KR101452443B1 - Driving apparatus having multi-degrees of freedom - Google Patents

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KR101452443B1
KR101452443B1 KR1020130042432A KR20130042432A KR101452443B1 KR 101452443 B1 KR101452443 B1 KR 101452443B1 KR 1020130042432 A KR1020130042432 A KR 1020130042432A KR 20130042432 A KR20130042432 A KR 20130042432A KR 101452443 B1 KR101452443 B1 KR 101452443B1
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이주
원성홍
이호준
박현종
이진우
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, a multi-degree freedom driving device includes: an output shaft; a shaft seesaw motion module connected to the output shaft to enable a first directional seesaw motion with respect to the output shaft, and a second directional seesaw motion intersecting the first directional seesaw motion; and a shaft rotary unit mutually connecting the output shaft and the shaft seesaw motion module rotating the output shaft. The multi-degree freedom driving device has a simple actuator to rotate each shaft and a simple power transfer structure, thereby being simply miniaturized and easily manufactured; and accurate motions can be realized due to an easy operation.

Description

다자유도 구동장치{Driving apparatus having multi-degrees of freedom}[0001] The present invention relates to a multi-

본 발명은 다자유도 구동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 보다 간단한 구조로 마련되어 제작과 제어가 용이하며, 장치를 소형화할 수 있는 다자유도 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-degree-of-freedom driving apparatus, and more particularly, to a multi-degree-of-freedom driving apparatus which is provided with a simpler structure and is easy to manufacture and control.

근래 들어, 여러 분야에 걸쳐 로봇(robot)의 이용이 증가하고 있다. 예를 들면, 산업 현장에서 사용되는 산업 로봇, 군대에서 사용되는 군용 로봇, 외부 탐사에 사용되는 탐사용 로봇, 그리고 실제 가정에서 사용되는 가정 로봇 등에 이르기까지 로봇은 현재 다방면에 사용되고 있을 뿐만 아니라 그에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.Recently, the use of robots has been increasing in various fields. For example, robots are currently being used in various fields, ranging from industrial robots used in the industrial field, military robots used in the military, robotic robots used in external exploration, and home robots used in the home. Research is also under way.

그 중, 산업 로봇 또는 휴머노이드(humanoid) 로봇은 실제 적용되는 산업분야에 따라 다수의 다관절 또는 다자유도 회동이 필수적으로 요구되고 이러한 다관절 또는 다자유도 회동을 위한 동력 전달 구조와 방식에 대한 개발도 진행되고 있다.Among them, industrial robots or humanoid robots are required to have many articulated or multi-freedom rotations depending on the field of industry in which they are actually applied, and there is a need for a power transmission structure and method for such articulated or multi- Development is underway.

종래의 다자유도 구동 시스템은, 회전이 요구되는 축마다 액추에이터가 각각 별도로 마련되고 제어 알고리즘을 이용하여 다자유도 구동을 수행하였다. 로봇의 관절 부분에는 3축으로 회동되도록 동작되는 것이 바람직하므로, 3개의 축을 회전시키기 위한 액추에이터와 이에 연결된 동력 전달 구조가 각각 별도로 마련되었다.In a conventional multi-degree of freedom drive system, actuators are separately provided for each axis for which rotation is required, and multi-degree of freedom drive is performed using a control algorithm. It is preferable that the robot is operated so as to rotate in three axes at the joint portion of the robot. Therefore, an actuator for rotating the three axes and a power transmission structure connected thereto are separately provided.

그러나, 각 축을 회동시키기 위한 액추에이터와 동력 전달 구조가 개별적으로 마련되고 이들이 조합되어야 하기 때문에 필연적으로 구동장치의 크기가 대형화되고 전체 구조도 복잡해지는 문제가 있었다.However, since an actuator and a power transmission structure for rotating the respective axes are individually provided and combined with each other, there is a problem that the size of the driving device necessarily increases and the entire structure becomes complicated.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 구형(spherical) 타입의 구동장치에 대한 연구가 진행된 바 있다. 구형 타입의 구동장치는 유니버셜 조인트(universal joint)와 같은 역할을 하는 구형 타입의 연결부재와 연결부재를 감싸는 하우징이 마련되고 이들 사이에 전자기력을 발생시켜 다자유도 회동이 가능하게 한다.In order to solve such a problem, a spherical type driving apparatus has been studied. The spherical type driving apparatus has a spherical type connecting member serving as a universal joint and a housing surrounding the connecting member, and generates electromagnetic force therebetween to enable multi-degree freedom rotation.

그러나, 구형 타입의 다자유도 구동장치는 전체적인 장치의 구조가 매우 복잡하여 제작이 용이하지 못한 문제가 있고, 자세 제어가 어려워 정확한 동작을 구현하는 데에도 한계가 있었다.However, the multi-degree-of-freedom type driving device of the spherical type has a problem that the entire device structure is very complicated, so that it is not easy to manufacture, and attitude control is difficult.

또한, 종래에 사용되는 다자유도 구조의 경우에는 구조가 매우 복잡한 구형 형태이고 3차원 가공을 해야 하기 때문에 가공이 용이하지 않다는 단점이 있으며, 제어 알고리즘이 매우 복잡해서 제어의 신뢰도가 상대적으로 낮을 뿐만 아니라, 와전류 손실을 줄이기 위한 적층 구조를 구현하기가 매우 어렵다는 한계가 있다. 결과적으로 종래에 사용되는 구형의 다자유도 구동 시스템은 제작성, 출력, 제어성능이 좋지 않아 상용화에 무리가 있다.In addition, in the case of the conventional multi-degree of freedom structure, the structure is a very complicated spherical shape, and it is disadvantageous in that it is not easy to perform machining because it requires three-dimensional machining. The control algorithm is very complicated and the reliability of the control is relatively low However, there is a limitation in that it is very difficult to implement a laminated structure for reducing eddy current loss. As a result, the spherical multi-degree-of-freedom drive system conventionally used has a poor performance in writing, outputting, and controlling, making it difficult to commercialize it.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 각 축을 회동시키기 위한 액추에이터와 동력 전달 구조가 간단하여 소형화될 수 있고, 이에 따라 제작이 용이할 수 있으며, 자세 제어가 용이하여 정확한 동작을 구현할 수 있는 다자유도 구동장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an actuator and a power transmission structure for rotating each shaft, And provides a multi-degree of freedom drive system that can be implemented.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 출력샤프트; 상기 출력샤프트를 기준으로 한 제1 방향 시소운동과, 이에 교차되는 제2 방향 시소운동이 가능하도록 상기 출력샤프트에 연결되는 샤프트 시소운동 모듈; 및 상기 출력샤프트와 상기 샤프트 시소운동 모듈을 상호 연결하며, 상기 출력샤프트를 회전시키는 샤프트 회전유닛을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-degree of freedom driving apparatus including: an output shaft; A shaft seesaw motion module coupled to the output shaft such that a first direction seesaw motion relative to the output shaft and a second direction seesaw motion intersecting therewith are possible; And a shaft rotating unit that interconnects the output shaft and the shaft seesaw motion module and rotates the output shaft.

상기 샤프트 시소운동 모듈은, 허브; 상기 허브에 제1 방향으로 시소운동 가능하게 결합되는 제1 방향 시소운동부; 및 상기 허브에 제2 방향으로 시소운동 가능하게 결합되는 제2 방향 시소운동부를 포함할 수 있다.The shaft seesaw motion module comprising: a hub; A first direction seesaw motion unit coupled to the hub so as to be seesawed in a first direction; And a second direction seesom movement part coupled to the hub in a seesaw motion in a second direction.

상기 제1 방향 시소운동부와 상기 제2 방향 시소운동부는 상기 허브를 중심으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.The first direction seesaw motion portion and the second direction seesaw motion portion may be arranged to face each other with respect to the hub.

상기 제1 방향 시소운동부는, 제1 지지체; 및 상기 제1 지지체에 결합되어 상기 제1 지지체를 제1 방향으로 회동시키는 제1 방향 액추에이터 를 포함할 수 있다.The first direction seesaw movement unit includes: a first support; And a first direction actuator coupled to the first support and rotating the first support in a first direction.

상기 제2 방향 시소운동부는, 상기 샤프트 회전유닛과 연결되는 연결레그를 구비한 제2 지지체; 및 상기 제2 지지체에 결합되어 상기 제2 지지체를 제2 방향으로 회동시키는 제2 방향 액추에이터를 포함할 수 있다.The second direction seesaw motion unit may include: a second support having a connection leg connected to the shaft rotation unit; And a second direction actuator coupled to the second support to rotate the second support in a second direction.

상기 제1 방향 액추에이터와 상기 제2 방향 액추에이터의 회동축은 수직으로 교차되며 배치될 수 있다.The pivot axes of the first direction actuator and the second direction actuator may be vertically crossed.

상기 제1 방향 시소운동부와 상기 제2 방향 시소운동부 각각은, 상기 허브 측으로 돌출되어 상기 제1 방향 액추에이터 또는 제2 방향 액추에이터의 회동축을 지지하는 돌출지지단; 및 상기 돌출지지단에 인접하게 배치되어 상기 제1 방향 또는 제2 방향의 회전을 감지하는 회전감지부를 더 포함할 수 있다.Wherein each of the first direction seesaw motion portion and the second direction seesaw motion portion includes: a protruding support end protruding toward the hub side to support a rotation axis of the first direction actuator or the second direction actuator; And a rotation sensing unit disposed adjacent to the protruding support end for sensing rotation in the first direction or the second direction.

상기 샤프트 회전유닛은, 상기 제2 방향 시소운동부와 결합되는 고정몸체; 상기 고정몸체의 외주면을 따라 이격 배치되며, 상기 고정몸체에 대해 상대회동 가능하게 마련되는 회전몸체; 및 상기 회전몸체의 일면에 배치되어 상기 회전몸체와 상기 출력샤프트를 연결시키는 커넥팅아암을 포함할 수 있다.The shaft rotation unit may include: a fixed body coupled to the second direction seesaw movement unit; A rotating body spaced apart from the outer circumferential surface of the fixed body and relatively rotatable with respect to the fixed body; And a connecting arm which is disposed on one surface of the rotating body and connects the rotating body and the output shaft.

상기 제1 방향 액추에이터와 상기 제2방향 액추에이터는 각각 2개의 액추에이터이고, 각각 동기 제어될 수 있다.The first direction actuator and the second direction actuator are two actuators, respectively, and can be synchronously controlled.

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 각 축을 회동시키기 위한 액추에이터와 동력 전달 구조가 간단하여 소형화될 수 있고, 이에 따라 제작이 용이할 수 있으며, 자세 제어가 용이하여 정확한 동작을 구현할 수 있다.The multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention can be miniaturized because it has a simple actuator and power transmission structure for rotating the respective axes, and thus can be easily manufactured, and attitude control can be easily performed to realize accurate operation.

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 3개의 구동축(회전축) 상에 형성된 3개의 액추에이터를 이용하여 다자유도를 구현하기 때문에 작은 공간에 고토크 특성을 실현할 수 있다.The multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention realizes high degrees of freedom in a small space because it realizes multiple degrees of freedom by using three actuators formed on three driving shafts (rotary shafts).

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 고토크, 고속, 정밀한 제어 특성을 가지도록 3개의 액추에이터에 사용되는 전동기를 다양화할 수 있다.The multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention can diversify the motors used in the three actuators so as to have high torque, high speed, and precise control characteristics.

도 1은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 저면 사시도이다.
도 3은 제1 방향 시소운동부의 사시도이다.
도 4는 제2 방향 시소운동부의 사시도이다.
도 5는 샤프트 회전유닛의 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 A-A선을 따르는 단면도에서 제1 방향 액추에이터가 동작하여 제2 방향 시소운동부가 회동된 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 B-B선을 따르는 단면도에서 제2 방향 액추에이터가 동작하여 제2 방향 시소운동부가 회동된 형상을 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention.
2 is a bottom perspective view of a multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention.
3 is a perspective view of the first direction seesaw motion part.
4 is a perspective view of the second direction seesaw motion part.
5 is a perspective view of the shaft rotating unit.
FIG. 6 is a view showing a shape in which a first direction actuator operates and a second direction seesom movement part is rotated in a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a view showing a shape in which a second directional seek motion part is rotated by operating a second directional actuator in a sectional view along the BB line shown in FIG. 1;

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 실시예를 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 저면 사시도이며, 도 3은 제1 방향 시소운동부의 사시도이고, 도 4는 제2 방향 시소운동부의 사시도이며, 도 5는 샤프트 회전유닛의 사시도이다.2 is a bottom perspective view of a multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention, Fig. 3 is a perspective view of a first direction seesaw motion unit, Fig. 4 is a second perspective view of a second- Fig. 5 is a perspective view of the shaft rotating unit. Fig.

본 발명에 의한 다자유도 구동장치(10)는, 출력샤프트(100)와, 출력샤프트(100)를 기준으로 한 제1 방향 시소운동과 이에 교차되는 제2 방향 시소운동이 가능하도록 출력샤프트(100)에 연결되는 샤프트 시소운동 모듈(200)과, 출력샤프트(100)와 샤프트 시소운동 모듈(200)을 상호 연결하며 출력샤프트(100)를 회전시키는 샤프트 회전유닛(300)을 포함한다.The multi-degree of freedom driving apparatus 10 according to the present invention includes an output shaft 100 and an output shaft 100 such that a first direction seesaw motion based on the output shaft 100 and a second direction seesaw motion intersecting therewith are possible. And a shaft rotation unit 300 that interconnects the output shaft 100 and the shaft seesaw motion module 200 and rotates the output shaft 100.

샤프트 시소운동 모듈(200)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 허브(210)와, 허브(210)에 제1 방향으로 회동 가능하게 결합되는 제1 방향 시소운동부(220)과, 허브(210)에 회동 가능하게 결합되되 제1 방향에 교차되는 제2 방향으로 회동되는 제2 방향 시소운동부(240)를 포함한다.1 to 5, the shaft seesaw motion module 200 includes a hub 210, a first direction seesaw motion portion 220 rotatably coupled to the hub 210 in a first direction, And a second direction seesaw motion unit 240 rotatably coupled to the first direction 210 and rotated in a second direction that intersects the first direction.

제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)는, 허브(210)를 중심으로 상하로 서로 마주보도록 배치되어 아래에서부터 차례로 제1 방향 시소운동부(220)와 허브(210) 및 제2 방향 시소운동부(240)가 적층되는 구조를 가진다.The first direction seesaw motion unit 220 and the second direction seesaw motion unit 240 are disposed so as to face each other up and down with respect to the hub 210 as a center, And the second direction seesaw motion part 240 are stacked.

제1 방향 시소운동부(220)는 주로 도 3을 참조하면, 제1 지지체(221)와, 제1 지지체(221)의 양측부에 배치되는 제1 방향 액추에이터(225)와, 이를 고정하는 액추에이터 지그(224)와, 허브(210)측으로 돌출되어 제1 방향 액추에이터(225)에 연결된 제1 회동축(226)을 지지하는 돌출지지단(230)과, 제1 회동축(226)의 회전을 감지하는 회전감지부(231)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the first direction seek motion unit 220 includes a first support 221, a first direction actuator 225 disposed on both sides of the first support 221, and an actuator jig A protrusion supporting end 230 protruding toward the hub 210 side and supporting a first pivot shaft 226 connected to the first direction actuator 225, And a rotation sensing unit 231 for sensing the rotation of the motor.

제1 지지체(221)는 별도의 지지프레임(미도시)에 결합되어 고정된다. 이를 위해, 제1 지지체(221) 상에는 지지프레임과 결합을 위한 별도의 체결수단(미도시)이 부가될 수 있을 것이다.The first support body 221 is fixedly coupled to a separate support frame (not shown). To this end, a separate fastening means (not shown) may be added on the first support 221 for engagement with the support frame.

제1 지지체(221)의 양측부에는, 한쌍의 제1 방향 액추에이터(225)가 마련된다. 제1 방향 액추에이터(225)는 각각 2개의 액추에이터로 마련되고, 이들은 동기 제어된다. 본 실시예에서의 제1 방향 액추에이터(225)는 SPM, BLDC 또는 토크 모터 중 어느 하나로 마련된다. 만약, 액추에이터의 회전 범위(또는 구동 범위)가 제한되어 있거나 큰 토크가 필요하거나 많은 회전력이 필요한 매니퓰레이터 또는 로봇관절 등에 사용되는 경우라면 내전형의 SPM, BLDC 모터보다는 토크 모터가 사용되는 것이 바람직하다. On both sides of the first support body 221, a pair of first directional actuators 225 are provided. The first direction actuator 225 is each provided with two actuators, and these are synchronously controlled. The first direction actuator 225 in this embodiment is provided either as SPM, BLDC or torque motor. It is preferable that a torque motor is used rather than an internal SPM or BLDC motor if the rotation range (or the driving range) of the actuator is limited, a large torque is required, or a manipulator or a robot joint requiring a large rotational force is used.

제1 지지체(221)의 양측부에는 액추에이터 지그(224)가 마련된다. 액추에이터 지그(224)는 원형 형상으로서 소정의 두께를 가진 띠 모양으로 마련된다. 액추에이터 지그(224)의 내경이 제1 방향 액추에이터(225)의 외경에 맞도록 제작되어 제1 방향 액추에이터(225)가 결합될 때 제1 방향 액추에이터(225)를 고정한다.At both sides of the first support body 221, an actuator jig 224 is provided. The actuator jig 224 has a circular shape and is provided in a band shape having a predetermined thickness. The actuator jig 224 is manufactured so that the inner diameter of the actuator jig 224 matches the outer diameter of the first direction actuator 225 and the first direction actuator 225 is fixed when the first direction actuator 225 is engaged.

한편, 제1 회동축(226)이 소정 각도 이상 회동하게 되면 제1 회동축(226)에 연결되는 제2 방향 시소운동부(240)가 제1 지지체(221) 또는 지지프레임에 간섭될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 제1 회동축(226)은 지지프레임의 상면으로부터 일정간격 상향 이격된 지점에 위치됨이 바람직하다. 이를 위해, 돌출지지단(230)은 허브(210)를 중심으로 양측에 각각 배치된다. 돌출지지단(230)의 상부에 제1 회동축(226)이 회전 가능하게 결합되어 지지되는 구조를 가진다. 돌출지지단(230)과 제1 회동축(226)의 접촉 부분에는 베어링부재(227)가 구비된다.Meanwhile, when the first coaxial shaft 226 is rotated by a predetermined angle or more, the second direction seesom movement part 240 connected to the first rotation shaft 226 may interfere with the first support body 221 or the support frame . In order to prevent this, it is preferable that the first coaxial shaft 226 is located at a position spaced upward from the upper surface of the support frame by a predetermined distance. To this end, the projecting support ends 230 are disposed on both sides of the hub 210, respectively. And a first pivot shaft 226 is rotatably coupled to and supported by the upper portion of the projecting support end 230. A bearing member 227 is provided at a contact portion between the projecting support end 230 and the first rotation shaft 226.

한쌍의 돌출지지단(230) 중 어느 일측에는 회전감지부(231)가 마련된다. 회전감지부(231)는 제1 회동축(226)의 회전을 감지하는 역할을 한다. 제1 회동축(226)의 회전 각도를 파악하여 별도의 제어수단에 의해 제1 방향의 시소운동을 제어할 수 있을 것이다. 본 실시예에서 회전감지부(231)는 내측으로 축이 삽입되면 회전이 감지되는 중공형 엔코더(shaft encoder)로 마련된다.A rotation sensing part 231 is provided on one of the pair of projecting supporting ends 230. The rotation sensing unit 231 senses the rotation of the first rotation shaft 226. It is possible to grasp the rotation angle of the first coaxial shaft 226 and control the seesaw motion in the first direction by a separate control means. In the present embodiment, the rotation sensing unit 231 is provided as a shaft encoder that senses rotation when a shaft is inserted inward.

제2 방향 시소운동부(240)의 구성도 실질적으로 제1 방향 시소운동부(220)의 구성과 같다. 다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방향에 교차되는 제2 방향으로 제2 지지체(241)가 배치되고, 제2 지지체(241)의 양단부에는 제2 방향 액추에이터(245)와 이에 연결된 제2 회동축(246)이 마련된다. The configuration of the second direction seesaw motion unit 240 is substantially the same as that of the first direction seesaw motion unit 220. [ 4, a second support body 241 is disposed in a second direction crossing the first direction, and a second direction actuator 245 and a second support body 242 are connected to both ends of the second support body 241, Two coaxial axes 246 are provided.

또한, 제2 지지체(241)는 샤프트 회전유닛(300)의 고정몸체(310)와 결합되어야 하기 때문에 제2 지지체(241)에는 제1 방향과 제2 방향으로 각각 연결레그(242)가 마련된다. 연결레그(242)를 통해 샤프트 회전유닛(300)의 고정몸체(310)와 상호 연결됨으로써, 고정몸체(310)를 고정한다. 샤프트 회전유닛(300)에 대한 설명은 후술하기로 한다.Since the second support body 241 is to be engaged with the fixed body 310 of the shaft rotation unit 300, the second support body 241 is provided with the connection legs 242 in the first direction and the second direction respectively . And is connected to the fixed body 310 of the shaft rotation unit 300 through the connection leg 242 to fix the fixed body 310. [ The shaft rotating unit 300 will be described later.

본 실시예에서 제1 방향 시소운동부(220)는 하부에 배치되고 제2 방향 시소운동부(240)가 상부에 배치되며, 이들이 서로 마주보도록 배치되어 제1 회동축(226)과 제2 회동축(246)이 동일 평면상에 수직으로 교차하며 배치된다. 이때, 제1 회동축(226)과 제2 회동축(246)이 상호 간섭될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240) 사이에는 허브(210)가 배치된다.In the present embodiment, the first direction seesaw motion unit 220 is disposed at the lower portion and the second direction seesaw motion unit 240 is disposed at the upper portion. The first direction seesaw motion unit 220 is disposed so as to face the first and second rotation shafts 226 and 226, 246 are arranged so as to cross vertically on the same plane. At this time, the first coaxial shaft 226 and the second coaxial shaft 246 may interfere with each other. In order to prevent this, a hub 210 is disposed between the first direction seesaw motion unit 220 and the second direction seesaw motion unit 240.

허브(210)는 원통 형상으로 마련되며, 허브(210)의 외주면을 따라 복수의 관통홀(211)이 형성된다. 제1 방향으로 형성된 관통홀(211)에 제1 회동축(226)이 연결되고, 제2 방향으로 형성된 관통홀(211)에는 제2 회동축(246)이 회동 가능하게 결합된다. 제1 회동축(226)과 제2 회동축(246)은 모두 허브(210)를 중심으로 분리된 한 쌍으로 마련되어 제1 회동축(226)과 제2 회동축(246)이 간섭되는 현상을 방지한다.The hub 210 is formed in a cylindrical shape and a plurality of through holes 211 are formed along the outer circumferential surface of the hub 210. The first turning shaft 226 is connected to the through hole 211 formed in the first direction and the second turning shaft 246 is coupled to the through hole 211 formed in the second direction. The first coaxial shaft 226 and the second rotative shaft 246 are provided as a pair separated from each other around the hub 210 so that the first rotating shaft 226 and the second rotating shaft 246 interfere with each other prevent.

이와 같이, 허브(210)에 제1 방향으로의 제1 회동축(226)과 제2 방향으로의 제2 회동축(246)이 각각 연결됨으로써 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)는 상호 연결되고, 이와 동시에 2축 자유도 즉, 제1 방향과 제2 방향으로 자유롭게 회동할 수 있게 된다. 유니버셜 조인트의 역할을 수행할 수 있다.The first pivot axis 226 in the first direction and the second pivot axis 246 in the second direction are connected to the hub 210. Thus, The moving parts 240 are connected to each other and at the same time can freely rotate in the biaxial degrees of freedom, that is, in the first and second directions. It can serve as a universal joint.

2축 자유도에 대해 설명하면, 제2 방향 시소운동부(240)에 부여된 2축의 자유도는 제1 방향 또는 제2 방향 단독으로 회동될 수도 있고, 제1 방향과 제2 방향으로 함께 회동될 수 있다. 즉, 제2 방향 시소운동부(240)가 제1 회동축(226)을 중심으로 회동되는 경우 제2 방향 시소운동부(240)와 허브(210)가 함께 회동되며, 제2 방향 시소운동부(240)가 제2 회동축(246)을 중심으로 회동되는 경우 제2 방향 시소운동부(240)만이 단독으로 회동된다.With respect to the biaxial degrees of freedom, the biaxial degrees of freedom imparted to the second direction seesong motion part 240 may be rotated in the first direction or the second direction alone, or may be rotated together in the first direction and the second direction . That is, when the second direction seesaw movement unit 240 is rotated about the first rotation axis 226, the second direction seesaw movement unit 240 and the hub 210 are rotated together, and when the second direction seesaw movement unit 240 is rotated, Only the second direction seesaw movement portion 240 is rotated by itself when the second direction seesaw motion portion 240 is rotated about the second coaxial shaft 246. [

보다 상세히 설명하면, 제1 방향 시소운동부(220)의 제1 방향 액추에이터(225)가 동작하여 제1 회동축(226)이 회동하면 이에 연결된 허브(210)가 회동하고, 허브(210)에 연결된 제2 방향 시소운동부(240)가 제1 회동축(226)이 회전한 각도만큼 회동하게 된다. 즉, 제1 방향으로의 1축 자유도가 부여된다. 이때에는 물론 허브(210)에 연결된 제2 방향 시소운동부(240)가 헛돌지 않도록 허브(210)와 제1 회동축(226)은 끼워 맞춤되어 결합되는 것이 바람직하다. More specifically, when the first direction actuator 225 of the first direction seesaw motion unit 220 is operated to pivot the first pivot shaft 226, the hub 210 connected thereto rotates and is connected to the hub 210 The second direction seesaw motion unit 240 rotates by the angle at which the first rotation shaft 226 rotates. That is, a single-degree-of-freedom in the first direction is given. At this time, it is preferable that the hub 210 and the first rotating shaft 226 are fitted to each other so that the second direction seesaw motion unit 240 connected to the hub 210 does not rotate.

제1 방향의 회동이 진행된 다음 또는 제1 방향의 회동과 동시에 제2 방향의 회동이 수행될 수 있다. 제2 방향 액추에이터(245)의 제2 회동축(246)이 회동하면 제2 방향 시소운동부(240)가 제2 회동축(246)의 회동된 각도만큼 제2 방향으로 회동하게 된다. 이때, 제2 회동축(246)은 허브(210)에 결합되어 있고 제2 방향 시소운동부(240)의 제2 지지체(241)는 고정되어 있지 않기 때문에 제2 회동축(246)이 회동하게 되면 제2 방향 시소운동부(240)가 회전하게 되는 것이다. 결과적으로 2축의 자유도가 보장된다.The rotation in the second direction may be performed after the rotation in the first direction proceeds or in the rotation in the first direction. When the second pivot 246 of the second direction actuator 245 is rotated, the second direction seesong motion part 240 is rotated in the second direction by the rotated angle of the second pivot 246. At this time, since the second coaxial shaft 246 is coupled to the hub 210 and the second support body 241 of the second direction seesom movement unit 240 is not fixed, when the second rotation shaft 246 is rotated The second direction seesaw motion unit 240 is rotated. As a result, the biaxial degrees of freedom are guaranteed.

본 실시예에 따른 샤프트 시소운동 모듈(200)의 구성은, 종래의 각 축을 회동시키는 회동부가 각각 마련되고 이들 각각이 별도로 배치됨으로써, 로봇 관절 등에 적용되는 경우 그 크기가 대형화될 수 밖에 없는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 제1 방향의 시소운동(회동)을 수행하는 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향의 시소운동을 담당하는 제2 방향 시소운동부(240)가 허브(210)를 중심으로 상하로 적층되는 방식으로 배치되어 장치가 소형화되는 장점이 있다. 그러면, 로봇의 관절 부분 뿐만 아니라 비전 시스템, 탐사용이나 군수용 장치 등 산업 전반에 다관절 장치가 필요한 다른 분야에도 적용될 수 있는 장점도 있게 된다.The configuration of the shaft seesaw motion module 200 according to the present embodiment is different from that of the conventional art in that the rotation of the shaft seesaw motion module 200 according to the related art is provided separately and each of them is separately disposed, Can be solved. That is, the first direction seesaw motion unit 220 for performing the seesaw motion (rotation) in the first direction and the second direction seesaw motion unit 240 for performing the seesaw motion in the second direction are disposed vertically There is an advantage that the device is arranged in a stacked manner and the device is downsized. This can be applied not only to the joints of robots but also to other fields such as vision systems, navigation systems, and military apparatuses that require articulating apparatuses throughout the industry.

또한, 본 실시예의 샤프트 시소운동 모듈(200)은 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)의 구성이 비교적 간단하고, 이들 구성이 허브(210)를 중심으로 간단히 조립되는 구조이기 때문에, 제작이 용이한 장점이 있으며, 작업자의 유지관리 측면에서도 용이한 측면이 있다.In addition, the shaft seesaw motion module 200 of the present embodiment has a relatively simple structure in the first direction seesaw motion section 220 and the second direction seesaw motion section 240, and these structures are simply assembled around the hub 210 The structure is advantageous in that it can be easily manufactured, and there is also an aspect in terms of maintenance of the operator.

또한, 제1 방향 시소운동부(220)에 제1 방향 액추에이터(225)와, 제2 방향 시소운동부(240)의 제2 방향 액추에이터(245)가 개별적으로 마련됨으로써, 제1 방향 액추에이터(225)와 제2 방향 액추에이터(245)을 개별적으로 제어가능하기 때문에 종래 구형(spherical) 모터 제어에 비해 유리한 측면도 있게 된다. The first direction actuator 225 and the second direction actuator 245 of the second direction seesaw motion unit 240 are separately provided in the first direction seesaw motion unit 220 and the first direction actuator unit 225, Since the second direction actuator 245 can be individually controlled, an advantageous aspect as compared with the conventional spherical motor control also becomes possible.

샤프트 회전유닛(300)은, 실제 출력샤프트(100)를 회동시키는 역할을 한다. 이를 위해 샤프트 회전유닛(300)은 도 5에 주로 도시된 바와 같이, 제2 방향 시소운동부(240)와 연결되는 고정몸체(310, stator)와, 고정몸체(310)의 외주면을 따라 형성되며 고정몸체(310)에 대해 상대회동 가능하게 마련되는 회전몸체(320, rotor)와, 회전몸체(320)의 상면에 배치되어 회전몸체(320)와 출력샤프트(100)를 연결시키는 커넥팅아암(330, connecting arm)을 포함한다.The shaft rotation unit 300 serves to rotate the actual output shaft 100. 5, the shaft rotation unit 300 includes a fixed body 310, which is connected to the second direction seesaw motion unit 240, and a fixed body 310, which is formed along the outer peripheral surface of the fixed body 310 and fixed A rotatable body 320 rotatably provided relative to the body 310 and a connecting arm 330 disposed on an upper surface of the rotatable body 320 for connecting the rotatable body 320 and the output shaft 100, connecting arm.

고정몸체(310)는 제2 방향 시소운동부(240)와 결합되는 원통지지부재(311)와, 원통지지부재(311)의 외주면에 형성된 코일권취부재(312)를 구비한다. 원통지지부재(311)는 제2 방향 시소운동부(240)의 연결레그(242)와 상호 연결된다. 코일권취부재(312)는 원통지지부재(311)의 외주면 상에 배치되며, 코일이 권취될 수 있도록 다수의 코일권취홈(313)이 마련된다. 코일권취홈(313)에 코일이 권취되면 본 실시예에서의 고정몸체(310)는 실질적으로 SPM 모터 또는 BLDC 모터의 고정자 역할을 수행한다.The fixed body 310 includes a cylindrical support member 311 coupled with the second direction seesaw motion unit 240 and a coil winding member 312 formed on the outer circumferential surface of the cylindrical support member 311. The cylindrical support member 311 is interconnected with the coupling leg 242 of the second direction seesound motion unit 240. The coil winding member 312 is disposed on the outer circumferential surface of the cylindrical support member 311 and is provided with a plurality of coil winding grooves 313 so that the coil can be wound. When the coil is wound on the coil winding groove 313, the fixing body 310 in this embodiment substantially acts as a stator of the SPM motor or the BLDC motor.

회전몸체(320)는 고정몸체(310)로부터 소정 간격 이격되어 배치되며, 회전몸체(320)의 내주면에는 N극과 S극의 영구자석(321)이 배치되는데. N극과 S극의 영구자석(321)은 내주면을 따라 소정 간격마다 교차하며 배치된다. The rotating body 320 is spaced apart from the fixed body 310 by a predetermined distance, and permanent magnets 321 of N and S poles are disposed on the inner peripheral surface of the rotating body 320. The permanent magnets 321 of N poles and S poles are disposed so as to cross each other at predetermined intervals along the inner circumferential surface.

또한, 일정한 곡률을 가지도록 형성됨으로써 고정몸체(310)와 일정 간격을 유지하도록 한다. 본 실시예에서는 N극과 S극의 영구자석(321)은 실질적으로 SPM 모터 또는 BLDC 모터의 회전자 역할을 수행한다. 따라서, 코일권취부재(312)에 마련된 코일과 영구자석(321)이 상호 작용을 일으켜 회전몸체(320)를 고정몸체(310)에 대하여 상대 회동시키게 된다.Further, it is formed so as to have a constant curvature, so that it is kept at a constant interval with the fixed body 310. In this embodiment, the N-pole and S-pole permanent magnets 321 substantially serve as rotors of the SPM motor or the BLDC motor. Therefore, the coil provided in the coil winding member 312 and the permanent magnet 321 interact with each other to rotate the rotating body 320 relative to the fixed body 310.

회전몸체(320)의 상면에는 회전몸체(320)를 가로지르는 커넥팅아암(330)이 마련된다. 커넥팅아암(330)은 회전몸체(320)와 출력샤프트(100)를 연결시키며, 연결된 회전몸체(320)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 출력샤프트(100)의 일단과 제2 방향 시소운동부(240)가 연결됨으로써, 고정몸체(310)와 소정 간격 이격된 상태로 배치된 회전몸체(320)가 고정될 수 있다. 여기서, 고정몸체(310)와 회전몸체(320)의 전자기력에 의해 발생된 동력이 회전몸체(320)를 회동시키고 출력샤프트(100)에 원활히 전달되기 위해서 출력샤프트(100)와 커넥팅아암(330), 그리고 회전몸체(320)는 일체로 제작되는 것이 바람직하다.On the upper surface of the rotating body 320, a connecting arm 330 that crosses the rotating body 320 is provided. The connecting arm 330 connects the rotating body 320 and the output shaft 100 and supports the rotating body 320 connected thereto. That is, by connecting one end of the output shaft 100 to the second direction seesaw motion unit 240, the rotating body 320, which is spaced apart from the fixed body 310 by a predetermined distance, can be fixed. The power generated by the electromagnetic forces of the fixed body 310 and the rotating body 320 is transmitted to the output shaft 100 and the connecting arm 330 in order to rotate the rotating body 320 and smoothly transmit to the output shaft 100. [ And the rotating body 320 are integrally formed.

본 실시예에 따른 샤프트 회전유닛(300)은 원통지지부재(311) 내부에 소정의 수용공간이 마련되고, 공간 상에 샤프트 시소운동 모듈(200)이 수용될 수 있어, 장치가 소형화되는 장점이 있다. The shaft rotation unit 300 according to the present embodiment is advantageous in that a predetermined accommodation space is provided inside the cylindrical support member 311 and the shaft seesaw motion module 200 can be accommodated in the space, have.

또한, 본 실시예의 샤프트 시소운동 모듈(200)은 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)의 구성이 비교적 간단하고, 이들 구성이 허브(210)를 중심으로 간단히 조립되는 구조이기 때문에, 제작이 용이한 장점이 있으며, 작업자의 유지관리 측면에서도 큰 장점이 있다.In addition, the shaft seesaw motion module 200 of the present embodiment has a relatively simple structure in the first direction seesaw motion section 220 and the second direction seesaw motion section 240, and these structures are simply assembled around the hub 210 Because of its structure, it is easy to manufacture and has great advantages in terms of maintenance of the operator.

또한, 제1 방향 시소운동부(220)에 제1 방향 액추에이터(225)와, 제2 방향 시소운동부(240)의 제2 방향 액추에이터(245)가 개별적으로 마련됨으로써, 종래 구형(spherical) 모터 제어에 비해 유리한 측면도 있게 된다.Since the first direction actuator unit 225 and the second direction actuator unit 245 of the second direction seesaw motion unit 240 are provided individually in the first direction seesaw motion unit 220 and the second direction seesaw motion unit 240, There is also a favorable aspect.

한편, 본 실시예에서의 샤프트 회전유닛(300)은 외전형 SPM 또는 BLDC 모터로 마련될 수 있으며, 고정몸체(310)의 코일권취부재(312)와 회전몸체(320)가 이를 담당할 수 있다. 내부에 소정의 수용공간이 형성되는 외전형 모터가 사용되는 경우라면, 회전몸체(320)와 고정몸체(310)의 배치를 서로 바꾸는 등 본 실시예에서와 다르게 할 수도 있을 것이다.The shaft rotation unit 300 may be an external SPM or a BLDC motor, and the coil winding member 312 and the rotating body 320 of the fixed body 310 may take charge of the shaft rotation unit 300 . The rotation body 320 and the fixed body 310 may be arranged in a different manner in the case where an external motor having a predetermined accommodation space is used.

도 5에 도시된 샤프트 회전유닛(300)은 회전몸체(320)가 고정몸체(310)의 외주면에 배치되는 외전형 로터(outer rotor) 타입의 모터이지만, 본 발명에 따른 다자유도 구동장치(10)의 샤프트 회전유닛(300)은 내전형 로터(inner rotor) 타입의 모터가 사용될 수도 있다. The shaft rotation unit 300 shown in FIG. 5 is an outer rotor type motor in which a rotating body 320 is disposed on the outer circumferential surface of the fixed body 310, but the multi- 10 may be a motor of an inner rotor type.

만약, 샤프트 회전유닛(300)으로 내전형 로터 타입의 모터가 사용되는 경우에는, 출력샤프트(100) 및 샤프트 시소운동 모듈(200)의 구조 또는 형태도 샤프트 회전유닛(300)의 구조에 맞게 변형되어야 할 것이다.또한, 본 실시예에서는 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)가 허브(210)를 사이에 두고 상하로 배치되는 경우만을 도시하고 있으나, 제1 방향 시소운동부(220)와, 제2 방향 시소운동부(240)가 하부에 배치되고 상부에 허브(210)로 배열될 수도 있다. 물론, 이 경우 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240) 사이의 간섭됨이 방지되도록 제1 방향 시소운동부(220)에 비해 제2 방향 시소운동부(240)가 상대적으로 더 크거나 작게 제작할 필요가 있다.In the case where an internal rotor type motor is used as the shaft rotation unit 300, the structure or the shape of the output shaft 100 and the shaft seesaw motion module 200 may be modified in accordance with the structure of the shaft rotation unit 300 The first direction seesaw movement unit 220 and the second direction seesaw movement unit 240 are arranged vertically with the hub 210 interposed therebetween. However, in the first direction seesaw movement unit 220 and the second direction seesaw movement unit 240, The motion part 220 and the second direction seesom movement part 240 may be arranged at the lower part and the hub part 210 at the upper part. In this case, the second direction seesom movement unit 240 is relatively more movable relative to the first direction seesaw motion unit 220 so that interference between the first direction seesaw motion unit 220 and the second direction seesaw motion unit 240 is prevented. It is necessary to make it larger or smaller.

그리고, 본 실시예에서는 출력샤프트(100)가 샤프트 회전유닛(300)에 일체로 제작되는 경우만을 도시하고 있으나, 출력샤프트(100)에 가해지는 동력의 크기나 회전속도 등을 고려하여 다르게 제작될 수도 있다. 또한, 제2 방향 시소운동부(240)와 고정몸체(310)가 상호 결합되고, 출력샤프트(100)가 상방으로 형성됨을 고려하였으나, 이와 달리 제1 방향 시소운동부(220)가 고정몸체(310)에 결합되고 출력샤프트(100)가 하방으로 형성될 수도 있는데, 이는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 용도 및 사용자의 요구 등에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.In this embodiment, the output shaft 100 is manufactured integrally with the shaft rotation unit 300. However, the output shaft 100 may be manufactured differently in consideration of the magnitude of the power applied to the output shaft 100, It is possible. Although the first direction seesom movement unit 220 and the fixed body 310 are coupled to each other and the output shaft 100 is formed in an upward direction, And the output shaft 100 may be formed downward, which can be freely selected according to the use of the multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention, the demand of the user, and the like.

마찬가지로, 사용자의 요구에 따라 2축 자유도나 1축 자유도만 구현되도록 변경될 수도 있을 것이다. 제1 방향 시소운동부(220)나 제2 방향 시소운동부(240) 중 어느 하나만 채택하고 샤프트 회전유닛(300)의 조합으로 구성하거나, 또는 샤프트 회전유닛(300)의 구성을 제외한 샤프트 시소운동 모듈(200)만으로 본 발명의 다자유도 구동장치를 구성할 수도 있을 것이다. 샤프트 시소운동 모듈(200)과, 샤프트 회전유닛(300)의 생략 여부는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 분야와 사용자의 요구에 따라 변경할 수 있다.Likewise, it may be changed to realize only two-axis freedom or one-axis freedom according to the user's request. It is possible to use only one of the first direction seesaw motion unit 220 and the second direction seesom movement unit 240 and to configure the combination of the shaft rotation unit 300 or the shaft seesaw motion module other than the configuration of the shaft rotation unit 300 200 may constitute the multi-degree-of-freedom driving apparatus of the present invention. Whether the shaft seesaw motion module 200 and the shaft rotation unit 300 are omitted can be changed according to the field of the multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention and the demand of the user.

이와 같은 구성을 통해, 최종적으로 출력샤프트(100)는 3축 자유도를 구현할 수 있게 된다. 즉, 전술한 바와 같이 샤프트 시소운동 모듈(200)이 동작하여 제1 방향 그리고 이에 교차하는 제2 방향으로 회동된 다음, 샤프트 회전유닛(300)이 출력샤프트(100)를 회동시키는 결과 3축의 회동이 가능한 것이다.With this configuration, finally, the output shaft 100 can realize the three-axis degree of freedom. That is, as described above, the shaft seesaw motion module 200 is operated to rotate in the first direction and the second direction intersecting therewith, and then the shaft rotation unit 300 rotates the output shaft 100, This is possible.

또한, 샤프트 회전유닛(300) 내에 샤프트 시소운동 모듈(200)이 수용됨으로써 구동장치를 소형화할 수 있는 장점이 있다.Further, the shaft seesaw motion module 200 is accommodated in the shaft rotation unit 300, which makes it possible to miniaturize the drive unit.

또한, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 출력샤프트(100)에 본 발명의 다자유도 구동장치를 추가로 장착하여, 3자유도 이상의 동작 구현이 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 자유도 추가가 매우 용이하여 보다 많은 분야에서 널리 활용될 수 있다는 장점이 있다.In addition, the multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention may be constructed so that the multi-degree-of-freedom driving apparatus of the present invention is additionally mounted on the output shaft 100 to realize an operation of three degrees of freedom or more. That is, the multi-degree-of-freedom driving apparatus according to the present invention is advantageous in that it is very easy to add degrees of freedom and can be widely used in many fields.

도 6은 도 1에 도시된 A-A선을 따르는 단면도에서 제1 방향 액추에이터가 동작하여 제2 방향 시소운동부가 회동된 형상을 도시하고, 도 7은 도 1에 도시된 B-B선을 따르는 단면도에서 제2 방향 액추에이터가 동작하여 제2 방향 시소운동부가 회동된 형상을 도시한 도면이다.Fig. 6 shows a shape in which a first direction actuator operates and a second direction seesom movement part is turned in a cross-sectional view along the line AA shown in Fig. 1, and Fig. 7 shows a cross- And the second direction seesom movement part is rotated by operating the directional actuator.

이하, 본 실시예에 따른 다자유도 구동장치의 회동 동작을 도 6과 도 7를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the turning operation of the multi-degree of freedom driving apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트 시소운동 모듈(200)이 동작하기 전에는 출력샤프트(100)가 수직으로 배열되어 있다. 먼저, 출력샤프트(100)가 제1 방향으로 시소 운동하는 동작은 제1 방향 시소운동부(220)가 동작하게 된다. 제1 방향 액추에이터(225)가 동작하면, 지지프레임에 지지된 제1 지지체(221)가 제1 회동축(226)을 중심으로 회동되는 것이 아니라, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 방향 시소운동부(220)는 고정된 채 제1 회동축(226)이 회동하게 되고, 연결된 허브(210)가 회동하게 되며 이에 따라 제2 방향 시소운동부(240)가 제1 회동축(226)을 중심으로 회동하게 된다. 도면에서는 반시계 방향의 회동을 도시하였으나, 시계 방향으로도 회동할 수도 있다. 따라서, 제1 방향으로 시소운동이 가능해져 1축 자유도가 구현된다.As shown in FIG. 1, before the shaft seesaw motion module 200 operates, the output shaft 100 is vertically arranged. First, when the output shaft 100 performs seesaw motion in the first direction, the first direction seesaw motion unit 220 operates. When the first direction actuator 225 operates, the first support body 221 supported by the support frame is not rotated around the first pivot shaft 226, but is rotated about the first pivot axis 226, The first rotating shaft 226 is rotated while the second rotating shaft 220 is fixed and the connected hub 210 is rotated so that the second direction seesawing unit 240 rotates around the first rotating shaft 226 . Although the rotation in the counterclockwise direction is shown in the drawing, the rotation can also be performed in the clockwise direction. Therefore, the seesaw motion in the first direction becomes possible, and the uniaxial degree of freedom is realized.

제1 방향으로 회동된 다음 또는 동시에 제2 방향으로 시소운동이 수행된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 방향 시소운동부(240)의 제2 방향 액추에이터(245)가 동작하고 제2 회동축(246)이 회동하게 되는데, 이때 제2 회동축(246)은 허브(210)에 물려 있어서 회전이 불가능하다. 대신, 제2 회동축(246)을 중심으로 제2 방향 시소운동부(240)가 회동하게 된다. 출력샤프트(100)를 기준으로 볼 때 제2 방향의 시소운동이 수행될 수 있어 출력샤프트(100)의 제2 방향으로 자유도가 구현된다.A seesaw motion is performed in the second direction, which is then rotated in the first direction or simultaneously. 7, the second direction actuator 245 of the second direction seesaw motion unit 240 is operated and the second rotation shaft 246 is rotated. At this time, the second rotation shaft 246 is rotated by the hub (not shown) 210 so that rotation is impossible. Instead, the second direction seesaw motion unit 240 is rotated about the second coaxial shaft 246. The seesaw motion in the second direction can be performed with respect to the output shaft 100 so that the degree of freedom in the second direction of the output shaft 100 is realized.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 샤프트 회전유닛(300)이 동작하게 되면, 출력샤프트(100)가 회동할 수 있다. 코일권취부재(312)에 마련된 코일(미도시)에 전류가 인가되어 회전몸체(320)의 내주면에 형성된 영구자석(321)과의 상호 작용에 의해 인력과 척력이 형성되고 회전몸체(320)는 회동하게 된다. Thereafter, as shown in Fig. 7, when the shaft rotating unit 300 is operated, the output shaft 100 can be rotated. A force and a repulsive force are generated by an interaction with the permanent magnet 321 formed on the inner peripheral surface of the rotating body 320 by applying a current to a coil (not shown) provided in the coil winding member 312, .

회전몸체(320)에 커넥팅아암(330)을 통해 연결된 출력샤프트(100)는, 제2 지지체(241)에 마련된 축지지홀(243, 도 4 참조)에 회동 가능하게 지지된 상태에서 회동하게 된다. 이로써, 출력샤프트(100)에 3축 자유도가 구현되게 된다. 따라서 사용자의 요구에 따라 제1 방향과 제2 방향으로 임의의 각도로 회동시키고 출력샤프트 회전유닛(300)으로 출력샤프트(100)를 회동시킴으로써 3축 자유도를 확보할 수 있게 된다.The output shaft 100 connected to the rotating body 320 through the connecting arm 330 rotates in a state of being rotatably supported by the shaft supporting hole 243 (see FIG. 4) provided in the second supporting body 241 . As a result, the output shaft 100 is provided with three-degree-of-freedom. Accordingly, the three-axis degree of freedom can be ensured by rotating the output shaft 100 in the first direction and the second direction at an arbitrary angle according to the user's request and rotating the output shaft 100 to the output shaft rotating unit 300.

이와 같은 구성을 통해, 개별 액추에이터가 하나의 구동장치 내에 장착되더라도 구조가 간단하여 소형화될 수 있으며 즉, 제1 방향의 시소운동(회동)을 수행하는 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향의 시소운동을 담당하는 제2 방향 시소운동부(240)가 허브(210)를 중심으로 상하로 적층되는 방식으로 배치되어 장치가 소형화되는 장점이 있다. 구동장치가 소형화되게 되면 로봇의 관절 부분 뿐만 아니라 비전 시스템, 탐사용이나 군수용 장치 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에도 적용될 수 있는 장점도 있게 된다.With such a configuration, even if the individual actuators are mounted in one driving device, the structure can be simplified and miniaturized, that is, the first direction seesaw motion part 220 performing the seesaw motion (rotation) in the first direction, And the second direction seesaw motion unit 240, which is responsible for the seesaw motion, is stacked vertically with the hub 210 as a center, thereby miniaturizing the device. As the drive system becomes smaller, it can be applied not only to the joints of the robot, but also to various fields such as vision systems, navigation systems, and military apparatuses.

또한, 본 실시예의 샤프트 시소운동 모듈(200)은 제1 방향 시소운동부(220)와 제2 방향 시소운동부(240)의 구성이 비교적 간단하고, 이들 구성이 허브(210)를 중심으로 간단히 조립되는 구조이기 때문에, 제작이 용이한 장점이 있으며, 작업자의 유지관리 측면에서도 큰 장점이 있다.In addition, the shaft seesaw motion module 200 of the present embodiment has a relatively simple structure in the first direction seesaw motion section 220 and the second direction seesaw motion section 240, and these structures are simply assembled around the hub 210 Because of its structure, it is easy to manufacture and has great advantages in terms of maintenance of the operator.

또한, 제1 방향 시소운동부(220)에 제1 방향 액추에이터(225)와, 제2 방향 시소운동부(240)의 제2 방향 액추에이터(245)가 개별적으로 마련되고 동기 제어를 수행하는 경우, 종래 구형(spherical) 모터에 비해 제어가 용이한 장점이 있다.In the case where the first direction actuator 225 and the second direction actuator 245 of the second direction seesaw motion unit 240 are individually provided in the first direction seesaw motion unit 220 and the synchronous control is performed, it is easier to control than a spherical motor.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

10: 다자유도 구동장치
100 : 출력샤프트 200 : 샤프트 시소운동 모듈
210 : 허브 220 : 제1 방향 시소운동부
221 : 제1 지지체 225 : 제1 방향 액추에이터
226 : 제1 회동축 230 : 돌출지지단
231 : 회전감지부 240 : 제2 방향 시소운동부
241 : 제2 지지체 242 : 연결레그
243 : 샤프트 지지홀 245 : 제2 방향 액추에이터
246 : 제2 회동축 300 : 샤프트 회전유닛
310 : 고정몸체 320 : 회전몸체
330 : 커넥팅아암10: Multi-degree-of-freedom drive
100: output shaft 200: shaft seesaw motion module
210: hub 220: first direction seesaw motion part
221: first support body 225: first direction actuator
226: first coaxial shaft 230: projecting support end
231: rotation detection unit 240: second direction seesaw motion unit
241: second support body 242: connecting leg
243: shaft support hole 245: second direction actuator
246: Second coaxial shaft 300: Shaft rotation unit
310: fixed body 320: rotating body
330: connecting arm

Claims (9)

삭제delete 출력샤프트;
상기 출력샤프트를 기준으로 한 제1 방향 시소운동과, 이에 교차되는 제2 방향 시소운동이 가능하도록 상기 출력샤프트에 연결되는 샤프트 시소운동 모듈; 및
상기 출력샤프트와 상기 샤프트 시소운동 모듈을 상호 연결하며, 상기 출력샤프트를 회전시키는 샤프트 회전유닛을 포함하되,
상기 샤프트 시소운동 모듈은,
허브;
상기 허브에 제1 방향으로 시소운동 가능하게 결합되는 제1 방향 시소운동부; 및
상기 허브에 제2 방향으로 시소운동 가능하게 결합되는 제2 방향 시소운동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
Output shaft;
A shaft seesaw motion module coupled to the output shaft such that a first direction seesaw motion relative to the output shaft and a second direction seesaw motion intersecting therewith are possible; And
And a shaft rotating unit interconnecting the output shaft and the shaft seesaw motion module and rotating the output shaft,
Wherein the shaft seesaw motion module comprises:
Herb;
A first direction seesaw motion unit coupled to the hub so as to be seesawed in a first direction; And
And a second direction seesom movement part coupled to the hub in a second direction so as to be seesaw motion.
제2항에 있어서,
상기 제1 방향 시소운동부와 상기 제2 방향 시소운동부는 상기 허브를 중심으로 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the first direction seesaw motion portion and the second direction seesaw motion portion are arranged to face each other with respect to the hub.
제2항에 있어서,
상기 제1 방향 시소운동부는,
제1 지지체; 및
상기 제1 지지체에 결합되어 상기 제1 지지체를 제1 방향으로 회동시키는 제1 방향 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
3. The method of claim 2,
The first direction seesaw movement unit includes:
A first support; And
And a first direction actuator coupled to the first support to rotate the first support in a first direction.
제4항에 있어서,
상기 제2 방향 시소운동부는,
상기 샤프트 회전유닛과 연결되는 연결레그를 구비한 제2 지지체; 및
상기 제2 지지체에 결합되어 상기 제2 지지체를 제2 방향으로 회동시키는 제2 방향 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
5. The method of claim 4,
The second direction seesaw movement part
A second support having a connection leg connected to the shaft rotation unit; And
And a second direction actuator coupled to the second support to rotate the second support in a second direction.
제5항에 있어서,
상기 제1 방향 액추에이터와 상기 제2 방향 액추에이터의 회동축은 수직으로 교차되며 배치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the rotational axes of the first direction actuator and the second direction actuator are vertically crossed.
제5항에 있어서,
상기 제1 방향 시소운동부와 상기 제2 방향 시소운동부 각각은,
상기 허브 측으로 돌출되어 상기 제1 방향 액추에이터 또는 제2 방향 액추에이터의 회동축을 지지하는 돌출지지단; 및
상기 돌출지지단에 인접하게 배치되어 상기 제1 방향 또는 제2 방향의 회전을 감지하는 회전감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
6. The method of claim 5,
Wherein each of the first direction seesaw motion portion and the second direction seesaw motion portion includes:
A protruding support end protruding toward the hub side to support a rotation axis of the first direction actuator or the second direction actuator; And
And a rotation sensing unit disposed adjacent to the protruding support end for sensing rotation in the first direction or the second direction.
제2항에 있어서,
상기 샤프트 회전유닛은,
상기 제2 방향 시소운동부와 결합되는 고정몸체;
상기 고정몸체의 외주면을 따라 이격 배치되며, 상기 고정몸체에 대해 상대회동 가능하게 마련되는 회전몸체; 및
상기 회전몸체의 일면에 배치되어 상기 회전몸체와 상기 출력샤프트를 연결시키는 커넥팅아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
3. The method of claim 2,
The shaft rotation unit includes:
A fixed body coupled to the second direction seesaw motion part;
A rotating body spaced apart from the outer circumferential surface of the fixed body and relatively rotatable with respect to the fixed body; And
And a connecting arm disposed on one surface of the rotating body for connecting the rotating body and the output shaft.
제5항에 있어서,
상기 제1 방향 액추에이터와 상기 제 2방향 액추에이터는 각각 2개의 액추에이터이고, 각각 동기 제어되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.

6. The method of claim 5,
Wherein the first direction actuator and the second direction actuator are two actuators, each of which is synchronously controlled.

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