KR101431383B1 - Multi Joint Actuating Device And Multi-Leg Walking Robot Having The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다관절 구동장치 및 이를 구비한 다족 주행로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 관절부를 구비한 다관절 구동장치 및 이를 구비하는 다족 주행로봇에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a multi-joint driving device and a multiple-legged traveling robot having the same. More particularly, the present invention relates to a multi-joint driving device having a plurality of joints and a multiple-legged traveling robot having the same.
일렬로 복수 개의 관절을 구비하는 다관절 구동장치를 구성함에 있어서, 각각의 관절을 독립 구동하고 다양한 자유도를 갖도록 하기 위해서는 각각의 관절에 회전모터 등과 같은 동력유닛을 장착해야 한다.In constructing a multi-joint drive apparatus having a plurality of joints in series, a power unit such as a rotary motor or the like must be mounted on each joint in order to independently drive each joint and have various degrees of freedom.
따라서, 회전모터 등과 같은 동력유닛을 각각의 관절에 구비하는 경우에는 관절의 크기, 전체 다관절 구동장치의 무게 및 비용 증가로 귀결될 수 있다. 이러한 다관절 구동장치는 산업용 로봇 또는 다족 주행로봇 등의 꼬리 등에 적용될 수 있다.Therefore, when a power unit such as a rotary motor is provided in each joint, it can result in an increase in the size of the joint, the weight and cost of the total joint drive unit. Such a multi-joint drive device can be applied to an industrial robot, a tail of a multi-family traveling robot, or the like.
다족 주행로봇은 동물의 주행동작을 모방하여 고속 주행이 가능한 주행로봇이다. 이러한 다족 주행로봇은 완구용, 군사용, 장애인 보조용 및 재난 구조용 등에 적용될 수 있다.A multi-band traveling robot is a traveling robot that can travel at high speed by mimicking the running motion of an animal. Such a multi-traveling robot can be applied to a toy, a military, an assistant for the disabled, and a disaster rescue.
일반적으로 동물의 꼬리는 감정 표현 이외에 다족 주행 시 균형 유지 기능을 수행할 수 있다. 특히 고속으로 주행하는 동물들은 고속 주행 시 몸체의 균형을 유지하기 위해 꼬리의 움직임이 중요하다. In general, the tail of an animal can perform a balance maintenance function in addition to emotional expression. Particularly, the movement of the tail is important to maintain the balance of the body at high speed when traveling at high speed.
이러한 꼬리를 구비하는 다족 주행 동물을 모방하여 다족 주행로봇을 구성하는 경우, 고속 주행을 구현하기 위해서는 고속으로 주행하는 다족 주행 동물의 꼬리를 다족 주행로봇에도 구현시켜야 한다. When constructing a multi-family traveling robot by imitating multi-family traveling animals having such a tail, in order to realize a high-speed traveling, the tail of the multi-family traveling animal traveling at high speed should be implemented in the multi-family traveling robot.
종래의 다족 주행로봇의 꼬리는 다관절 구조로 구성되지 않고, 꼬리의 단부에 일정 크기의 중량부재가 장착된 형태가 소개되거나, 다관절 구조로 구성된 경우에도 각각의 관절의 독립 구동이 불가능한 구조였다. 전자의 경우에는 꼬리의 처짐 현상이 발생될 수 있고, 후자의 경우에는 주행로봇의 균형 유지를 위한 꼬리의 구동 시 각각의 관절의 독립 구동이 불가능하므로 효율적인 반발토크의 발생이 쉽지 않았다.Conventionally, the tail of a multi-band traveling robot is not composed of a multi-joint structure, and a shape having a weight member of a certain size is attached to an end of a tail, or even if the multi-joint structure is constructed, independent operation of each joint is impossible . In the latter case, it is not easy to generate an efficient rebound torque since the independent driving of each joint is not possible when the tail is driven to maintain the balance of the traveling robot.
따라서, 다족 주행로봇의 꼬리로서 다관절 구동장치를 적용하는 경우에는 다음과 같은 점들이 고려되어야 한다. 먼저, 다족 주행로봇의 꼬리로서의 다관절 구동장치는 필요 이상으로 무게와 크기가 커지는 것은 바람직하지 않다. Therefore, the following points should be considered when applying a multi-joint driving device as a tail of a multi-band traveling robot. First, it is not preferable that the multi-joint drive unit as the tail of the multi-band traveling robot has a larger weight and size than necessary.
그리고, 주행로봇이 고속으로 주행하는 경우, 몸체의 다양한 각도에 따라 몸체의 균형을 유지하기 위한 반발토크를 효율적으로 발생시키기 위하여 꼬리로서의 다관절 구동장치의 움직임 역시 다양하게 변형될 수 있는 움직임의 자유도가 있어야 한다.In order to efficiently generate a repulsive torque for maintaining the balance of the body according to various angles of the body when the traveling robot travels at a high speed, the motion of the multi-joint driving device as a tail is also varied freely .
또한, 고속 주행로봇의 꼬리로서의 다관절 구동장치는 고속 주행에 대응한 균형 유지 동작을 수행해야 하므로 응답성이 뛰어나야 하고 원상태 복귀도 신속하게 수행되어야 한다.In addition, since the multi-joint drive apparatus as the tail of the high-speed traveling robot must perform the balance maintaining operation corresponding to the high-speed travel, the response should be excellent and the return to the original state must be performed promptly.
정리하면, 고속 주행 기능을 구비하는 다족 주행로봇의 꼬리로서의 다관절 구동장치는 복수의 관절을 중심으로 각각 개별적으로 회동이 가능하고 부피와 무게가 최소화되고, 빠른 응답성, 자유도 및 신속한 복귀성이 요구된다고 볼 수 있다.In summary, the multi-joint driving device as a tail of a multi-band traveling robot having a high-speed running function can be individually rotated about a plurality of joints, minimized in volume and weight, fast responsive, Is required.
본 발명은 다수의 관절을 가지는 다관절 구동장치 및 이를 구비한 다족 주행로봇을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. 특히, 상기 복수의 관절을 중심으로 각각 개별적으로 회동이 가능하고 부피와 무게가 최소화되고, 빠른 응답성, 자유도 및 신속한 복귀성을 구비하는 다관절 구동장치 및 이를 구비한 다족 주행로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a multi-joint drive system having a plurality of joints and a multi-joint traveling robot having the same. Particularly, there is provided a multi-joint driving device capable of individually rotating around the plurality of joints, minimizing volume and weight, having quick response, freedom, and quick returnability, and a multi- .
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 바디부, 복수 개의 바디부를 일렬로 연결하기 위하여, 인접한 2개의 바디부를 회전 가능하게 연결하는 복수 개의 관절부 및, 상기 관절부에 의하여 연결된 인접한 2개의 바디부를 회전 구동시키며 각각 독립 구동되는 복수 개의 구동부를 포함하는 다관절 구동장치를 제공할 수 있다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for connecting a plurality of body parts, a plurality of body parts, a plurality of joint parts for rotatably connecting two adjacent body parts, and two adjacent body parts connected by the joint parts, And a plurality of driving units that rotate independently and are driven independently of each other.
또한, 각각의 상기 구동부는 상기 관절부를 중심으로 상기 연결된 한 쌍의 바디부에 각각 구비되는 전자석 및 영구자석을 포함할 수 있다.In addition, each of the driving units may include an electromagnet and a permanent magnet provided in the pair of body portions connected to each other around the joint.
이 경우, 상기 구동부는 상기 관절부에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부에 상기 관절부를 중심으로 대칭되는 위치에 둘 이상 구비될 수 있다.In this case, the driving part may be provided at two or more positions in a pair of body parts connected by the joint part, at positions symmetrical about the joint part.
그리고, 각각의 상기 관절부에 구비되며, 상기 관절부에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부의 회전 시 복원력을 제공하는 복원유닛을 구비할 수 있다.And a restoring unit provided on each of the joints and providing a restoring force when the pair of bodies connected by the joints is rotated.
여기서, 상기 복원유닛은 상기 각 관절부에 구비된 스프링 부재를 포함할 수 있다.Here, the restoration unit may include a spring member provided at each joint.
또한, 상기 바디부는 적어도 3개 이상의 바디부를 구비할 수 있다.In addition, the body portion may include at least three or more body portions.
또한, 상기 바디부는 적어도 1개 이상의 함몰부와 상기 함몰부를 구획하는 리브가 형성될 수 있다.The body may have at least one depression and a rib that defines the depression.
이 경우, 상기 관절부에 의하여 연결되는 상기 바디부의 일단의 측면은 최대 회전각을 증가시키는 방향으로 경사면을 형성할 수 있다.In this case, the side surface of one end of the body part connected by the joint part may form an inclined surface in a direction to increase the maximum rotation angle.
그리고, 상기 구동부를 구성하는 전자석 및 영구자석은 상기 바디부의 경사면에 장착될 수 있다.The electromagnet and the permanent magnet constituting the driving unit may be mounted on the inclined surface of the body part.
여기서, 상기 영구자석은 상기 경사면 내측에 형성된 삽입 홀에 삽입되어 장착될 수 있다.Here, the permanent magnet may be inserted into the insertion hole formed on the inner side of the inclined surface.
또한, 상기 관절부를 중심으로 대칭되는 위치에 구비되는 한 쌍의 구동부 중 어느 하나의 구동부가 인력 또는 척력을 발생시키면, 다른 하나의 구동부는 척력 또는 인력을 발생시킬 수 있다.In addition, when any one of the pair of the driving parts provided at the symmetrical position about the joint part generates the attractive force or the repulsive force, the other driving part can generate the repulsive force or attractive force.
또한, 상기 스프링 부재의 스프링 상수는 상기 다관절 구동장치의 자유단인 일단부로 갈수록 감소될 수 있다.In addition, the spring constant of the spring member may be reduced toward the free end of the polygonal drive unit.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 몸체부, 상기 몸체부에 장착되는 복수 개의 다리유닛, 상기 몸체부의 후단에 장착되는 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 다관절 구동장치, 상기 몸체부의 기울어짐 및 주행 속도를 감지하기 위한 감지유닛 및, 상기 감지유닛의 감지 결과에 따라 상기 다리유닛 및 상기 다관절 구동장치를 제어하는 제어부를 구비하는 다족 주행로봇을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a multi-joint drive apparatus comprising: a body portion; a plurality of leg units mounted on the body portion; a multi-joint drive unit according to any one of claims 1 to 11, And a controller for controlling the leg unit and the multi-joint drive unit according to a detection result of the sensing unit.
또한, 상기 제어부는 상기 몸체부가 이동하는 경우에 상기 몸체부에 의해 발생하는 토크에 대응하는 반발토크를 발생시키도록 상기 다관절 구동장치를 구동할 수 있다.The control unit may drive the multi-joint drive unit to generate a rebound torque corresponding to a torque generated by the body when the body moves.
이 경우, 상기 제어부는 주행 속도에 따라 상기 다관절 구동장치의 구동부 중 작동대상 구동부를 변경할 수 있다.In this case, the control unit may change the operation target driving unit among the driving units of the polyhedron driving apparatus according to the traveling speed.
그리고, 상기 제어부는 주행속도가 v1 또는 v2(v1<v2) 에서 v2 또는 v1 로 변경되는 경우, 작동대상 구동부를 상기 몸체부에서 원거리 또는 근거리에 위치한 구동부로 변경할 수 있다.If the driving speed is changed from v1 or v2 (v1 < v2) to v2 or v1, the control unit may change the operation target driving unit to a driving unit located at a remote or near position in the body.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면 다수의 관절을 중심으로 각각 개별적으로 구동하는 구동부를 구비하여 각 관절부를 중심으로 독립적으로 회동 가능한 구동장치를 제공할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, it is possible to provide a driving unit that includes a driving unit that individually drives each of a plurality of joints, and independently rotates about each joint.
나아가, 상기 구동부를 구성하는 경우에 영구자석 및 전자석으로 이루어진 단순한 구조를 제공하여 다관절 구동장치를 구성하는 경우에 단순화 및 경량화가 가능하며, 이에 따라 그 제어방법도 단순하게 이루어질 수 있다.Furthermore, in the case of constructing the driving unit, a simple structure made of a permanent magnet and an electromagnet may be provided to simplify and lighten the structure of the multi-joint drive apparatus, and thus the control method thereof can be simplified.
특히, 상기 다관절 구동장치를 다족 주행로봇에 적용하는 경우에 상기 다족 주행로봇의 이동 시에 상기 다족 주행로봇의 균형을 용이하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 다관절 구동장치의 각 관절부를 중심으로 회동하는 바디부의 숫자 및 회동각도에 따라 다양한 크기 및 방향의 반발토크를 제공하는 것이 가능해지며, 이에 따라 다족 주행로봇의 균형을 유지하는 것이 현저히 용이해진다.In particular, when the multi-joint driving apparatus is applied to a multi-legged traveling robot, the multi-legged traveling robot can be easily balanced when the multi-legged traveling robot is moved. For example, it is possible to provide rebound torques of various sizes and directions in accordance with the number and rotation angle of the body part that rotates about each joint of the articulated driving device, thereby maintaining the balance of the multi- It becomes remarkably easy.
도 1은 일 실시예에 따른 다관절 구동장치(100)를 도시한 상부 사시도 및 하부 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 다관절 구동장치의 설치 상태의 측면도를 도시한다.
도 3은 어느 하나의 바디부의 내부 구성을 도시한 절개 사시도이다.
도 4는 전술한 다관절 구동장치의 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5 및 도 6은 다관절 구동장치에 의한 다양한 작동 상태를 도시한다.
도 7은 다관절 구동장치를 이루는 복수 개의 관절부 중에 어느 하나의 관절부를 중심으로 회동시킨 상태를 도시한다.
도 8는 일방향으로 다관절 구동장치가 회동한 상태에서 다시 초기 상태로 복원시키는 과정을 도시한다.
도 9는 다관절 구동장치를 구비한 다족 주행로봇을 도시한 사시도이다.
도 10은 몸체부가 전방 또는 후방을 향하여 기울어지는 경우에 다관절 구동장치의 운동을 예시적으로 도시한 개략도이다.FIG. 1 is a top perspective view and a bottom perspective view showing a
Fig. 2 shows a side view of the installed state of the articulated joint driving device according to the present invention.
3 is an exploded perspective view showing the internal structure of any one of the body parts.
4 is a block diagram showing a schematic configuration of a driving unit of the above-described multi-joint driving apparatus and a control unit for controlling the driving unit.
Figs. 5 and 6 show various operating states by a multi-joint drive device.
Fig. 7 shows a state in which one of the plurality of joints constituting the multi-joint drive apparatus is rotated around the joint.
FIG. 8 illustrates a process of restoring a state in which the multi-joint drive unit is rotated in a single direction, to an initial state.
Fig. 9 is a perspective view showing a multiple-legged traveling robot provided with a multi-joint driving device.
10 is a schematic view exemplarily showing the motion of the articulated joint driving device when the body portion is inclined forward or backward.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다관절 구동장치 및 이를 구비한 다족 주행로봇에 대해서 상세히 살펴보기로 한다. 먼저, 다관절 구동장치에 대해서 살펴보고, 이어서 상기 다관절 구동장치를 구비한 다족 주행로봇에 대해서 살펴보기로 한다.Hereinafter, a multi-joint driving apparatus according to various embodiments of the present invention and a multi-legged traveling robot having the same will be described in detail with reference to the drawings. First, a multi-joint driving apparatus will be described, followed by a multi-joint traveling robot having the multi-joint driving apparatus.
도 1은 일 실시예에 따른 다관절 구동장치(100)를 도시한 상부 사시도 및 하부 사시도를 도시한다. 구체적으로, 도 1(a)는 다관절 구동장치(100)의 상부 사시도이며, 도 1(b)는 다관절 구동장치(100)의 하부 사시도를 도시한다.FIG. 1 is a top perspective view and a bottom perspective view showing a
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 복수 개의 바디부(110), 복수 개의 바디부(110)를 일렬로 연결하기 위하여, 인접한 2개의 바디부를 회전 가능하게 연결하는 복수 개의 관절부(130) 및, 상기 관절부(130)에 의하여 연결된 인접한 2개의 바디부(110)를 회전 구동시키며 각각 독립 구동되는 복수 개의 구동부(150)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the articulated
도 1에 도시된 실시예에 따른 다관절 구동장치(100)는 복수 개의 바디부(110)가 관절부(130)를 매개로 서로 회동(회전) 가능하게 연결될 수 있다. 한 쌍의 바디부(110)를 회동 가능하게 연결하는 각각의 관절부(130)에 의한 바디부(110)의 회동은 일정한 방향으로 설치된 회동축(132)을 중심으로 하는 회전 동작을 의미한다.1, a plurality of
도 1에 도시된 실시예에서, 각각의 관절부(130)의 회동축(132)은 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 각각 평행하게 설치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 관절부(130)에 의한 바디부(110)의 회동은 일정한 특정 평면 상에서 수행될 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 1, the
상기 바디부(110)의 관절부(130)를 중심으로 하는 회동 동작이 수직 방향으로 수행되는 경우 상기 특정 평면은 수직면일 수 있다.When the pivoting operation of the
본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 적어도 3개의 바디부가 구비될 수 있으나, 도 1에 도시된 다관절 구동장치(100)는 총 5개의 바디부(110)를 구비하며, 바디부의 개수는 필요에 따라 증감이 가능하다.The
구체적으로, 도 1에 도시된 다관절 구동장치(100)는 제1 바디부(110A), 제2 바디부(110B), 제3 바디부(110C), 제4 바디부(110D) 및 제5 바디부(110E)의 총 5개의 바디부(110)를 구비하며, 상기 바디부(110)들은 제1 관절부(130A), 제2 관절부(130B), 제3 관절부(130C) 및 제4 관절부(130D)의 총 4개의 관절부(130)에 의해 서로 회동 가능하게 연결될 수 있다.1 includes a
그리고, 상기 다관절 구동장치(100)는 연결 관절부(140)에 의해 후술하는 몸체부(도 2의 1100)의 후단(도 2의 1100e)에 연결될 수 있다. The articulated
이 경우, 다관절 구동장치(100)는 상기 연결관절부(140)에도 구동부를 구비하여 한 쌍의 바디부를 연결하는 관절부에서의 회동과 마찬가지의 회동 가능하게 연결될 수 있다.In this case, the articulated
또한, 상기 몸체부(1100)는 관절부를 통한 회동 동작 외에도 후술하는 바와 같이 몸체부(1100) 자체에서 회전 동작이 가능하게 구성될 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.In addition, the
한편, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 다족 주행로봇의 꼬리 등으로 사용될 수 있다. 따라서, 다관절 구동장치가 꼬리로 사용되는 경우, 고속 주행을 위하여 응답성이 보정되어야 하며, 주행 동작의 수정 후 즉시 원상태로 복귀될 수 있어야 한다.Meanwhile, the
또한, 바디부가 금속 재질 등으로 구성되는 경우, 자체의 하중에 의하여 각 바디부(110)의 무게에 의해 처짐현상이 발생할 수 있다. In addition, when the body portion is made of a metal material or the like, a sagging phenomenon may occur due to the weight of each
전술한 바와 같이, 복수 개의 바디부와 각각의 바디부를 연결하는 관절부는 수직 평면을 기준으로 회동이 가능하게 설치될 수 있으므로, 바디부의 하방 처침이 발생될 수 있다. 그러나, 이러한 하방 처짐 현상은 주행동작을 수정하는 과정에서 응답성을 저하시키므로 바디부의 처짐을 어느 정도는 방지할 필요가 있다.As described above, since the joint part connecting the plurality of body parts and the respective body parts can be installed to be rotatable with respect to the vertical plane, downward chucking of the body part can occur. However, such a downward deflection phenomenon lowers the responsiveness in the course of correcting the traveling operation, so that it is necessary to prevent the deflection of the body portion to some extent.
특히, 말단에 위치한 제5 바디부(110E)로 갈수록 처짐현상이 커질 수 있다. 이와 같이, 처짐현상이 발생하게 되면 다관절 구동장치(100)를 이루는 바디부(110)의 정확한 운동을 제어하는 것이 곤란해지며, 나아가 각 관절부(130)에 처짐에 의한 외력이 작용하게 되어 각 관절부(130) 또는 구동부(150)에 고장의 원인이 될 수 있다.In particular, the deflection phenomenon may become larger toward the
따라서, 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 각각의 상기 관절부에 구비되며, 상기 관절부에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부의 회전 시 복원력을 제공하는 복원유닛을 구비될 수 있다. 상기 복원유닛은 복원 동작시 복원력을 제공함과 동시에 처짐 현상을 방지할 수 있다.Accordingly, the articulated
상기 복원유닛(160)은 본 실시예에 따른 다관절 구동장치(100)는 상기 복수 개의 바디부(110)가 관절부에 의하여 회동이 가능한 방향, 즉 수직방향으로 처지는 것을 방지할 수 있다. 상기 복원유닛은 예를 들어 상기 각 관절부(130)에 구비된 스프링 부재(160)으로 이루어질 수 있다. 상기 스프링 부재(160)에 의해 각 관절부(130)를 중심으로 양측의 바디부(110)가 처지는 것을 방지할 수 있다.The restoring
상기 스프링 부재는 각각의 관절부(130)의 회동축(132) 측에 장착되어 회동시 복원력을 제공할 수 있다. 상기 스프링 부재는 링스프링 형태일 수 있다.The spring member may be mounted on the
종래의 주행 로봇의 경우에도 다관절 꼬리를 구비하는 예가 있었으나, 복수 개의 관절을 구비한 꼬리를 회동시키는 경우에 각 관절이 개별적으로 독립 구동이 가능한 것이 아니라 관절들이 서로 연동하여 회동하는 구조를 채용하는 경우가 많았다.In the case of a conventional traveling robot, there is an example in which a multi-joint tail is provided. However, in the case of rotating a tail having a plurality of joints, the joints can be independently driven independently, There were many cases.
이 경우, 꼬리 등을 일 방향으로 회동시키는 것은 무리가 없으나, 다양한 동작 패턴을 구현하는 것이 곤란하였다. 예를 들어, 종래 다관절을 구비한 로봇에서 꼬리 등을 'S' 자와 같이 관절을 중심으로 회동 방향이 서로 다른 형태로 절곡하여 회동시키는 것은 종래 로봇에서 불가능하다.In this case, it is not unreasonable to rotate the tail or the like in one direction, but it is difficult to realize various operation patterns. For example, in a conventional robot having a multi-joint, it is impossible for a conventional robot to bend and rotate the tail or the like in the form of 'S' with the pivoting direction being different from each other.
다관절 꼬리 등을 'S' 자와 같이 절곡되도록 회전 시키는 것은 극단적인 예지만, 주행 로봇의 다양한 주행상태를 고려하여 꼬리를 구성하는 다관절 구동장치의 동작 패턴의 자유도를 확보하는 것은 바람직하다.It is extremely desirable to rotate the multi-joint tail and the like so as to be bent like the 'S'. However, it is desirable to secure the degree of freedom of the operation pattern of the multi-joint driving device constituting the tail in consideration of various running states of the traveling robot.
본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)의 동작 패턴의 자유도를 확보하기 위하여 복수 개의 관절부(130)를 구비한 구동장치에 있어서 상기 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)를 회동시키는 복수 개의 구동부(150)가 서로 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 구동부(150)는 복수 개의 바디부(110)를 연결시키는 관절부(130)의 숫자에 대응하여 구비되며, 각 구동부(150)는 서로 개별적으로 구동하여 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)를 개별적으로 독립하여 서로 다른 방향 또는 동일한 방향으로 회동시키게 될 수 있다.In order to secure the degree of freedom of the operation pattern of the articulated
도 1에서 제1 관절부(130A), 제2 관절부(130B), 제3 관절부(130C) 및 제4 관절부(130D)에 대응하여 제1 내지 제4 구동부(150)가 구비될 수 있다. 나아가, 전술한 연결관절부(140)를 중심으로 다관절 구동장치(100)를 회동시키기 위하여 연결구동부(150I, 도 2 참조)가 구비될 수 있다.In FIG. 1, the first to fourth driving
따라서, 본 실시예에 따른 다관절 구동장치(100)는 어느 한 방향으로 전체적으로 회동시키는 동작뿐만 아니라, 'S'자 형태와 같이 관절부(130)를 중심으로 회동 방향이 서로 다른 형태의 동작도 물론 가능하다.Therefore, the articulated
도 2는 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)의 설치 상태의 측면도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 각각의 관절부에서의 회동에 의하여 작동면이 수직면(x-z 평면)이 되도록 설치될 수 있다.Fig. 2 shows a side view of the installed state of the articulated
따라서, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 x-z 평면 상에서 다양한 형태로 회동될 수 있다.Therefore, the
도 2을 참조하면, 다관절 구동장치(100)의 구동부(150)는 상기 관절부(130)를 중심으로 연결된 한 쌍의 바디부(110)에 구비될 수 있다. 즉, 어느 하나의 관절부(130)를 중심으로 서로 연결되어 대향하는 한 쌍의 바디부(110)에 구비되며, 상기 바디부(110)의 서로 마주보는 면에 구비된다.Referring to FIG. 2, the driving
구체적으로, 각각의 상기 구동부(150)는 대향하는 한 쌍의 바디부(110)에 각각 구비된 영구자석(1610)과 전자석(1510)을 포함할 수 있다. 따라서, 전자석(1510)의 극성을 조절하여 영구자석(1610)과 전자석(1510) 사이의 인력 또는 척력으로 각 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)를 의도하는 방향으로 회동시키는 것이 가능해진다. Specifically, each of the driving
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 영구자석(1610A)의 N극이 제2 바디부(110B)의 측면에 노출된 경우에 제1 전자석(1510A)의 극성을 N극으로 변화시키면 제1 영구자석(1610A)의 N극과 동일한 극성 사이의 척력에 의해 대향하는 제1 바디부(110A)와 제2 바디부(110B)는 서로 멀어지는 방향으로 회동하게 될 수 있다. 반면에, 제1 전자석(1510A)의 극성을 S극으로 변화시키면 제1 영구자석(1610A)의 N극과 서로 상이한 극성에 의해 인력이 작용하여 대향하는 제1 바디부(110A)와 제2 바디부(110B)는 서로 가까워지는 방향으로 회동하게 될 수 있다. For example, when the N pole of the first
따라서, 전자석(1510)의 극성을 조절하는 단순한 동작에 의해 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)를 회동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 관절부(130)를 구비하고 상기 각 관절부(130)에 구동부(150)를 구비하는 경우에도 각 관절부(130)를 중심으로 서로 개별적으로/독립적으로 바디부(110)를 회동시키는 것이 가능하다.Therefore, the
한편, 본 실시예에서 상기 구동부(150)는 상기 관절부(130)에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부(110)에 상기 관절부(130)을 중심으로 대칭되는 위치에 둘 이상 구비될 수 있다.In the present embodiment, the driving
예를 들어, 관절부(130)를 중심으로 대향하는 한 쌍의 바디부(110)에 각각 하나의 영구자석(1610)과 전자석(1510)으로 이루어진 구동부(150)를 구비하는 경우에도 상기 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)의 회동이 가능해진다.For example, even when a pair of
이 경우, 대칭된 위치에 구비되는 한 쌍의 구동부(150)을 서로 다른 힘이 작용하도록 하는 경우에는 관절부를 중심으로 하는 회동 동작을 더욱 신속하고 충분한 구동력을 제공할 수 있다. 즉, 특정 관절부(130)를 사이에 두고 설치된 한 쌍의 구동부 중 어느 하나의 구동부는 인력이 작용되도록 하고 다른 하나의 구동부는 척력이 작용되도록 하면, 인력이 작용하는 구동부(150)를 구성하는 전자석(1510) 및 영구자석(1610)이 접근하는 방향으로 한 쌍의 바디부가 회동할 수 있다.In this case, when different forces are applied to the pair of driving
또한, 하나의 관절부(130)를 중심으로 한 쌍의 구동부(150)가 구비되면, 관절부(130)를 통해 연결된 한 쌍의 바디부(110)가 구동부(150)를 이루는 영구자석(1610) 및 전자석(1510)에서 멀어지는 방향으로 회동한 경우에 다시 반대방향으로 회동 또는 원래의 위치로 복원시키는 경우에 복원 회동 동작을 더욱 신속하게 수행할 수 있다. 즉, 접근된 영구자석(1610) 및 전자석(1510)는 척력이 작용하게 제어하고, 멀어진 영구자석(1610) 및 전자석(1510)는 인력이 작용하도록 하여 복원 동작을 더욱 신속하게 하고 충분한 구동력을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 복원유닛을 구비하여 탄성 복원력을 제공함과 동시에 한 쌍의 구동부를 구성하는 각각의 전자석의 극성을 교번하여 회전 구동과 복원 구동을 더욱 효율적이고 신속하게 수행할 수 있다.When a pair of driving
도 2에서는 제1 관절부(130A)를 중심으로 제1 구동부(150A)와 제2 구동부(150B)가 대칭되는 위치에 구비되며, 제2 관절부(130B)를 중심으로 제3 구동부(150C)와 제4 구동부(150D)가 대칭되는 위치에 구비되며, 제3 관절부(130C)를 중심으로 제5 구동부(150E)와 제6 구동부(150F)가 대칭되는 위치에 구비되며, 제4 관절부(130D)를 중심으로 제7 구동부(150G)와 제8 구동부(150H)가 대칭되는 위치에 구비됨이 도시된다.In FIG. 2, the
그러나, 바디부(110)의 크기가 커지는 경우에는 관절부를 중심으로 대칭된 위치에 각각 복수 개의 구동부가 설치되도록 할 수도 있다. 이는 바디부(110)의 크기 또는 무게가 커짐에 따라 충분한 구동력을 제공하여 신속한 구동을 가능하게 하기 위함이다.However, when the size of the
한편, 다관절 구동장치(100)를 몸체부(1100)에 연결하는 경우에 몸체부(1100)의 후단(1100e)에 다관절 구동장치(100)를 회동 가능하게 장착하기 위한 연결관절부(140)를 구비할 수 있다. 상기 연결관절부(140)는 상기 다관절 구동장치(100)를 연결관절부(140)를 중심으로 회동될 수 있도록 한다. 상기 연결구동부(150I) 역시 전술한 구동부와 연결관절부(140)를 중심으로 대칭된 위치에 한 쌍이 구비될 수 있다.A joint joint 140 for rotatably mounting the
한 쌍의 연결구동부(150I) 역시 한 쌍의 영구자석(1605, 1607)과 상기 영구자석과 각각 대향하는 한 쌍의 전자석(1505, 1507)을 구비할 수 있다.The pair of connection drive units 150I may also include a pair of
또한, 본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 그 회동면을 중심으로 회동함과 동시에 다관절 구동장치(100)가 장착되는 몸체부(1100)에 다관절 구동장치(100)의 길이방향과 평행한 축(x축)을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.The
이 경우, 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)은 몸체부(1100)를 구성하는 몸통(1100m)에 x축을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 즉, 몸통(1100m)과 회전축(1100x)을 통해 연결될 수 있으며, 상기 몸통에 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)을 회전 구동시키기 위한 구동유닛을 구비할 수 있다. 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)을 회전 구동시키는 경우 , 연결관절부(140)에 지나친 비틀림이 인가되는 것을 방지할 수 있다.In this case, the
물론, 다관절 구동장치(100)의 무게와 크기가 크지 않은 경우라면, 상기 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e) 자체에 구동유닛을 구비하고 꼬리로서의 다관절 구동유닛을 회전 가능하게 장착할 수도 있다.Of course, if the weight and size of the
따라서, 상기 다관절 구동장치가 상기 몸체부(1100)에 x축 등을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 경우, 상기 다관절 구동장치(100)는 단지 회동면으로서의 특정 평면(x-z 평면) 상의 2차원적이 회동 이외에도 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)을 꼭지점으로 하는 원뿔 형태로도 회동 및 회전이 가능하게 되므로, 후술하는 다족 주행로봇의 다양한 균형 유지 기능을 제공할 수 있다.Therefore, when the multi-joint drive device is rotatably mounted on the
도 3은 어느 하나의 바디부(110)의 내부 구성을 도시한 절개 사시도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view showing the internal structure of any one of the
도 3를 참조하면, 상기 바디부(110)는 관절부(130)의 회동축이 체결되기 위한 회동부(116, 118) 및 각각의 회동부(116, 118)가 장착되기 위한 관통홀(117, 119)이 양측에 구비될 수 있다. 3, the
따라서, 상기 회동부(116, 118)는 관통홀(117, 119)을 구비하여 관절부(130)의 회동축(132, 도 2 참조)이 체결될 수 있다. Accordingly, the
상기 회동부(116, 118)는 이웃한 바디부의 회동부와 서로 연결이 용이하도록 양측의 회동부가 높이를 달리하여 구비될 수 있다.The
즉, 도면에 도시된 바와 같이 왼쪽의 회동부(116)가 바디부(110)의 상부에 구비되면, 오른쪽의 회동부(118)는 바디부(110)의 하부에 구비될 수 있다. 이에 의해 이웃한 바디부(110)를 서로 연결하는 경우에 회동부(116, 118)가 서로 간섭하지 않고 상하부로 엇갈려서 배치될 수 있다.That is, as shown in the drawing, when the left
한편, 바디부(110)에는 영구자석(1610)이 삽입되어 장착될 수 있는 삽입홀(112)을 구비될 수 있다. 상기 삽입홀(112)은 적절한 개수로 구비될 수 있는데, 도면에서는 바디부(110)의 양측에 각각 2개의 삽입홀(112)이 구비된 실시예를 도시한다. 바디부(110)의 일측에 영구자석(1610)이 삽입되는 경우에 반대편에는 전자석(1510)이 구비되지만, 환경에 따라 영구자석(1610)이 삽입되는 방향이 달라질 수 있다. 따라서, 바디부(110)를 제작하는 경우에 양측에 영구자석(1610)이 삽입될 수 있는 삽입홀(112)을 모두 구비하고, 일측의 삽입홀(112)에 영구자석을 삽입하는 경우에 타측의 삽입홀(112)은 전자석(1510)을 장착할 수 있다.Meanwhile, the
전자석을 설치하는 경우에도 삽입홀이 필요한 경우, 예를 들면, 전저석의 코일의 부피가 큰 경우에는 삽입홀 내에 전자석을 장착할 수도 있다.When an insertion hole is required even in the case of installing the electromagnet, for example, when the volume of the coil of the front arm is large, the electromagnet may be mounted in the insertion hole.
상기 바디부는 적어도 1개 이상의 함몰부와 상기 함몰부를 구획하는 리브(114r)가 형성될 수 있다.The body portion may include at least one depression and a
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(110)의 하부에는 함몰부(114)가 구비되며, 함몰부에 의한 구획에 의하여 리브(114r)가 형성될 수 있다. 이에 의해 바디부(110)의 무게를 줄이고 다관절 구동장치(100)의 경량화가 가능해지며, 나아가 바디부(110)의 제작비용도 절감할 수 있고, 리브(114r)에 의하여 강성이 보강될 수 있다.As shown in FIG. 3, a
그리고, 상기 바디부(110)의 일단의 측면(113)은 관절부(130)를 통해 연결된 바디부의 최대 회동각을 증가시킬 수 있도록 경사면이 형성될 수 있다.The
그리고, 상기 구동부를 구성하는 전자석 및 영구자석은 상기 바디부의 경사면(113)에 장착될 수 있으며, 상기 삽입홀(112)는 상기 경사면(113)에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 영구자석은 상기 경사면 내측에 형성된 삽입홀(112)에 삽입되어 장착될 수 있다.The electromagnet and the permanent magnet constituting the driving unit may be mounted on the
도 4는 전술한 다관절 구동장치(100)의 구동부(150) 및 상기 구동부(150)를 제어하는 제어부(200)의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.4 is a block diagram showing a schematic configuration of a
도 4를 참조하면, 상기 다관절 구동장치를 제어하는 제어부(200)와, 상기 제어부(200)의 명령에 의해 구동부(150)의 각 전자석(1510)으로 전력 공급을 제어하기 위한 드라이버(210)를 구비한다.4, a
상기 드라이버(210)는 개별 구동부(150)의 한 쌍의 전자석(1510)과 병렬로 연결되어 각 전자석(1510)을 제어하게 될 수 있다. 예를 들어, 바디부(110)를 회동시키고자 하는 경우에 제1 구동부(150)의 제1 전자석(1510A)와 제2 전자석(1510B)에 의한 자기력에 의하여 서로 다른 힘을 가지도록 제어할 수 있다.The
이에 의해 상기 두 개의 전자석 중에 일측에서는 영구자석과 사이에 인력이 작용하며, 타측의 전자석에서는 영구자석와 척력이 작용하도록 할 수 있다. As a result, attraction force acts between the two permanent magnets on one side of the two electromagnets, and repulsive force acts on the other side of the electromagnets on the other side.
한편, 상기 바디부(110)를 회동시킬 필요가 없이 직선 상태를 유지하고자 하는 경우에는 제1 구동부(150)의 제1 전자석(1510A)과 제2 전자석(1510B)은 작동을 중지시키거나, 서로 동일한 극성을 가지도록 제어할 수 있다. 전자의 경우에는 전술한 복원유닛에 의하여 복원력이 작용할 것이므로 별도의 작동이 필요하지 않을 수 있다.If it is not necessary to rotate the
따라서, 영구자석과의 척력 또는 인력에 의해 회동하지 않고 수평 상태 또는 미작동 상태를 유지할 수 있다.Therefore, it is possible to maintain the horizontal state or the non-operating state without rotating by the repulsive force or attraction with the permanent magnet.
다른 구동부의 전자석의 제어방법은 상기 설명한 내용과 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.The control method of the electromagnet of the other driving unit is similar to the above-mentioned description, so repetitive description will be omitted.
도 5 및 도 6은 다관절 구동장치(100)에 의한 다양한 작동 상태를 도시한다.Figs. 5 and 6 show various operating states by the articulated-
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 다관절 구동장치(100)의 작동 상태의 일예를 도시한다. 도 5에 도시된 작동상태는 각각의 관절부가 회동된 상태를 도시하며, 구체적으로 제4 관절부(130D)를 제외한 각각의 관절부(130)를 중심으로 서로 상이한 방향으로 바디부(110)가 회동하도록 구동부(150)를 제어한 상태를 도시한다.Fig. 5 shows an example of the operating state of the articulated-
구체적으로, 제1 관절부(130A)의 제1 구동부(150A)를 이루는 제1 영구자석(1610A)과 제1 전자석(1510A)은 서로 인력이 작용하도록 제어하고, 제2 구동부(150B)의 제2 영구자석(1610B)과 제2 전자석(1510B)은 서로 척력이 작용하도록 제어할 수 있다. Specifically, the first
이에 의해 상기 제1 관절부(130A)를 중심으로 제2 바디부(110B)는 도면과 같이 반시계 방향으로 회동할 수 있다.Accordingly, the
이에 반해, 제2 관절부(130B)의 제3 구동부(150C)를 이루는 제3 영구자석(1610C)과 제3 전자석(1510C)은 서로 척력이 작용하고, 제4 구동부(150D)의 제4 영구자석(1610D)과 제4 전자석(1510D)은 서로 인력이 작용하도록 상기 제3 전자석(1510C)와 제4 전자석(1510D)의 극성을 조절한다. 이에 의해 상기 제2 관절부(130B)를 중심으로 제3 바디부(110c)는 도면과 같이 시계 방향으로 회동하게 된다.The third
제3 관절부(130C)의 제5 구동부(150E)와 제6 구동부(150F) 및 제4 관절부(130D)의 제7 구동부(150G)와 제8 구동부(150H)에도 상기와 같이 개별적인 제어를 하게 되면, 도 5과 같이 각 관절부(130)를 중심으로 각 바디부(110)가 서로 상이한 방향으로 회동하도록 제어하는 것이 가능해지며, 이에 의해 도 5에 도시된 바와 같은 복잡한 형태로 다관절 구동장치를 제어할 수 있다.If the
한편, 도 6은 다관절 구동장치(100)의 각 바디부(110)가 동일한 방향으로 회동된 경우를 도시한다. 이 경우, 제어부(200)는 각 관절부(130)를 중심으로 바디부(110)가 모두 동일한 방향으로 회동하도록 각 구동부(150)의 전자석(1510)의 극성을 제어하게 될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 각 구동부(150)를 이루는 제1 전자석(1510A), 제3 전자석(1510C), 제5 전자석(1510E) 및 제7 전자석(1510G)은 마주보는 영구자석과 인력이 작용하도록 극성을 제어하고, 제2 전자석(1510B), 제4 전자석(1510D), 제6 전자석(1510F) 및 제8 전자석(1510H)은 마주보는 영구자석과 척력이 작용하도록 극성을 제어하게 되면 일방향 회동이 가능하게 될 수 있다. 도 6과 반대방향으로 회동시키는 경우에는 물론 전술한 전자석의 극성 조절을 반대로 하여 가능하게 된다.6 shows a case where each of the
물론, 도 6에 도시된 실시예에서, 제1 전자석(1510A), 제3 전자석(1510C), 제5 전자석(1510E) 및 제7 전자석(1510G)은 작동시키지 않더라도 제2 전자석(1510B), 제4 전자석(1510D), 제6 전자석(1510F) 및 제8 전자석(1510H)은 마주보는 영구자석과 척력이 작용되도록 하는 경우에도 도 6에 도시된 형태로 각각의 바디부를 회동시킬 수 있다.6, the
한편, 도 7은 다관절 구동장치(100)를 이루는 복수 개의 관절부(130) 중에 어느 하나의 관절부, 예를 들어 제2 관절부(130B)를 중심으로 회동시킨 상태를 도시한다. 이 경우, 제어부(200)는 도면에서 제3 구동부(150C)를 이루는 제3 전자석(1510C)은 마주보는 제3 영구자석(1610C)과 인력이 작용하도록 극성을 제어하거나 제3 전자석(1510C)의 작동을 중지시키고, 제4 구동부(150D)의 제4 전자석(1510D)은 마주보는 제4 영구자석(1610D)과 척력이 작용하도록 극성을 제어하게 되면 도면에 도시된 바와 같이 제2 관절부(130B)를 중심으로 회동될 수 있다.7 shows a state in which one of the plurality of joint parts 130 constituting the articulated
한편, 전술한 다관절 구동장치(100)의 구동부의 작동이 중지되면 초기 상태로 복귀 또는 복원시키는 동작이 필요하게 되며, 여기서 '초기 상태'는 다관절 구동장치(100)의 바디부(110)가 일직선으로 정렬된 상태로 정의될 수 있다. When the operation of the driving unit of the
예를 들어, 일측으로 다관절 구동장치(100)가 회동된 경우에 상기 초기 상태로 돌리는 경우를 상정해 본다. 일반적으로 회동상태에서 초기 상태로 돌리기 위해서는 회동상태의 반대방향으로 회동력을 제공하여 초기 상태로 복원시키게 될 수 있다.For example, it is assumed that the
도 8는 일방향으로 다관절 구동장치(100)가 회동한 상태에서 다시 초기 상태로 복원시키는 과정을 도시한다. 구체적으로, 도 8(a)와 같이 일측으로 다관절 구동장치(100)가 회동한 상태에서 도 8(e)와 같이 초기 상태로 복원하는 과정을 도시한다.FIG. 8 shows a process of restoring the
본 발명에 따른 다관절 구동장치(100)는 도 8(a)는 다관절 구동장치의 각각의 바디부를 각각의 관절부를 중심으로 동일한 회동 방향, 즉 반시계 방향으로 회동시킨 상태를 도시하며, 도 8(e)는 다관절 구동장치가 각각의 구동부의 전자석이 작동되지 않는 상태로 복원된 상태를 도시한다.8A shows a state in which each of the body portions of the multi-joint drive unit is rotated about the respective joint portions in the same rotation direction, that is, in the counterclockwise direction, and FIG. 8 (e) shows a state in which the multi-joint drive unit is restored to a state in which the electromagnets of the respective drive units are not operated.
즉, 도 8(a)의 최대 회동상태에서 도 8(e)의 평형 상태로 다관절 구동장치가 복원되는 경우에는 각각의 구동부의 전자석의 작동을 중단시키는 방법이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 복원유닛에 의하여 복원력으로 각각의 바디부의 회동상태를 해제할 수 있다. 물론, 보다 신속하고 응답성이 향상된 복원 동작을 위해서는 도 9(a)에 도시된 회동 상태에서 각각의 구동부의 전자석에 의하여 고정자석 측에 인가되는 힘의 방향이 반대방향이 되도록 각각의 전자석을 구동시켜 복귀 시간을 단축시킬 수도 있고, 더 나아가 복원유닛 등에 의하여 인가되는 복원력에 의하여 왕복 진동이 발생되는 것도 어느 정도 방지할 수 있다.That is, when the multi-joint drive unit is restored from the maximum rotation state shown in Fig. 8 (a) to the balanced state shown in Fig. 8 (e), a method of stopping the operation of the electromagnets of the respective drive units can be used. In this case, the revolving state of each body part can be released by the restoring unit by the restoring force. Of course, for faster and more responsive restoration operations, each of the electromagnets is driven so that the direction of the force applied to the fixed magnet side by the electromagnets of the respective actuators in the pivotal state shown in Fig. 9 (a) The return time can be shortened, and further, the reciprocating vibration caused by the restoring force applied by the restoration unit or the like can be prevented to some extent.
한편, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명은 다관절 구동장치(100)는 다양한 분야에 널리 적용될 수 있다. 예를 들어, 다관절 구동장치의 단부에 전자석 등을 장착하고 산업 현장에서 고속으로 이송 대상물을 일측에서 타측으로 이송하기 위한 이송용 로봇에 사용될 수도 있고, 또는 다양한 움직임이 필요한 형태의 로봇 등에 적용될 수 있다.1 to 8, the
또한, 상기 다관절 구동장치는 다족 주행 로봇의 꼬리에도 적용될 수 있음은 전술한 바와 같다. The above-mentioned multi-joint driving device can be applied to the tail of the multi-legged traveling robot as described above.
다족 주행로봇의 주행 안정성을 위한 꼬리로서의 다관절 구동장치는 몸체부의 주행 시 상황에 따라 다양한 크기의 반발 토크를 생성하기 위해서는 복수 개의 관절로 이루어진 구성을 가지는 것이 바람직할 수 있다.It is preferable that the multi-joint drive device as a tail for the stability of running of the multi-legged traveling robot has a structure composed of a plurality of joints in order to generate rebound torque of various sizes depending on the situation of the running of the body.
하나의 관절로 이루어진 꼬리의 경우 반발토크의 크기를 조절하는 것이 곤란하기 때문이다. 하지만 다관절을 이용할 경우 관절의 갯수에 따라 다양한 크기의 반발토크를 제공할 수 있다. 따라서, 다관절 꼬리를 가지는 다족 주행로봇의 경우에 다양한 주행속도에 대응하여 꼬리의 움직임에 의해 반발토크를 발생시키는 것이 가능하며, 이에 의해 몸체의 균형을 용이하게 유지할 수 있다. 이하에서는 전술한 다관절 구동장치(100)를 구비한 다족 주행로봇에 대해서 살펴보며, 특히, 상기 다관절 구동장치(100)가 꼬리 역할을 하는 다족 주행로봇에 대해서 살펴보기로 한다.This is because it is difficult to control the magnitude of the repulsive torque in the case of a tail composed of one joint. However, when using multiple joints, various levels of rebound torque can be provided depending on the number of joints. Therefore, in the case of a multi-legged traveling robot having a multi-joint tail, it is possible to generate a repulsive torque by the movement of the tail corresponding to various traveling speeds, thereby easily balancing the body. Hereinafter, a multi-armed traveling robot having the
도 9는 다관절 구동장치(100)를 구비한 다족 주행로봇(1000)을 도시한 사시도이다.FIG. 9 is a perspective view showing a
도 9를 참조하면, 다족 주행로봇(1000)은 소정의 이동속도로 이동 가능한 몸체부(1100)와, 상기 몸체부(1100)의 후단에 구비된 다관절 구동장치(100)와, 상기 몸체부(1100) 및 다관절 구동장치(100)를 제어하는 제어부를 구비할 수 있다. 9, the
상기 다관절 구동장치(100)는 내부 구성이 외부로 노출되는 것을 방지하기 위하여 소정의 외피(102)로 감싸지도록 구성될 수 있다.The
본 실시예에서 상기 다족 주행로봇(1000)은 강아지 형상을 본떠서 구성되며, 예를 들어 헤드(1400), 몸통(1200) 및 다리유닛(1300)를 구비할 수 있으며, 상기 헤드(1400), 몸통(1200), 다리유닛(1300)를 몸체부(1100)로 정의하기로 한다. 이하에서는 강아지 형상을 본뜬 다족 주행로봇(1000)을 예로 들어 설명하지만 이에 한정되지는 않으며 복수 개의 다리유닛을 구비하고 주행이 가능한 어떠한 형태의 로봇에도 적용이 가능하다.In the present embodiment, the
상기 헤드(1400)에는 각종 감지유닛이 구비될 수 있으며, 전술한 제어부(200)도 상기 헤드(1400)의 내측에 구비될 수 있다.The
구체적으로, 도 9에 도시된 다족 주행로봇(1000)은 상기 몸체부의 기울어짐 및 주행 속도를 감지하기 위한 감지유닛(미도시)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제어부는 상기 감지유닛의 감지 결과에 따라 상기 다리유닛 및 상기 다관절 구동장치를 제어할 수 있다.Specifically, the
한편, 몸통(1200)에는 4개의 다리유닛(1300)가 구비되며, 상기 다리유닛(1300)의 구동에 의해 이동하게 될 수 있다. 상기 다리유닛(1300)의 구동에 대해서는 본 발명이 속하는 분야에서 많은 기술이 개시되고 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.Meanwhile, the
한편, 본 실시예에 따른 다족 주행로봇(1000)은 꼬리를 구비하는데, 전술한 바와 같이 상기 꼬리는 다관절 구동장치(100)로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the
상기 제어부(200)는 상기 다관절 구동장치(100)의 각 구동부(150)를 개별적으로 제어하게 되며, 상기 다관절 구동장치(100)에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.The
상기 다족 주행로봇(1000)이 고속으로 주행하는 경우에 상기 제어부는 상기 몸체부(1100)에 의해 발생하는 토크(힘)에 대응하는 반발토크를 발생시키도록 상기 꼬리, 즉 다관절 구동장치(100)를 구동시키게 될 수 있다.When the
즉, 상기 다족 주행로봇(1000)의 몸체부(1100)가 고속으로 주행하는 경우에 상기 몸체부(1100)가 소정 방향으로 기울어지는 경우에 상기 몸체부(1100)에 소정 크기의 토크(힘)가 작용한 것으로 볼 수 있다. 이 경우, 상기 몸체부(1100)의 균형을 유지하기 위해서는 상기 토크에 대응하는 반발토크, 즉 동일한 크기를 가지며 방향이 반대인 반발토크를 제공해야 하며, 상기 다관절 구동장치(100)가 반발 토크를 제공할 수 있다.That is, when the
도 10은 몸체부(1100)가 전방 또는 후방을 향하여 기울어지는 경우에 다관절 구동장치(100)의 운동을 예시적으로 도시한 개략도이다. 10 is a schematic view exemplarily showing the motion of the articulated
도 10(a)를 참조하면, 몸체부(1100)가 소정의 이동속도로 이동 중에 몸체의 전단이 하방으로 기울어지는 경우, 몸체부(1100)에 특정 크기의 회전토크(T)가 작용하는 것으로 볼 수 있고, 몸체부(1100)의 후단과 연결된 다관절 구동장치(100)는 상기 회전토크(T)를 상쇄시키기 위한 반발토크(T')를 발생시킬 수 있다.10 (a), when the front end of the body slants downward while the
상기 다관절 구동장치(100)는 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)에 장착된다. 따라서, 상기 다관절구동장치(100)에 의하여 발생되는 반발토크(T')는 상기 몸체부(1100)의 후단(1100e)을 통해 상기 몸체부(1100)로 전달되어 회전토크(T)를 상쇄시킬 수 있다.The
따라서, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 몸체부(1100)의 전단이 하방으로 기우는 경우에는 상기 다관절 구동장치는 상방(시계 방향)으로 회전되어 반발토크(T')를 발생시킬 수 있다.10 (a), when the front end of the
이 경우, 상기 다관절 구동장치(100)의 회동 궤적 또는 속도(또는 가속도) 등을 조절하여, 다양한 크기의 반발토크(T')를 생성할 수 있다.In this case, the repulsive torque T 'of various sizes can be generated by adjusting the rotation locus or speed (or acceleration) of the polyhedral
도 10(b)에 도시된 다족 주행로봇의 주행상태는 몸체부(1100)의 후단이 하방으로 기울어진 상태를 도시한다. 마찬가지 논리로, 몸체부(1100)의 후단(1100e)이 하방으로 기우는 경우에는 상기 다관절 구동장치는 하방(반시계 방향)으로 회전되어 반발토크(T')를 발생시킬 수 있다.10B shows a state in which the rear end of the
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다족 주행로봇의 꼬리 역할을 수행하는 다관절 구동장치는 각각의 관절부에 탄성 복원력을 제공하는 복원유닛을 구비할 수 있으며, 각각의 복원유닛은 스프링 부재로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 스프링 부재는 각각의 관절부에서 지탱해야 하는 무게가 다르기 때문에 스프링 상수 또한 다르게 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the multi-joint drive apparatus serving as a tail of the multi-legged traveling robot according to the present invention may include a restoring unit for providing an elastic restoring force to each joint part, ≪ / RTI > The spring constant of each spring member may be different because the weight to be supported by each joint portion is different.
본 발명에 따른 다관절 구동장치는 복수 개의 바디부와 복수 개의 관절부로 구성되므로, 복수 개의 관절부에는 서로 다른 스프링 상수를 갖는 스프링 부재가 복원력을 제공할 수 있다.Since the articulated joint driving device according to the present invention is composed of a plurality of body parts and a plurality of joint parts, spring members having different spring constants can provide restoring force to a plurality of joint parts.
도 1(b)에 도시된 실시예에서, 각각 제1 관절부(130A) 내지 제4 관절부(130B)에 구비되는 복원유닛을 각각 제1 스프링 부재 내지 제4 스프링 부재라고 하는 경우, 각각의 스프링 부재의 스프링 상수는 k1, k2, k3, k4일 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 1 (b), when the restoring units provided in the first to
그리고, 몸체부와 가까울수록 많은 하중을 견뎌야 하므로, 스프링 상수의 크기는 k1>k2>k3>k4일 수 있다.Since the closer to the body part the more load is to be able to withstand, the size of the spring constant may be k1 > k2 > k3 > k4.
따라서, 서로 다른 스프링 상수를 갖는 스프링 부재에 의하여 다족 주행로봇의 꼬리로서의 다관절 구동장치는 4개의 고유 주파수 f1, f2, f3, f4(f1<f2<f3<f4)를 갖는다고 볼 수 있다.Therefore, it can be seen that the multi-joint drive device as a tail of the multi-banding robot has four natural frequencies f1, f2, f3 and f4 (f1 <f2 <f3 <f4) by spring members having different spring constants.
따라서, 다족 주행로봇의 주행속도를 고려하는 경우 각각의 고유 주파수를 역이용하면, 반발토크를 효율적으로 발생시킬 수 있다.Therefore, when the traveling speed of the multi-band traveling robot is considered, if the respective natural frequencies are reversed, the rebound torque can be efficiently generated.
즉, 다족 주행로봇이 다양한 주행속도로 주행하는 경우, 예를 들면 주행속도가 각각 v1, v2, v3, v4(v1<v2<v3<v4)라고 한다면, 다관절 구동장치의 제어부를 통해 다관절 구동장치의 관절부 측에 구비된 구동부를 제어함에 있어서 제1 관절부(130A) 내지 제4 관절부(130B)를 중 하나의 관절부를 주행로봇의 속도인 v1, v2, v3, v4(v1<v2<v3<v4) 중 하나의 속도에 대응되는 관절부의 f1, f2, f3, f4(f1<f2<f3<f4) 중 어느 하나의 주파수로 제어하면 가장 효율적으로 반발토크를 생성하게 되는 것이다. That is, when the multi-band traveling robot travels at various traveling speeds, for example, if the traveling speeds are v1, v2, v3 and v4 (v1 <v2 <v3 <v4) V2, v3, v4 (v1 < v2 < v3), which are the velocities of the traveling robots, of one of the first to
즉, v2 속도로 주행로봇이 주행하는 경우에 복수 개의 관절부 중 제2 관절부(130B)의 구동부만 f2의 주파수로 구동시키면, 공진의 원리에 의하여 반발토크의 크기를 쉽게 증폭시킬 수 있으므로, 다관절 구동장치의 구동부하를 최소화하면서 충분한 반발토크를 제공하여 주행 안정성을 확보할 수 있다. That is, when the traveling robot travels at the v2 speed, if only the driving part of the second
정리하면, 다족 주행로봇의 제어부는 주행 속도에 따라 상기 다관절 구동장치의 구동부 중 작동대상 구동부를 다르게 할 수 있으며, 고속으로 주행하는 경우에는 몸체부에서 원거리에 위치한 구동부를 먼저 작동시키거나 주로 작동시킬 수 있고, 반대의 경우 몸체부에서 근거리에 위치한 구동부를 먼저 작동시키거나 주로 작동시킬 수 있다.In other words, the control unit of the multi-band traveling robot can change the operation target driving unit among the driving units of the multi-joint driving unit according to the traveling speed. In case of traveling at a high speed, And in the opposite case, the driving unit located near the body part can be operated first or mainly operated.
정리하면, 상기 제어부는 주행속도가 v1 또는 v2(v1<v2) 에서 v2 또는 v1 로 변경되는 경우, 작동대상 구동부를 상기 몸체부에서 원거리 또는 근거리에 위치한 구동부로 변경하여 충분한 반발토크를 신속하게 발생시킬 수 있다.In summary, when the running speed is changed from v1 or v2 (v1 < v2) to v2 or v1, the control unit changes the operation target driving unit to a driving unit located at a long distance or close to the body, .
물론, 본 발명에 따른 다족 주행로봇의 꼬리로서의 다관절 구동장치는 관절부가 복수 개이므로, 주행로봇의 주행시 필요한 반발토크의 크기가 큰 경우라면, 모든 관절부에 구비된 구동부를 모두 작동시켜 다관절 구동장치에 의하여 발생되는 반발토크를 극대화할 수 있다.Of course, since the multi-joint driving apparatus as a tail of the multi-legged traveling robot according to the present invention has a plurality of joint portions, if the rebound torque required for traveling of the traveling robot is large, all of the driving portions provided in all the joint portions are operated, It is possible to maximize the repulsive torque generated by the apparatus.
따라서, 주행로봇이 고속 또는 저속에서 저속 또는 고속으로 속도가 변경되는 경우에는 작동되는 구동부가 변경된다는 전술한 설명은 작동되는 주된 구동부 또는 먼저 작동되는 것이 바람직한 작동부가 고속 및 저속에서 서로 다를 수 있다는 의미로 이해될 필요가 있다.Accordingly, the above description that the driving unit to be operated is changed when the traveling robot is changed in speed from a high speed or a low speed to a low speed or a high speed means that the main driving unit to be operated or the operating unit to be operated first is different at high speed and low speed It needs to be understood as.
이와 같은 기술적 특징은 본 발명에 따른 다관절 구동장치가 다관절로 구성됨과 동시에 각각의 관절부 측에 구비되는 구동부를 독립 구동이 가능하도록 구성하여 얻을 수 있는 기술적 효과라고 볼 수 있다.Such a technical feature is a technical effect that can be obtained by constituting the articulated joint driving apparatus according to the present invention with a multi-joint, and at the same time, the driving unit provided on each joint side can be driven independently.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. You can do it. It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.
다관절 구동장치 : 100
관절부 : 130
구동부 : 150
다리유닛 : 1300
다족 주행로봇 : 1000
몸체부 : 1100Multi-joint drive: 100
Joints: 130
Driving part: 150
Bridge unit: 1300
Multiplayer Driving Robots: 1000
Body part: 1100
Claims (16)
복수 개의 바디부를 일렬로 연결하기 위하여, 인접한 2개의 바디부를 회전 가능하게 연결하는 복수 개의 관절부; 및,
상기 관절부에 의하여 연결된 인접한 2개의 바디부를 회전 구동시키며 각각 독립 구동되는 복수 개의 구동부;를 포함하며,
각각의 상기 구동부는 상기 관절부를 중심으로 상기 연결된 한 쌍의 바디부에 각각 구비되는 전자석 및 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.A plurality of body parts;
A plurality of joint parts for rotatably connecting two adjacent body parts for connecting a plurality of body parts in a line; And
And a plurality of driving units that independently drive the two adjacent body parts connected to each other by the joint,
Wherein each of the driving units includes an electromagnet and a permanent magnet provided respectively in the pair of body parts connected to each other around the joint.
상기 구동부는 상기 관절부에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부에 상기 관절부를 중심으로 대칭되는 위치에 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving unit is provided in at least two of the pair of body parts connected by the joint part at positions symmetrical with respect to the joint part.
각각의 상기 관절부에 구비되며, 상기 관절부에 의하여 연결된 한 쌍의 바디부의 회전 시 복원력을 제공하는 복원유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method according to claim 1,
And a restoring unit provided on each of the joints to provide a restoring force when the pair of bodies connected by the joints is rotated.
상기 복원유닛은 상기 각 관절부에 구비된 스프링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.5. The method of claim 4,
Wherein the restoring unit includes spring members provided on the respective joint parts.
상기 바디부는 적어도 3개 이상의 바디부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the body portion comprises at least three or more body portions.
상기 바디부는 적어도 1개 이상의 함몰부와 상기 함몰부를 구획하는 리브가 형성된 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the body has at least one depression and a rib that defines the depression.
상기 관절부에 의하여 연결되는 상기 바디부의 일단의 측면은 최대 회전각을 증가시키는 방향으로 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method according to claim 1,
Wherein a side surface of one end of the body part connected by the joint part forms an inclined surface in a direction to increase the maximum rotation angle.
상기 구동부를 구성하는 전자석 및 영구자석은 상기 바디부의 경사면에 장착되는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.9. The method of claim 8,
Wherein the electromagnet and the permanent magnet constituting the driving unit are mounted on an inclined surface of the body part.
상기 영구자석은 상기 경사면 내측에 형성된 삽입홀에 삽입되어 장착되는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.9. The method of claim 8,
Wherein the permanent magnet is inserted into the insertion hole formed inside the inclined surface.
상기 관절부를 중심으로 대칭되는 위치에 구비되는 한 쌍의 구동부 중 어느 하나의 구동부가 인력 또는 척력을 발생시키면, 다른 하나의 구동부는 척력 또는 인력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.The method of claim 3,
Wherein when one of the pair of the driving parts provided at the symmetrical position around the joint part generates the attractive force or the repulsive force, the other driving part generates the repulsive force or the attractive force.
상기 스프링 부재의 스프링 상수는 상기 다관절 구동장치의 자유단인 일단부로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 다관절 구동장치.6. The method of claim 5,
Wherein the spring constant of the spring member is reduced toward one end of the free end of the multi-joint drive device.
상기 몸체부에 장착되는 복수 개의 다리유닛;
상기 몸체부의 후단에 장착되는 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 하나의 항의 다관절 구동장치;
상기 몸체부의 기울어짐 및 주행 속도를 감지하기 위한 감지유닛; 및,
상기 감지유닛의 감지 결과에 따라 상기 다리유닛 및 상기 다관절 구동장치를 제어하는 제어부를 구비하며,
상기 제어부는 상기 몸체부의 기울어짐에 의해 발생하는 회전토크에 대응하는 반발토크를 발생시키도록 상기 다관절 구동장치를 구동시키는 것을 특징으로 하는 다족 주행로봇.A body portion;
A plurality of leg units mounted on the body portion;
The joint according to any one of claims 1 to 12, wherein the joint is mounted on a rear end of the body part.
A sensing unit for sensing a tilting and a traveling speed of the body portion; And
And a control unit for controlling the leg unit and the multi-joint drive unit according to the detection result of the sensing unit,
Wherein the controller drives the multi-joint drive unit to generate a rebound torque corresponding to a rotation torque generated by tilting of the body.
상기 제어부는 주행 속도에 따라 상기 다관절 구동장치의 구동부 중 작동대상 구동부를 변경하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 다족 주행로봇.14. The method of claim 13,
Wherein the control unit changes the operation target driving unit among the driving units of the multi-joint driving unit according to the traveling speed.
상기 제어부는 주행속도가 v1 또는 v2(v1<v2) 에서 v2 또는 v1 로 변경되는 경우, 복수 개의 구동부 중 작동되는 구동부보다 상기 몸체부에서 원거리 또는 근거리에 위치한 구동부로 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다족 주행로봇.14. The method of claim 13,
Wherein the control unit controls the driving unit to be changed to a driving unit located at a remote location or a nearby location in the body part when the traveling speed is changed from v1 or v2 (v1 < v2) to v2 or v1 Multi-band driving robot.
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