

착용형 로봇의 관절 구동장치{Joint actuator for wearable robot}[0001] Joint actuator for wearable robot [0002]

본 발명은 관절의 동작을 보조하는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장치의 폭을 감소시킴으로써 안전사고를 방지하고 사용 편리성을 향상시키는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a joint driving device for a wearable robot for assisting the operation of a joint, and more particularly to a joint driving device for a wearable robot for preventing a safety accident by reducing the width of the device, will be.

또한, 본 발명은 동력전달 거리가 짧아서 동력손실이 작고 및 기어에 의한 백래쉬 현상을 최소화하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치에 관한 것이다.
Further, the present invention relates to a joint drive device for a wearable robot, which is characterized in that the power transmission distance is short and the power loss is small and the backlash phenomenon caused by the gear is minimized.

최근 인체에 착용을 함으로써 상지(upper limb)의 주관절이나 견관절 및 하지(lower limb)의 고관절이나 슬관절을 비롯한 여러 주요 관절에 다양한 목적을 위해 보조력을 제공하는 착용형 로봇 관절 구동장치가 제공되고 있다.Recently, wearable robotic joint driving devices have been provided that provide an assist force for various purposes to various major joints including the upper limb limbs and the lower limbs of the upper limb by wearing them on the human body .

그러나 종래의 착용형 로봇의 관절 구동장치는 일반적으로 길이 방향으로 긴 형상으로 이루어져 있기 때문에 이를 구동시키는 장치를 더 이상 길이 방향에 추가하기 어렵고, 그에 따라 폭 방향에 추가하면 이때는 폭의 두께가 두꺼워지면서 외측으로 많이 돌출되어 있다.However, since the conventional joint driving apparatus of the wearable type robot is generally formed in a long shape in the longitudinal direction, it is difficult to further increase the device for driving the joint driving device in the longitudinal direction, and accordingly, in the width direction, And is projected to the outside.

따라서, 착용형 로봇을 입고 활동할 때에 주변 사물이나 사람과 부딪힐 가능성이 높아 주변 사물은 물론 당해 장치의 파손 위험이 있고 착용자나 주위 통행자의 부상 위험이 있어서 사용시 동작범위를 제한하는 주요 요인으로 작용하였다.Therefore, when wearing a wearable robot, there is a high possibility of colliding with surrounding objects or people, and there is a danger of damage to the surrounding objects as well as the apparatus, and there is a risk of injuring the wearer or the surrounding passengers. .

이에, 한국공개특허 제2010-0022983호에서 길이 방향으로 짧은 플랫 타입의 구동장치를 제안하였지만, 출력대비 부피 및 무게 효율이 떨어지고 종류가 몇 가지로 제한되어 원하는 구동장치를 사용하지 못하는 단점이 있었다.Thus, Korean Utility Model Publication No. 2010-0022983 proposes a short flat type driving device in the longitudinal direction, but has a disadvantage in that the volume and weight efficiency of the output is inferior and the number of types is limited.

또한, 한국등록특허 제0716597호와 한국공개특허 제2011-0104781호에서 관절 외부에 액추에이터를 설치하고 와이어를 이용하여 동력을 전달하거나, 한국공개특허 제2010-0044359호에서 베벨 기어를 이용하여 프레임 길이방향으로 액추에이터를 설치하여 두께를 최소화하려는 시도가 있었으나, 동력 전달 거리가 멀고 백래쉬(backlash)가 많이 발생하여 동력전달 효율이 떨어지는 단점이 있었다.
In Korean Patent No. 0716597 and Korean Patent Publication No. 2011-0104781, an actuator is installed outside a joint and power is transmitted using a wire. In Korean Patent Publication No. 2010-0044359, a frame length However, there is a disadvantage in that the power transmission distance is long and the backlash is large and the power transmission efficiency is low.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 장치의 폭을 감소시킴은 물론, 동력손실이 작고 및 기어에 의한 백래쉬 현상을 최소화하는 착용형 로봇의 관절 구동장치를 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a wearer-type joint driving apparatus which reduces a width of a device and minimizes a power loss and a backlash caused by a gear.

이를 위해 본 발명에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치는 인체에 착용되며 기본 골조가 되는 메인 프레임 및 상기 메인 프레임에 설치되며 시계방향 또는 반시계 방향으로 회동되어 인체의 동작을 보조하는 구동 프레임을 구비한 프레임부와; 상기 프레임부의 폭을 형성하는 면에 설치되어 있으며, 상기 프레임부의 폭에 대해 직교하는 길이 방향을 축심으로 하여 회전하는 회전 구동력을 제공하여 상기 구동 프레임을 작동시키는 액츄에이터; 및 상기 액츄에이터의 회전 구동력을 상기 프레임부의 길이 방향의 직선왕복운동으로 변환시켜 상기 구동 프레임이 회동되도록 구동시키는 동력 전달부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the apparatus for driving a joint of a wearable robot according to the present invention comprises a main frame to be worn on the human body and serving as a basic frame, and a driving frame installed on the main frame and rotated clockwise or counterclockwise to assist the movement of the human body A frame portion; An actuator installed on a surface forming the width of the frame portion and operating the driving frame by providing a rotational driving force that rotates about the longitudinal direction orthogonal to the width of the frame portion as an axis; And a power transmission unit that converts the rotational driving force of the actuator into a linear reciprocating motion in the longitudinal direction of the frame unit and drives the driving frame to rotate.

이때, 상기 프레임부는 상기 메인 프레임과; 상기 메인 프레임의 일측면에 고정 결합되거나 또는 상기 메인 프레임의 양측면에 각각 고정 결합된 측면 프레임과; 상기 메인 프레임의 후방에 고정되며, 상기 액츄에이터가 설치되는 모터 하우징; 및 상기 구동 프레임;을 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the frame unit includes the main frame; A side frame fixedly coupled to one side of the main frame or fixedly coupled to opposite sides of the main frame, respectively; A motor housing fixed to the rear of the main frame and having the actuator installed therein; And the driving frame.

또한, 상기 액츄에이터는 회동축을 구비한 모터; 및 상기 모터의 회동축에 연결되며 상기 모터의 출력을 감속하여 상기 동력 전달부에 제공하는 감속기;를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the actuator includes a motor having a pivot shaft; And a speed reducer connected to the rotation shaft of the motor and decelerating the output of the motor to provide the reduced power to the power transmission unit.

또한, 상기 액츄에이터는 상기 모터의 제어신호를 제공하는 엔코더를 포함하고, 상기 동력 전달부는 상기 구동 프레임의 회동 각도를 검출하여 상기 엔코더에 제공하는 검출센서를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the actuator includes an encoder for providing a control signal of the motor, and the power transmission unit includes a detection sensor for detecting a rotation angle of the drive frame and providing the rotation angle to the encoder.

또한, 상기 동력 전달부는 상기 액츄에이터의 출력단에 연결된 구동 풀리와; 연결수단을 통해 상기 구동 풀리에 연결된 종동 풀리와; 상기 종동 풀리에 의해 공회전하는 볼 스크류와; 상기 볼 스크류의 회전 구동력을 직선왕복운동으로 변환하도록 상기 볼 스크류에 나사 결합된 볼 너트와; 상기 볼 너트에 연결되어 상기 볼 너트와 함께 직선왕복운동을 하며, 단부에는 캠 팔로워가 회동축 핀에 의해 회동 가능하게 결합되어 있는 제1 구동 링크와; 상기 인체의 관절 중심점에 대응하는 상기 프레임부의 일측에 설치된 힌지 조인트와; 상기 힌지 조인트에 힌지 방식으로 회동가능하게 결합되고, 일단부에 형성된 캠 슬롯에는 상기 캠 팔로워가 끼워져 이동하며, 타단부에는 상기 구동 프레임이 연결된 제2 구동 링크;를 포함하는 것이 바람직하다.The power transmission unit includes a drive pulley connected to an output end of the actuator; A driven pulley connected to the drive pulley through a connecting means; A ball screw idling by the driven pulley; A ball nut screwed to the ball screw to convert the rotational driving force of the ball screw into a linear reciprocating motion; A first driving link connected to the ball nut and performing a linear reciprocating motion together with the ball nut and having a cam follower rotatably coupled to the cam follower at an end thereof; A hinge joint provided at one side of the frame portion corresponding to a joint center point of the human body; And a second driving link coupled to the hinge joint so as to be rotatable in a hinged manner and having the cam follower inserted into the cam slot formed at one end thereof and the driving frame connected to the other end thereof.

또한, 상기 프레임부에는 상기 볼 너트의 직선왕복운동 방향을 따라 슬라이드 레일이 설치되어 있고, 상기 볼 너트는 상기 슬라이드 레일에 연결되어 직선왕복운동이 안내되는 것이 바람직하다.Preferably, the frame portion is provided with a slide rail along a linear reciprocating motion direction of the ball nut, and the ball nut is connected to the slide rail to guide a linear reciprocating motion.

또한, 상기 제2 구동 링크의 일단부에 형성된 상기 캠 슬롯은 상기 인체의 관절 동작 특성에 따라 형성 위치 및 형상이 조절되어 있는 것이 바람직하다.
Preferably, the cam slot formed at one end of the second driving link is formed and shaped according to a joint operation characteristic of the human body.

이상과 같은 본 발명의 착용형 로봇의 관절 구동장치는 장치의 폭을 감소시킨다. 따라서, 동작이 자유로우므로 안전사고를 방지하고 사용 편리성을 향상시킨다. 또한, 본 발명은 동력전달 거리가 짧아서 동력손실이 작고 및 기어에 의한 백래쉬 현상을 최소화한다.
The joint driving apparatus of the wearable robot of the present invention as described above reduces the width of the apparatus. Therefore, the operation is free, thereby preventing a safety accident and improving usability. Further, since the power transmission distance is short, the present invention minimizes power loss and minimizes backlash caused by gears.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치의 동작 상태도이다.1 is a perspective view showing a joint driving device of a wearable robot according to the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a joint driving device of a wearable robot according to the present invention.
3 is an operational state diagram of a joint driving device of a wearable robot according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치에 대해 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a joint driving apparatus for a wearable robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 착용형 로봇의 관절 구동장치는 인체에 착용을 함으로써 상지(upper limb)의 주관절이나 견관절 및 하지(lower limb)의 고관절이나 슬관절을 비롯하여 다양한 주요 관절에 보조력을 제공하는 것으로, 치료나 각종 작업 혹은 임무 수행과 같은 다양한 목적으로 사용된다.First, the joint driving device of the wearable robot according to the present invention provides assistive force to various major joints including the upper limb of the upper limb, the lower limbs of the upper limb, , For various purposes such as treatment, various tasks, or mission performance.

예컨대, 고관절에 보조력을 제공하기 위해 사용할 경우 본 발명은 착용자의 다리 외측에 착용되며, 이때 힌지 조인트(35)는 착용자의 고관절 회전중심과 일치하고, 구동 프레임(44)은 착용자의 허벅지와 결합되어 모터(11)에서 발생한 구동력에 의해 착용자 허벅지를 들어올리거나 내릴 때 보조력을 제공한다.
For example, when used to provide an assist force to the hip joint, the present invention is worn outside the wearer's foot, wherein the hinge joint 35 coincides with the hip center of rotation of the wearer and the drive frame 44 engages the thigh of the wearer Thereby providing an assist force when lifting or lowering the wearer 's thigh by the driving force generated by the motor 11.

이를 위해 본 발명은 도 1 및 도 2와 같이 인체에 착용되고 기본 골조가 되는 메인 프레임(41) 및 상술한 구동 프레임(44)을 구비한 프레임부(41 내지 44)와, 회전 구동력을 제공하여 구동 프레임(44)을 작동시키는 액츄에이터(11 내지 13) 및 상기 액츄에이터(11 내지 13)의 회전 구동력을 직선왕복운동으로 변환시켜 구동 프레임(44)을 작동시키는 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)를 포함한다.To this end, the present invention comprises a main frame 41, which is worn on the human body as shown in Figs. 1 and 2, and frame portions 41 to 44 having the above-mentioned driving frame 44, Actuators 11 to 13 for actuating the drive frame 44 and power transmission parts 21 to 26 and 31 to 31 for actuating the drive frame 44 by converting the rotational drive force of the actuators 11 to 13 into a linear reciprocating motion, 35).

이러한 구성에 의하면 이상에서 설명한 바와 같이 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)를 통해 액츄에이터(11 내지 13)의 동력이 전달되어 구동 프레임(44)을 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회동시키고, 이와 같이 회동되는 구동 프레임(44)이 상지나 하지의 각종 주요 관절에 보조력을 제공한다.According to this configuration, as described above, the power of the actuators 11 to 13 is transmitted through the power transmitting portions 21 to 26 and 31 to 35 to rotate the driving frame 44 clockwise or counterclockwise, The driving frame 44 thus rotated provides an assist force to various main joints of the upper and lower limbs.

특히, 본 발명은 메인 프레임(41)을 포함한 프레임부(41 내지 44)의 폭이 좁아서 얇은 두께를 가지고 있는데, 이때 액츄에이터(11 내지 13)는 폭에 해당하는 좁은 면으로부터 외측으로 벗어나지 않도록 설치됨과 동시에 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35) 역시 폭에 해당하는 좁은 면 내에서 동력 전달이 이루어지므로 장치 전체가 좁은 폭을 유지한다.Particularly, in the present invention, the frame portions 41 to 44 including the main frame 41 are narrow and have a small thickness. At this time, the actuators 11 to 13 are installed so as not to deviate outward from the narrow side corresponding to the width At the same time, since the power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 also transmit power in a narrow plane corresponding to the width, the whole device maintains a narrow width.

또한, 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)의 각 구성들 간 동력 전달거리가 짧아서 동력손실이 작고, 아울러 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)에는 백래쉬(backlash)의 발생원인이 되는 기어나 풀리 등의 개수를 최소화하면서 동력을 전달할 수 있도록 구성되어 있어서 백래쉬 현상을 최소화한다.
Further, the power transmission distance between each of the power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 is short, so that the power loss is small, and the power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 are caused to generate backlash The number of gears, pulleys, and the like can be minimized to transmit the power, thereby minimizing the backlash phenomenon.

프레임부(41 내지 44)는 메인 프레임(41)과, 상기 메인 프레임(41)의 측면에 고정 결합된 측면 프레임(42)과, 메인 프레임(41)의 폭을 형성하는 후면에 고정된 모터 하우징(43) 및 구동 프레임(44)을 포함한다.The frame portions 41 to 44 include a main frame 41, a side frame 42 fixed to the side surface of the main frame 41 and a motor housing 42 fixed to the rear surface of the main frame 41, (43) and a drive frame (44).

이때, 메인 프레임(41)은 상지나 하지와 같은 인체의 특정 부위에 착용되는 기본 골조가 되는 것으로, 본 발명에 따른 관절 구동장치를 구성하는 각종 구성 부품들이 설치된다.At this time, the main frame 41 is a basic frame to be worn on specific parts of the human body such as the upper and lower legs, and various component parts constituting the joint driving device according to the present invention are installed.

측면 프레임(42)은 메인 프레임(41)의 일측면에 고정 결합되거나 또는 양측면에 각각 고정 결합되는 것으로, 그 내부에 설치된 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)의 구성이 외부로 노출되지 않게 함으로써 안전 사고를 방지한다.The side frames 42 are fixedly coupled to one side of the main frame 41 or are fixedly coupled to both sides of the main frame 41. The structures of the power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 provided inside the side frames 42 are exposed to the outside Prevent safety accidents by avoiding accidents.

다만, 도 1 및 도 2에서는 그 내부 구성이 잘 보이도록 양측면에 구비된 측면 프레임(42) 중 일측의 것을 제거한 상태로 도시했지만, 실제로는 메인 프레임(41)의 양측면에 각각 측면 프레임(42)이 고정 결합되어 있는 것이 바람직하다.However, the side frames 42 may be formed on both sides of the main frame 41. However, the side frames 42 may be formed on both sides of the main frame 41, Are preferably fixedly coupled.

모터 하우징(43)은 메인 프레임(41)의 후방으로 돌출되어 있는데, 이러한 모터 하우징(43)에는 후술할 액츄에이터(11 내지 13)가 설치된다. 모터 하우징(43)에는 관통공이 형성되어 있어서 액츄에이터(11 내지 13)의 모터축이 하측에서 상측으로 관통하여 조립된다.The motor housing 43 protrudes rearward of the main frame 41. The motor housing 43 is provided with actuators 11 to 13 to be described later. Through holes are formed in the motor housing 43 so that the motor shafts of the actuators 11 to 13 pass through from the lower side to the upper side.

구동 프레임(44)은 도 3에 도시된 바와 같이 시계방향 또는 반시계 방향으로 회동되어 인체의 동작을 보조하는 것으로, 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)에 의해 작동시 상지나 하지의 각종 주요 관절에 보조력(혹은 강화력)을 직접 제공한다.
The drive frame 44 is rotated in the clockwise or counterclockwise direction as shown in FIG. 3 to assisting the operation of the human body. The drive frame 44 is supported by the power transmitting portions 21 to 26 and 31 to 35, Provide assistive force (or strengthening force) directly to various major joints.

액츄에이터(11 내지 13)는 프레임부(41 내지 44)의 폭을 형성하는 면에 설치된다. 즉, 프레임부(41 내지 44)의 폭을 형성하는 후면을 따라 수직하게 세워져 설치되어 있어서 외측으로 돌출되지 않게 한다. 아울러 프레임부(41 내지 44)의 폭 방향과 나란한 방향으로 회전 구동력을 제공하여 구동 프레임(44)을 작동시키는 동력을 제공한다. The actuators 11 to 13 are provided on the surfaces forming the widths of the frame portions 41 to 44. That is, it is vertically installed along the rear surface forming the width of the frame portions 41 to 44 so as not to protrude outward. And provides rotational driving force in a direction parallel to the width direction of the frame portions 41 to 44 to provide power for operating the driving frame 44. [

이러한 액츄에이터(11 내지 13)는 회전력을 제공할 수만 있으면 다양한 구조가 적용될 수 있으나, 본 발명에서는 일 실시예로서 회동축(즉, 모터축)을 구비한 모터(11) 및 상기 모터(11)의 회동축에 연결되며 모터(11)의 출력을 감속하여 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)에 제공하는 감속기(12)를 포함한다.However, in the present invention, the motor 11 having the rotary shaft (i.e., the motor shaft) and the motor 11 having the rotary shaft (i.e., the motor shaft) may be used as the actuators 11 to 13, And a speed reducer (12) connected to the rotating shaft and reducing the output of the motor (11) to provide the power to the power transmitting portions (21 to 26 and 31 to 35).

또한, 모터(11)는 엔코더(13)에 의해 제어되는데, 이때 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)에는 구동 프레임(44)의 회동 각도를 검출하는 검출센서(27)가 설치되어 있어서, 엔코더(13)는 검출센서(27)에서 제공되는 검출값을 기준으로 모터(11)를 제어한다. 검출센서(27)는 이하에서 좀더 상세히 설명한다.
The motor 11 is controlled by the encoder 13. At this time, a detection sensor 27 for detecting the rotation angle of the drive frame 44 is installed in the power transmitting portions 21 to 26 and 31 to 35 , The encoder 13 controls the motor 11 on the basis of the detection value provided by the detection sensor 27. The detection sensor 27 is described in more detail below.

동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)는 액츄에이터(11 내지 13)의 회전 동력을 프레임부(41 내지 44)의 폭 방향과 나란하게 직선왕복운동으로 변환시켜 구동 프레임(44)에 전달한다. 따라서, 구동 프레임(44)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회동시킨다.The power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 convert the rotational power of the actuators 11 to 13 into a linear reciprocating motion in parallel with the width direction of the frame portions 41 to 44 and transmit them to the driving frame 44 . Therefore, the driving frame 44 is rotated clockwise or counterclockwise.

이러한 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)는 구동 풀리(21)와, 종동 풀리(22)와, 볼 스크류(23)와, 볼 너트(24)와, 제1 구동 링크(31)와, 힌지 조인트(35) 및 제2 구동 링크(34)를 포함한다. 또한, 필요에 따라서는 동력이 좀더 효율적으로 전달되도록 슬라이드 레일(25) 및 슬라이드 블록(26)을 더 포함한다.These power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35 are provided with a drive pulley 21, a driven pulley 22, a ball screw 23, a ball nut 24, a first drive link 31 A hinge joint 35, and a second drive link 34. [ Further, if necessary, it further includes a slide rail 25 and a slide block 26 so that the power is transmitted more efficiently.

구동 풀리(21)는 모터 하우징(43)에 설치된 액츄에이터(11 내지 13)의 모터축에 연결되어 있어서 액츄에이터(11 내지 13)에 의해 회전된다. 종동 풀리(22)는 타이밍 벨트(도시 생략)와 같은 연결수단을 통해 구동 풀리(21)에 연결되어 구동 풀리(21)에 연동하여 회전된다.The drive pulley 21 is connected to the motor shaft of the actuators 11 to 13 provided in the motor housing 43 and is rotated by the actuators 11 to 13. The driven pulley 22 is connected to the drive pulley 21 through a connecting means such as a timing belt (not shown), and is rotated in conjunction with the drive pulley 21.

또한, 볼 스크류(23)는 종동 풀리(22)에 연결되어 종동 풀리(22)와 연동하여 공회전하며, 볼 너트(24)는 볼 스크류(23)에 나사 결합되어 있어서 볼 스크류(23)의 회전 구동력을 직선왕복운동으로 변환한다. 즉, 볼 스크류(23)가 회전하면 볼 너트(24)는 도면을 기준으로 상하 방향으로 운동한다.The ball screw 23 is connected to the driven pulley 22 to idle in conjunction with the driven pulley 22 and the ball nut 24 is screwed to the ball screw 23 to rotate the ball screw 23 The driving force is converted into a linear reciprocating motion. That is, when the ball screw 23 rotates, the ball nut 24 moves up and down with reference to the drawing.

이때, 프레임부(41 내지 44)에는 볼 너트(24)의 직선왕복운동 방향을 따라 슬라이드 레일(25)이 설치되어 있고, 볼 너트(24)는 슬라이드 블록(26)을 통해 슬라이드 레일(25)에 연결되어 있어서 안정적이면서도 부드럽게 이동하도록 안내된다. 따라서, 좀더 효율적으로 동력을 전달한다.At this time, the frame parts 41 to 44 are provided with slide rails 25 along the linear reciprocating motion direction of the ball nuts 24, and the ball nuts 24 are inserted into the slide rails 25 through the slide blocks 26, So that it is stably and smoothly guided to move. Thus delivering power more efficiently.

한편, 제1 구동 링크(31)는 볼 너트(24)에 연결되어 있어서 볼 너트(24)와 함께 직선왕복운동을 하며, 단부에는 캠 팔로워(33)(cam follower)가 회동축 핀(pin)에 의해 회동 가능하게 결합되어 있어서, 제2 구동 링크(34)에 캠 구조로 결합된다.The first driving link 31 is connected to the ball nut 24 and reciprocates linearly together with the ball nut 24. A cam follower 33 is connected to a rotating shaft pin at an end thereof. And is coupled to the second drive link 34 in a cam structure.

힌지 조인트(35)는 인체의 관절 중심점에 대응하는 프레임부(41 내지 44)의 일측 특정 위치에 설치된다. 이러한 힌지 조인트(35)는 그 양측면이 각각 측면 프레임(42)에 고정되도록 설치된다.The hinge joint 35 is installed at a specific position on one side of the frame portions 41 to 44 corresponding to the joint center point of the human body. These hinge joints 35 are installed such that both side surfaces thereof are fixed to the side frames 42, respectively.

제2 구동 링크(34)는 힌지 조인트(35)에 힌지 방식으로 회동가능하게 결합되고, 일단부에 형성된 캠 슬롯(32)에는 제1 구동 링크(31)의 캠 팔로워(33)가 끼워져 이동한다. 제2 구동 링크(34)의 타단부에는 구동 프레임(44)이 연결되어 있다.The second drive link 34 is hingedly coupled to the hinge joint 35 and the cam follower 33 of the first drive link 31 is inserted into the cam slot 32 formed at one end of the hinge joint 35 . A drive frame 44 is connected to the other end of the second drive link 34.

캠 슬롯(32)은 길이가 긴 장공 형상으로 이루어져 있어서 회동축 핀에 의해 회동 가능하게 설치된 캠 팔로워(33)가 캠 슬롯(32)에 끼워져 조립되면, 볼 너트(24)의 직선운동시 캠 팔로워(33)가 캠 슬롯(32)을 따라 미끄러지며 이동한다. When the cam follower 33 mounted to be rotatable by the pivot pin is assembled by being inserted into the cam slot 32, the cam slot 32 is formed in the cam follower 33 when the ball nut 24 is linearly moved, (33) slides and moves along the cam slot (32).

이를 통해 제2 구동 링크(34)가 힌지 조인트(35)를 회동 중심점으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회동하며, 제2 구동 링크(34)에 연결되어 있는 구동 프레임(44)도 함께 회동됨으로써 관절에 보조력을 제공한다.
The second drive link 34 rotates clockwise or counterclockwise with the hinge joint 35 as a turning center point and the drive frame 44 connected to the second drive link 34 is also rotated Provide an auxiliary force to the joints.

다만, 동력 전달부(21 내지 26 및 31 내지 35)에는 위에서 이미 설명한 검출센서(27)가 설치되어 있는 것이 바람직한데, 검출센서(27)는 구동 프레임(44)의 회동 각도를 검출하여 엔코더(13)에 제공함으로써 액츄에이터(11 내지 13)의 모터(11)를 인체 특성에 맞게 정밀 제어하도록 돕는다.It is preferable that the detection sensors 27 described above are installed in the power transmission portions 21 to 26 and 31 to 35. The detection sensor 27 detects the rotation angle of the drive frame 44 and outputs the detected rotation angle to the encoder 13 so as to precisely control the motors 11 of the actuators 11 to 13 in accordance with human body characteristics.

검출센서(27)로는 일 예로서 홈 검출장치(27)가 사용될 수 있는데, 홈 검출장치(27)는 구동 프레임(44)이 그 구동범위 내에서 끝점에 도달했는지의 여부(on/off)를 검출한다. 이를 위해 슬라이드 레일(25)의 최상단 또는 최하단에 설치되어 슬라이드 레일(25)을 따라 이동하는 슬라이드 블록(26)이 끝점에 도달하였는지 감지한다.As the detection sensor 27, a groove detection device 27 can be used as an example. The groove detection device 27 determines whether or not the drive frame 44 has reached the end point within its drive range (on / off) . To this end, it is detected whether the slide block 26, which is installed at the uppermost or lowermost end of the slide rail 25 and moves along the slide rail 25, reaches the end point.

예컨대 도 2와 같이 홈 검출 장치(27)가 슬라이드 레일(25)의 최하단에 설치된 경우 구동 프레임(44)이 관절 작동범위 내에서 최대한 굴곡(시계 방향으로의 운동)된 상태를 검출할 수 있다. 물론, 최상단에 설치된 경우(도시되지 않음)라면 구동 프레임(44)이 관절 작동범위 내에서 최대한 신전(반시계 방향으로의 운동)된 상태를 검출할 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, when the groove detecting device 27 is installed at the lowermost end of the slide rail 25, it is possible to detect a state in which the drive frame 44 is flexed as much as possible within the joint operating range (movement in the clockwise direction). Of course, when it is installed at the uppermost stage (not shown), it is possible to detect the state in which the drive frame 44 is maximally extended (motion in the counterclockwise direction) within the joint operating range.

이와 같이 홈 검출 장치(27)에 의해 관절이 끝점에 도달하는 시점을 검출하여 엔코더(13)에 제공하면, 엔코더(13)는 홈 검출장치(27)에서 제공하는 신호를 참조하여 관절의 절대 각도를 검출하고, 이를 이용하여 모터(11)의 피드백 제어를 가능하게 한다.
When the time point when the joint reaches the end point is detected by the groove detecting device 27 and provided to the encoder 13 in this way, the encoder 13 refers to the signal provided by the groove detecting device 27, And enables the feedback control of the motor 11 by using this.

또한, 이상에서 설명한 제2 구동 링크(34)의 캠 슬롯(32)은 착용자의 신장이나 인체의 관절 동작 특성에 따라 그 형성 위치 및 형상이 조절되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the cam slot 32 of the second driving link 34 described above is formed and the shape thereof is adjusted according to the wearer's elongation or the joint operation characteristics of the human body.

설계에 따라 캠 슬롯(32)의 위치 및 형상을 조절함으로써 볼 너트(24)의 승하강 이동거리 대비 구동 프레임(44)의 회동 각도를 조절하는 것이 가능하고, 이를 통해 인체 각 관절의 회전 범위를 벗어나지 않도록 설계하는 것이 가능해진다.
It is possible to adjust the rotation angle of the driving frame 44 with respect to the ascending and descending distance of the ball nut 24 by adjusting the position and shape of the cam slot 32 according to the design, So that it can be designed so as not to deviate.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. The specific embodiments of the present invention have been described above. It is to be understood, however, that the scope and spirit of the present invention is not limited to these specific embodiments, and that various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. If you have, you will understand.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.

11~13: 액츄에이터 11: 모터
12: 감속기 13: 엔코더
21 내지 26 및 31 내지 35: 동력 전달부
21: 구동 풀리 22: 종동 풀리
23: 볼 스크류 24: 볼 너트
25: 슬라이드 레일 26: 슬라이드 블록
31: 제1 구동 링크 32: 캠 슬롯
33: 캠 팔로워 34: 제2 구동 링크
41~44: 프레임부 41: 메인 프레임
42: 측면 프레임 43: 모터 하우징
44: 구동 프레임11 to 13: Actuator 11: Motor
12: Reduction gear 13: Encoder
21 to 26 and 31 to 35:
21: drive pulley 22: driven pulley
23: ball screw 24: ball nut
25: slide rail 26: slide block
31: first drive link 32: cam slot
33: cam follower 34: second drive link
41 to 44: frame part 41: main frame
42: side frame 43: motor housing
44: driving frame

Claims (7)

인체에 착용되며 기본 골조가 되는 메인 프레임(41) 및 상기 메인 프레임(41)에 설치되며 시계방향 또는 반시계 방향으로 회동되어 인체의 동작을 보조하는 구동 프레임(44)을 구비한 프레임부와;
상기 프레임부의 폭을 형성하는 면에 설치되어 있으며, 상기 프레임부의 폭에 대해 직교하는 길이 방향을 축심으로 하여 회전하는 회전 구동력을 제공하여 상기 구동 프레임(44)을 작동시키는 액츄에이터; 및
상기 액츄에이터의 회전 구동력을 상기 프레임부의 길이 방향의 직선왕복운동으로 변환시켜 상기 구동 프레임(44)이 회동되도록 구동시키는 동력 전달부;를 포함하되,
상기 동력 전달부는,
상기 액츄에이터의 출력단에 연결된 구동 풀리(21)와;
연결수단을 통해 상기 구동 풀리(21)에 연결된 종동 풀리(22)와;
상기 종동 풀리(22)에 의해 공회전하는 볼 스크류(23)와;
상기 볼 스크류(23)의 회전 구동력을 직선왕복운동으로 변환하도록 상기 볼 스크류(23)에 나사 결합된 볼 너트(24)와;
상기 볼 너트(24)에 연결되어 상기 볼 너트(24)와 함께 직선왕복운동을 하며, 단부에는 캠 팔로워(33)가 회동축 핀에 의해 회동 가능하게 결합되어 있는 제1 구동 링크(31)와;
상기 인체의 관절 중심점에 대응하는 상기 프레임부의 일측에 설치된 힌지 조인트(35)와;
상기 힌지 조인트(35)에 힌지 방식으로 회동가능하게 결합되고, 일단부에 형성된 캠 슬롯(32)에는 상기 캠 팔로워(33)가 끼워져 이동하며, 타단부에는 상기 구동 프레임(44)이 연결된 제2 구동 링크(34);를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치.A main frame (41) to be worn on a human body and having a main frame (41); a frame part (41) provided on the main frame (41) and having a driving frame (44) rotated in a clockwise or counterclockwise direction to assist the operation of the human body;
An actuator installed on a surface forming the width of the frame portion and operating the driving frame by providing a rotational driving force that rotates in the longitudinal direction orthogonal to the width of the frame portion as an axis; And
And a power transmitting portion for converting the rotational driving force of the actuator into a linear reciprocating motion in the longitudinal direction of the frame portion and driving the driving frame to rotate,
The power transmission unit includes:
A drive pulley (21) connected to an output end of the actuator;
A driven pulley (22) connected to the drive pulley (21) through a connecting means;
A ball screw (23) idling by the driven pulley (22);
A ball nut screwed to the ball screw to convert the rotational driving force of the ball screw into a linear reciprocating motion;
A first driving link 31 connected to the ball nut 24 to reciprocate linearly together with the ball nut 24 and having a cam follower 33 rotatably coupled to a pivot pin, ;
A hinge joint (35) provided at one side of the frame portion corresponding to a joint center point of the human body;
The cam follower 33 is inserted into the cam slot 32 formed at one end of the hinge joint 35 so as to be pivotally connected to the hinge joint 35, And a drive link (34) for driving the joint of the wearable robot. 제1항에 있어서,
상기 프레임부는,
상기 메인 프레임(41)과;
상기 메인 프레임(41)의 일측면에 고정 결합되거나 또는 상기 메인 프레임(41)의 양측면에 각각 고정 결합된 측면 프레임(42)과;
상기 메인 프레임(41)의 후방에 고정되며, 상기 액츄에이터가 설치되는 모터 하우징(43); 및
상기 구동 프레임(44);을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치.The method according to claim 1,
The frame unit includes:
The main frame 41;
A side frame 42 fixedly coupled to one side of the main frame 41 or fixedly coupled to both sides of the main frame 41;
A motor housing (43) fixed to the rear of the main frame (41) and provided with the actuators; And
And the driving frame (44). 제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는,
회동축을 구비한 모터(11); 및
상기 모터(11)의 회동축에 연결되며 상기 모터(11)의 출력을 감속하여 상기 동력 전달부에 제공하는 감속기(12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치.The method according to claim 1,
The actuator includes:
A motor (11) having a pivot shaft; And
And a speed reducer (12) connected to the rotation shaft of the motor (11) and reducing the output of the motor (11) to provide the reduced power to the power transmission unit. 제3항에 있어서,
상기 액츄에이터는 상기 모터(11)의 제어신호를 제공하는 엔코더(13)를 포함하고, 상기 동력 전달부는 상기 구동 프레임(44)의 회동 각도를 검출하여 상기 엔코더(13)에 제공하는 검출센서(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치.The method of claim 3,
The actuator includes an encoder 13 for providing a control signal of the motor 11. The power transmission unit includes a detection sensor 27 for detecting the rotation angle of the drive frame 44 and providing the detection signal to the encoder 13 And a driving unit for driving the joint of the wearable robot. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프레임부에는 상기 볼 너트(24)의 직선왕복운동 방향을 따라 슬라이드 레일(25)이 설치되어 있고, 상기 볼 너트(24)는 상기 슬라이드 레일(25)에 연결되어 직선왕복운동이 안내되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇의 관절 구동장치.The method according to claim 1,
A slide rail 25 is provided in the frame part along the linear reciprocating motion direction of the ball nut 24. The ball nut 24 is connected to the slide rail 25 to guide a linear reciprocating motion Wherein the robot comprises: 삭제delete
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