KR101800282B1

KR101800282B1 - 다관절 장치

Info

Publication number: KR101800282B1
Application number: KR1020170101163A
Authority: KR
Inventors: 유재관; 진택성
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2017-12-20

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치는, 제1 작동부와 제2 작동부 사이를 연결하는 다관절 구조의 제1 관절 작동부가 구비되면서 상기 제1 관절 작동부 아래에는 제2 관절 작동부가 구비되며, 상기 제1 관절 작동부는 상기 제1 작동부 내부에 구비되는 제1 실린더; 및 상기 제1 작동부와 제1 작동부 아래에 위치하는 제2 작동부 사이를 연결하는 제1 링크 조립체; 를 포함한다.

Description

다관절 장치{MULTI JOINT APPARATUS}

본 발명은 크레인, 유압 액추에이터, 다관절 근력지원장치 및 다관절 매니퓰레이터와 같은 양중(material lifting) 지지용 유압장치 등의 설계에 적용할 수 있는 유압실린더 일체형 다관절 장치에 관한 것이다.

국방기술 분야에서는 각종 임무 수행이나 재난 발생지역에서 인명 구조를 위한 크레인, 유압 액추에이터, 다관절 근력지원장치 및 다관절 매니퓰레이터와 같은 양중(material lifting) 지지용 유압장치 등 각종 다관절 장치의 개발이 이루어지고 있다.

그런데 유압 실린더 조립체를 기구부에 장착하여 다관절 장치를 구성하는 것은 시스템 중량 증가 및 제작 비용을 상승시키며, 유압호스 노출에 의해 외부 환경에 대한 내구성 및 운용성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 유압 실린더 조립체를 기구부에 장착하는 방식은 기구부 경량화 설계 관점에서 큰 제약조건으로 작용하며 유지보수를 위해 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다.

일례로서, 대한민국 특허등록 제10-1243140호는 "착용로봇"을 개시한다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 유압실린더를 포함한 일체형 다관절링크 기구부를 통해 시스템 경량화 및 내구성을 극대화할 수 있도록 한 다관절 장치를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치는, 제1 작동부와 제2 작동부 사이를 연결하는 다관절 구조의 제1 관절 작동부가 구비되면서 상기 제1 관절 작동부 아래에는 제2 관절 작동부가 구비되며, 상기 제1 관절 작동부는 상기 제1 작동부 내부에 구비되는 제1 실린더; 및 상기 제1 작동부와 제1 작동부 아래에 위치하는 제2 작동부 사이를 연결하는 제1 링크 조립체; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 링크 조립체는 상부는 제1 연결핀에 의해 제1 작동부와 연결되어 제1 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 하부는 상기 제2 작동부와 연결되는 제1 링크; 상기 제1 연결핀을 감싸도록 제1 연결핀 둘레에 위치하고 일측 단부가 제2 연결핀에 의해 상기 제1 링크와 연결되어 제2 연결핀을 중심으로 회전 가능한 제2 링크; 및 상기 제1 연결핀을 감싸도록 제1 연결핀 둘레에 위치하고 일측 단부가 제3 연결핀에 의해 상기 제2 링크의 타측 단부와 연결되어 제3 연결핀을 중심으로 회전 가능하고, 타측 단부는 제4 연결핀에 의해 제1 작동부와 연결되어 제4 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 상기 제1 실린더 로드의 선단에 연결되는 제1 가이드 핀이 삽입되어 직선 운동을 하는 제1 가이드 홀이 구비되는 제3 링크; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 링크의 일측 단부는 상기 제2 링크의 접촉 부위에 부합하는 원호로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 작동부는 굽힘 가능하도록 제1 링크와 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 관절 작동부는 상기 제2 작동부 내부에 구비되는 제2 실린더; 및 상기 제2 작동부와 제3 작동부를 연결하는 제2 링크 조립체; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 링크 조립체는 일측 단부가 제5 연결핀에 의해 제3 작동부와 연결되어 제5 연결핀을 중심으로 회전 가능한 제4 링크; 일측 단부는 제6 연결핀에 의해 상기 제4 링크의 타측 단부와 연결되어 상기 제6 연결핀을 중심으로 회전 가능하고, 타측 단부는 제7 연결핀에 의해 제2 작동부와 연결되어 상기 제7 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 제2 실린더 로드의 선단에 연결되는 제2 가이드 핀이 삽입되어 직선 운동을 하는 제2 가이드 홀이 구비되는 제5 링크; 및 상기 제4 링크 및 제5 링크과 함께 제2 작동부와 제3 작동부 사이를 연결하는 제6 링크; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제4 링크와 제5 링크의 안쪽 면은 상기 제3 작동부의 굽힘 작동 시 제6 링크의 접촉 부위에 부합하는 원호로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제6 링크는 제8 연결핀에 의해 상기 제2 작동부 하부에 연결되는 제1 기어; 제9 연결핀에 의해 상기 제3 작동부 상부에 연결되는 것으로서, 상기 제3 작동부의 굽힘 작동 시 상기 제1 기어와 맞물려서 제1 기어의 둘레를 따라 회전하는 제2 기어; 및 일측 단부는 제8 연결핀에 연결되고 타측 단부는 제9 연결축에 연결되어 제8 연결핀을 중심으로 회전하면서 상기 제2 기어가 제1 기어와 맞물려서 제1 기어의 둘레를 따라 회전할 수 있도록 하는 연결링크; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 기어 및 제2 기어의 기어 이는 일부 구간에 구비될 수 있다.

또한, 상기 제6 링크를 향하는 상기 제4 링크 및 제5 링크 부위에는 수용공간이 마련되며, 제3 작동부의 굽힘 작동 시 상기 수용공간 부위가 제6 링크의 접촉 부위에 맞닿아 제3 작동부의 굽힘 작동을 제한할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치에 의하면, 유압실린더를 포함한 일체형 다관절링크 기구부를 통해 시스템 경량화 및 내구성을 극대화할 수 있다.

또한, 최소 유량 및 스트로크를 사용하여 최대ROM(Range of Motion)을 구현할 수 있다.

또한, 다관절 링크 조립체를 통한 고효율, 경량화 다관절의 장치의 설계가 가능하다.

또한, 착용로봇은 물론 크레인, 유압 액추에이터, 다관절 근력지원장치 및 다관절 매니퓰레이터와 같은 양중(material lifting) 지지용 유압장치 등 각종 다관절 장치의 설계에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다관절 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다관절 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다관절 장치의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다관절 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 관절 작동부와 제2 관절 작동부의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 작동부의 정자세 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 작동부의 최소ROM 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 작동부의 최대ROM 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정자세의 제1 관절 작동부를 나타내는 확대도이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 실린더 작동 시 제2 작동부의 작동을 나타내는 확대도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제3 작동부의 최소ROM 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제3 작동부의 최대ROM 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정자세의 제2 관절 작동부를 나타내는 확대도이다.
도 16 내지 18은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제2 실린더 작동 시 제3 작동부의 작동을 나타내는 확대도이다.
도 19, 20은 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치의 착용 상태를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 제2 관절 작동부의 운동범위를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 제1 관절 작동부의 운동범위를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 고관절 다관절링크와 기존 고관절 단관절링크의 비교 그래프이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 무릎 다관절링크와 기존 무릎 단관절링크의 비교 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치의 구성을 설명한다.

도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치는 제1 작동부(100)와 제2 작동부(200)를 연결하는 제1 관절 작동부(400) 및 제2 작동부(200)와 제3 작동부(300)를 연결하는 제2 관절 작동부(500)를 포함한다.

도 9에 도시된 바와 같이 제1 관절 작동부(400)는 제2 관절 작동부(500) 위에 위치한다. 제1 관절 작동부(400)는 제1 실린더(421) 및 다관절 링크로 이루어지는 제1 링크 조립체(410)를 포함한다.

제1 실린더(421)는 제1 작동부(100) 내부에 구비된다. 제1 실린더(421)는 유압실린더일 수 있다. 제1 실린더(421) 로드 선단은 제1 링크 조립체(410)와 연결되어 로드의 신축 작동에 의해 제1 링크 조립체(410)를 움직인다. 제1 실린더(421) 로드 선단은 제1 가이드 핀(701)에 의해 제3 링크(413)와 연결된다.

제1 링크 조립체(410)는 제1 작동부(100)와 제1 작동부(100) 아래에 위치하는 제2 작동부(200) 사이를 연결한다. 제1 링크 조립체(410)는 제1 실린더(421) 로드의 신축 작동에 의해 움직인다.

제1 링크 조립체(410)는 제1 작동부(100)와 제2 작동부(200)에 연결되는 제1 링크(411), 제1 링크(411)와 제3 링크(413)에 연결되는 제2 링크(412) 및 제2 링크(412)와 제1 실린더(421)에 연결되는 제3 링크(413)를 포함한다.

구체적으로 제1 링크(411) 상부는 제1 연결핀(601)에 의해 제1 작동부(100)와 연결된다. 제1 링크(411)는 제1 연결핀(601)을 중심으로 회전할 수 있다. 제1 링크(411) 하부는 제2 작동부(200)와 연결된다. 제2 작동부(200)의 연결 부위는 굽힘 가능한 구조로 제1 링크(411)와 연결된다.

제2 링크(412)는 제1 연결핀(601)을 감싸는 구조로 제1 연결핀(601) 둘레에 위치한다. 제2 링크(412)의 일측 단부는 제2 연결핀(602)에 의해 제1 링크(411)와 연결된다. 제2 링크(412)는 제2 연결핀(602)을 중심으로 회전할 수 있다. 제2 링크(412)의 타측 단부는 제3 연결핀(603)에 의해 제3 링크(413)의 일측 단부와 연결된다. 제2 링크(412)는 제3 연결핀(603)을 중심으로 회전할 수 있다. 제2 링크(412)의 형상에는 제한이 없다. 예컨대, 제2 링크(412)의 형상은 원호 형상일 수 있다.

제3 링크(413)는 제1 연결핀(601)을 감싸는 구조로 제1 연결핀(601) 둘레에 위치한다. 제3 링크(413)의 일측 단부는 제3 연결핀(603)에 의해 제2 링크(412)의 타측 단부와 연결된다. 제3 링크(413)는 제3 연결핀(603)을 중심으로 회전할 수 있다. 제3 링크(413)의 타측 단부는 제4 연결핀(604)에 의해 제1 작동부(100)와 연결된다. 제3 링크(413)는 제4 연결핀(604)을 중심으로 회전할 수 있다.

제3 링크(413)에는 제1 가이드 홀(4131)이 구비된다. 제1 가이드 홀(4131)에는 제1 실린더(421) 로드의 선단에 연결되는 제1 가이드 핀(701)이 삽입 결합된다. 제1 가이드 핀(701)은 제1 실린더(421) 로드의 신축 작동에 의해 제 가이드 홀(4131)을 따라 직선 운동을 한다. 제1 가이드 홀(4131)의 세로 폭은 제1 가이드 핀(701)의 외경에 부합한다. 제1 가이드 홀(4131)의 가로 폭은 제1 가이드 핀(701)의 직선 운동이 가능하도록 제1 가이드 핀(701)의 외경보다 긴 폭으로 형성된다.

한편, 제2 링크(412)의 타측 단부는 원형으로 형성되고 이에 대응 접촉하는 제3 링크의 일측 단부(4132)는 제2 링크(412)의 타측 단부에 부합하는 원호 형상으로 구성된다. 제3 링크의 일측 단부(4132)가 원호 형상이기 때문에 원형의 제2 링크(412)의 타측 단부가 자유로이 회전할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이 제2 관절 작동부(500)는 제1 관절 작동부(400) 아래에 위치한다. 제2 관절 작동부(500)는 제2 실린더(532) 및 제2 작동부(200)와 제3 작동부(300)를 연결하는 제2 링크 조립체(520)를 포함한다.

제2 실린더(532)는 제2 작동부(200) 내부에 구비된다. 제2 실린더(532)는 유압 실린더일 수 있다. 제2 실린더(532) 로드 선단은 제2 링크 조립체(520)와 연결되어 신축작동에 의해 제2 링크 조립체(520)를 움직인다. 제2 실린더(532) 로드 선단은 제2 가이드 핀(702)에 의해 제5 링크(525)와 연결된다.

제2 링크 조립체(520)는 제2 작동부(200)와 제2 작동부(200) 아래에 위치하는 제3 작동부(300) 사이를 연결한다. 제2 링크 조립체(520)는 제2 실린더(532) 로드이 신축 작동에 의해 움직인다.

제2 링크 조립체(520)는 제3 작동부(300)와 제5 링크(525)에 연결되는 제4 링크(524), 제4 링크(524)와 제2 작동부(200)에 연결되는 제5 링크(525), 제2 작동부(200)와 제3 작동부(300)에 연결되는 제6 링크(526)를 포함한다.

구체적으로 제4 링크(524)의 일측 단부는 제5 연결핀(605)에 의해 제3 작동부(300)에 연결된다. 제4 링크(524)는 제5 연결핀(605)을 중심으로 회전할 수 있다. 제4 링크(524)의 타측 단부는 제6 연결핀(606)에 의해 제5 링크(525)의 일측 단부에 연결된다. 제4 링크(524)는 제6 연결핀(606)을 중심으로 자유로이 회전할 수 있다. 제4 링크(524)의 형상에는 제한이 없다. 예컨대, 제4 링크(524)는 원호 형상일 수 있다.

제5 링크(525)의 일측 단부는 제6 연결핀(606)에 의해 제4 링크(524)의 타측 단부와 연결된다. 제5 링크(525)는 제6 연결핀(606)을 중심으로 회전할 수 있다. 제5 링크(524)의 타측 단부는 제7 연결핀(607)에 의해 제2 작동부(200)와 연결된다. 제5 링크(524)는 제7 연결핀(607)을 중심으로 회전할 수 있다.

제5 링크(525)에는 제2 가이드 홀(5252)이 구비된다. 제2 가이드 홀(5252)에는 제2 실린더(532) 로드의 선단에 연결되는 제2 가이드 핀(702)이 삽입 결합된다. 제2 가이드 핀(702)은 제2 가이드 홀(5252)을 따라 직선 운동을 한다. 제2 가이드 홀(5252)의 세로 폭은 제2 가이드 핀(702)의 외경에 부합한다. 제2 가이드 홀(5252)의 가로 폭은 제2 가이드 핀(702)의 직선 운동이 가능하도록 제2 가이드 핀(702)의 외경보다 긴 폭으로 형성된다.

제6 링크(526)는 제4 링크(524) 및 제5 링크(525)와 간격을 두고 제4 링크(524) 및 제5 링크(525)가 연결하지 않은 제2 작동부(200)와 제3 작동부(300) 사이의 연결 부위를 연결한다. 제6 링크(526)는 제2 작동부(200) 쪽에 위치하는 제1 기어(541), 제3 작동부(300) 쪽에 위치하는 제2 기어(542) 및 연결링크(543)를 포함한다.

구체적으로 제1 기어(541)는 제8 연결핀(608)에 의해 제2 작동부(200) 하부에 연결된다. 제1 기어(541)의 기어 이(5411)는 제1 기어(541) 둘레 일부 구간에 형성된다.

제2 기어(542)는 제9 연결핀(609)에 의해 제3 작동부(300) 상부에 연결된다. 제2 기어(542)의 기어 이(5421)는 제1 기어(541)의 기어 이(5411)와 마찬가지로 제2 기어(542) 둘레 일부 구간에 형성된다. 제2 기어(542)는 제3 작동부(300)의 굽힘 작동 시 제1 기어(541)와 맞물려서 제1 기어(541)의 둘레를 따라 회전한다.

연결링크(543)의 일측 단부는 제8 연결핀(608)에 연결된다. 연결링크(543)의 타측 단부는 제9 연결핀(609)에 연결된다. 연결링크(543)는 제8 연결핀(608)을 중심으로 회전할 수 있다. 연결링크(543)가 제8 연결핀(608)을 중심으로 회전하면 제2 기어(542)가 제1 기어(541)와 맞물려서 제1 기어(541)의 둘레를 따라 회전한다.

한편, 제4 링크의 안쪽 면(5241)과 제5 링크의 안쪽 면(5251)은 제3 작동부(300)의 굽힘 작동 시 제6 링크(526)의 접촉 부위에 부합하는 원호로 구성된다.

제6 링크(526)를 향하는 제4 링크(524) 및 제5 링크(525) 부위에는 수용공간(550)이 마련된다. 제3 작동부(300)의 굽힘 작동 시 수용공간(550)이 제6 연결링크(543)의 접촉 부위에 맞닿아 제3 작동부(300)의 굽힘 작동을 제한한다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 제1 관절 작동부의 작동을 설명한다.

도 6과 같이 제2 작동부(200)는 중심축(800)과 0도(정자세)를 이룰 수 있다. 도 7과 같이 제2 작동부(200)는 후방으로 회전하여 중심축(800)과 30도(최소ROM)를 이룰 수 있다. 도 8과 같이 제2 작동부(200)는 전방으로 회전하여 중심축(800)과 전 140도(최대ROM)를 이룰 수 있다.

구체적으로 제1 실린더(421)가 작동하지 않을 경우 제2 작동부(200)가 수직으로 서 있는 정자세를 유지한다(도 9 참조).

제1 실린더(421)의 최대 스트로크(stroke)에 의해 로드가 최대로 신장하면 제1 실린더(421) 로드와 연결된 제1 가이드 핀(701)이 제1 가이드 홀(4131)의 일측 끝단으로 이동한다. 이와 동시에 제3 링크(413)가 제4 연결핀(604)을 중심으로 회전하면서 밀리고 연동하여 제3 링크(413)와 연결된 제2 링크(412)가 밀리면서 제2 링크(412)와 연결된 제1 링크(411)가 제2 작동부(200)를 밀기 때문에 제2 작동부(200)가 제1 연결핀(601)을 중심으로 후방으로 회전하여 중심축(800)과 30도(최소ROM)를 이룬다(도 10 참조).

제1 실린더(421)의 최소 스트로크에 의해 로드가 최소로 축소하면 제1 실린더(421) 로드와 연결된 제1 가이드 핀(701)이 제1 가이드 홀(4131)의 타측 끝단으로 이동한다. 이와 동시에 제3 링크(413)가 제4 연결핀(604)을 중심으로 회전하면서 당겨지고 연동하여 제3 링크(413)와 연결된 제2 링크(412)가 당겨지며 제2 링크(412)와 연결된 제1 링크(411)가 제2 작동부(200)를 당기기 때문에 제2 작동부(200)가 제1 연결핀(601)을 중심으로 전방으로 회전하여 중심축(800)과 140도(최대ROM)를 이룬다(도 11, 12 참조).

다음은 본 발명의 실시예에 따른 제2 관절 작동부의 작동을 설명한다.

도 13과 같이 제3 작동부(300)는 중심축(800)과 0도(정자세, 최소ROM)를 이룰 수 있다. 도 14와 같이 제3 작동부(300)는 후방으로 회전하여 중심축(800)과 120도(최대ROM)를 이룰 수 있다.

구체적으로 제2 실린더(532)의 작동하지 않을 경우 제3 작동부(300)가 수직으로 서 있는 정자세(최소ROM)를 이룬다(도 15 참조).

제2 실린더(532)의 최대 스트로크(stroke)에 의해 로드가 최대로 신장하면 제2 실린더(532) 로드와 연결된 제2 가이드 핀(702)이 제2 가이드 홀(5252)의 일측 끝단으로 이동한다. 이와 동시에 제5 링크(525)가 제7 연결핀(607)을 중심으로 회전하면서 밀리고 연동하여 제5 링크(525)와 연결된 제4 링크(524)가 밀리면서 제3 작동부(300)를 밀기 때문에 제3 작동부(300)가 120도(최대ROM)를 이룬다. 제3 작동부(300)의 회전과 연동하여 제1 기어(541)와 맞물려있는 제2 기어(542)는 제1 기어(541)의 둘레를 따라 회전한다. 제2 실린더(532) 로드가 최대로 신장하면 굽혀져 있던 제4 링크(524)와 제5 링크(525)가 펴지면서 수용공간(550)이 제6 링크(526)의 접촉 부위에 맞닿아 제3 작동부(300)의 굽힘 작동을 제한한다. 이에 제3 작동부(300)가 120도 이상으로 굽혀지지 않는다(도 15 내지 도 18 참조).

도 19, 20은 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치를 착용한 상태를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치는 중량물 이동, 적재 및 접근이 어려운 재난환경 또는 산악지형에서 인명 구조 및 환자 수송, 장애우 및 노약자와 같은 근력취약자의 보행 보조 장치로 사용할 수 있다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 제2 관절 작동부의 운동범위를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 제2 관절 작동부(500)의 작동에 의해 제3 작동부(300)가 후방으로 120도(최대ROM) 회전할 수 있다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 제1 관절 작동부의 운동범위를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 제1 관절 작동부(400)의 작동에 의해 제2 작동부(200)가 전방으로 140도(최대ROM) 또는 후방으로 30도(최소ROM) 회전할 수 있다.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 고관절 다관절링크와 기존 고관절 다관절링크의 비교 그래프이다. 그래프를 통해 본 발명의 실시예에 따른 일체형 고관절 다관절링크가 기존 고관절 다관절링크에 비해 최소 유량 및 스트로크를 사용하여 최대 ROM을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

도 24는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 무릎 다관절링크와 기존 무릎 다관절링크의 비교 그래프이다. 그래프를 통해 본 발명의 실시예에 따른 일체형 무릎 다관절링크가 기존 무릎 다관절링크에 비해 최소 유량 및 스트로크를 사용하여 최대 ROM을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다관절 장치는, 다관절 링크 조립체를 통한 고효율, 경량화 다관절 장치의 설계가 가능하다. 또한, 착용로봇은 물론 크레인, 유압 액추에이터, 다관절 근력지원장치 및 다관절 매니퓰레이터와 같은 양중(material lifting) 지지용 유압장치 등 각종 다관절 장치의 설계에 적용할 수 있다. 또한, 유압 실린더 일체형 다관절 링크 기구부를 설계함으로써 외부 환경에 대한 내구성 극대화 및 시스템 중량을 최소화할 수 있다. 또한, 유압실린더 일체형 다관절 링크 메커니즘을 통해 사람의 관절을 모사함으로써 최소한의 유량 및 스트로크로 인체요구 ROM을 만족시켰고 일정 토크를 사용하여 기구부를 구동할 수 있다. 또한, 다리 조립체 회전에 따른 실린더 변위가 없기 때문에 유압호스의 길이를 일정하게 설계할 수 있다. 또한, 기구 내부에 장착하여 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 유압관로를 기구부 내부에 적용함으로써 방열효과를 극대화할 수 있다. 또한, 유압실린더 고정 핀 부시를 쐐기 형상으로 설계함으로써 고정핀이 선형 홈을 따라 이동할 때, 유압에 의한 추력을 기구부에 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 고정핀 선형 홈은 실린더 엔드에도 적용할 수 있다. 또한, 구동원으로 유압을 사용함으로써, 고하중물 양중, 지지 및 이동이 가능하다. 또한, 기구부와 유압실린더를 일체화함으로써 습기, 먼지 및 외부 충격에 대한 다관절 장치의 안전성을 확보할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100:제1 작동부
200:제2 작동부
300:제3 작동부
400:제1 관절 작동부
410:제1 링크 조립체
411:제1 링크
412:제2 링크
413:제3 링크
421:제1 실린더
500:제2 관절 작동부
520:제2 링크 조립체
524:제4 링크
525:제5 링크
526:제6 링크
532:제2 실린더
541:제1 기어
542:제2 기어
543:연결링크
550:수용공간
601:제1 연결핀
602:제2 연결핀
603:제3 연결핀
604:제4 연결핀
605:제5 연결핀
606:제6 연결핀
607:제7 연결핀
608:제8 연결핀
609:제9 연결핀
701:제1 가이드 핀
702:제2 가이드 핀
800:중심축
4131:제1 가이드 홀
4132:제3 링크의 일측 단부
5411:기어 이
5421:기어 이
5241:제4 링크의 안쪽 면
5251:제5 링크의 안쪽 면
5252:제2 가이드 홀

Claims

제1 작동부와 제2 작동부 사이를 연결하는 다관절 구조의 제1 관절 작동부가 구비되면서 상기 제1 관절 작동부 아래에는 제2 관절 작동부가 구비되며,
상기 제1 관절 작동부는,
상기 제1 작동부 내부에 구비되는 제1 실린더; 및
상기 제1 작동부와 제1 작동부 아래에 위치하는 제2 작동부 사이를 연결하는 제1 링크 조립체;
를 포함하며,
상기 제1 링크 조립체는,
상부는 제1 연결핀에 의해 제1 작동부와 연결되어 제1 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 하부는 상기 제2 작동부와 연결되는 제1 링크;
상기 제1 연결핀을 감싸도록 제1 연결핀 둘레에 위치하고 일측 단부가 제2 연결핀에 의해 상기 제1 링크와 연결되어 제2 연결핀을 중심으로 회전 가능한 제2 링크; 및
상기 제1 연결핀을 감싸도록 제1 연결핀 둘레에 위치하고 일측 단부가 제3 연결핀에 의해 상기 제2 링크의 타측 단부와 연결되어 제3 연결핀을 중심으로 회전 가능하고, 타측 단부는 제4 연결핀에 의해 제1 작동부와 연결되어 제4 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 상기 제1 실린더 로드의 선단에 연결되는 제1 가이드 핀이 삽입되어 직선 운동을 하는 제1 가이드 홀이 구비되는 제3 링크;
를 포함하는 다관절 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제3 링크의 일측 단부는 상기 제2 링크의 접촉 부위에 부합하는 원호로 구성되는 것을 특징으로 하는 다관절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 작동부는 굽힘 가능하도록 제1 링크와 연결되는 것을 특징으로 하는 다관절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 관절 작동부는,
상기 제2 작동부 내부에 구비되는 제2 실린더; 및
상기 제2 작동부와 제3 작동부를 연결하는 제2 링크 조립체;
를 포함하는 다관절 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 링크 조립체는,
일측 단부가 제5 연결핀에 의해 제3 작동부와 연결되어 제5 연결핀을 중심으로 회전 가능한 제4 링크;
일측 단부는 제6 연결핀에 의해 상기 제4 링크의 타측 단부와 연결되어 상기 제6 연결핀을 중심으로 회전 가능하고, 타측 단부는 제7 연결핀에 의해 제2 작동부와 연결되어 상기 제7 연결핀을 중심으로 회전 가능하며, 제2 실린더 로드의 선단에 연결되는 제2 가이드 핀이 삽입되어 직선 운동을 하는 제2 가이드 홀이 구비되는 제5 링크; 및
상기 제4 링크 및 제5 링크과 함께 제2 작동부와 제3 작동부 사이를 연결하는 제6 링크;
를 포함하는 다관절 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제4 링크와 제5 링크의 안쪽 면은 상기 제3 작동부의 굽힘 작동 시 제6 링크의 접촉 부위에 부합하는 원호로 구성되는 것을 특징으로 하는 다관절 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제6 링크는,
제8 연결핀에 의해 상기 제2 작동부 하부에 연결되는 제1 기어;
제9 연결핀에 의해 상기 제3 작동부 상부에 연결되는 것으로서, 상기 제3 작동부의 굽힘 작동 시 상기 제1 기어와 맞물려서 제1 기어의 둘레를 따라 회전하는 제2 기어; 및
일측 단부는 제8 연결핀에 연결되고 타측 단부는 제9 연결축에 연결되어 제8 연결핀을 중심으로 회전하면서 상기 제2 기어가 제1 기어와 맞물려서 제1 기어의 둘레를 따라 회전할 수 있도록 하는 연결링크;
를 포함하는 다관절 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 기어 및 제2 기어의 기어 이는,
일부 구간에 구비되는 것을 특징으로 하는 다관절 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제6 링크를 향하는 상기 제4 링크 및 제5 링크 부위에는 수용공간이 마련되며,
제3 작동부의 굽힘 작동 시 상기 수용공간 부위가 제6 링크의 접촉 부위에 맞닿아 제3 작동부의 굽힘 작동을 제한하는 것을 특징으로 하는 다관절 장치.