KR101777946B1

KR101777946B1 - Joint structure of robot

Info

Publication number: KR101777946B1
Application number: KR1020160016373A
Authority: KR
Inventors: 최혁렬; 이윤행; 김동윤; 이현용; 이영훈
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2017-09-13
Also published as: KR20170095448A; WO2017138701A1

Abstract

본 발명은 로봇의 관절 구조물에 관한 것으로, 지지프레임; 회전축; 타원체; 및 탄성체; 를 포함하여, 로봇의 보행시 발생하는 지면반발력을 흡수하여 로봇을 보호할 수 있고, 흡수한 에너지를 재이용하여 보행효율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a joint structure of a robot, comprising: a support frame; A rotating shaft; Ellipsoid; And elastomers; It is possible to protect the robot by absorbing the ground reaction force generated when the robot is walking, and it is possible not only to increase the walking efficiency by reusing the absorbed energy, but also to increase the floor reaction force And the like.

Description

JOINT STRUCTURE OF ROBOT

본 발명은 로봇의 관절 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇의 보행시 발생하는 지면반발력을 흡수하여 로봇을 보호할 수 있고, 흡수한 에너지를 재이용하여 보행효율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있는 로봇의 관절 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a joint structure of a robot, and more particularly, to a robot that can absorb a ground reaction force generated when a robot is walking, protects the robot, reuses energy absorbed by the robot, The present invention relates to a joint structure of a robot capable of coping with a ground reaction force generated in various sizes depending on a walking speed.

사족보행로봇은 생체모방형 구조로써 바퀴타입의 로봇에 비해 다양한 지형지물에서 효과적으로 보행할 수 있다. 최근 사족보행로봇의 트렌드는 저속/안정적인 보행에서 고속/효율적인 보행으로 변화하고 있으며, 이를 위해 세계 유수의 연구기관에서 연구를 진행하고 있다.Quadruped walking robots are biomechanical structures and can be effectively walked on various types of terrain compared to wheel type robots. Recently, the trend of quadruped walking robots is changing from low-speed / stable walking to high-speed / efficient walking, and researches are being conducted by leading research institutes in the world.

하지만 로봇이 고속으로 주행하기 위해서는 지면반발력(GRF; Ground Reaction Force)을 고려해야 하는데, 저속보행시에는 2~3개의 다리가 지면에 접한 상태를 유지하지만, 고속보행시에는 로봇의 다리가 전부 공중에 있거나 1개의 다리만이 지면에 접하게 된다. However, the ground reaction force (GRF) must be considered for the robot to travel at a high speed. In low-speed walking, two or three legs are kept in contact with the ground. However, Or only one leg is in contact with the ground.

이러한 경우 지면에 접하는 다리 하나에 무게가 집중되며, 이때 지면에 접한 다리 하나에는 지면반발력에 의해 로봇 무게의 약 2.6배에 이르는 힘이 가해진다. 예를 들어, 50kg의 로봇이라고 할 경우 약 32km/h의 속도로 보행시 대략 130kg의 힘이 지면에 접하는 다리 하나에 전달되는 것이다.In this case, the weight is concentrated on one of the legs touching the ground. At this time, a force of about 2.6 times as much as the weight of the robot is applied to the leg contacting the ground by the ground repulsive force. For example, a robot of 50 kg will travel at a speed of about 32 km / h and a force of about 130 kg will be transmitted to one leg contacting the ground.

게다가 보행 속도가 빨라질수록 지면반발력 또한 상승하게 되어 로봇, 특히 다리나 몸체에 심각한 파손을 야기하게 된다.Moreover, as the walking speed increases, the ground reaction force also increases, causing serious damage to the robot, particularly the legs and the body.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 로봇 관절 구조물의 필요성이 대두되고 있다.Therefore, there is a need for a robot joint structure in which the above-mentioned problems are complemented.

대한민국 공개특허 제10-2007-0070825호Korean Patent Publication No. 10-2007-0070825

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 로봇의 보행시 발생하는 지면반발력을 흡수하여 로봇을 보호할 수 있는 로봇의 관절 구조물을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a joint structure of a robot that can absorb a ground reaction force generated when a robot is walking, thereby protecting the robot.

또, 흡수한 에너지를 재이용하여 보행효율을 상승시킬 수 있는 로봇의 관절 구조물을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a robot joint structure capable of reusing energy absorbed to increase walking efficiency.

또한, 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있는 로봇의 관절 구조물을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a robot joint structure capable of coping with a ground reaction force generated in various sizes according to the walking speed of the robot.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 지지프레임; 상기 지지프레임에 연결되는 회전축; 상기 회전축이 관통하여 결합되는 결합부가 형성되고, 상기 결합부에 결합된 회전축을 중심으로 회전 가능한 타원체; 및 상기 타원체의 장축방향을 따라 양측말단이 상기 타원체의 내주면에 접하도록 상기 타원체의 내측에 배치되고, 상기 타원체가 제1 방향으로 회전하는 경우 상기 타원체에 접하게 되는 양측말단 사이의 길이 변화에 따라 형상이 변형되어 탄성력을 비축하며, 비축된 탄성력을 이용하여 상기 타원체를 제2 방향으로 회전시키는 탄성체; 를 포함하는 로봇의 관절 구조물에 의해 달성된다.This object is achieved according to the invention by a support frame, A rotating shaft connected to the support frame; An ellipsoid formed with an engaging portion through which the rotating shaft is engaged and rotatable about a rotating shaft coupled to the engaging portion; And a pair of end portions disposed on the inner side of the ellipsoid in such a manner that both ends of the ellipsoid contact the inner circumferential surface of the ellipsoid along the major axis direction of the ellipsoid, An elastic body for storing the elastic force and deforming the ellipsoidal body in a second direction by using a predetermined elastic force; And the joint structure of the robot.

여기서, 상기 탄성체는, 판스프링; 및 상기 판스프링의 양측말단에 배치되고, 상기 타원체의 내주면에 접하여 이동 가능한 이동부; 를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the elastic body may include a leaf spring; And a moving part disposed at both ends of the leaf spring and movable in contact with an inner circumferential surface of the ellipsoid; .

여기서, 상기 타원체는, 내주면을 따라 가이드부가 형성되고, 상기 이동부는, 상기 가이드부에 결합되어 상기 타원체의 내주면을 따라 이동 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the ellipsoid is formed with a guide portion along an inner circumferential surface thereof, and the moving portion is configured to be coupled to the guide portion and movable along the inner circumferential surface of the ellipsoid.

여기서, 상기 판스프링은, 상기 이동부 중 어느 하나와 상기 지지프레임 또는 상기 결합부에 장착되는 제1 판스프링; 및 상기 이동부 중 다른 하나와 상기 지지프레임 또는 상기 결합부에 장착되는 제2 판스프링; 을 포함하는 것이 바람직하다.The leaf spring may include a first leaf spring mounted to one of the moving parts and the support frame or the coupling part; And a second leaf spring mounted to the other one of the moving parts and the support frame or the coupling part; .

여기서, 상기 지지프레임 또는 상기 타원체에는, 상기 타원체의 제1 방향 회전에 따라 상기 탄성체의 형상이 변형되는 부분의 길이를 조절하여 상기 탄성체의 강성을 조절하는 강성조절체가 더 포함되는 것이 바람직하다.The supporting frame or the ellipsoid may further include a stiffness adjusting member for adjusting a stiffness of the elastic body by adjusting a length of a portion of the ellipsoid in which the shape of the elastic body is deformed in accordance with the rotation of the ellipsoid in the first direction.

여기서, 상기 강성조절체는, 외주면을 따라 나사산이 형성되고, 상기 지지프레임 또는 상기 결합부에 연결되며, 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능한 조작봉; 상기 조작봉에 나사 결합되고, 상기 조작봉의 회전방향에 따라 상기 조작봉의 길이방향으로 승강되는 승강부; 및 상기 승강부와 상기 탄성체 사이를 연결하고, 상기 승강부의 승강시 상기 탄성체의 길이방향을 따라 상기 탄성체와 접하는 위치가 가변되는 위치가변부; 를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the stiff tuning body may include a manipulation rod formed with threads on an outer circumferential surface thereof and connected to the support frame or the engagement portion, the manipulation rod being rotatable about a longitudinal center axis; A lifting portion that is screwed to the operating rod and is lifted and raised in the longitudinal direction of the operating rod according to the rotational direction of the operating rod; And a position varying unit connecting between the elevating unit and the elastic body, the position varying in contact with the elastic body along the longitudinal direction of the elastic body when the elevating unit is lifted or lowered; .

여기서, 상기 위치가변부는, 상기 승강부를 중심으로 서로 마주보게 배치되고, 상기 승강부에 회동 가능하게 힌지 결합되는 한 쌍의 회동부재; 및 상기 회동부재에 각각 연결되고, 상기 탄성체가 관통되며, 상기 승강부의 승강시 상기 탄성체의 길이방향을 따라 서로 근접하거나 멀어지게 동작되는 슬라이드부재; 를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the position varying portion may include a pair of pivoting members disposed to face each other with respect to the elevating portion and hinged to the elevating portion in a rotatable manner; And a slide member connected to the pivoting member, the slide member being pierced by the elastic member and operated to move closer to or away from each other along the longitudinal direction of the elastic member when the lifting unit is moved up and down; .

여기서, 상기 조작봉은, 상기 타원체의 둘레를 따라 형성되는 관통공을 관통하여 상기 타원체의 외측으로 돌출되고, 상기 타원체는, 상기 관통공이 상기 타원체의 둘레를 따라 형성되는 길이에 따라 상기 회전축을 중심으로 회전되는 각도를 조절 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.Here, the operating rod projects through the through hole formed along the circumference of the ellipsoid to protrude outward of the ellipsoid, and the ellipsoid is formed around the circumference of the ellipsoid, It is preferable that the angle of rotation is adjustable.

본 발명에 따르면, 로봇의 보행시 발생하는 지면반발력을 흡수하여 로봇을 보호할 수 있는 로봇의 관절 구조물이 제공된다.According to the present invention, there is provided a robot joint structure capable of absorbing a ground reaction force generated when a robot is walking, thereby protecting the robot.

또, 흡수한 에너지를 재이용하여 보행효율을 상승시킬 수 있다.In addition, the absorbed energy can be reused to increase the walking efficiency.

또한, 로봇의 보행속도에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 대응할 수 있게 된다.In addition, it is possible to cope with the ground reaction force generated in various sizes according to the walking speed of the robot.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물을 나타낸 분해도 및 결합도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 일부를 확대하여 나타낸 확대분해도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물을 나타낸 분해도 및 결합도,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작상태를 간략하게 나타낸 간략도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작상태를 간략하게 나타낸 간략도,
도 9는 본 발명에 따른 로봇의 관절 구조물에서 사용되는 탄성체의 강성변화와 토크 편향 곡선 추이를 나타낸 것 도이다.1 and 2 are an exploded view and a joint view showing a joint structure of a robot according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 3 is an enlarged exploded view of a part of a joint structure of a robot according to a second embodiment of the present invention,
4 and 5 are an exploded view and a joint view showing a joint structure of a robot according to a third embodiment of the present invention,
6 is a simplified view briefly showing an operation state of a joint structure of a robot according to the first embodiment of the present invention,
FIG. 7 and FIG. 8 are simplified diagrams showing an operation state of a joint structure of a robot according to a third embodiment of the present invention,
FIG. 9 is a graph showing changes in stiffness and torque deflection curve of an elastic body used in a joint structure of a robot according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a joint structure of a robot according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물을 나타낸 분해도 및 결합도이다. 여기서, 도 2는 도면의 이해를 돕기 위해 일부 구성을 분해한 상태로 도시하였다.1 and 2 are an exploded view and a joint view showing a joint structure of a robot according to a first embodiment of the present invention. Here, FIG. 2 is a partially exploded view in order to facilitate understanding of the drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물은 크게 지지프레임(100)과 회전축(200), 타원체(300) 및 탄성체(400)를 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, a joint structure of a robot according to the first embodiment of the present invention includes a support frame 100, a rotary shaft 200, an ellipsoid 300, and an elastic body 400.

지지프레임(100)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물을 구성하는 부품들을 지지하며, 로봇의 관절 부위에 장착하여 사용할 수 있도록 하는 부분이다.The support frame 100 supports the components constituting the joint structure of the robot according to the first embodiment of the present invention and is a part that can be mounted on the joints of the robot.

도면에서는 본 발명에서 사용되는 지지프레임(100)이 열십자 형상으로 이루어지나, 이러한 형상은 로봇의 형상이나 사용환경, 제작환경 등에 따라 다양한 형상으로 형성할 수 있다.In the drawing, the supporting frame 100 used in the present invention is formed in a cross shape. The shape of the supporting frame 100 can be variously formed according to the shape of the robot, the use environment, the manufacturing environment, and the like.

지지프레임(100)은 크게 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120), 그리고 연결프레임(130)으로 이루어진다.The support frame 100 includes a first frame 110, a second frame 120, and a connection frame 130.

제1 프레임(110)은 도면상 후면측에 위치하는 열십자 형상의 프레임이고, 제2 프레임(120)은 도면상 전면측에 위치하는 열십자 형상의 프레임이며, 연결프레임(130)은 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이에 적절한 크기의 공간이 형성될 수 있도록 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)을 연결하여 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이 공간에 로봇의 관절 구조물을 구성하는 각종 부품들을 배치할 수 있게 된다. 이러한 연결프레임(130)은 하기에 서술하는 타원체(300)의 회전을 방해하지 않도록 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)의 말단측에 배치되고, 둘 이상의 개수로 사용될 수 있다. 1 프레임(110)과 연결프레임(130), 그리고 제2 프레임(120)과 연결프레임(130)은 체결수단, 예를 들어 체결볼트(B)를 이용하여 결합, 고정된다.The first frame 110 is a cross-shaped frame positioned on the rear side in the drawing. The second frame 120 is a cross-shaped frame located on the front side in the drawing. The first frame 110 and the second frame 120 are connected to each other so that a proper size space can be formed between the frame 110 and the second frame 120, It is possible to arrange various components constituting the joint structure of the robot. The connection frame 130 may be disposed on the distal ends of the first frame 110 and the second frame 120 so as not to interfere with the rotation of the ellipsoid 300 described below. The first frame 110 and the connection frame 130 and the second frame 120 and the connection frame 130 are coupled and fixed using fastening means such as fastening bolts B. [

제2 프레임(120)과 마주보는 제1 프레임(110)의 한쪽 면 중심 부근에는 하기에 서술하는 회전축(200)이 연결되는 축연결부(112)가 형성되고, 제2 프레임(120)에는 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 대응되는 위치에 축지지부(122)가 마련되어 축지지부(122)를 관통하는 회전축(200)이 지지된다. 이때, 제1 프레임(110)에 마련되는 축연결부(112)는 제2 프레임(120)측으로 돌출되어 형성되고, 이러한 축연결부(112)의 둘레측에는 하기에 서술하는 탄성체(400)가 삽입될 수 있는 탄성체 홀(112a)과 조작봉(510)이 장착되는 봉 홀(112b)이 형성된다.A shaft connecting portion 112 is formed in the vicinity of the center of one surface of the first frame 110 facing the second frame 120 and a shaft connecting portion 112 is connected to the rotating shaft 200, A shaft support portion 122 is provided at a position corresponding to the shaft connection portion 112 of the frame 110 to support a rotation shaft 200 passing through the shaft support portion 122. At this time, the shaft connecting portion 112 provided in the first frame 110 protrudes toward the second frame 120, and the elastic member 400 described below may be inserted into the circumferential side of the shaft connecting portion 112 And the rod hole 112b on which the operating rod 510 is mounted are formed.

회전축(200)은 지지프레임(100), 특히 제1 프레임(110)의 축연결부(112)와 제2 프레임(120)의 축지지부(122) 사이에 연결되는 구성요소이다. 회전축(200)은 원통형의 막대기 형상을 갖고, 내구성 등을 감안하여 금속 재질로 이루어지는 것이 좋다.The rotary shaft 200 is a component that is connected between the support frame 100, particularly, the shaft connecting portion 112 of the first frame 110 and the axle support portion 122 of the second frame 120. The rotary shaft 200 has a cylindrical rod shape and is preferably made of a metal material in view of durability and the like.

타원체(300)는 중공(中空)의 타원(Ellipse)을 이루는 부분으로, 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이에 위치되어 외력, 예를 들어 지면반발력에 의해 회전하는 본 발명의 핵심적인 구성요소이다. 타원체(300)는 회전축(200)을 중심으로 회전하게 되며, 이를 위해 타원체(300)에는 회전축(200)이 관통할 수 있도록 축 홀(312)이 형성된 결합부(310)를 갖는다. 이때, 타원체(300)는 순수한 타원체와, 결합부(310)가 형성된 타원(Ellipse) 형상의 판체가 결합되어 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 타원체(300)의 한쪽 둘레측과 다른쪽 둘레측을 연결하여 타원체(300)의 중심을 가로지르는 가로대 형상의 결합부(310)가 사용되나, 이 외에도 다양한 형상의 결합부가 사용될 수 있다.The ellipsoidal body 300 is a part of a hollow ellipse and is disposed between the first frame 110 and the second frame 120 and is rotated by an external force, It is a key component. The ellipsoidal body 300 rotates about the rotation axis 200 and the ellipsoidal body 300 has a coupling part 310 having a shaft hole 312 for allowing the rotation shaft 200 to pass therethrough. At this time, the ellipsoid 300 may be formed by combining a pure ellipsoid and an ellipse-shaped plate having the coupling portion 310 formed therein. In the present invention, a transversely-shaped coupling portion 310 which crosses the center of the ellipsoidal body 300 by connecting one side of the ellipsoid 300 and the other side of the ellipsoidal body 300 is used. However, .

탄성체(400)는 로봇의 보행시 발생하는 지면반발력을 흡수하고, 흡수한 에너지를 재이용할 수 있게 하는 구성요소로, 타원체(300)와 함께 본 발명의 핵심적인 구성요소이다.The elastic body 400 absorbs the ground reaction force generated when the robot is walking and reuses the absorbed energy. The elastic body 400 is a core component of the present invention together with the ellipsoid 300.

탄성체(400)는 타원체(300)의 장축(長軸)방향을 따라 양측말단이 타원체(300)의 내주면에 접하도록 타원체(300)의 내측에 배치된다. 여기서, 타원체(300)의 장축이라 함은 타원체(300)의 가장 긴 축(긴 지름)을 지칭하는 것이며, 반대로 타원체(300)의 가장 짧은 축(짧은 지름)은 단축(短軸)이라 한다.The elastic body 400 is disposed inside the ellipsoidal body 300 such that both ends of the elastic body 400 are in contact with the inner peripheral surface of the elliptical body 300 along the long axis direction of the elliptical body 300. The long axis of the ellipsoid 300 refers to the longest axis of the ellipsoidal body 300 and the shortest axis of the elliptical body 300 is the short axis.

이러한 탄성체는 판스프링(Plate Spring, 410)과 이동부(420)로 이루어진다.The elastic body includes a plate spring (410) and a moving part (420).

판스프링(410)은 판재 형상으로 형성되는 일종의 스프링으로, 금속 재질로 이루어질 수 있다. The leaf spring 410 is a kind of spring formed in a plate shape, and may be made of a metal material.

이동부(420)는 판스프링의 양측말단에 배치되고, 타원체(300)의 내주면과 접하는 이동 가능한 부분이다. The moving part 420 is a movable part disposed at both ends of the leaf spring and contacting the inner circumferential surface of the ellipsoid 300.

이동부(420)는 구름부재(422)와 탄성체결합부재(424)를 포함하여 구성되는데, 구름부재(422)는 바퀴 형상으로 구성되어 탄성체결합부재(424)의 양측에 배치된다. 그리고 탄성체결합부재(424)에는 탄성체(400)가 삽입되는 탄성체 홀(424a)이 형성되고, 구름부재(422)의 구름동작에 의해 타원체(300)의 내주면을 따라 이동할 수 있다.The moving part 420 includes a rolling member 422 and an elastic member 424. The rolling member 422 is formed in a wheel shape and disposed on both sides of the elastic member 424. The elastic coupling member 424 is formed with an elastic hole 424a into which the elastic body 400 is inserted and can move along the inner peripheral surface of the elliptical body 300 by the rolling motion of the rolling member 422. [

이에 따라, 판스프링(410)은 타원체(300)의 일측에 위치하는 탄성체결합부재(424)의 탄성체 홀(424a)로부터 축연결부(112)의 탄성체 홀(112a)을 거쳐 타원체(300)의 타측에 위치하는 탄성체결합부재(424)의 탄성체 홀(424a) 사이를 연결하여 위치한다.The plate spring 410 is moved from the elastic hole 424a of the elastic coupling member 424 located at one side of the elliptical body 300 to the other side of the elliptical body 300 through the elastic hole 112a of the shaft coupling portion 112 And the elastic hole 424a of the elastic coupling member 424 located at the rear end of the elastic member 424.

이러한 타원체(300)가 제1 방향(시계방향 또는 반시계방향)으로 회전하는 경우, 탄성체(400)가 접하는 양측말단, 즉 이동부(420)가 타원체(300)에 접하게 되는 부분 사이의 길이가 변화하게 되고, 이에 따라 탄성체(400)의 형상이 변형되어 탄성력을 비축하며, 비축된 탄성력을 이용하여 타원체(300)를 제2 방향(제1 방향의 반대방향)으로 회전시키게 된다. 이러한 타원체(300)의 동작은 하기의 로봇의 관절 구조물 동작에 대한 설명에서 자세히 설명한다.When the elliptical body 300 rotates in the first direction (clockwise or counterclockwise), the length between the opposite ends of the elastic body 400, that is, the portion where the moving part 420 is in contact with the elliptical body 300, The shape of the elastic body 400 is deformed to reserve the elastic force, and the ellipsoid 300 is rotated in the second direction (the opposite direction to the first direction) by using the elastic force. The operation of the ellipsoid 300 will be described in detail in the following description of the joint structure of the robot.

여기서, 로봇의 관절 구조물의 제작상황이나 로봇을 사용하고자 하는 상황 등에 따라 2개의 판스프링을 사용할 수 있다. 예를 들어 타원체(300)의 내주면에 접하는 이동부(420), 특히 탄성체결합부재(424) 중 어느 하나와 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 형성된 탄성체 홀(112a)에 장착되는 제1 판스프링과, 탄성체결합부재(424) 중 다른 하나와 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 형성된 탄성체 홀(112a)에 장착되는 제2 판스프링으로 구성될 수 있다. 이때, 2개의 판스프링을 사용하는 경우 탄성체 홀(112a) 또한 둘로 나뉘어 2개의 판스프링이 각각 삽입되도록 하는 것이 좋다.Here, it is possible to use two leaf springs depending on the production situation of the joint structure of the robot or the situation of using the robot. For example, one of the moving part 420 contacting the inner circumferential surface of the elliptical body 300, in particular, the elastic member engaging member 424, and the elastic member hole 112a formed in the shaft connecting part 112 of the first frame 110 And a second leaf spring mounted on the elastic hole 112a formed in the shaft coupling part 112 of the first frame 110 and the other of the first leaf spring and the elastic coupling member 424. [ At this time, when two leaf springs are used, it is preferable that the two elastic springs are inserted into the elastic hole 112a.

한편, 도면에서는 제2 프레임(120)측으로 돌출 형성되는 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 탄성체 홀(112a)이 형성되어 탄성체(400)가 장착되나, 축연결부(112) 대신 제2 프레임(120)의 축지지부(122)가 제1 프레임(110)측으로 돌출 형성될 경우 축지지부(122)에 탄성체 홀(112a)을 형성하여 탄성체(400)를 장착시킬 수도 있고, 타원체(300)의 결합부(310), 특히 축 홀(312) 주변을 돌출시켜 형성하는 경우 결합부(310)에 탄성체 홀(112a)을 형성하여 탄성체(400)를 장착할 수도 있다.In the drawing, an elastic body hole 112a is formed in the shaft connecting portion 112 of the first frame 110 protruding toward the second frame 120, and the elastic body 400 is mounted. However, instead of the shaft connecting portion 112, When the shaft supporting portion 122 of the second frame 120 is protruded toward the first frame 110 side, the elastic body hole 112a may be formed in the shaft supporting portion 122 to mount the elastic body 400, The elastic member 400 may be mounted by forming an elastic hole 112a in the coupling portion 310 of the coupling hole 310 when the coupling hole 310 protrudes around the shaft hole 312. [

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 일부를 확대하여 나타낸 확대분해도이다.3 is an enlarged exploded view showing a part of a joint structure of a robot according to a second embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물은 전술한 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물과 거의 유사하나, 타원체(300) 및 탄성체(400)의 이동부(420) 형상에서 서로 차이가 있다.3, the joint structure of the robot according to the second embodiment of the present invention is substantially similar to the joint structure of the robot according to the first embodiment described above, but the movement of the ellipsoid 300 and the elastic member 400 (420).

즉, 제2 실시예에서는 타원체(300)의 내주면을 따라 가이드부(302), 예를 들어 가이드홈이 형성되고, 탄성체(400)의 이동부(420), 특히 탄성체결합부재(424)에는 가이드부(302)에 연결, 즉 가이드홈에 삽입 및 걸림될 수 있는 형상의 연결부재(426)가 더 형성된다.That is, in the second embodiment, the guide portion 302, for example, a guide groove is formed along the inner circumferential surface of the ellipsoidal body 300, and the moving portion 420 of the elastic body 400, A connecting member 426 of a shape that can be inserted into and engaged with the guide groove is further formed.

이처럼 본 발명의 제2 실시예에서는 타원체(300)의 가이드부(302)에 연결부재(426)가 연결된 상태에서 이동부(420)가 타원체(300)의 내주면을 따라 이동하게 되므로, 타원체(300)로부터 이동부(420)가 쉽게 이탈하지 않게 되고, 이동부(420)가 보다 원활하게 이동할 수 있게 된다.As described above, in the second embodiment of the present invention, since the moving part 420 moves along the inner circumferential surface of the ellipsoidal body 300 in a state where the connecting member 426 is connected to the guide part 302 of the elliptical body 300, The moving part 420 is not easily separated from the moving part 420, and the moving part 420 can move more smoothly.

한편, 가이드부(302)로 가이드홈이 아닌 타원체(300)의 내주면을 따라 돌출 형성되는 가이드레일로 형성하고, 연결부재(426)가 가이드레일에 연결 가능한 형상으로 이루어지도록 구성할 수도 있다.The guide member 302 may be formed of a guide rail protruding along the inner circumferential surface of the ellipsoidal member 300, rather than a guide groove, and the connecting member 426 may be configured to be connectable to the guide rail.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물을 나타낸 분해도 및 결합도이다. 여기서, 도 5는 도면의 이해를 돕기 위해 일부 구성을 분해한 상태로 도시하였다.4 and 5 are an exploded view and a combined view showing a joint structure of a robot according to a third embodiment of the present invention. Here, FIG. 5 is a partially exploded view in order to facilitate understanding of the drawings.

도 4 및 도 5에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물은 제1 및 제2 실시예와 유사하게 구성되나 탄성체(400), 특히 판스프링(410)의 강성을 조절하는 강성조절체(500)가 더 포함된다는 점에서 구분된다.4 and 5, the joint structure of the robot according to the third embodiment of the present invention is similar to the first and second embodiments, but the rigidity of the elastic body 400, particularly the leaf spring 410, And a stiffness changing unit 500 for adjusting the stiffness.

강성조절체(500)는 지지프레임(100) 또는 타원체(300)에 장착될 수 있고, 타원체(300)의 제1 방향(시계방향 또는 반시계방향) 회전에 따라 탄성체(400)의 형상이 변형되는 부분의 길이를 조절하여 탄성체(400), 즉 판스프링(410)의 강성을 조절하는 구성요소이다.The stiffness switch 500 may be mounted on the support frame 100 or the ellipsoid 300 and may be configured such that the shape of the elastic body 400 is deformed in accordance with rotation of the ellipsoid 300 in the first direction (clockwise or counterclockwise) And adjusts the rigidity of the elastic body 400, that is, the leaf spring 410 by adjusting the length of the portion.

이러한 강성조절체(500)는 조작봉(510)과 승강부(520), 그리고 위치가변부(530)를 포함하여 이루어진다.The stiffness changing unit 500 includes the operating rod 510, the lifting unit 520, and the position changing unit 530.

조작봉(510)은 외주면을 따라 나사산이 형성되고, 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 형성된 봉 홀(112b)에 장착되어 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능하게 연결된다. 이때, 도면에서는 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 봉 홀(112b)이 형성되나, 제2 프레임(120)의 축지지부(122)나 타원체(300)의 결합부(310)에 봉 홀(112b)을 형성하여 조작봉(510)이 장착되도록 구성할 수도 있다. The operating rod 510 is threaded along the outer circumferential surface and mounted on the rod hole 112b formed in the shaft connecting portion 112 of the first frame 110 so as to be rotatable about the longitudinal center axis. In this case, a rod hole 112b is formed in the shaft connecting portion 112 of the first frame 110, but a rod hole 112b is formed in the shaft receiving portion 122 of the second frame 120 and the connecting portion 310 of the ellipsoid 300 It is also possible to form the rod hole 112b so that the operating rod 510 is mounted.

본 발명에서는 조작봉(510)이 타원체(300)와 연결프레임(130)을 관통하여 지지프레임(100)의 외측으로 돌출, 연장된다. 이때, 조작봉(510)은 타원체(300)의 둘레를 따라 형성되는 관통공(304)과 연결프레임(130)에 형성되는 봉 홀(132)을 관통하게 된다. 특히, 타원체(300)의 둘레를 따라 형성되는 관통공(304)을 조작봉(510)이 관통하게 되므로, 타원체(300)가 회전축(200)을 중심으로 회전되는 각도는 관통공(304)이 타원체(300)의 둘레를 따라 형성되는 길이에 따라 조절, 즉 조작봉(510)을 중심으로 관통공(304)의 양측끝단 사이에서 타원체(300)의 회전 각도를 조절할 수 있다.In the present invention, the operating rod 510 extends through the ellipsoid 300 and the connecting frame 130 and protrudes outside the supporting frame 100. At this time, the operating rod 510 passes through the through hole 304 formed along the circumference of the ellipsoid 300 and the rod hole 132 formed in the connection frame 130. Particularly, since the operating rod 510 passes through the through hole 304 formed along the circumference of the elliptical body 300, the angle at which the elliptical body 300 is rotated about the rotational axis 200 is determined by the through hole 304 The angle of rotation of the ellipsoid 300 can be adjusted between the opposite ends of the through hole 304 with respect to the operating rod 510. That is,

승강부(520)는 조작봉(510)에 나사 결합되고, 조작봉(510)의 회전방향에 따라 조작봉(510)의 길이방향으로 승강되는 구성요소이다.The elevating portion 520 is a component that is screwed to the operating rod 510 and is moved up and down in the longitudinal direction of the operating rod 510 according to the rotating direction of the operating rod 510.

위치가변부(530)는 승강부(520)와 탄성체(400) 사이를 연결하고, 승강부(520)의 승강시 탄성체(400)의 길이방향을 따라 탄성체(400)와 접하는 위치가 가변되는 구성요소로, 회동부재(532)와 슬라이드부재(534)로 이루어진다.The position variable portion 530 connects the lift portion 520 and the elastic body 400 and changes the position of the elastic body 400 in contact with the elastic body 400 along the longitudinal direction of the elastic body 400 when the lift portion 520 is lifted Which is composed of a tiltable member 532 and a slide member 534.

회동부재(532)는 한 쌍이 승강부(520)를 중심으로 서로 마주보게 배치되고, 승강부(520)에 회동 가능하게 힌지 결합되는 막대 형상을 이룬다.The pivoting members 532 are arranged such that a pair of the pivoting members 532 are opposed to each other with the elevating portion 520 as a center and have a bar shape which is pivotally hinged to the elevating portion 520.

슬라이드부재(534)는 회동부재(532)에 각각 연결되고, 탄성체(400)가 관통되는 탄성체 홀(534a)이 형성되며, 승강부(520)의 승강시 탄성체(400)의 길이방향을 따라 서로 근접하거나 멀어지게 동작되어 탄성체(400)의 형상이 변형되는 부분의 길이를 조절하게 된다.The slide member 534 is connected to the tiltable member 532 and is formed with an elastic hole 534a through which the elastic body 400 penetrates. The slide member 534 is fixed to the elastic member 400 along the longitudinal direction of the elastic body 400 Thereby adjusting the length of the portion where the shape of the elastic body 400 is deformed.

이에 따라, 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물에서는 판스프링(410)이 타원체(300) 일측에 위치하는 탄성체결합부재(424)의 탄성체 홀(424a)로부터 슬라이드부재(534) 중 하나의 탄성체 홀(534a), 축연결부(112)의 탄성체 홀(112a), 슬라이드부재(534) 중 다른 하나의 탄성체 홀(534a)을 지나 타원체(300)의 타측에 위치하는 탄성체결합부재(424)의 탄성체 홀(424a) 사이를 연결하여 위치하게 된다.Accordingly, in the joint structure of the robot according to the third embodiment of the present invention, the leaf spring 410 moves from the elastic hole 424a of the elastic coupling member 424 located at one side of the ellipsoid 300 to the slide member 534 The elastic member hole 424a positioned on the other side of the ellipsoid 300 and the other elastic member hole 534a of the slide member 534, And the elastic hole 424a of the elastic member 424a.

지금부터는 본 발명에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작에 대하여 설명한다. Now, the operation of the joint structure of the robot according to the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작상태를 간략하게 나타낸 간략도이다. 이때, 제2 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작상태는 제1 실시예와 동일하므로 여기에서는 제2 실시예의 동작상태에 대한 설명은 생략한다.6 is a simplified view briefly showing an operation state of a joint structure of a robot according to the first embodiment of the present invention. Since the operation state of the joint structure of the robot according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description of the operation state of the second embodiment will be omitted here.

먼저 도 6의 (a)는 로봇의 관절 구조물이 동작하기 전의 상태를 도시한 것으로, 타원체(300)가 회전하지 않은 상태에서 탄성체(400)가 타원체(300)의 장축방향을 따라 타원체(300)의 내측에 배치된다. 이때, 타원체(300)의 양측말단에 배치된 이동부(420), 특히 구름부재(422)가 타원체(300)의 내주면에 접한다. 여기서, 탄성체(400)는 타원체(300)에서 가장 긴 지름을 갖는 타원체(300)의 장축방향을 따라 배치, 즉 도면상 수평방향으로 배치된다. 따라서, 타원체(300)의 장축방향 지름, 특히 장축방향 안지름(LD)과 탄성체(400)의 길이는 같다.6 (a) shows a state before a joint structure of a robot is operated. In a state where the ellipsoidal body 300 is not rotated, the elastic body 400 moves along the major axis direction of the ellipsoidal body 300, As shown in Fig. At this time, the moving part 420, particularly the rolling member 422, disposed at both ends of the ellipsoid 300 abuts the inner circumferential surface of the ellipsoid 300. Here, the elastic body 400 is disposed along the major axis direction of the elliptical body 300 having the longest diameter in the elliptical body 300, that is, arranged in the horizontal direction in the drawing. Therefore, the longitudinal diameter of the ellipsoidal body 300, in particular, the long axis inner diameter LD and the length of the elastic body 400 are the same.

그리고 외력, 즉 로봇의 보행 동작에 의해 다리가 지면에 접하여 지면반발력이 가해지면 도 6의 (b)와 같이 타원체(300)가 회전축(200)을 중심으로 제1 방향, 예를 들어 시계방향으로 회전하며, 탄성체(400)의 양측말단에 위치하는 이동부(420)가 타원체(300)의 회전방향측으로 이동한다. 6 (b), when the leg is brought into contact with the ground by an external force, that is, a walking motion of the robot, the ellipsoid 300 is rotated in the first direction about the rotational axis 200, And the moving part 420 located at both ends of the elastic body 400 moves toward the rotational direction side of the ellipsoidal body 300.

이때, 타원체(300)의 안지름은 도면에 도시되어 있는 타원체(300)의 자세에서 도면상 수평방향인 장축에서 가장 길고, 도면상 장축에 직교하게 되는 단축에 가까워질수록 짧아지게 된다.At this time, the inside diameter of the ellipsoidal body 300 is the longest in the long axis in the horizontal direction in the figure in the posture of the ellipsoid 300 shown in the drawing, and becomes shorter as it approaches the short axis orthogonal to the long axis in the drawing.

즉, 탄성체(400)가 제1 프레임(110)의 축연결부(112)에 형성된 탄성체 홀(112a)을 관통하고 있는 상태에서 타원체(300)가 회전함에 따라 탄성체(400)의 양측말단과 접하고 있는 부분이 타원체(300)의 장축 부분에서 점차 타원체(300)의 단축 부분에 가까워지게 이동하게 되고, 따라서 탄성체(400)의 양측말단이 타원체(300)에 접하고 있는 부분 사이의 길이(SD)는 탄성체(400)의 길이보다 점차 짧아지게 된다.In other words, as the ellipsoid 300 rotates in a state where the elastic body 400 passes through the elastic hole 112a formed in the shaft connecting portion 112 of the first frame 110, the elastic body 400 is in contact with both ends of the elastic body 400 The length SD between the portions of the both ends of the elastic body 400 which are in contact with the elliptical body 300 is smaller than the length SD of the elastic body 400. Therefore, (400).

다시 말해서, 타원체(300)의 회전에 따라 탄성체(400)의 길이보다 탄성체(400)가 타원체(300)에 접하는 양측말단 사이의 길이가 짧아지게 변화하게 되므로, 탄성체(400)는 양측말단의 이동부(420)와 제1 프레임(100)의 축연결부(112) 사이에 위치하는 판스프링(410)의 형상이 변형, 즉 휘어지면서 탄성력을 비축하게 된다.In other words, since the length between the both ends of the elastic body 400 contacting the ellipsoid 300 is shorter than the length of the elastic body 400 due to the rotation of the elliptical body 300, the elastic body 400 is moved The shape of the leaf spring 410 located between the part 420 and the shaft connecting part 112 of the first frame 100 is deformed, that is, bent, and the elastic force is reserved.

이후 외력이 제거되면, 예를 들어 다리가 지면에 접하여 지면반발력이 가해졌다가 지면에서 떨어지게 되면, 판스프링(410)이 휘어져 비축된 탄성력에 의해 타원체(300)를 제2 방향(제1 방향의 반대방향)으로 회전시켜 복귀시키게 된다. 즉, 탄성체(400)가 흡수한 에너지를 재이용하여 지면에서 떨어졌던 다리가 다시 지면에 접하여 지면반발력이 가해지는 상태에 대비하게 된다.When the external force is removed, for example, when the leg contacts the ground, when the repulsive force is applied to the ground, the leaf spring 410 is bent and the elastic force of the spring prevents the ellipsoidal body 300 from moving in the second direction In the opposite direction). That is, the energy absorbed by the elastic body 400 is reused to prepare for a state in which a repulsive force is applied when the leg that has fallen from the ground again comes into contact with the ground.

이처럼 본 발명은 외력, 예를 들어 지면반발력에 의해 타원체(300)가 회전하고, 타원체(300)의 회전에 따라 탄성체(400)의 형상이 변형되면서 지면반발력을 흡수하여 로봇의 다리나 몸체, 기타 다른 기구부의 파손을 방지할 수 있게 된다. 또한, 탄성체(400)의 형상이 변형되면서 비축된 탄성력으로 타원체(300)를 복귀시키게 되므로 타원체(300)를 복귀시키기 위한 별도의 구성이 필요없이 보행효율을 상승시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the ellipsoidal body 300 is rotated by an external force, for example, a ground reaction force, and the shape of the elastic body 400 is deformed in accordance with the rotation of the ellipsoidal body 300, thereby absorbing the ground reaction force, It is possible to prevent breakage of the mechanical part. In addition, since the shape of the elastic body 400 is deformed, the ellipsoidal body 300 is restored by the elastic force that has been shrunk, so that the walking efficiency can be improved without requiring a separate structure for returning the elliptical body 300.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로봇의 관절 구조물의 동작상태를 간략하게 나타낸 간략도이다.FIGS. 7 and 8 are simplified diagrams showing an operation state of a joint structure of a robot according to a third embodiment of the present invention.

우선, 도 7의 (a) 및 (b)는 강성조절체의 위치가변부(530)가 회전축(200)에 근접하여 위치한 상태가 도시되어 있다.7 (a) and 7 (b) show a state where the position changing portion 530 of the stiffness adjusting switch is located close to the rotating shaft 200. In FIG.

즉, 조작봉(510)에 나사 결합된 승강부(520)가 타원체(300)에 근접하여 상대적으로 도면의 상측에 위치하며, 이에 따라 승강부(520)와 탄성체(400) 사이를 연결하는 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534)가 서로 근접하여 위치한다.That is, the elevating part 520 screwed to the operating rod 510 is located on the upper side of the figure relatively close to the ellipsoid 300, and accordingly, the position where the elevating part 520 and the elastic body 400 are connected The slide members 534 of the variable portion 530 are located close to each other.

이에 따라, 탄성체(400) 중에서 회전축(200)과 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534) 사이에 위치하는 부분(L_f)은 형상의 변형이 일어나지 않게 고정되며, 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534)와 이동부(420) 사이에 위치하는 부분(L_a)에서 형상이 변형된다.The portion L _f located between the rotary shaft 200 and the slide member 534 of the position variable portion 530 in the elastic body 400 is fixed so as not to deform the shape, in this portion of which is located between the slide member 534 and the moving part (420) (L _a), the shape is deformed.

다시 말해서, 타원체(300)가 외력, 즉 로봇의 보행 동작에 의해 다리가 지면에 접하게 되어 가해지는 지면반발력에 의해 회전축(200)을 중심으로 제1 방향(시계방향)으로 회전할 때, 탄성체(400)의 양측말단이 타원체(300)에 접하는 부분 사이의 길이 변화에 따라 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534)와 이동부(420) 사이에 위치하는 탄성체(400) 부분(L_a)이 휘어지면서 탄성력을 비축하게 되는 것이다.In other words, when the elliptical body 300 rotates in the first direction (clockwise direction) about the rotary shaft 200 by the external force, that is, the ground reaction force applied by the legs touching the ground surface by the walking motion of the robot, A portion L _a of the elastic body 400 positioned between the slide member 534 and the moving part 420 of the position varying part 530 in accordance with a change in length between portions of both ends of the movable body 400 contacting the ellipsoid 300, So that the elastic force is reserved.

도 8의 (a) 및 (b)는 로봇의 보행속도가 빨라지게 되어 변화하는 지면반발력에 대응할 수 있도록 강성조절체를 조절하는 상태가 도시되어 있다.8 (a) and 8 (b) show a state in which the stiffness adjustment is adjusted so that the walking speed of the robot is increased to cope with the ground surface repulsive force.

먼저 도 8의 (a)처럼, 지지프레임(100)의 외측으로 돌출, 연장되어 있는 조작봉(510)을 회전시켜 승강부(520)를 조작봉(510)의 길이방향을 따라 도 7의 (a)에 비해 도면상 하측으로 하강 이동시킨다.8 (a), the operating rod 510 protruding and extending outward from the supporting frame 100 is rotated to move the elevating portion 520 along the longitudinal direction of the operating rod 510 is lowered downward in the drawing relative to a).

승강부(520)가 하강하면서, 승강부(520)와 탄성체(400) 사이를 연결하는 위치가변부(530)는 탄성체(400)의 길이방향을 따라 탄성체(400)와 접하는 위치가 변경된다.The position changing part 530 connecting the lifting part 520 and the elastic body 400 is changed in the position in contact with the elastic body 400 along the longitudinal direction of the elastic body 400 while the lifting part 520 is lowered.

즉, 승강부(520)에 회동 가능하게 힌지 결합된 한 쌍의 회동부재(532)가 승강부(520)를 축으로 하여 슬라이드부재(534)와 연결되는 부분이 서로 멀어지는 방향으로 벌어지고, 이에 슬라이드부재(534)가 탄성체(400)의 길이방향을 따라 서로 멀어지게 이동하는 것이다.That is, a pair of pivoting members 532 pivotally hinged to the lifting unit 520 extend in a direction away from each other, with portions of the pivoting member 532 connected to the slide member 534 about the lifting unit 520 as an axis, The slide member 534 moves away from each other along the longitudinal direction of the elastic body 400. [

따라서, 타원체(300)가 외력, 즉 로봇의 보행 동작에 의해 다리가 지면에 접하게 되어 가해지는 지면반발력에 의해 회전축(200)을 중심으로 제1 방향(시계방향)으로 회전할 때 탄성체(400) 중에서 회전축(200)과 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534) 사이에 위치하는 긴 부분(L_f)은 고정되어 형상의 변형이 일어나지 않고, 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534)와 이동부(420) 사이에 위치하는 짧은 부분(L_a)에서 형상이 변형되어 휘어지므로 탄성체(400)가 탄성력을 비축하게 되는 부분(L_a)의 강성이 높아지게 되는 것이다.Therefore, when the elliptical body 300 is rotated in the first direction (clockwise direction) about the rotary shaft 200 by the external force, that is, the ground repulsive force applied to the leg by the walking motion of the robot, The long portion L _f positioned between the rotary shaft 200 and the slide member 534 of the position varying portion 530 is fixed so that the slide member 534 of the position varying portion 530 does not deform, and a mobile unit 420, a short portion which is located between the (L _a) is bent in a shape deformation because it is higher in rigidity of the elastic portion (L _a) (400) is to be reserved to the elastic force.

이와 같이 탄성체(400)의 형상이 변형되어 휘어지는 부분(L_a)의 강성이 높아지면 강성이 높아지기 전에 가해진 외력과 동일한 외력이 가해졌다고 했을 때 타원체(300)가 제1 방향, 예를 들어 시계방향으로 회전하는 각도가 줄어들게 되고, 타원체(300)의 복귀 동작도 더 빠르게 수행된다.If the shape of the elastic body 400 is deformed and the rigidity of the bent portion L _a is increased, if the external force equal to the applied external force is applied before the rigidity increases, the elliptical body 300 is moved in the first direction, And the return operation of the ellipsoid 300 is performed more quickly.

이처럼 탄성체(400)에서 형상이 변형되는 부분의 길이를 조절하여 탄성체(400)의 강성을 조절함으로써 탄성체(400)에 비축되는 탄성력, 즉 에너지 저장 용량을 변경할 수 있으며, 로봇의 보행속도의 변화에 따라 다양한 크기로 발생하는 지면반발력에 유연하게 대응할 수 있게 된다.The elasticity of the elastic body 400 can be changed by adjusting the length of the portion where the shape of the elastic body 400 is deformed by adjusting the rigidity of the elastic body 400. In other words, Accordingly, it is possible to flexibly cope with the ground repulsion generated in various sizes.

그리고, 로봇의 보행속도가 느려지게 되는 경우에는 조작봉(510)을 도 8의 (a)와는 반대로 회전하도록 조작하여 승강부(520)를 조작봉(510)의 길이방향을 따라 도 7의 (a)처럼 도면상 상측으로 상승이동시켜 탄성체(400)에서 형상이 변형되어 휘어지는 부분의 길이를 늘려주게 된다.When the walking speed of the robot becomes slow, the operation rod 510 is rotated so as to rotate in the direction opposite to that shown in Fig. 8A so that the lift portion 520 is moved along the longitudinal direction of the operation rod 510 the upper part of the elastic body 400 is deformed to increase the length of the bent part.

도 9는 본 발명에 따른 로봇의 관절 구조물에서 사용되는 탄성체의 강성변화와 토크 편향 곡선 추이를 나타낸 것이다.9 is a graph showing changes in stiffness and torque deflection curves of an elastic body used in a joint structure of a robot according to the present invention.

도 9의 (a)는 탄성체(400)의 강성의 변화를 표현한 것이고, 도 9의 (b)는 토크-변형 곡선을 나타낸 것으로, 탄성체(400), 즉 판스프링(410) 중 회전축(200)과 위치가변부(530)의 슬라이드부재(534) 사이에 위치하여 형상의 변형이 일어나지 않게 고정되는 부분(도 7의 L_f)의 길이를 0~30mm까지 변화시켜 가며 본 발명에 따른 로봇의 관절 구조물에 외력이 가해졌을 경우를 실험한 것이다.9 (a) shows a change in the rigidity of the elastic body 400, and FIG. 9 (b) shows a torque-distortion curve. The elastic body 400, that is, the plate spring 410, (L _{f in} FIG. 7), which is located between the slide member 534 of the position changing portion 530 and the slide member 534 of the position changing portion 530 so that the shape is not deformed, is changed from 0 to 30 mm, It is the experiment that the external force is applied to the structure.

이를 살펴보면, 판스프링(410) 중 고정되어 변형되지 않는 부분(도 7의 L_f)의 길이가 길어지게 되면 탄성체(400)의 강성이 커지게 되는 것을 알 수 있으며, 타원체(300)를 동일한 각도까지 회전시키기 위해 더 많은 힘이 요구되는 것을 알 수 있다.This look, the plate spring 410 when be secured to a length longer the portion (L _f in FIG. 7) that are not modified in may be seen that the stiffness of the elastic body 400 that increases, at the same angle to the ellipsoid (300) It can be seen that more force is required to rotate it.

도시되지는 않았으나, 본 발명에서는 로봇의 보행속도에 따라 강성조절체(500)를 통해 탄성체(400)의 강성을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.Although not shown, the present invention may include a controller for controlling the rigidity of the elastic body 400 through the stiffness adjusting unit 500 according to the walking speed of the robot.

예를 들어, 로봇의 보행속도를 감지할 수 있는 속도측정부(예를 들어 속도 센서나 GPS 센서 등, 도시하지 않음)를 두고, 이러한 속도측정부로부터 전송되는 로봇의 속도에 따라 제어부에서 프로그램 등을 통해 해당 속도에 맞게 기설정된 강성의 탄성체(400)가 될 수 있도록 강성조절체(500)를 동작시키는 것이다. For example, a speed measuring unit (e.g., a speed sensor or a GPS sensor, not shown) capable of detecting the walking speed of the robot may be provided. The stiffness adjusting unit 500 is operated so that the stiffness elastic body 400 may have a predetermined stiffness according to the speed.

이에 따라 로봇의 보행 속도가 변화하더라도 그에 해당하는 적절한 강성의 탄성체(400)를 사용하여 로봇을 보호할 수 있게 된다.Accordingly, even if the walking speed of the robot changes, it is possible to protect the robot using the elastic body 400 having the appropriate rigidity.

한편, 본 명세서에서는 본 발명에 따른 로봇의 관절 구조물이 사족보행 등 보행로봇의 관절 부위에 적용되는 것으로 설명하였으나, 이 외에도 외부 환경과 상호작용하거나 충격에 노출되는 다양한 관절형 로봇(매니퓰레이터, 로봇핸드 등)에도 적용할 수 있다.In the present specification, the joint structure of the robot according to the present invention is applied to the joint region of the walking robot such as a quadruple walking robot. However, various articulated robots, such as a manipulator, Etc.).

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

100: 지지프레임 110: 제1 프레임
112: 축연결부 112a, 424a, 534a: 탄성체 홀
112b, 132: 봉 홀 120: 제2 프레임
122: 축지지부 130: 연결프레임
200: 회전축 300: 타원체
302: 가이드부 304: 관통공
310: 결합부 312: 축 홀
400: 탄성체 410: 판스프링
420: 이동부 422: 구름부재
424: 탄성체결합부재 426: 연결부재
500: 강성조절체 510: 조작봉
520: 승강부 530: 위치가변부
532: 회동부재 534: 슬라이드부재
B: 체결볼트 100: support frame 110: first frame
112: Axial connection parts 112a, 424a, 534a: Elastic holes
112b, 132: a rod hole 120: a second frame
122: shaft portion 130: connecting frame
200: rotating shaft 300: ellipsoid
302: guide portion 304: through hole
310: engaging portion 312: shaft hole
400: elastic body 410: leaf spring
420: moving part 422: rolling member
424: elastic body coupling member 426: connecting member
500: Stiffness switching 510: Operation rod
520: elevating part 530: position varying part
532: pivoting member 534: slide member
B: fastening bolt

Claims

In a joint structure of a robot,
A support frame;
A rotating shaft connected to the support frame;
An ellipsoid formed with an engaging portion through which the rotating shaft is engaged and rotatable about a rotating shaft coupled to the engaging portion; And
Wherein the ellipsoidal member is disposed inside the ellipsoidal member such that both ends of the ellipsoidal member contact the inner circumferential surface of the ellipsoidal member along the major axis direction of the ellipsoidal member and when the ellipsoidal member rotates in the first direction, An elastic body that is deformed to store the elastic force and rotates the ellipsoid in the second direction by using a predetermined elastic force;
The robot comprising:

The method according to claim 1,
The elastic body may be,
Leaf springs; And
A movable portion disposed at both ends of the leaf spring and movable in contact with the inner circumferential surface of the ellipsoid;
And a joint structure for supporting the robot.

3. The method of claim 2,
The ellipsoidal body,
A guide portion is formed along the inner peripheral surface,
The moving unit includes:
And is configured to be coupled to the guide portion and to be movable along an inner circumferential surface of the ellipsoid.

3. The method of claim 2,
The leaf spring
A first leaf spring mounted on any one of the moving parts and the support frame or the coupling part; And
A second leaf spring mounted on the other one of the moving parts and the support frame or the engaging part;
Wherein the robot comprises:

5. The method according to any one of claims 1 to 4,
In the support frame or the ellipsoid,
Further comprising a stiffness adjusting body for adjusting the rigidity of the elastic body by adjusting a length of a portion of the elastic body deformed according to the rotation of the ellipsoid in the first direction.

6. The method of claim 5,
The stiffness-
A manipulation rod which is threaded along an outer circumferential surface, is connected to the support frame or the engagement portion, and is rotatable about a longitudinal center axis;
A lifting portion that is screwed to the operating rod and is lifted and raised in the longitudinal direction of the operating rod according to the rotational direction of the operating rod; And
A position varying unit connecting between the elevating unit and the elastic body, the position varying in contact with the elastic body along the longitudinal direction of the elastic body when the elevating unit is moved up and down;
And a joint structure for supporting the robot.

The method according to claim 6,
The position-
A pair of pivoting members disposed to face each other with respect to the elevating portion and hingedly coupled to the elevating portion; And
A slide member connected to the pivoting member, the slide member passing through the elastic member and operated to move closer to or away from each other along the longitudinal direction of the elastic member when the lifting unit is lifted;
And a joint structure for supporting the robot.

The method according to claim 6,
The operating rod
A plurality of through holes formed along the perimeter of the ellipsoid and protruding outside the ellipsoid,
The ellipsoidal body,
Wherein an angle of rotation about the rotation axis is adjustable according to a length of the through hole formed along the circumference of the ellipsoid.