KR102141680B1 - Manipulator device - Google Patents

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KR102141680B1
KR102141680B1 KR1020190006860A KR20190006860A KR102141680B1 KR 102141680 B1 KR102141680 B1 KR 102141680B1 KR 1020190006860 A KR1020190006860 A KR 1020190006860A KR 20190006860 A KR20190006860 A KR 20190006860A KR 102141680 B1 KR102141680 B1 KR 102141680B1
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구자춘
조영준
이정수
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

매니퓰레이터 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 매니퓰레이터 장치는: 내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 가변몸체부와, 복수의 관절을 구비하며 가변몸체부의 내측에 위치하는 코어관절부 및 복수의 구 형상으로 이루어지며 가변몸체부의 내측에 위치하는 입자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is an invention for a manipulator device. The manipulator device of the present invention comprises: a variable body portion having a variable internal volume according to a change in pressure, a core joint having a plurality of joints and located inside the variable body portion, and a plurality of spherical shapes, and the variable body portion It characterized in that it comprises a particle portion located inside.

Description

매니퓰레이터 장치{MANIPULATOR DEVICE}Manipulator device {MANIPULATOR DEVICE}

본 발명은 매니퓰레이터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재밍효과로 인한 강성의 효율을 증가시켜 직선상태의 강성과 휘어진 상태의 강성을 안정적으로 유지할 수 있는 매니퓰레이터 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a manipulator device, and more particularly, to a manipulator device capable of stably maintaining stiffness in a straight state and stiffness in a curved state by increasing the efficiency of stiffness due to the jamming effect.

일반적으로 매니퓰레이터(Manipulator)는, 인간의 상지(上肢)와 유사한 기능을 보유하며, 그 선단 부위에 해당하는 기계 손(mechanical hand) 등에 의해 물체를 파지하거나 작업을 할 수 있는 장치이다.In general, a manipulator (Manipulator) is a device that has a function similar to that of a human upper limb (上肢) and is capable of gripping or working with an object by a mechanical hand or the like corresponding to the tip portion.

종래의 재밍 매니퓰레이터(Jamming Manipulator)는 가변성 강성을 갖는 장치로 입자와 멤브레인으로 구성되며, 음압의 여부에 따라서 강성이 변화된다.Conventional Jamming Manipulator (Jamming Manipulator) is a device having a variable stiffness is composed of a particle and a membrane, the stiffness is changed depending on whether there is a negative pressure.

음압에 의해 멤브레인의 내측의 기압이 변화되며, 이로 인하여 입자가 이동되어 서로 접한 상태에서 마찰력에 의해 이동이 구속되는 재밍효과에 의해 강성을 갖는다.The air pressure inside the membrane is changed by the negative pressure, and as a result, the particles are moved and have stiffness due to the jamming effect that the movement is constrained by the friction force in contact with each other.

그러나 재밍 매니플레이터는 직선적인 형태에서만 강성을 구비하므로 실제 산업현장에서 사용하기에는 작업대상이 극히 제한적이므로 상용화에 한계가 있다.However, since the jamming manipulator has rigidity only in a linear form, there is a limit to commercialization since the work object is extremely limited for use in an actual industrial site.

종래의 매니퓰레이터 장치는 직선상태의 강성 대비 휘어진 상태의 강성이 상대적으로 약하므로 산업현장에서 사용하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다. The conventional manipulator device has a problem in that it cannot be used in an industrial site because the rigidity of the curved state is relatively weak compared to the rigidity of the linear state. Therefore, there is a need to improve this.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2018-0053289호(2018.05.21 공개, 발명의 명칭: 마스터 슬레이브 원격제어 매니퓰레이터 장치)에 게시되어 있다.
Background art of the present invention is published in Korea Patent Publication No. 2018-0053289 (published on May 21, 2018, title of the invention: master slave remote control manipulator device).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 재밍효과로 인한 강성의 효율을 증가시켜 직선상태의 강성과 휘어진 상태의 강성을 안정적으로 유지할 수 있는 매니퓰레이터 장치를 제공하는 것이다.
The present invention was created to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a manipulator device capable of stably maintaining rigidity in a straight state and rigidity in a curved state by increasing the efficiency of rigidity due to the jamming effect. will be.

본 발명에 따른 매니퓰레이터 장치는: 내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 가변몸체부와, 복수의 관절을 구비하며 가변몸체부의 내측에 위치하는 코어관절부 및 복수의 구 형상으로 이루어지며 가변몸체부의 내측에 위치하는 입자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The manipulator device according to the present invention includes: a variable body part having a variable internal volume according to a change in pressure, a core joint having a plurality of joints and located inside the variable body part, and a plurality of spherical shapes, and a variable body It characterized in that it comprises a particle portion located inside the portion.

또한 가변몸체부는, 코어관절부와 입자부의 외측을 감싸는 막 형상이며 길이방향으로 연장되는 것을 특징으로 한다.In addition, the variable body portion is a membrane shape surrounding the outer portion of the core joint and the particle portion, and is characterized in that it extends in the longitudinal direction.

또한 가변몸체부는 비닐, 니트릴, 라텍스, 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the variable body portion is characterized in that at least one of vinyl, nitrile, latex, and polyethylene.

또한 코어관절부는, 가변몸체부의 일측에 위치하는 제1지지부와, 가변몸체부의 타측에 위치하는 제2지지부 및 제1지지부와 제2지지부에 회전 가능하게 연결되며 회전 가능한 복수의 관절을 구비하는 관절몸체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the core joint is a joint having a plurality of joints rotatably connected to a first support portion located on one side of the variable body portion, a second support portion located on the other side of the variable body portion, and a first support portion and a second support portion to be rotatable. It characterized in that it comprises a body portion.

또한 제1지지부는, 가변몸체부의 일측을 차폐하는 제1베이스 및 제1베이스에서 연장되어 관절몸체부에 회전 가능하게 연결되는 제1연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first support portion is characterized in that it comprises a first base that extends from the first base and the first base that shields one side of the variable body portion and is rotatably connected to the joint body.

또한 제2지지부는, 가변몸체부의 타측을 차폐하는 제2베이스 및 제2베이스에서 연장되어 관절몸체부에 회전 가능하게 연결되는 제2연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second support portion is characterized in that it comprises a second base that extends from the second base and the second base that shields the other side of the variable body portion and is rotatably connected to the joint body.

또한 관절몸체부는, 복수의 판 형상이 회전 가능하게 연결되며 일측은 제1연결부에 회전 가능하게 연결되고 타측은 제2연결부에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the joint body portion, a plurality of plate shapes are rotatably connected, one side is rotatably connected to the first connection portion, the other side is rotatably connected to the second connection portion.

또한 관절몸체부와 가변몸체부는 같은 방향으로 굽어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the joint body portion and the variable body portion is characterized in that bent in the same direction.

또한 입자부는 관절몸체부의 양측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the particle portion is characterized in that located on both sides of the joint body.

본 발명에 따른 매니퓰레이터 장치는, 가변몸체부의 내측에 구비된 코어관절부가 가변몸체부와 함께 굽어지며 입자부를 지지하므로, 재밍효과로 인한 강성의 효율을 증가시키며 직선상태의 강성과 휘어진 상태의 강성을 안정적으로 유지할 수 있다.
The manipulator device according to the present invention, since the core joint provided inside the variable body portion is bent together with the variable body portion and supports the particle portion, increases the efficiency of stiffness due to the jamming effect and increases the rigidity of the straight state and the rigidity of the curved state. It can be kept stable.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변몸체부와 코어관절부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치가 굽어진 상태로 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어관절부가 굽어진 상태로 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어관절부를 분해 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치의 강성시험의 결과값을 도시한 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a manipulator device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a variable body portion and the core joint according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a state in which a manipulator device according to an embodiment of the present invention is installed in a bent state.
4 is a perspective view showing a state in which the core joint is installed in a bent state according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view showing a core joint according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the results of the stiffness test of the manipulator device according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, a manipulator device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변몸체부와 코어관절부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치가 굽어진 상태로 설치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어관절부가 굽어진 상태로 설치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어관절부를 분해 도시한 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치의 강성시험의 결과값을 도시한 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a manipulator device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a variable body portion and a core joint according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view of the present invention A perspective view showing a state in which a manipulator device according to an embodiment is installed in a bent state, and FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a core joint part is installed in a bent state according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a perspective view showing an exploded core joint according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view showing a result of a stiffness test of a manipulator device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치(1)는, 내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 가변몸체부(10)와, 복수의 관절을 구비하며 가변몸체부(10)의 내측에 위치하는 코어관절부(20) 및 복수의 구 형상으로 이루어지며 가변몸체부(10)의 내측에 위치하는 입자부(60)를 포함한다.As shown in Figures 1 to 5, the manipulator device 1 according to an embodiment of the present invention, the variable body portion 10 and the plurality of joints that the internal volume is changed according to the pressure change inside It is provided and comprises a core joint portion 20 located inside the variable body portion 10 and a plurality of spherical shapes, and includes a particle portion 60 located inside the variable body portion 10.

본 발명은 진공압(Vacuum pressure)으로 구동되는 가변성 강성 매니퓰레이터이다. 가변몸체부(10)의 내측에 위치하는 구 형상의 입자부(60)는 서로 접하면서 힘의 이동경로를 이루는 포스 체인(Force chain)을 형성한다.The present invention is a variable stiffness manipulator driven by vacuum pressure. The spherical particle parts 60 located inside the variable body part 10 form a force chain that forms a movement path of force while being in contact with each other.

진공압 상태에서 가변몸체부(10)의 내측에 위치한 복수의 입자부(60)는 서로 접하면서 마찰력에 의한 재밍(Jamming)효과로 강성이 증대된다. 또한 코어관절부(20)의 설치로 재밍효과가 일어났을 경우, 외력에 대한 포스 체인의 안전성을 향상시켜 기존 보다 더 큰 강성을 가질 수 있다.In the vacuum pressure state, the plurality of particle parts 60 located inside the variable body part 10 are in contact with each other and have increased rigidity due to a jamming effect due to frictional force. In addition, when the jamming effect occurs due to the installation of the core joint 20, the safety of the force chain against external force may be improved to have greater stiffness than before.

가변몸체부(10)의 내측에 음압이 없을 경우, 입자부(60)의 입자들은 자유롭게 움직일 수 있다. 그러다 가변몸체부(10)의 내측에 진공압인 음압이 부여되면, 탄성체인 가변몸체부(10)가 수축하며, 이로 인해서 입자들의 움직임이 제한되며 군집하는 현상이 발생한다.When there is no negative pressure inside the variable body part 10, the particles of the particle part 60 can move freely. Then, when a negative pressure, which is a vacuum pressure, is applied to the inside of the variable body part 10, the variable body part 10, which is an elastic body, contracts, thereby limiting the movement of particles and clustering.

매니퓰레이터 장치(1)는 압력 변화에 따라 구동되어 강성을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치(1)는 기존의 복잡한 메커니즘보다 더 간단하고 안전하게 강성조절을 할 수 있다. 또한 본 발명은 기존 소프트 로봇의 제한적인 구동 조건을 넘어서 실제 산업에서 이용이 가능하다.The manipulator device 1 is driven according to a change in pressure and has rigidity. The manipulator device 1 according to an embodiment of the present invention can perform stiffness control more simply and safely than a conventional complex mechanism. In addition, the present invention can be used in a real industry beyond the limited driving conditions of the existing soft robot.

가변몸체부(10)는 내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 가변몸체부(10)는 형상을 지탱하며, 음압에 의해 내부 부피를 변화 시킬 수 있는 탄성이 큰 멤브레인(Membrane)으로 이루어질 수 있다.The variable body portion 10 may be formed in various shapes within a technical idea in which the volume inside is variable according to a change in pressure inside. The variable body portion 10 supports a shape, and may be formed of a membrane having a large elasticity (Membrane) capable of changing an internal volume by sound pressure.

일 실시예에 따른 가변몸체부(10)는, 코어관절부(20)와 입자부(60)의 외측을 감싸는 막 형상이며 길이방향(D)으로 연장되며 내측에 공간부를 형성한다. 이러한 가변몸체부(10)는 비닐, 니트릴, 라텍스, 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The variable body part 10 according to an embodiment has a film shape surrounding the outer sides of the core joint part 20 and the particle part 60 and extends in the longitudinal direction D to form a space part therein. The variable body portion 10 is characterized in that at least one of vinyl, nitrile, latex, and polyethylene.

가변몸체부(10)는 원통형의 막 형상이며, 이러한 가변몸체부(10)의 내측에 코어관절부(20)와 입자부(60)가 위치한다.The variable body portion 10 has a cylindrical membrane shape, and the core joint portion 20 and the particle portion 60 are located inside the variable body portion 10.

코어관절부(20)는 복수의 관절을 구비하며 가변몸체부(10)의 내측에 위치하며, 가변몸체부(10)가 휘어졌을 때 포스 체인의 길이를 짧게 하여 강성을 강화시키는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다.The core joint part 20 has a plurality of joints and is located inside the variable body part 10, and various shapes within the technical idea of enhancing the rigidity by shortening the length of the force chain when the variable body part 10 is bent. It is possible to transform.

코어관절부(20)는 복수의 관절을 구비하므로, 필요에 따라 단일 지점 또는 복수의 지점에서 굽어지는 형상을 갖는다. 코어관절부(20)는 사람의 팔꿈치와 무릎과 같이 한 방향으로만 굽혀질 수 있으며, 필요에 따라 양 방향으로도 굽혀질 수 있다.Since the core joint 20 is provided with a plurality of joints, it has a shape that is bent at a single point or a plurality of points as necessary. The core joint 20 can be bent in only one direction, such as a person's elbow and knee, and can be bent in both directions as needed.

일 실시예에 따른 코어관절부(20)는, 가변몸체부(10)의 일측에 위치하는 제1지지부(30)와, 가변몸체부(10)의 타측에 위치하는 제2지지부(40) 및 제1지지부(30)와 제2지지부(40)에 회전 가능하게 연결되며 회전 가능한 복수의 관절을 구비하는 관절몸체부(50)를 포함한다.The core joint part 20 according to an embodiment includes a first support part 30 located on one side of the variable body part 10 and a second support part 40 and second part located on the other side of the variable body part 10. It includes a joint body portion 50 that is rotatably connected to the first support portion 30 and the second support portion 40 and has a plurality of rotatable joints.

또한 제1지지부(30)는, 가변몸체부(10)의 일측을 차폐하는 제1베이스(32) 및 제1베이스(32)에서 연장되어 관절몸체부(50)에 회전 가능하게 연결되는 제1연결부(34)를 포함한다.In addition, the first support portion 30 is extended from the first base 32 and the first base 32 that shields one side of the variable body portion 10 and is rotatably connected to the joint body portion 50 It includes a connecting portion (34).

제1베이스(32)는 원판 형상이며 가변몸체부(10)의 일측에 고정된다. 또한 제1베이스(32)는 입자부(60)의 유동을 적게하는 커버의 기능을 수행하며, 음압을 형성하기 위한 별도의 파이프가 제1베이스(32)를 관통하며 가변몸체부(10)의 내측과 연통된다.The first base 32 is a disc shape and is fixed to one side of the variable body portion 10. In addition, the first base 32 performs the function of a cover to reduce the flow of the particle portion 60, a separate pipe for forming a negative pressure penetrates through the first base 32, and the variable body portion 10 It communicates with the medial side.

일 실시예에 따른 제1연결부(34)는, 제1베이스(32)에서 연장되는 판 형상의 제1몸체(35)와, 제1몸체(35)의 단부에서 돌출되어 관절몸체부(50)에 힌지 연결되는 제1돌기(36)를 포함한다.The first connection portion 34 according to an embodiment, the plate-shaped first body 35 extending from the first base 32, and protruding from the ends of the first body 35, the joint body portion 50 It includes a first projection 36 that is hinged to.

그리고 제2지지부(40)는, 가변몸체부(10)의 타측을 차폐하는 제2베이스(42) 및 제2베이스(42)에서 연장되어 관절몸체부(50)에 회전 가능하게 연결되는 제2연결부(44)를 포함한다. 제2베이스(42)는 원판 형상이며 가변몸체부(10)의 타측에 고정된다. 또한 제2베이스(42)도 입자부(60)의 유동을 적게하는 커버의 기능을 수행한다.In addition, the second support portion 40 extends from the second base 42 and the second base 42 that shields the other side of the variable body portion 10 and is rotatably connected to the joint body portion 50. It includes a connecting portion (44). The second base 42 is a disk shape and is fixed to the other side of the variable body portion 10. In addition, the second base 42 also functions as a cover that reduces the flow of the particle portion 60.

일 실시예에 따른 제2연결부(44)는, 제2베이스(42)에서 연장되는 판 형상의 제2몸체(45)와, 제2몸체(45)의 단부에서 돌출되어 관절몸체부(50)에 힌지 연결되는 제2돌기(46)를 포함한다.The second connecting portion 44 according to an embodiment, the plate-shaped second body 45 extending from the second base 42 and the second body 45 protrudes from the end of the joint body 50 It includes a second projection 46 hinged to.

관절몸체부(50)는 복수의 판 형상이 회전 가능하게 연결되며, 관절몸체부(50)의 일측은 제1연결부(34)에 회전 가능하게 연결되고 타측은 제2연결부(44)에 회전 가능하게 연결된다.The joint body portion 50 is rotatably connected to a plurality of plate shapes, one side of the joint body portion 50 is rotatably connected to the first connection portion 34 and the other side is rotatable to the second connection portion 44 Is connected.

일 실시예에 따른 관절몸체부(50)는, 사각 플레이트 형상의 플레이트부(52)와, 플레이트부(52)의 일측으로 돌출되는 돌기 형상의 제1결합부(54) 및 플레이트부(52)의 타측으로 돌출되는 돌기 형상의 제2결합부(56)를 포함한다.The joint body portion 50 according to an embodiment includes a plate portion 52 having a square plate shape, a first coupling portion 54 and a plate portion 52 having a protrusion shape protruding to one side of the plate portion 52. It includes a second engaging portion 56 of the projection shape protruding to the other side of.

제1결합부(54)는 제2돌기(46)와 마주하며 설치되거나 이웃한 제2결합부(56)와 마주하며 설치된다. 또한 제2결합부(56)는 제1돌기(36)와 마주하며 설치되거나 이웃한 제1결합부(54)와 마주하며 설치된다.The first coupling portion 54 is installed facing the second projection 46 or is installed facing the second adjacent coupling portion 56. In addition, the second coupling portion 56 is installed facing the first projection 36 or is installed facing the adjacent first coupling portion 54.

또한 관절몸체부(50)와 가변몸체부(10)는 같은 방향으로 굽어지며, 관절몸체부(50)의 양측에 복수의 입자부(60)가 위치한다.In addition, the joint body part 50 and the variable body part 10 are bent in the same direction, and a plurality of particle parts 60 are located on both sides of the joint body part 50.

입자부(60)는 복수 개의 구 형상으로 이루어지며, 가변몸체부(10)의 내측에 위치하며 가변몸체부(10)의 형상 변형에 따라 이동이 이루어진다. 입자부(60)는 재밍효과로 인해 가변몸체부(10)의 내부에 포스 체인을 형성하는 구 형상의 내부 입자(granular) 부분이다.The particle part 60 is made of a plurality of spherical shapes, is located inside the variable body part 10 and is moved according to the shape deformation of the variable body part 10. The particle part 60 is a spherical internal particle part that forms a force chain inside the variable body part 10 due to the jamming effect.

일 실시예에 따른 입자부(60)는 관절몸체부(50)의 양측에 위치하며, 재밍효과로 인한 강성이 구현될 때 외부 힘에 대한 반발력으로 입자부(60)의 입자 간에 형성되는 포스 체인(force chain)의 연결이 안정적으로 유지되도록 한다. 코어관절부(20)와 가변몸체부(10)의 사이에 입자부(60)가 위치하며, 코어관절부(20)가 입자부(60)를 지지하므로 포스 체인의 거리가 짧게 된다.Particle portion 60 according to an embodiment is located on both sides of the joint body portion 50, the force chain formed between the particles of the particle portion 60 as a repulsive force against the external force when the stiffness due to the jamming effect is implemented (force chain) to keep the connection stable. The particle portion 60 is positioned between the core joint portion 20 and the variable body portion 10, and the distance of the force chain is shortened because the core joint portion 20 supports the particle portion 60.

예를 들어 코어관절부(20)가 없는 경우에는, 가변몸체부(10)의 직경방향에 입자부(60)의 입자가 10개 있다고 가정하면, 코어관절부(20)가 있는 경우에는 코어관절부(20)와 가변몸체부(10)의 사이에 5개의 입자가 있다.For example, if there is no core joint 20, assuming that there are 10 particles of the particle 60 in the radial direction of the variable body 10, if there is a core joint 20, the core joint 20 ) And between the variable body portion 10 there are five particles.

따라서 입자부(60)의 입자와 입자가 서로 접하며 응력 분산이 이루어지는 포스 체인을 형성할 경우, 코어관절부(20)에 의해 가변몸체부(10)의 내측 공간이 분할되어 서로 접하며 연결되는 입자부(60)의 개수가 감소되므로 포스 체인의 길이가 짧게 형성된다.Therefore, when forming a force chain in which the particles and the particles of the particle part 60 are in contact with each other and stress distribution is performed, the inner space of the variable body part 10 is divided by the core joint part 20 to be in contact with and connected to each other ( Since the number of 60) is reduced, the length of the force chain is short.

따라서 포스 체인의 거리를 짧게 형성되도록 유도하여 버클링이나 이력현상이 덜 일어나고 안정적인 포스 체인의 형성이 가능하다. 또한 입자부(60)의 입자 사이의 마찰력을 상승시켜 반발력의 크기를 향상시킨다.Therefore, by inducing a short formation of the distance of the force chain, it is possible to form a stable force chain with less buckling or hysteresis. In addition, the frictional force between the particles of the particle portion 60 is increased to improve the size of the repulsive force.

재밍효과에서 가장 중요한 부분은 강성이 커진 매니퓰레이터 장치(1)에 외부힘이 부여될 때 이에 반발하는 힘과 마찰력으로 이루어진 포스 체인이 있다. 포스 체인이 유지되어야 재밍효과로 인한 강성을 유지할 수 있고 안정적으로 견딜 수 있다.The most important part of the jamming effect is a force chain composed of a repulsive force and a repulsive force when an external force is applied to the manipulator device 1 having increased rigidity. The force chain must be maintained to maintain the rigidity due to the jamming effect and to stably withstand.

도 1과 도 6에 도시된 바와 같이, 코어관절부(20)가 설치된 매니퓰레이터 장치(1)가 외력이 가해졌을 때의 변위를 표시한 것을 A라 하고, 코어관절부(20)가 없는 매니퓰레이터가 외력이 가해졌을 때의 변위를 표시한 것을 B라 한다.As shown in FIGS. 1 and 6, the manipulator device 1 with the core joint 20 installed indicates displacement when an external force is applied, and it is called A, and the manipulator without the core joint 20 has an external force. The displacement when applied is called B.

매니퓰레이터 장치(1)의 외형은 얇고 긴 원기둥 형상이므로, 양 끝 부분을 고정시키면서 동시에 휘어진 형상을 유지하게 한다. 매니퓰레이터 장치(1)가 대략 45도 정도로 휘어진 상태에서 휘어진 부분을 푸시풀리 게이지(PushPully Gauge)로 변위에 대한 저항하는 힘을 측정한다.The outer shape of the manipulator device 1 is a thin and long cylindrical shape, so that both ends are fixed while maintaining a curved shape. While the manipulator device 1 is bent at about 45 degrees, a force that resists displacement is measured by a push-pullly gauge.

실험결과 코어관절부(20)가 설치된 매니퓰레이터 장치(1)가 코어관절부(20)가 없는 매니퓰레이터 대비 약 25% 이상 강성이 커짐을 알 수 있다. 이러한 매니퓰레이터 장치(1)를 병렬로 구성하여 사람 관절에 착용하면 엑소스켈레톤처럼 보조 기구로 활용할 수 있다.As a result of the experiment, it can be seen that the manipulator device 1 in which the core joint 20 is installed increases in stiffness by about 25% or more compared to the manipulator without the core joint 20. When the manipulator device 1 is configured in parallel and worn on a human joint, it can be used as an auxiliary device, such as exoskeleton.

본 발명에 의한 매니퓰레이터 장치(1)는 기존 재밍 매니퓰레이터에 비해 휨 강성의 안정성을 증가시키며, 휘어진 상태에서의 강성을 향상시킬 수 있다.The manipulator device 1 according to the present invention increases the stability of the bending stiffness as compared to the existing jamming manipulator, and can improve the stiffness in a curved state.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터 장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.Hereinafter, an operating state of the manipulator device 1 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

가변몸체부(10)의 내측으로 삽입된 연결호스(70)를 통해 가변몸체부(10)의 내측의 압력이 음압이 되면 연질의 가변몸체부(10)가 길이방향(D)으로 굳어지거나 굽어지는 형상으로 굳어진다.When the pressure inside the variable body portion 10 becomes a negative pressure through the connecting hose 70 inserted into the variable body portion 10, the soft variable body portion 10 is hardened or bent in the longitudinal direction (D). It hardens into a losing shape.

가변몸체부(10)의 내측 압력이 대기압보다 작아지므로 가변몸체부(10)가 내측으로 압착되어 입자부(60)의 이동을 구속한다. 따라서 입자부(60)의 복수의 입자는 서로 접한 상태로 설치된다. 이때 코어관절부(20)는 복수의 관절을 구비하므로 가변몸체부(10)의 형상 변형에 의해 형상이 변형된다.Since the inner pressure of the variable body portion 10 becomes smaller than the atmospheric pressure, the variable body portion 10 is compressed inward to constrain the movement of the particle portion 60. Therefore, a plurality of particles of the particle portion 60 are installed in contact with each other. At this time, since the core joint part 20 includes a plurality of joints, the shape is deformed by the shape deformation of the variable body part 10.

코어관절부(20)와 가변몸체부(10)의 사이에 위치하는 입자부(60)는 서로 접하며 외력에 대비한 포스 체인이 짧게 형성되도록 유도하므로 입자간의 끊어지는 형상을 최소화 할 수 있으며 보다 안정적인 강성을 얻을 수 있다.The particle parts 60 positioned between the core joint part 20 and the variable body part 10 are in contact with each other and induce a force chain to be shortened against an external force, thereby minimizing the shape of breakage between particles and more stable rigidity Can get

본 발명에 의한 매니퓰레이터 장치(1)는, 재밍효과를 달성하기 위한 기본적인 요소인 가변몸체부(10)와 입자부(60) 외에 코어관절부(20)의 구성을 추가하여 휘어진 상태에서도 재밍효과로 인한 강성이 안정적으로 유지 할 수 있도록 하였다.The manipulator device 1 according to the present invention adds the configuration of the core joint 20 in addition to the variable body portion 10 and the particle portion 60, which are basic elements for achieving the jamming effect, resulting in the jamming effect due to the jamming effect. It was made possible to maintain the stiffness stably.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가변몸체부(10)의 내측에 구비된 코어관절부(20)가 가변몸체부(10)와 함께 굽어지며 입자부(60)를 지지하므로, 재밍효과로 인한 강성의 효율을 증가시키며 직선상태의 강성과 휘어진 상태의 강성을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한 본 발명은 산업현장에서 사람의 관절에 부착하여 몸의 부담을 덜어주는 서포터 역할를 구현 할 수 있다.As described above, according to the present invention, the core joint portion 20 provided inside the variable body portion 10 is bent together with the variable body portion 10 and supports the particle portion 60, so that the rigidity due to the jamming effect It increases the efficiency of and can stably maintain the rigidity in the straight state and the rigidity in the curved state. In addition, the present invention can implement a role of a supporter to relieve the burden on the body by attaching to the joint of a person in the industrial field.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art pertains understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.

1: 매니퓰레이터 장치
10: 가변몸체부 20: 코어관절부
30: 제1지지부 32: 제1베이스
34: 제1연결부 35: 제1몸체
36: 제1돌기 40: 제2지지부
42: 제2베이스 44: 제2연결부
45: 제2몸체 46: 제2돌기
50: 관절몸체부 52: 플레이트부
54: 제1결합부 56: 제2결합부
60: 입자부 70: 연결호스
D: 길이방향1: Manipulator device
10: variable body portion 20: core joint
30: first support 32: first base
34: first connection portion 35: first body
36: first projection 40: second support
42: second base 44: second connection
45: second body 46: second projection
50: joint body 52: plate portion
54: first coupling portion 56: second coupling portion
60: particle portion 70: connecting hose
D: longitudinal direction

Claims (9)

내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 가변몸체부;
복수의 관절을 구비하며 상기 가변몸체부의 내측에 위치하는 코어관절부; 및
복수의 구 형상으로 이루어지며 상기 가변몸체부의 내측에 위치하는 입자부;를 포함하고,
상기 코어관절부는,
상기 가변몸체부의 일측에 위치하는 제1지지부;
상기 가변몸체부의 타측에 위치하는 제2지지부; 및
상기 제1지지부와 상기 제2지지부에 회전 가능하게 연결되며, 회전 가능한 복수의 관절을 구비하는 관절몸체부;를 포함하고,
상기 제1지지부는,
상기 가변몸체부의 일측을 차폐하는 제1베이스; 및
상기 제1베이스에서 연장되어 상기 관절몸체부에 회전 가능하게 연결되는 제1연결부;를 포함하고,
상기 제2지지부는,
상기 가변몸체부의 타측을 차폐하는 제2베이스; 및
상기 제2베이스에서 연장되어 상기 관절몸체부에 회전 가능하게 연결되는 제2연결부;를 포함하고,
상기 관절몸체부는,
상기 가변몸체부의 내측 공간을 분할하는 복수의 판 형상이 회전 가능하게 연결되어 상기 가변몸체부와 함께 굽어지며, 일측은 상기 제1연결부에 회전 가능하게 연결되고 타측은 상기 제2연결부에 회전 가능하게 연결되고,
상기 입자부는 상기 관절몸체부와 상기 가변몸체부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 장치.
A variable body part whose internal volume is changed according to a change in pressure inside;
A core joint part having a plurality of joints and located inside the variable body part; And
It comprises a plurality of spherical shape and the particle portion located inside the variable body portion; includes,
The core joint portion,
A first support portion located on one side of the variable body portion;
A second support portion located on the other side of the variable body portion; And
It includes; a joint body portion rotatably connected to the first support portion and the second support portion, and having a plurality of rotatable joints;
The first support portion,
A first base shielding one side of the variable body portion; And
It includes; a first connection portion extending from the first base and rotatably connected to the joint body portion;
The second support portion,
A second base shielding the other side of the variable body portion; And
It includes; a second connection portion extending from the second base and rotatably connected to the joint body portion;
The joint body part,
A plurality of plate shapes for dividing the inner space of the variable body portion are rotatably connected and bent together with the variable body portion, one side is rotatably connected to the first connection portion, and the other side is rotatable to the second connection portion. Connected,
The manipulator device, characterized in that the particle portion is located between the joint body portion and the variable body portion.
제 1 항에 있어서, 상기 가변몸체부는,
상기 코어관절부와 상기 입자부의 외측을 감싸는 막 형상이며, 길이방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 장치.
The method of claim 1, wherein the variable body portion,
A manipulator device having a membrane shape surrounding the core joint part and the outer part of the particle part and extending in a longitudinal direction.
제 2 항에 있어서, 상기 가변몸체부는,
비닐, 니트릴, 라텍스, 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 장치.
According to claim 2, The variable body portion,
A manipulator device comprising at least one of vinyl, nitrile, latex and polyethylene.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 관절몸체부와 상기 가변몸체부는 같은 방향으로 굽어지는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 장치.According to claim 1,
The manipulator device, characterized in that the joint body portion and the variable body portion is bent in the same direction. 삭제delete
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