KR101491364B1

KR101491364B1 - 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇

Info

Publication number: KR101491364B1
Application number: KR20130151878A
Authority: KR
Inventors: 고훈건
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-02-06

Abstract

회전각을 센싱하는 구동부센서가 구비된 구동부; 일단이 구동부에 연결되어 구동부에 의해 당겨지거나 풀리는 구동와이어; 구동와이어의 타단에 연결되고, 회전각을 센싱하는 밸런스센서가 구비된 밸런스풀리; 로봇의 양측 관절에 마련된 한 쌍의 드라이브풀리; 일단이 일측 드라이브풀리에 고정되고 타단이 타측 드라이브풀리에 고정되며, 중단부가 밸런스풀리에 걸쳐진 전달와이어; 및 구동부센서와 밸런스센서의 계측값을 통해 양측 드라이브풀리 각각의 회전각을 파악하는 제어부;를 포함하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇이 소개된다.

Description

언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇 {WEARABLE ROBOT WITH UNDER ACTUATION}

본 발명은 착용식 로봇의 구동부 갯수를 줄임으로써 원가를 절감하고 무게를 감소시킬 수 있도록 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇에 관한 것이다.

착용식 로봇은 로봇을 입고 로봇의 근력을 지원받아 물건을 나르거나 힘이 많이 들어가는 작업을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 착용식 로봇은 기본적으로 각 관절마다 착용자의 의도를 파악할 수 있는 토크센서나 각도센서 등을 설치하고, 그 의도에 따라 각 관절의 모터 등을 구동하여 로봇을 통해 근력을 지원받는 형식으로 이루어진다.

그러나 로봇의 이러한 관절마다 모터를 구비할 경우 원가가 매우 높아지고 특히 모터의 무게로 인하여 로봇 자체의 무게가 증대되어 비효율적이며 제어가 어려운 단점이 있다.

따라서, 와이어 등을 이용하여 이러한 로봇의 구동부 갯수를 감소시킬 수 있는 기술이 필요하였던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2012-0131800 A

본 발명은 착용식 로봇의 구동부 갯수를 줄임으로써 원가를 절감하고 무게를 감소시킬 수 있도록 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 관절 연동 구조를 가지는 착용식 로봇의 관절 위치를 파악하기 위한 기술로서 전장 단순화 및 센서 무게에 의한 관성 부하 감소를 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇은, 회전각을 센싱하는 구동부센서가 구비된 구동부; 일단이 구동부에 연결되어 구동부에 의해 당겨지거나 풀리는 구동와이어; 구동와이어의 타단에 연결되고, 회전각을 센싱하는 밸런스센서가 구비된 밸런스풀리; 로봇의 양측 관절에 마련된 한 쌍의 드라이브풀리; 일단이 일측 드라이브풀리에 고정되고 타단이 타측 드라이브풀리에 고정되며, 중단부가 밸런스풀리에 걸쳐진 전달와이어; 및 구동부센서와 밸런스센서의 계측값을 통해 양측 드라이브풀리 각각의 회전각을 파악하는 제어부;를 포함한다.

제어부는 하기의 식을 통해 양측 드라이브풀리 각각의 회전각을 파악할 수 있다.

구동와이어는 하단이 구동부에 고정되어 감기거나 풀리고 상단이 밸런스풀리의 중앙에 연결되어 밸런스풀리가 상하로 이동되도록 할 수 있다.

밸런스풀리의 양측에 위치되고 로봇바디에 회전축이 고정되어 전달와이어의 경로를 가이드하는 가이드풀리;를 더 포함할 수 있다.

밸런스풀리는 로봇바디에서 상하로 구동와이어에 의해 슬라이딩될 수 있도록 마련될 수 있다.

드라이브풀리는 로봇의 양측 어깨 관절에 마련되어 드라이브풀리의 회전시 로봇의 팔운동이 구현될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇에 따르면, 착용식 로봇의 구동부 갯수를 줄임으로써 원가를 절감하고 무게를 감소시킬 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 착용식 로봇의 관절 위치를 파악하기 위한 것으로서, 전장 단순화 및 센서 무게에 의한 관성 부하 감소를 이룰 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇을 나타낸 도면.
도 2 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇의 관절 각도 측정을 설명하는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇을 나타낸 도면이고, 도 2 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇의 관절 각도 측정을 설명하는 도면이다.

본 발명에 따른 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇은, 회전각을 센싱하는 구동부센서(920)가 구비된 구동부(900); 일단이 구동부(900)에 연결되어 구동부(900)에 의해 당겨지거나 풀리는 구동와이어(400); 구동와이어(400)의 타단에 연결되고, 회전각을 센싱하는 밸런스센서(520)가 구비된 밸런스풀리(500); 로봇의 양측 관절에 마련된 한 쌍의 드라이브풀리(810,830); 일단이 일측 드라이브풀리(810)에 고정되고 타단이 타측 드라이브풀리(830)에 고정되며, 중단부가 밸런스풀리(500)에 걸쳐진 전달와이어(600); 및 구동부센서(920)와 밸런스센서(520)의 계측값을 통해 양측 드라이브풀리(810,830) 각각의 회전각을 파악하는 제어부(1000);를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 구동와이어(400)는 하단이 구동부(900)에 고정되어 감기거나 풀리고 상단이 밸런스풀리(500)의 중앙에 연결되어 밸런스풀리(500)가 상하로 이동되도록 할 수 있다. 그리고 밸런스풀리(500)의 양측에 위치되고 로봇바디에 회전축이 고정되어 전달와이어(600)의 경로를 가이드하는 가이드풀리(700);를 더 포함할 수 있다.

또한, 밸런스풀리(500)는 로봇바디에서 상하로 구동와이어(400)에 의해 슬라이딩될 수 있도록 마련될 수 있다. 그리고, 드라이브풀리(800)는 로봇의 양측 어깨 관절에 마련되어 드라이브풀리(800)의 회전시 로봇의 팔운동이 구현되도록 할 수 있다.

먼저, 로봇바디(100)에는 중앙에 밸런스풀리(500)가 마련된다. 밸런스풀리(500)는 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 구성하되 그 회전축 자체가 로봇바디에서 상하로 슬라이딩할 수 있도록 구성하는 것이다.

한편, 밸런스풀리(500)의 회전축은 구동와이어(400)의 상단이 연결된다. 구동와이어(400)는 하방으로 연장되고 그 하단이 구동부(900)에 연결되어 구동부(900)의 구동시 구동와이어(400)가 당겨지며 밸런스풀리(500)를 하방으로 잡아당기거나 혹은 구동부(900)의 구동에 의해 구동와이어(400)가 당기는 힘을 풀어주고 이 경우 밸런스풀리(500)가 다시 상승하도록 하는 것이 가능하다.

기본적으로 밸런스풀리(500)는 회전축이 구동와이어(400)에 연결되지만, 전달와이어(600)가 거치도록 한다. 즉, 로봇의 양 어깨관절에는 각각 센서가 마련되고 그 어깨관절의 회전을 위해 각각의 어깨에 드라이브풀리(800)가 팔측으로 고정되어 마련된다. 따라서, 드라이브풀리(800)의 회전시 로봇의 팔이 들어올려지거나 내리도록 할 수 있는 것이다.

그리고 전달와이어(600)는 일단이 일측 드라이브풀리(810)에 고정되고 타단이 타측 드라이브풀리(830)에 고정되며, 중단부가 밸런스풀리(500)에 걸쳐진다.

그에 따라 먼저 착용자가 팔을 들어올리려는 의도를 갖고 로봇에 힘을 가할 경우 그 즉시 구동부(900)를 작동시키고 그에 따라 구동와이어(400)가 움직여 밸런스풀리(500)를 작동시키고 그에 따라 전달와이어(600)가 움직이며 결국 드라이브풀리(800)가 움직여 팔이 올려지거나 내려지는 것이다.

기존의 로봇은 각 관절의 위치를 파악하기 위하여 개별 관절에 엔코더 또는 포텐시오 미터 등의 센서를 부착하였다. 이러한 배치는 메인 바디로부터 관절이 멀어질수록 센서 및 관련 부품의 무게로 인한 관성 부하 증가와 센서 관련 배선의 연장에 따른 전장의 복잡성을 유발하게 된다. 본 발명은 관절 각도를 측정하기 위한 센서를 메인 바디에 위치시켜 전장의 단순함 및 관성 부하 감소를 유도하며 이를 통해 구동 효율 증대를 유도할 수 있는 관절 위치 파악 기술이다.

밸런스센서(520)는 밸런스풀리(500)에 마련되며 몸 쪽에 위치하고 두 개의 관절의 상대 움직임 파악하기 위한 센서이다.

구동부(900)에는 와이어가 감기는 구동부풀리가 마련되며, 그 구동부풀리에 마련되어 회전각에 관한 정보를 습득하는 구동부센서(920)와 밸런스풀리(500)에 장착되어 밸런스풀리의 회전각에 관련된 정보를 습득하는 밸런스센서(520)의 조합을 통해 관절의 위치를 파악한다.

두 개 팔(210,230)의 상하 움직임은 구동부(900)의 구동와이어(400)의 움직임과 관련이 있으므로 구동부센서(920)의 회전각 값으로부터 양 관절의 상하 움직임이 계산 가능하며 두 팔(210,230)의 상대 움직임은 밸런스풀리(500)의 회전과 관련이 있으므로 밸런스센서(520)를 통해 상대 움직임을 계산할 수 있다. 따라서 하기의 식 1에 나타낸 것과 같이 구동부(900)와 밸런스풀리(500) 회전각 값을 통해 두 관절의 개별 위치를 파악할 수 있다.

도 2와 같이 양 팔이 같은 각도를 유지할 경우에 있어서는 밸런스풀리의 회전각이 0이므로, 구동부센서 값만으로도 관절의 각도 계산이 가능하다.

도 3과 같이 양 팔의 상대 운동이 발생한 경우 구동부센서와 밸런스센서 값을 통해 관절의 위치를 계산한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇에 따르면, 착용식 로봇의 구동부(900) 갯수를 줄임으로써 원가를 절감하고 무게를 감소시킬 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 착용식 로봇의 관절 위치를 파악하기 위한 것으로서, 전장 단순화 및 센서 무게에 의한 관성 부하 감소를 이룰 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 로봇바디 200 : 로봇 팔
400 : 구동와이어 500 : 밸런스풀리
600 : 전달와이어 800 : 드라이브풀리
900 : 구동부 1000 : 제어부

Claims

회전각을 센싱하는 구동부센서가 구비된 구동부;
일단이 구동부에 연결되어 구동부에 의해 당겨지거나 풀리는 구동와이어;
구동와이어의 타단에 연결되고, 회전각을 센싱하는 밸런스센서가 구비된 밸런스풀리;
로봇의 양측 관절에 마련된 한 쌍의 드라이브풀리;
일단이 일측 드라이브풀리에 고정되고 타단이 타측 드라이브풀리에 고정되며, 중단부가 밸런스풀리에 걸쳐진 전달와이어; 및
구동부센서와 밸런스센서의 계측값을 통해 양측 드라이브풀리 각각의 회전각을 파악하는 제어부를 포함하고;
구동와이어는 하단이 구동부에 고정되어 감기거나 풀리고 상단이 밸런스풀리의 중앙에 연결되어 밸런스풀리가 상하로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇.
청구항 1에 있어서,
제어부는 하기의 식을 통해 양측 드라이브풀리 각각의 회전각을 파악하는 것을 특징으로 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇.
삭제
청구항 1에 있어서,
밸런스풀리의 양측에 위치되고 로봇바디에 회전축이 고정되어 전달와이어의 경로를 가이드하는 가이드풀리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇.
청구항 1에 있어서,
밸런스풀리는 로봇바디에서 상하로 구동와이어에 의해 슬라이딩될 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇.
청구항 1에 있어서,
드라이브풀리는 로봇의 양측 어깨 관절에 마련되어 드라이브풀리의 회전시 로봇의 팔운동이 구현되는 것을 특징으로 하는 언더액추에이션이 적용된 착용식 로봇.