KR102167907B1 - 인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법 - Google Patents

인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 간단한 구조로 인체를 모사한 동작 구현이 가능한 인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법을 제공한다. 여기서, 인체모사 관절은 메인프레임, 제1힌지축, 제1기어, 제2기어, 제2힌지축, 제3기어, 제1구동부 그리고 제2구동부를 포함한다. 메인프레임은 일단부에는 서로 이격 배치되어 그 사이에 회동공간이 형성되는 한 쌍의 지지대를 가진다. 제1힌지축은 한 쌍의 지지대를 관통하여 메인프레임의 길이방향에 수직하게 구비된다. 제1기어는 제1힌지축의 일단부에 결합되고 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전한다. 제2기어는 제1힌지축의 타단부에 결합되며 제1기어와 독립적으로 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전한다. 제2힌지축은 일단부는 회동공간에서 제1힌지축에 결합되고, 회동공간의 외측으로 연장 형성된다. 제3기어는 제2힌지축의 타단부에 구비되고, 제1기어 및 제2기어와 기어 결합된다. 제1구동부는 제1기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 제1기어를 회전시킨다. 제2구동부는 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 제2기어를 회전시킨다.

Description

인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법{HUMANOID JOINT AND METHOD OF DRIVING THE SAME}
본 발명은 인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구조로 인체를 모사한 동작 구현이 가능한 인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 로봇은 인간의 동작 기능과 비슷한 동작 기능을 가지거나, 또는 감각 기능 및 인식 기능에 의하여 자율적으로 행동할 수 있는 로봇을 말한다.
산업용 로봇은 생산 공정에 있어서의 물품의 이동, 가공, 용접, 도장 등의 직접 작업을 수행하며, 능력 및 방식에는 여러 종류가 있다.
한편, 종래의 로봇 조인트 구조의 경우 일방향으로 왕복 회전될 수 있는 구조가 대부분이고, 이 경우에도 동작 방향 및 반경이 고정되어 있다.
한편, 산업용 로봇이 적용되는 작업의 다양화로 인해, 산업용 로봇은 더욱 다양한 동작이 안정적으로 이루어질 필요성이 있다. 이 때문에, 최근의 산업용 로봇은 인체의 동작과 유사한 동작을 구현할 수 있는 기능이 요구된다.
그러나, 인체의 동작과 유사한 동작을 구현하기 위해서 종래의 산업용 로봇은 복잡한 조인트 구조로 구성된다. 이 경우, 조인트 구조의 구동을 위한 제어 메커니즘 또한 복잡해지고 양이 방대해지는 문제점이 있다. 또한, 조인트 구조의 유지 보수 또한 어려워지는 문제점이 있다.
따라서, 간단한 조인트 구조로 구현되면서도 인체의 동작을 모사할 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0029914호(2013.03.26. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 구조로 인체를 모사한 동작 구현이 가능한 인체모사 관절 및 인체모사 관절의 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일단부에는 서로 이격 배치되어 그 사이에 회동공간이 형성되는 한 쌍의 지지대를 가지는 메인프레임; 상기 한 쌍의 지지대를 관통하여 상기 메인프레임의 길이방향에 수직하게 구비되는 제1힌지축; 상기 제1힌지축의 일단부에 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전하는 제1기어; 상기 제1힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어와 독립적으로 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전하는 제2기어; 일단부는 상기 회동공간에서 상기 제1힌지축에 결합되고, 상기 회동공간의 외측으로 연장 형성되는 제2힌지축; 상기 제2힌지축의 타단부에 구비되고, 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어; 상기 제1기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고 상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 포함하는 인체모사 관절을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1구동부는 상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제1-1구동부와, 상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제1기어에 결합되고, 상기 제1-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제1-2구동부를 가지고, 상기 제1-1구동부의 신장 및 수축과 상기 제1-2구동부의 신장 및 수축은 서로 반대로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2구동부는 상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제2기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제2-1구동부와, 상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제2기어에 결합되고, 상기 제2-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제2-2구동부를 가지고, 상기 제2-1구동부의 신장 및 수축과 상기 제2-2구동부의 신장 및 수축은 서로 반대로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1기어 및 상기 제1힌지축 사이에 개재되어 상기 제1기어가 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제1베어링; 상기 제2기어 및 상기 제1힌지축 사이에 개재되어 상기 제2기어가 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제2베어링; 및 상기 제3기어 및 상기 제2힌지축 사이에 개재되어 상기 제3기어가 상기 제2힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제3베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1힌지축 및 상기 제2힌지축 사이에 개재되어 상기 제2힌지축이 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제4베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1기어 및 상기 제2기어는 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 인체모사 관절의 구동방법으로서, 상기 제3기어가 전방방향으로 회전되도록 하기 위해서, 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-2구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어 및 상기 제2기어가 동시에 상기 전방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 전방방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절의 구동방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3기어가 후방방향으로 회전되도록 하기 위해서, 상기 제1-2구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어 및 상기 제2기어가 동시에 상기 후방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 후방방향으로 회전되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3기어가 제1회전방향으로 회전되도록 하기 위해서, 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-2구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어는 상기 전방방향으로 회전되도록 하고 상기 제2기어는 후방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 제1회전방향으로 회전되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3기어가 제1회전방향의 반대방향인 제2회전방향으로 회전되도록 하기 위해서, 상기 제1-2구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어는 후방방향으로 회전되도록 하고 상기 제2기어는 상기 전방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 제2회전방향으로 회전되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인체의 손목 동작을 간단한 기어결합의 구동으로 구현할 수 있다. 따라서, 구동 제어 메커니즘이 간단해질 수 있고 유지 보수 또한 간단해질 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절의 기어 및 힌지축을 중심으로 나타낸 분해예시도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절의 작동예를 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절의 기어 및 힌지축을 중심으로 나타낸 분해예시도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 인체모사 관절은 메인프레임(100), 제1힌지축(200), 제1기어(300), 제2기어(400), 제2힌지축(500), 제3기어(600), 제1구동부(700) 그리고 제2구동부(800)를 포함할 수 있다.
메인프레임(100)은 일방향으로 연장 형성될 수 있으며, 지지대(110)를 가질 수 있다.
지지대(110)는 메인프레임(100)의 일단부에 서로 이격 배치되도록 한 쌍으로 형성될 수 있다. 지지대(110)에는 제1관통공(111)이 형성될 수 있으며, 지지대(110)의 사이에는 회동공간(120)이 형성될 수 있다.
제1힌지축(200)은 제1관통공(111)을 관통하여 결합될 수 있다. 제1힌지축(200)은 한 쌍의 지지대(110)와 회동공간(120)을 가로질러 마련될 수 있으며, 메인프레임(100)의 길이방향에 수직하게 구비될 수 있다.
제1힌지축(200)은 제1관통공(111)에 끼움 결합되어 회전되지 않도록 고정될 수 있으며, 제1힌지축(200)의 양단부는 메인프레임(100)의 외측으로 연장될 수 있다.
제1기어(300)는 제1힌지축(200)의 일단부에 결합될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 양방향으로 회전될 수 있다.
인체모사 관절은 제1베어링(910)을 더 포함할 수 있으며, 제1베어링(910)은 제1기어(300) 및 제1힌지축(200) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 제1기어(300)는 제1힌지축(200)이 고정된 상태에서 제1힌지축(200)과 독립적으로 회전될 수 있다.
제2기어(400)는 제1힌지축(200)의 타단부에 결합될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 양방향으로 회전될 수 있다.
인체모사 관절은 제2베어링(920)을 더 포함할 수 있으며, 제2베어링(920)은 제2기어(400) 및 제1힌지축(200) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 제2기어(400)는 제1힌지축(200)이 고정된 상태에서 제1힌지축(200)과 독립적으로 회전될 수 있으며, 제1기어(300)와도 독립적으로 회전될 수 있다. 제2기어(400)는 제1기어(300)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
제2힌지축(500)은 일단부가 회동공간(120)에서 제1힌지축(200)에 결합될 수 있으며, 회동공간(120)의 외측으로 연장 형성될 수 있다. 그리고 제2힌지축(500)은 제1힌지축(200)을 중심으로 회전될 수 있다.
제1힌지축(200)이 고정된 상태에서 제2힌지축(500)이 제1힌지축(200)을 중심으로 회전될 수 있도록, 제2힌지축(500)의 일단부에 형성되어 제1힌지축(200)이 관통 결합되는 제2관통공(510)은 내측지름이 제1힌지축(200)의 외측지름보다 크게 형성될 수 있다.
또는, 인체모사 관절은 제4베어링(940)을 더 포함할 수 있으며, 제4베어링(940)은 제1힌지축(200) 및 제2힌지축(500)의 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 제2힌지축(500)은 제1힌지축(200)이 고정된 상태에서 제1힌지축(200)과 독립적으로 회전될 수 있다.
이하에서는 전방 및 후방의 표현은 설명의 편의상 도면을 기준으로 한다. 즉, 도 1을 참고로 했을 때, 핸들(150)의 손바닥면 방향을 전방으로, 손등 방향을 후방으로 한다.
제2힌지축(500)은 제1힌지축(200)을 중심으로 회동공간(120)을 따라 회전될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 전방방향 및 후방“‡향으로 회전될 수 있다.
제3기어(600)는 제2힌지축(500)의 타단부에 구비될 수 있으며, 제1기어(300) 및 제2기어(400)와 기어 결합될 수 있다.
또한, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)을 중심으로 양방향으로 회전될 수 있다.
인체모사 관절은 제3베어링(930)을 더 포함할 수 있으며, 제3베어링(930)은 제3기어(600) 및 제2힌지축(500) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)과 독립적으로 회전될 수 있다.
그리고, 제3기어(600)에는 핸들(150)이 결합될 수 있다. 핸들(150)은 제3기어(600)가 회전 시에 연동하여 회전될 수 있다.
제1구동부(700)는 제1기어(300)에 결합될 수 있으며, 수축 및 신장되면서 제1기어(300)를 회전시킬 수 있다.
이를 위해, 제1구동부(700)는 제1-1구동부(710) 및 제1-2구동부(720)를 가질 수 있다.
제1-1구동부(710)는 베이스(160)에 구비될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 일측에서 제1기어(300)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 제1기어(300)는 제1힌지축(200)을 중심으로 일측에 구비되는 제1-1결합구(310)와, 제1힌지축(200)을 중심으로 타측에 구비되는 제1-2결합구(320)를 가질 수 있다. 제1-1결합구(310) 및 제1-2결합구(320)는 제1힌지축(200)을 중심으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 제1-1구동부(710)는 제1-1결합구(310)에 연결될 수 있다.
그리고, 제1-1구동부(710)는 신창 및 수축될 수 있다. 제1-1구동부(710)가 수축되면 제1기어(300)는 제1힌지축(200)을 중심으로 전방 방향으로 회전될 수 있다.
제1-1구동부(710)는 그 길이방향으로 신장 및 수축할 수 있으면 다양한 형태가 적용될 수 있다.
예를 들면, 제1-1구동부(710)는 열에 반응하는 열반응 구동부재일 수 있다. 제1-1구동부(710)는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 길이방향을 기준으로 형상이 수축될 수 있다.
상기 열반응 구동부재는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있으며, 스프링의 형태로 이루어질 수 있다. 상기 열반응 구동부재는 하나가 마련될 수도 있으나, 더욱 강한 힘을 발생하기 위해서는 복수개로 구비될 수도 있다.
상기 열반응 구동부재는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 제작될 수 있다.
또는, 제1-1구동부(710)는 리니어 모터로 구동될 수도 있다.
또는, 제1-1구동부(710)는 에어실린더를 이용한 선형 액추에이터로 구동될 수도 있다.
제1-2구동부(720)는 베이스(160)에 구비될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 타측에서 제1기어(300)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 제1-2구동부(720)는 제1-2결합구(320)에 연결될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 제1-1구동부(710)와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.
그리고, 제1-2구동부(720)는 제1-1구동부(710)와 독립적으로 신창 및 수축될 수 있다. 제1-2구동부(720)가 수축되면 제1기어(300)는 제1힌지축(200)을 중심으로 후방 방향으로 회전될 수 있다.
제1-2구동부(720)는 제1-1구동부(710)와 동일하게 형성될 수 있고, 제1-1구동부(710)의 신장 및 수축은 제1-2구동부(720)의 신장 및 수축과 서로 반대로 이루어질 수 있다.
제2구동부(800)는 제2기어(400)에 결합될 수 있으며, 수축 및 신장되면서 제2기어(400)를 회전시킬 수 있다.
이를 위해, 제2구동부(800)는 제2-1구동부(810) 및 제2-2구동부(820)를 가질 수 있다.
제2-1구동부(810)는 베이스(160)에 구비될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 일측에서 제2기어(400)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 제2기어(400)는 제1힌지축(200)을 중심으로 일측에 구비되는 제2-1결합구(410)와, 제1힌지축(200)을 중심으로 타측에 구비되는 제2-2결합구(420)를 가질 수 있다. 제2-1결합구(410) 및 제2-2결합구(420)는 제1힌지축(200)을 중심으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 제2-1구동부(810)는 제2-1결합구(410)에 연결될 수 있다.
그리고, 제2-1구동부(810)는 신창 및 수축될 수 있다. 제2-1구동부(810)는 제1-1구동부(710)와 동일하게 형성될 수 있다.
제2-2구동부(820)는 베이스(160)에 구비될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 타측에서 제2기어(400)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 제2-2구동부(820)는 제2-2결합구(420)에 연결될 수 있으며, 제1힌지축(200)을 중심으로 제2-1구동부(810)와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.
그리고, 제2-2구동부(820)는 제2-1구동부(810)와 독립적으로 신창 및 수축될 수 있다. 제2-2구동부(820)가 수축되면 제2기어(400)는 제1힌지축(200)을 중심으로 후방 방향으로 회전될 수 있다.
제2-2구동부(820)는 제2-1구동부(810)와 동일하게 형성될 수 있고, 제2-1구동부(810)의 신장 및 수축은 제2-2구동부(820)의 신장 및 수축과 서로 반대로 이루어질 수 있다.
제2구동부(800)는 전체적으로 제1구동부(700)에 대응되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 인체모사 관절에서는, 제1구동부(700) 및 제2구동부(800)의 신장 및 수축을 제어하여 제3기어(600)의 회전방향을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 제3기어(600)에 결합되는 핸들(150)의 회전방향을 제어할 수 있게 된다.
이하에서는 인체모사 관절의 구동방법에 대해서 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인체모사 관절의 작동예를 나타낸 예시도이다.
먼저, 도 3에서 보는 바와 같이, 제3기어(600)가 후방방향(BD)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(150)이 후방방향(BD)으로 회전되도록 하기 위해서는, 상대적으로 후방에 위치되는 제1-2구동부(720) 및 제2-2구동부(820)가 동시에 수축하고, 상대적으로 전방에 위치되는 제1-1구동부(710) 및 제2-1구동부(810)가 동시에 신장하면, 제1기어(300) 및 제2기어(400)는 동시에 후방방향으로 회전하게 되고, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)과 함께 후방방향으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(150)도 후방방향(BD)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 뒤로 젖히는 동작에 대응될 수 있다.
다음으로, 도 4에서 보는 바와 같이, 제3기어(600)가 전방방향(FD)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(150)이 전방방향(FD)으로 회전되도록 하기 위해서는, 상대적으로 전방에 위치되는 제1-1구동부(710) 및 제2-1구동부(810)가 동시에 수축되고, 상대적으로 후방에 위치되는 제1-2구동부(720) 및 제2-2구동부(820)가 동시에 신장되면, 제1기어(300) 및 제2기어(400)가 동시에 전방방향으로 회전하게 되고, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)과 함께 전방방향으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(150)도 전방방향(FD)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 앞으로 숙이는 동작에 대응될 수 있다.
다음으로, 도 5에서 보는 바와 같이, 제3기어(600)가 수평 반시계방향인 제1회전방향(RD1)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(150)이 제1회전방향(RD1)으로 회전되도록 하기 위해서는, 전방에 위치되는 제1-1구동부(710)와 후방에 위치되는 제2-2구동부(820)가 동시에 수축하고, 후방에 위치되는 제1-2구동부(720) 및 전방에 위치되는 제2-1구동부(810)가 동시에 신장하면, 제1기어(300)는 전방방향으로 회전하고 제2기어(400)는 후방방향으로 회전하게 되며, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)을 중심으로 제1회전방향(RD1)으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(150)도 제1회전방향(RD1)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 우측으로 돌리는 동작에 대응될 수 있다.
다음으로, 도 6에서 보는 바와 같이, 제3기어(600)가 제1회전방향의 반대방향인 제2회전방향(RD2)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(150)이 제2회전방향(RD2)으로 회전되도록 하기 위해서는, 전방에 위치되는 제1-1구동부(710)와 후방에 위치되는 제2-2구동부(820)가 동시에 신장하고, 후방에 위치되는 제1-2구동부(720) 및 전방에 위치되는 제2-1구동부(810)가 동시에 수축하면, 제1기어(300)는 후방방향으로 회전하고 제2기어(400)는 전방방향으로 회전하게 되며, 제3기어(600)는 제2힌지축(500)을 중심으로 수평 시계방향인 제2회전방향(RD2)으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(150)도 제2회전방향(RD2)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 좌측으로 돌리는 동작에 대응될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따르면, 인체의 손목 동작을 간단한 기어결합의 구동으로 구현할 수 있다. 따라서, 구동 제어 메커니즘이 간단해질 수 있고 유지 보수 또한 간단해질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 메인프레임 110: 지지대
120: 회동공간 150: 핸들
200: 제1힌지축 300: 제1기어
400: 제2기어 500: 제2힌지축
600: 제3기어 700: 제1구동부
710: 제1-1구동부 720: 제1-2구동부
800: 제2구동부 810: 제2-1구동부
820: 제2-2구동부

Claims (10)

  1. 메인프레임;
    상기 메인프레임의 일단부에 상기 메인프레임의 길이방향과 수직하게 구비되는 제1힌지축;
    상기 제1힌지축의 일단부에 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전하는 제1기어;
    상기 제1힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어와 독립적으로 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향으로 회전하는 제2기어;
    일단부가 상기 제1힌지축에 회전 가능하게 결합되는 제2힌지축;
    상기 제2힌지축의 타단부에 구비되고, 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어;
    상기 제1기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고
    상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 포함하고,
    상기 메인프레임은 일단부에 서로 이격 배치되는 한 쌍의 지지대를 가지고, 상기 한 쌍의 지지대에는 제1관통공이 형성되고, 상기 한 쌍의 지지대의 사이에는 전방방향 및 후방방향으로 개방되는 회동공간이 형성되며,
    상기 제1힌지축은 상기 제1관통공을 관통하고 상기 회동공간을 가로질러 마련되고,
    상기 제2힌지축은 일단부가 상기 회동공간에 위치되고, 상기 회동공간의 외측으로 연장되며, 상기 회동공간에서 상기 제2힌지축의 일단부에 형성되는 제2관통공에는 제4베어링이 개재되어 상기 제1힌지축이 관통 결합되며,
    상기 제2힌지축은 상기 제1힌지축을 중심으로 상기 회동공간을 따라 전방방향 또는 후방방향으로 회전되고, 상기 제1힌지축이 고정된 상태에서 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동부는
    상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제1-1구동부와,
    상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제1기어에 결합되고, 상기 제1-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제1-2구동부를 가지고,
    상기 제1-1구동부의 신장 및 수축과 상기 제1-2구동부의 신장 및 수축은 서로 반대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2구동부는
    상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제2기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제2-1구동부와,
    상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제2기어에 결합되고, 상기 제2-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제2-2구동부를 가지고,
    상기 제2-1구동부의 신장 및 수축과 상기 제2-2구동부의 신장 및 수축은 서로 반대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어 및 상기 제1힌지축 사이에 개재되어 상기 제1기어가 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제1베어링;
    상기 제2기어 및 상기 제1힌지축 사이에 개재되어 상기 제2기어가 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제2베어링; 및
    상기 제3기어 및 상기 제2힌지축 사이에 개재되어 상기 제3기어가 상기 제2힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제3베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1힌지축 및 상기 제2힌지축 사이에 개재되어 상기 제2힌지축이 상기 제1힌지축과 독립적으로 회전되도록 하는 제4베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어 및 상기 제2기어는 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 인체모사 관절의 구동방법으로서,
    상기 제3기어가 전방방향으로 회전되도록 하기 위해서,
    상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제1-1구동부 및 상기 제1힌지축을 중심으로 일측에서 상기 제2기어에 결합되고 수축 및 신장되는 제2-1구동부가 동시에 수축되고 상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제1기어에 결합되고, 상기 제1-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제1-2구동부 및 상기 제1힌지축을 중심으로 타측에서 상기 제2기어에 결합되고, 상기 제2-1구동부와 독립적으로 수축 및 신장되는 제2-2구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어 및 상기 제2기어가 동시에 상기 전방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 전방방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절의 구동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3기어가 후방방향으로 회전되도록 하기 위해서,
    상기 제1-2구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어 및 상기 제2기어가 동시에 상기 후방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 후방방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절의 구동방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3기어가 제1회전방향으로 회전되도록 하기 위해서,
    상기 제1-1구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-2구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어는 상기 전방방향으로 회전되도록 하고 상기 제2기어는 후방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 제1회전방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3기어가 제1회전방향의 반대방향인 제2회전방향으로 회전되도록 하기 위해서,
    상기 제1-2구동부 및 상기 제2-1구동부가 동시에 수축되고 상기 제1-1구동부 및 상기 제2-2구동부가 동시에 신장되어 상기 제1기어는 후방방향으로 회전되도록 하고 상기 제2기어는 상기 전방방향으로 회전되도록 하여 상기 제3기어가 상기 제2회전방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인체모사 관절의 구동방법.
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