KR101421123B1 - Guide module of manipulator adjustment apparatus - Google Patents

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KR101421123B1
KR101421123B1 KR1020130001735A KR20130001735A KR101421123B1 KR 101421123 B1 KR101421123 B1 KR 101421123B1 KR 1020130001735 A KR1020130001735 A KR 1020130001735A KR 20130001735 A KR20130001735 A KR 20130001735A KR 101421123 B1 KR101421123 B1 KR 101421123B1
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박예석
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국방과학연구소
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Abstract

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, 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤 및 상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함한다.A guide module of a manipulator adjusting device for rotating an arm member of a manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention includes an arc-shaped guide having a cylinder therein and a part of the guide inserted into the cylinder A piston for rotating the arm member to be engaged when the gas is introduced or discharged, and an inlet and an outlet formed in the cylinder so that the gas flows into the cylinder or is discharged from the cylinder.

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, 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤 및 상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a guide module for a manipulator adjusting device for rotating an arm member of a manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention, A piston for rotating the arm member to be engaged when the gas is partially introduced into the cylinder and the gas is introduced or discharged, and an inlet and an outlet formed in the cylinder so that the gas flows into the cylinder or is discharged from the cylinder .

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 원형 링 형상으로 이루어질 수 있다.According to an example of the present invention, the piston may be formed in a circular ring shape.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피스톤의 어느 일 지점에 상기 실린더의 내주에 대응하는 두께를 갖는 실링부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a sealing portion having a thickness corresponding to the inner circumference of the cylinder may be provided at any one point of the piston.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 실린더의 내부에 상기 실링부의 움직임을 제한하도록 형성되는 걸림부를 더 포함할 수 있다.According to an example of the present invention, the cylinder may further include an engagement portion formed in the cylinder to restrict movement of the sealing portion.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 사용자의 등에 장착될 수 있게 형성되는 지지부와, 하나 이상의 축을 기준으로 회전가능하게 형성되는 복수의 관절부들 및 상기 관절부들 중 어느 하나에 대하여 회전가능하게 결합되는 암(Arm)부를 포함하고, 상기 암부는, 상기 어느 하나의 관절부에 대하여 회전가능하게 결합되는 제1 암 멤버와, 상기 제1 암 멤버가 가이드를 따라 회동할 수 있도록 상기 제1 암 멤버가 결합되는 제1 가이드 모듈과, 상기 제1 가이드 모듈에 대하여 회전가능하게 결합되는 제2 가이드 모듈 및 상기 제2 가이드 모듈의 가이드를 따라 회동할 수 있도록 결합되는 제2 암 멤버를 포함하고, 상기 제1 및 제2 가이드 모듈은, 내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드와, 상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤 및 상기 가스가 상기 피스톤에 유입되거나, 상기 피스톤으로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함하는 매니퓰레이터 조정장치를 개시한다.In order to achieve the above object, another embodiment of the present invention is directed to an image forming apparatus including a support portion configured to be mounted on a user's back, a plurality of joint portions rotatable relative to at least one axis, A first arm member rotatably coupled to one of the joints; and a second arm member rotatably coupled to the first arm member and the second arm member, A first guide module coupled to the first arm member, a second guide module rotatably coupled to the first guide module, and a second arm member coupled to be rotatable along the guide of the second guide module, Wherein the first and second guide modules each include an arc-shaped guide having a cylinder therein, A piston for rotating the arm member to be engaged when the cylinder is inserted or discharged, and an inlet and an outlet formed in the cylinder so that the gas flows into the piston or is discharged from the piston.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈은 공압 구동 외골격 로봇의 내/외 회전에 적합한 구조로서 구조적 단순함을 가지며, 매니퓰레이터 조정장치를 보다 경량화시킬 수 있다.The guide module of the manipulator adjusting apparatus according to at least one embodiment of the present invention configured as described above is structured to be suitable for inward / outward rotation of the pneumatic driven exoskeletal robot and has structural simplicity, and can further reduce the weight of the manipulator adjusting apparatus.

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 사람의 어깨 내/외회전 및 아래팔의 회내/외전을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 피스톤의 단면도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 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 shoulder and the inversion / abduction of the lower arm of a person;
7 is a cross-sectional view of a guide according to one embodiment of the present invention;
8 is a cross-sectional view of a piston according to one embodiment of the present invention.
9 is a sectional view of a guide module according to an embodiment of the invention.
10 is a view of a wear state of a manipulator adjustment device according to an embodiment of the present invention;

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 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치(100)의 전면 사시도들이고, 도 2a 내지 도 2b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치(100)의 후면 사시도들이고, 도 3은 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치(100)의 자동 정렬 상태를 도시한 개념도이다. FIGS. 1A through 1B are front perspective views of a manipulator adjusting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2A through 2B are rear perspective views of the manipulator adjusting apparatus 100 shown in FIG. 1A, Fig. 2 is a conceptual view showing an automatic alignment state of the manipulator adjusting apparatus 100 shown in Fig.

그리고, 도 4a는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치(100)의 양팔 착용 상태를 도시한 개념도이고, 도 4b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치(100)의 접이식 기능을 도시한 상태도이다. 그리고, 도 5는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치(100)의 상세 도면이다.FIG. 4A is a conceptual view showing the state in which the manipulator adjusting apparatus 100 shown in FIG. 1A is worn by both arms, and FIG. 4B is a state diagram showing the folding function of the manipulator adjusting apparatus 100 shown in FIG. 1A. 5 is a detailed view of the manipulator adjusting apparatus 100 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 홈(1723)을 구비하여 다른 멤버들이 홈(1723)에 삽입될 수 있다. 홈(1723)은 가이드 모듈(172a)를 따라 반원형으로 연장되어 다른 멤버들(171, 174)이 홈(1723)을 따라 이동할 수 있다. 이러한 이동에 의해 다른 멤버들(171, 174)이 회전할 수 있다.The guide module 172a is coupled with other members (e.g., the first arm member 171 or the second arm member 174), which includes a groove 1723, (Not shown). The groove 1723 may extend in a semicircular fashion along the guide module 172a so that the other members 171 and 174 may move along the groove 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.

이하 설명하는 가이드 모듈은 암부를 구성하는 제1 가이드 모듈만을 예로 들었지만, 제2 가이드 모듈에도 적용될 수 있다.Although the first guide module constituting the arm portion is described as an example, the guide module described below can also be applied to the second guide module.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 피스톤의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도이다.FIG. 7 is a sectional view of a guide according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a sectional view of a piston according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a sectional view of a guide module according to an embodiment of the present invention. FIG. 10 is a view of a wear state of the manipulator adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈(172a)은 가이드(1721), 피스톤(1726) 및 유출입부(1724, 1725)를 포함할 수 있다.7 to 9, 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 가스의 유입 또는 배출될 때, 가이드(1721)를 따라 회전가능하게 형성될 수 있다. 피스톤(1726)은 원형 링 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 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. The piston 1726 is inserted into the cylinder 1722 of the guide 1721 to be rotatable along the guide 1721 when the gas is introduced or discharged. The piston 1726 may be formed in a circular ring shape. A first arm member 171 or a second arm member 174 can be coupled to the piston 1726 so that the piston 1726 can move relative to the first arm member 171 or the second arm member 174 Can be rotated.

피스톤(1726)은 일 지점이 다른 부분에 비해 두껍게 형성된다. 즉, 피스톤(1726)의 어느 일 지점에 실링부(1726a)가 형성되고, 실링부(1726a)는 실린더(1722)의 내주에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 실링부(1726a)는 실린더(1722)의 제1측에서 제2측으로 가스가 통과하는 것을 막을 수 있게 형성된다. 또한, 실링부(1726a)는 실린더(1722)의 제2측에서 제1측으로 가스가 통과하는 것을 막을 수 있게 형성된다.The piston 1726 is formed such that one point is thicker than the other portion. That is, a sealing portion 1726a is formed at one point of the piston 1726, and the sealing portion 1726a can have a thickness corresponding to the inner circumference of the cylinder 1722. [ In one example, the sealing portion 1726a is formed to prevent gas from passing from the first side of the cylinder 1722 to the second side. Also, the sealing portion 1726a is formed to prevent gas from passing from the second side of the cylinder 1722 to the first side.

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 제1측 유출입부(1724)가 형성되고, 제2측에 제2측 유출입부(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 side inflow / outflow section 1724 may be formed on the first side, and a second side inflow / outflow section 1725 may be formed on the second side.

제1측 유출입부(1724)에 가스가 유입되면 실린더(1722) 내부의 실링부(1726a)를 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 실링부(1726a)를 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 sealing portion 1726a 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 sealing portion 1726a inside 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.

또한, 실린더(1722)의 내부에는 걸림부들(1722a)이 형성될 수 있다. 걸림부들(1722a)은 실링부(1726a)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.In addition, the engaging portions 1722a may be formed in the cylinder 1722. [ The latching portions 1722a are formed so as to restrict the movement of the sealing portion 1726a. 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 10에 도시된 바와 같이, 피스톤(1726)에 결합된 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전시킬 수 있다.10, by controlling the gas that flows into the cylinder 1722 through the first side or the second side inflow / outflow 1724 or 1725 or is discharged from the cylinder 1722, the piston 1726, The first arm member 171 and the second arm member 174 coupled to the first arm member 171 can be rotated.

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, 결합되는 암 멤버를 회전시키는 원형 링 형상의 피스톤; 및
상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 유출입부를 포함하고,
상기 유출입부는 상기 가이드의 양단에 각각 형성되며,
상기 피스톤의 어느 일 지점에 상기 실린더의 내주에 대응하는 두께를 갖는 실링부를 포함하는 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 circular ring-shaped piston for rotating the arm member to be engaged when a part of the piston 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,
Wherein the flow-out portion is formed at both ends of the guide,
And a sealing portion having a thickness corresponding to an inner circumference of the cylinder at any one point of the piston. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 실린더의 내부에 상기 실링부의 움직임을 제한하도록 형성되는 걸림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈.The method according to claim 1,
Further comprising an engagement portion formed in the cylinder to restrict movement of the sealing portion. 사용자의 등에 장착될 수 있게 형성되는 지지부;
하나 이상의 축을 기준으로 회전가능하게 형성되는 복수의 관절부들; 및
상기 관절부들 중 어느 하나에 대하여 회전가능하게 결합되는 암(Arm)부를 포함하고,
상기 암부는,
상기 어느 하나의 관절부에 대하여 회전가능하게 결합되는 제1 암 멤버;
상기 제1 암 멤버가 가이드를 따라 회동할 수 있도록 상기 제1 암 멤버가 결합되는 제1 가이드 모듈;
상기 제1 가이드 모듈에 대하여 회전가능하게 결합되는 제2 가이드 모듈; 및
상기 제2 가이드 모듈의 가이드를 따라 회동할 수 있도록 결합되는 제2 암 멤버를 포함하고,
상기 제1 및 제2 가이드 모듈은,
상기 제1 암 멤버 및 제2 암 멤버가 결합되도록 홈이 형성되고, 내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드;
상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 결합되는 암 멤버를 회전시키는 원형 링 형상의 피스톤; 및
상기 가스가 상기 피스톤에 유입되거나, 상기 피스톤으로부터 배출되도록 상기 가이드의 양단에 형성되는 유출입부를 포함하며,
상기 피스톤의 어느 일 지점에 상기 실린더의 내주에 대응하는 두께를 갖는 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.A support formed to be mountable on the back of the user;
A plurality of joints rotatably formed on at least one axis; And
And an arm portion rotatably coupled to any one of the joint portions,
The arm portion
A first arm member rotatably coupled to any one of the joints;
A first guide module to which the first arm member is coupled so that the first arm member can rotate along the guide;
A second guide module rotatably coupled to the first guide module; And
And a second arm member coupled to be rotatable along the guide of the second guide module,
Wherein the first and second guide modules comprise:
An arc-shaped guide having a groove formed therein for coupling the first arm member and the second arm member and having a cylinder therein;
A circular ring-shaped piston for rotating the arm member to be engaged when a part of the piston is inserted into the cylinder and the gas is introduced or discharged; And
And an outlet formed at both ends of the guide so that the gas flows into the piston or is discharged from the piston,
And a sealing portion having a thickness corresponding to an inner circumference of the cylinder at any one point of the piston.
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