KR101444654B1 - Manipulator control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일실시예들은 UGV에 탑재된 매니퓰레이터(manipulator)를 조정하는 조정장치에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to an adjustment device for adjusting a manipulator mounted on a UGV.
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 조정장치를 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a manipulator adjusting device 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 조정장치는 암(arm) 멤버를 회전시키는 복수의 가이드 모듈 및 상기 가이드 모듈들 중 적어도 어느 하나에 가스를 유입시켜 독립적으로 암 멤버를 이동시키는 공압 제공부를 포함하고, 상기 공압 제공부는, 서로 격벽으로 구획되는 복수의 내부 공간을 구비하는 공압 탱크 및 어느 하나의 상기 내부 공간에 가스를 주입하여 공압을 발생시키는 공압 발생 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a manipulator adjusting apparatus comprising: a plurality of guide modules for rotating an arm member; and at least one of the guide modules, And a pneumatic pressure providing unit for independently moving the arm members, wherein the pneumatic pressure providing unit includes: a pneumatic tank having a plurality of internal spaces divided by barrier ribs; and a pneumatic pressure generating unit for generating pneumatic pressure by injecting gas into any one of the internal spaces Device.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 내부 공간들은 상기 암 멤버의 유출입부에 제1 연결부들에 의해 독립적으로 연결될 수 있다.According to an example of the present invention, the inner spaces may be independently connected to the inlet and outlet portions of the female member by first connecting portions.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 내부 공간과 상기 공압 발생부는 각각 제2 연결부들에 의해 독립적으로 연결될 수 있다.According to an example of the present invention, the inner space and the pneumatic pressure generating unit may be independently connected to each other by second connecting portions.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 암 멤버의 회전을 조절하도록 형성되는 제어부를 더 포함하고, 상기 제1 연결부들 및 상기 제2 연결부들에 각각 상기 제어부에 의해 개폐가 조절되는 개폐유닛이 형성되고, 상기 개폐 유닛들은 각각 독립적으로 제어될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus further includes a control unit configured to control the rotation of the arm member, wherein the first connection units and the second connection units are respectively formed with opening / closing units controlled by the control unit And the opening / closing units can be controlled independently of each other.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 가이드 모듈은, 내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드 및 상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 상기 실린더 외주에 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤을 포함하고, 상기 유출입부는 상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성될 수 있다.According to one example of the present invention, the guide module includes a circular guide having a cylinder therein, and an arm member coupled to the outer periphery of the cylinder when the gas is introduced or discharged, And the inlet and outlet may be formed in the cylinder such that the gas enters or exits 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.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 매니퓰레이터 조정장치는 복수의 유출입부에 제공되는 공압을 독립적으로 제어하여, 성능의 저하를 막고, 일부 가이드 모듈이 사용되지 않을 때 공압 저하를 막을 수 있다.The manipulator adjusting device according to at least one embodiment of the present invention configured as described above can independently control the pneumatic pressure provided to the plurality of inflow and outflow portions to prevent deterioration of the performance and reduce the air pressure drop when some guide modules are not used Can be prevented.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 전면 사시도들.
도 2a 내지 도 2b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 후면 사시도들.
도 3은 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 자동 정렬 상태를 도시한 개념도.
도 4a는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 양팔 착용 상태를 도시한 개념도이고, 도 4b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 접이식 기능을 도시한 상태도.
도 5는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 상세 도면.
도 6a와 도 6b는 각각 사람의 어깨 내/외회전 및 아래팔의 회내/외전을 도시한 도면.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도와 사시도.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시한 가이드 모듈의 동작 상태도들.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 공압 제공부의 개념도.
도 11과 도 12는 도 10에 도시한 공압 제공부의 동작상태도들.1A-1B are front perspective views of a manipulator adjustment device in accordance with an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are rear perspective views of the manipulator adjustment apparatus shown in FIG. 1A; FIG.
3 is a conceptual view showing an automatic alignment state of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG.
FIG. 4A is a conceptual diagram showing a state in which the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A is worn by both arms, and FIG. 4B is a state diagram showing a folding function of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG.
5 is a detailed view of the manipulator adjustment device shown in Fig.
6A and 6B are diagrams showing the inward / outward rotation of the shoulders and the inward / outward rotation of the lower arm, respectively.
7A and 7B are a sectional view and a perspective view of a guide module according to an embodiment of the present invention;
8A to 8C are operational state diagrams of the guide module shown in FIG.
9 is a view of a wear state of a manipulator adjusting device according to an embodiment of the present invention.
10 is a conceptual diagram of a pneumatic pressure supply unit according to an embodiment of the present invention;
11 and 12 are operational state diagrams of the air pressure providing portion shown in FIG.
이하, 본 발명에 관련된 매니퓰레이터 조정장치에 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 manipulator adjusting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
매니퓰레이터 조정장치는 사람이 옷처럼 입는 것이기 때문에 착용시 저항감이 없어야 한다. 착용시 저항감이 없으려면 외골격 구조의 기구학이 사람의 기구학을 모사하여야 한다. 기구학의 불일치는 매니퓰레이터 조정장치와 착용자의 회전축 불일치로 이어져 저항감을 주게된다. Manipulator adjustment devices should be resistant to wear when people wear it because they are worn like clothes. To avoid resistance when worn, the kinematics of the exoskeleton structure should simulate human kinematics. The inconsistency of the kinematics leads to a mismatch of the rotation axis of the manipulator control device and the wearer, which gives resistance.
사람의 팔은 손을 제외하고 어깨 3자유도 ,팔꿈치 1자유도, 손목 3자유도 로 총 7자유도로 표현해왔지만 실제 사람의 어깨는 견갑대에 의해 많은 자유도를 갖는다. 7자유도를 갖는 매니퓰레이터에 명령(Command)을 내리려면 7자유도의 입력장치(Master device)면 충분하지만 외골격 구조가 7자유도만 갖는 다면 사람과 외골격 구조의 Closed kinematic chain에 의해 제한된 작업가능범위 (Workspace)를 갖는다. A person's arm has expressed a total of seven degrees of freedom, with three degrees of freedom on the shoulder, one degree of freedom of the elbow, and three degrees of freedom of the wrist, except for the hand. If a 7-degree-of-freedom master device is sufficient to issue a command to a 7-degree-of-freedom manipulator, the workspace limited by the closed kinematic chain of human and exoskeletal structures, if the exoskeleton structure has only 7 degrees of freedom, .
사람 팔은 전통적으로 어깨를 3자유도를 갖는 Ball and Socket joint로, 팔꿈치는 1자유도를 갖는 Hinge joint로, 3자유도를 갖는 손목으로 모델링해왔다. 하지만 사람의 어깨는 견갑대(Shoulder girdle)라는 구조와 연결되어 있으며 어깨의 움직임은 견갑대의 움직임에 제한을 받는다. 견갑대는 흉쇄관절, 견쇄관절, 견흉관절로 이루어져 있으며 견갑대의 움직임에 의해 상완관절 중심이 이동하게 된다. 사람팔을 7자유도로 모델링 할 경우 상완관절 중심이 움직이지 않는다고 가정하였기 때문에 매니퓰레이터 조정장치의 모델로는 적합하지 않다. 견갑대의 흉쇄관절과 견쇄관절은 각 3 자유도를 가지고 견흉관절은 5자유도를 가진다. 흉쇄관절과 견쇄관절, 견흉관절의 움직임에 따라 상완관절의 중심(CGH : Center of Glenohumeral Joint)이 움직이게 된다.The human arm has traditionally been modeled as a ball and socket joint with three degrees of freedom in shoulder, and a hinge joint with one degree of freedom in elbow, with wrists with three degrees of freedom. However, the human shoulder is connected to the structure called shoulder girdle, and the movement of the shoulder is limited by the movement of the shoulder arm. The scapula consists of the sternoclavicular joint, the clavicular joint, and the clavicular joint, and the center of the shoulder joint moves due to the movement of the shoulder arm. It is not suitable as a model for a manipulator adjustment system because it is assumed that the center of the humeral joint does not move when the human arm is modeled by 7 degrees of freedom. The sternoclavicular and clavicular joints of the scapula have three degrees of freedom, and the pelvic joints have five degrees of freedom. The Center of Glenohumeral Joint (CGH) moves according to the movement of the sternoclavicular joint, the clavicular joint, and the pelvic joint.
이하, 도면을 참조하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a more detailed description will be given with reference to the drawings.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 매니퓰레이터 조정장치의 전면 사시도들이고, 도 2a 내지 도 2b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 후면 사시도들이고, 도 3은 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 자동 정렬 상태를 도시한 개념도이다. FIGS. 1A through 1B are front perspective views of a manipulator adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2A through 2B are rear perspective views of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A, Fig. 8 is a conceptual diagram showing an automatic alignment state of the adjustment device.
그리고, 도 4a는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 양팔 착용 상태를 도시한 개념도이고, 도 4b는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 접이식 기능을 도시한 상태도이다. 그리고, 도 5는 도 1a에 도시된 매니퓰레이터 조정장치의 상세 도면이다.FIG. 4A is a conceptual view showing the state where the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A is worn by both arms, and FIG. 4B is a state diagram showing a folding function of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A. 5 is a detailed view of the manipulator adjusting apparatus shown in FIG. 1A.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 매니퓰레이터 조정장치(100)는 지지부(110)와 관절부들(120, 130, 140, 150, 160) 및 암부(170)를 포함한다.1 to 5, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
가이드 모듈(172a)에는 다른 멤버들(일 예로, 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174))이 결합되는데, 가이드 모듈(172a)는 그루브부(1723)를 구비하여 다른 멤버들이 그루브부(1723)에 삽입될 수 있다. 그루브부(1723)는 가이드 모듈(172a)를 따라 반원형으로 연장되어 다른 멤버들(171, 174)이 그루브부(1723)를 따라 이동할 수 있다. 이러한 이동에 의해 다른 멤버들(171, 174)이 회전할 수 있다.
The
도 6a와 도 6b는 각각 사람의 어깨 내/외회전 및 아래팔의 회내/외전을 도시한 도면이다.FIGS. 6A and 6B are views showing the inward / outward rotation of the shoulders and the inward / outward rotation of the lower arm, respectively.
사람의 몸에 착용할 외골격 로봇에서 사람 팔의 뼈 방향 축을 기준으로 내/외회전이 요구되며, 내륜에는 물체, 즉 사람 신체(팔)이 존재하므로 일반적으로 외륜 회전을 통해 축 방향 회전을 수행하게 된다. 기존 전기 모터를 사용한 외골격 로봇의 경우 어깨의 내/외회전과 아래팔의 회내/외전을 풀리와 벨트, 혹은 케이블을 이용하여 원형 실린더를 돌리는 방법으로 사용되었다. 하지만, 이 경우 복수의 회전을 하기가 어렵고, 설계가 복잡해지는 단점이 있다. 이하, 본 발명에 실시예들에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈을 이용하여 매니퓰레이터(manipulator) 조정장치의 암(arm) 멤버를 회전시키는 구조를 살펴보기로 한다.Since the exoskeleton robot to be worn on the human body requires inner / outer rotation based on the bone axis direction of the human arm and an object, that is, the human body (arm) exists on the inner ring, the axial rotation is generally performed through the outer ring rotation . In the case of an exoskeleton robot using an existing electric motor, the inner and outer rotation of the shoulder and the inward / outward rotation of the lower arm were used as a method of rotating a circular cylinder using a pulley, a belt, or a cable. However, in this case, it is difficult to make a plurality of revolutions and the design becomes complicated. Hereinafter, a structure for rotating the arm member of the manipulator adjustment device using the guide module of the manipulator adjustment device according to the embodiments of the present invention will be described.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 가이드 모듈의 단면도와 사시도이고, 도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시한 가이드 모듈의 동작 상태도들이다. FIGS. 7A and 7B are a sectional view and a perspective view of a guide module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 8A to 8C are operational state diagrams of the guide module shown in FIG.
그리고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도이고, 도 10은 비교예에 따르는 매니퓰레이터 조정장치의 착용 상태도이다.FIG. 9 is a view of a manipulator control apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view of a manipulator control apparatus according to a comparative example.
도 7a 내지 도 8c를 참조하면, 매니퓰레이터 조정장치의 가이드 모듈(172a)은 가이드(1721), 피스톤(1726) 및 유출입부(1724, 1725)를 포함할 수 있다.7A-8C, the
가이드(1721)는 내부에 실린더(1722)를 구비하며 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 가이드(1721)는 반원 형상으로 이루어질 수 있다.The
피스톤(1726)은 가이드(1721)의 실린더(1722)에 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 가이드(1721)를 따라 회전가능하게 형성될 수 있다. 피스톤(1726)에 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)가 결합될 수 있는데, 이로 인해, 피스톤(1726)이 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전시킬 수 있다. 그리고, 피스톤(1726)은 자석을 구비하는데, 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)의 체결부(1727)가 피스톤(1726)의 자석에 자기 결합된다.The
피스톤(1726)은 실린더(1722)의 내주에 대응하는 두께(실린더 중공의 지름에 대응)를 가질 수 있다. 이로 인해, 피스톤(1726)은 실린더(1722)의 제1측에서 제2측으로 가스가 통과하는 것을 막을 뿐만 아니라, 실린더(1722)의 제2측에서 제1측으로 가스가 통과하는 것을 막을 수 있다.The
가이드(1721)의 외주에는 그루브부(1723)가 형성된다. 그루브부(1723)는 가이드(1721)의 일면에서 내측으로 리세스된 부분으로써, 체결부(1727)가 그루브부(1723)에 삽입되어 이동하도록 형성된다.A
체결부(1727)는 자성체로 이루어지고, 가이드(1721)의 외주 즉, 실린더(1722)와 그루브부(1723)를 구획하는 가이드(1721)의 하우징은 비자성체로 형성된다. 비자성체는 자계에 영향을 받지 않아 자화가 되지 않는 물질로, 상자성 물질과 반자성 물질을 포함한다. 비자성체의 비투자율은 1에 가까운 값이며, 자계에 의해 거의 힘을 받지 않는다. 비자성체로서, Al, Cu, Sn 등이 사용될 수 있다.The housing of the
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
이러한 유출입부(1724, 1725)는 가이드(1721)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 제1측에 제1 유출입부(1724)가 형성되고, 제2측에 제2 유출입부(1724, 1725)가 형성될 수 있다. These inlet and
제1측 유출입부(1724)에 가스가 유입되면 실린더(1722) 내부의 피스톤(1726)을 제2측을 향하여 밀어내고, 이로 인해 피스톤(1726)이 회전할 수 있다. 이 때, 제2측 유출입부(1725)에서는 가스가 배출되게 된다. 이와 반대로, 제2측 유출입부(1725)에 가스가 유입되면 실린더(1722) 내부의 피스톤(1726)을 제1측을 향하여 밀어내고, 이로 인해 피스톤(1726)이 회전할 수 있다. 이 때, 제1측 유출입부(1724)에서는 가스가 배출되게 된다. When the gas flows into the first side inflow /
피스톤(1726)의 회전에 따라 피스톤(1726)과 자기 결합되는 체결부(1727)가 함께 이동하고, 체결부(1727)는 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)와 결합되므로 결국, 피스톤(1726)의 회전에 따라 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)가 가이드(1721)부를 따라 회전할 수 있게 된다.As the
또한, 그루브부(1723)의 양측에는 걸림부(1722a)들이 형성될 수 있다. 걸림부(1722a)들은 체결부(1727)의 움직임을 제한할 수 있게 형성된다. 이로 인해, 피스톤(1726)에 결합된 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전 정도를 조절할 수 있다.
이와 같이, 제1측 또는 제2측 유출입부(1724, 1725)를 통해 실린더(1722)에 유입되거나 실린더(1722)에서 배출되는 가스를 제어함으로써, 도 9에 도시된 바와 같이, 피스톤(1726)에 결합된 제1 암 멤버(171)나 제2 암 멤버(174)를 회전시킬 수 있다.
9, by controlling the gas that flows into or exits the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 공압 제공부의 개념도이고, 도 11과 도 12는 도 10에 도시한 공압 제공부의 동작상태도들이다.FIG. 10 is a conceptual diagram of a pneumatic pressure supply unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 11 and 12 are operational state diagrams of the pneumatic pressure supply unit shown in FIG.
도 10을 참조하면, 공압 제공부(180)는 공압 탱크(184)와 공압 발생 장치(181)를 포함한다. 공압 탱크(184)는 복수의 내부 공간(184a, 184b, 184c, 184d)을 갖도록 구획된다. 일 예로, 도 10에 도시된 바와 같이 공압 탱크(184) 내에 4개의 내부 공간(184a, 184b, 184c, 184d)이 형성될 수 있다. 이 때, 각 내부 공간들(184a, 184b, 184c, 184d)은 서로 격벽으로 분리되고, 각각 일정 압력의 가스가 충진될 수 있도록 형성된다. 이로 인해, 각각의 내부 공간(184a, 184b, 184c, 184d)은 서로 독립적으로 공압을 형성하게 된다.Referring to FIG. 10, the
그리고, 공압 발생 장치(181)는 공압 탱크(184)에 가스를 주입하도록 형성될 수 있다. The
공압 탱크(184)의 각 내부 공간은 가이드모듈의 유출입부(일 예로, 1724, 1725)와 제1 연결부들(185a, 185b, 185c, 185d)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제1 연결부들(185a, 185b, 185c, 185d)은 서로 연결되지 않고 독립적으로 내부 공간과 유출입부를 연결하도록 독립적으로 형성된다. 또한 공압 탱크(184)의 각 내부 공간은 공압 발생 장치(181)와 제2 연결부들(182a, 182b, 182c, 182d)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제2 연결부들(182a, 182b, 182c, 182d)은 서로 연결되지 않고 독립적으로 내부 공간과 공압 발생 장치(181)를 연결하도록 독립적으로 형성된다.Each internal space of the
그리고, 제1 연결부들(185a, 185b, 185c, 185d)은 각각 개폐유닛(186a, 186b, 186c, 186d)을 구비하고, 개폐유닛(186a, 186b, 186c, 186d)은 독립적으로 구동되도록 형성될 수 있다. 제2 연결부들(182a, 182b, 182c, 182d)도 각각 개폐유닛(183a, 183b, 183c, 183d)을 구비하고, 개폐유닛(183a, 183b, 183c, 183d)은 독립적으로 구동되도록 형성될 수 있다. 각 개폐유닛(183a, 183b, 183c, 183d)은 각각 전기적 신호에 의해 동작되는 전자식 밸브로 형성될 수 있다.The first connecting
암 멤버의 회전을 조절하도록 형성되는 제어부(미도시)는 개폐 유닛들을 독립적으로 제어하여 암 멤버의 회전을 조절할 수 있다.A control unit (not shown) configured to control the rotation of the arm member can control the rotation of the arm member by independently controlling the opening and closing units.
이로 인해, 공압 발생 장치(181)로부터 유출된 가스가 제2 연결부(182)를 지나 내부 공간으로 유입되고, 내부 공간에 유입된 가스는 제1 연결부(186)를 지나 가이드 모듈의 유출입구에 공급될 수 있다. 제어부는 각각 연결라인들 상에 형성된 개폐 유닛을 독립적으로 제어하여 암 멤버를 회전시킬 수 있다.The gas flowing out of the
앞서 살펴본 바와 같이, 암부(170)는 제1 암 멤버(171)와 제2 암 멤버(172)를 포함하고, 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)를 포함할 수 있다.As described above, the
제1 가이드 멤버와 제2 가이드 멤버는 각각 가이드 모듈을 구비할 수 있는데, 공압 제공부는 가이드 모듈의 유출입부를 통해 공압을 제공하도록 형성된다. The first guide member and the second guide member may each include a guide module, which is configured to provide pneumatic pressure through the inlet and outlet of the guide module.
도 11을 참조하면, 제1 연결부(185)의 제1 연결라인(185a)과 제3 연결라인(185c)을 통해, 제1 가이드 모듈과 제2 가이드 모듈의 유출입부에 가스를 공급할 수 있다. 이 때, 제어부의 동작은 제1 연결라인 상에 형성된 제1 개폐 유닛(186a)과 제3 연결라인 상에 형성된 제3 개폐 유닛(186c)에 전기적 신호를 전송하고, 각 개폐 유닛은 전기적 신호에 따라 연결라인은 닫힌 상태에서 열린 상태로 전환시킨다.Referring to FIG. 11, gas may be supplied to the first guide module and the second guide module through the
이로 인해, 유출입부에 가스가 공급되면 피스톤이 움직이면서, 피스톤에 결합된 암 멤버가 움직일 수 있게 된다.As a result, when the gas is supplied to the inflow / outflow portion, the piston moves and the arm member coupled to the piston can move.
이 때, 각 연결라인들과 개폐유닛은 독립적으로 제어되므로, 제2 연결라인(185b)과 제4 연결라인(185d)을 통해서 가스가 공급되지 않는다. 또한, 제어부에 의해 신호를 전송받지 않은 제2 개폐 유닛(186b)과 제4 개폐 유닛(186d)도 동작하지 않는다.At this time, since the respective connection lines and the opening / closing unit are independently controlled, no gas is supplied through the
도 12를 참조하면, 제2 연결부(182)의 제5 연결라인(182a)과 제7 연결라인(182c)을 통해, 공압 탱크(184)의 제1 내부 공간(184a)과 제3 내부 공간(184c)에 가스를 공급할 수 있다. 이 때, 제어부의 동작은 제5 연결라인 상에 형성된 제5 개폐 유닛(183a)과 제7 연결라인 상에 형성된 제7 개폐 유닛(183c)에 전기적 신호를 전송하고, 각 개폐 유닛은 전기적 신호에 따라 연결라인은 닫힌 상태에서 열린 상태로 전환시킨다.12, the first
이로 인해, 제1 내부 공간과 제3 내부 공간에 가스가 일정 압력으로 충진될 수 있게 된다.As a result, the gas can be filled in the first inner space and the third inner space at a constant pressure.
이 때, 각 연결라인들과 개폐유닛은 독립적으로 제어되므로, 제6 연결라인(182b)과 제8 연결라인(182d)을 통해서 가스가 공급되지 않는다. 또한, 제어부에 의해 신호를 전송받지 않은 제6 개폐 유닛(183b)과 제8 개폐 유닛(183d)도 동작하지 않는다. 따라서, 제2 내부 공간(184b)과 제4 내부 공간(184d)에도 가스가 공급되지 않는다.At this time, since the respective connection lines and the opening / closing unit are independently controlled, no gas is supplied through the sixth connection line 182b and the eighth connection line 182d. Also, the sixth opening /
이와 같이 본 발명의 실싱예에 따르는 공압 제공부는 복수의 유출입부에 제공되는 공압을 독립적으로 제어하여, 성능의 저하를 막고, 일부 가이드 모듈이 사용되지 않을 때 공압 저하를 막을 수 있다. 이로 인해, 매니퓰레이터 조정장치를 보다 효율적으로 작동시킬 수 있다.
As described above, the pneumatic pressure providing unit according to the present invention can independently control the pneumatic pressure provided to the plurality of inflow / outflow units, thereby preventing performance deterioration and preventing pneumatic pressure drop when some guide modules are not in use. This makes it possible to operate the manipulator adjustment device more efficiently.
상기와 같이 설명된 매니퓰레이터 조정장치는 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 above-described manipulator adjustment apparatus can be applied to a configuration and a method of the embodiments described above in a limited manner, but the embodiments can be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .
Claims (6)
상기 가이드 모듈들 중 적어도 어느 하나에 가스를 유입시켜 독립적으로 암 멤버를 이동시키는 공압 제공부를 포함하고,
상기 공압 제공부는,
서로 격벽으로 구획되는 복수의 내부 공간을 구비하는 공압 탱크; 및
어느 하나의 상기 내부 공간에 가스를 주입하여 공압을 발생시키는 공압 발생 장치를 포함하고, 상기 내부 공간들은 상기 암 멤버의 유출입부에 제1 연결부들에 의해 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.A plurality of guide modules for rotating an arm member of the manipulator adjustment device; And
And a pneumatic pressure providing unit for independently introducing gas into at least one of the guide modules to move the arm member,
The pneumatic pressure-
A pneumatic tank having a plurality of internal spaces defined by barrier ribs; And
And a pneumatic pressure generating device for generating air pressure by injecting gas into any one of the internal spaces, wherein the internal spaces are independently connected to the inlet and outlet portions of the arm member by first connecting portions. .
상기 내부 공간과 상기 공압 발생부는 각각 제2 연결부들에 의해 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.The method according to claim 1,
Wherein the internal space and the pneumatic pressure generator are independently connected by second connection portions.
상기 암 멤버의 회전을 조절하도록 형성되는 제어부를 더 포함하고,
상기 제1 연결부들 및 상기 제2 연결부들에 각각 상기 제어부에 의해 개폐가 조절되는 개폐유닛이 형성되고,
상기 개폐 유닛들은 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.The method of claim 3,
And a control unit configured to adjust rotation of the arm member,
Wherein the first connection portions and the second connection portions are each formed with an opening / closing unit controlled by the control unit,
And the opening / closing units are controlled independently of each other.
상기 가이드 모듈은,
내부에 실린더를 구비하는 원호 형상의 가이드; 및
상기 실린더에 일부가 삽입되어 가스가 유입 또는 배출될 때, 상기 실린더 외주에 결합되는 암 멤버를 회전시키는 피스톤을 포함하고,
상기 유출입부는 상기 가스가 상기 실린더에 유입되거나, 상기 실린더로부터 배출되도록 상기 실린더에 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.The method according to claim 1,
The guide module comprises:
An arc-shaped guide having a cylinder therein; And
And a piston for rotating an arm member coupled to the outer periphery of the cylinder when the gas is partially introduced into the cylinder and the gas is introduced or discharged,
Wherein the inflow / outflow portion is formed in the cylinder so that the gas flows into the cylinder or is discharged from the cylinder.
상기 유출입부는 상기 가이드의 양단에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 조정장치.5. The method of claim 4,
And the outlet is formed at both ends of the guide.
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KR1020130054543A KR101444654B1 (en) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | Manipulator control apparatus |
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WO2011036906A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-03-31 | 学校法人東京理科大学 | Lumbar support device |
KR101099063B1 (en) | 2009-12-11 | 2011-12-28 | 대한민국 | Arm rehabilitation device using the air muscle |
KR101163903B1 (en) | 2010-08-13 | 2012-07-09 | 한국과학기술원 | Robot shoulder appratus for stroke patients rehabilitation |
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- 2013-05-14 KR KR1020130054543A patent/KR101444654B1/en active IP Right Grant
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WO2011036906A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-03-31 | 学校法人東京理科大学 | Lumbar support device |
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