KR102204879B1 - Series elastic actuator device - Google Patents

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KR102204879B1
KR102204879B1 KR1020190134913A KR20190134913A KR102204879B1 KR 102204879 B1 KR102204879 B1 KR 102204879B1 KR 1020190134913 A KR1020190134913 A KR 1020190134913A KR 20190134913 A KR20190134913 A KR 20190134913A KR 102204879 B1 KR102204879 B1 KR 102204879B1
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KR
South Korea
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transmission
unit
driving
power
transmission unit
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Application number
KR1020190134913A
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Inventor
구자춘
이혁진
이경하
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a series elastic actuator device, which comprises: a housing unit; a first generation unit which is built in the housing unit and generates power when electric power is applied; a first transmission unit for transmitting the power of the first generation unit; a first driving unit connected to the first transmission unit and driven; a second generation unit built into the housing unit and generating power when electric power is applied; a second transmission unit which transmits the power of the second generation unit and passes through the first transmission unit; and a second driving unit connected to the second transmission unit and driven. The series elastic actuator device may provide power to the joint of the biped or quadruped robot and reduce the amount of impact from the outside.

Description

직렬 탄성 액추에이터 장치{SERIES ELASTIC ACTUATOR DEVICE}Series elastic actuator device {SERIES ELASTIC ACTUATOR DEVICE}

본 발명은 직렬 탄성 액추에이터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2족 또는 4족 보행 로봇의 조인트에 동력을 제공하고, 외부로부터의 충격량을 줄이는 직렬 탄성 액추에이터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a series elastic actuator device, and more particularly, to a series elastic actuator device that provides power to a joint of a biped or quadruped walking robot and reduces an amount of impact from the outside.

현재 큰 관심을 받고 있는 로봇 분야는 많은 연구와 개발이 수행중이며, 산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 원격 조정 로봇, 인간형 로봇, 보조근력장치 등의 필요성이 대두 되고 있다. 특히, 사람들이 거주하는 공간에 가장 적합한 인간형 로봇에 대한 관심과 연구가 점차 증가하는 추세이고, 인간형 로봇 이외에 장애인이나 노약자 및 재활을 위한 다양한 보조근력장치 또는 재활장치로도 사용되고 있다.In the field of robots that are currently receiving great interest, a lot of research and development is being conducted, and in addition to industrial robots, the need for remotely controlled robots, humanoid robots, and auxiliary muscle devices that can perform various tasks on behalf of humans is emerging. In particular, interest and research on humanoid robots that are most suitable for the spaces in which people live is gradually increasing, and in addition to humanoid robots, they are also used as various auxiliary muscle devices or rehabilitation devices for the disabled or the elderly and rehabilitation.

이러한 인간형 로봇의 발목, 무릎, 팔에 사용되어 인간의 근육처럼 신축성 조절을 통해 높은 에너지 효율을 낼 수 있는 직렬 탄성 액추에이터(series elastic actuator)는 액추에이터와 탄성부재를 직렬로 연결하여 탄성부재의 변위로 힘을 측정할 수 있도록 하는 장치이다.The series elastic actuator, which is used on the ankles, knees, and arms of humanoid robots, and can achieve high energy efficiency through elasticity adjustment like human muscles, is a series of elastic actuators that connect the actuator and the elastic member in series to reduce the displacement of the elastic member. It is a device that allows you to measure force.

종래 직렬 탄성 액추에이터는 비선형 스프링을 가공하여 사용하거나, 상용 토션 스프링을 사용하며, 추가적인 기구로부터 변형을 측정하여 외부 토크를 측정한다. 이러한 디자인은 모터의 감속기 다음에 SEA 모듈을 부착하고, 다시 출력 링크에 고정하기 위해서 축을 가공하여 부착시켜야 한다. In the conventional series elastic actuator, a nonlinear spring is processed and used, or a commercial torsion spring is used, and an external torque is measured by measuring deformation from an additional device. In this design, the SEA module is attached after the reducer of the motor, and the shaft must be machined and attached to fix it to the output link again.

이러한 이유로 감속기에서 나오는 축과 SEA를 따로 만들고 추가로 링크에 연결해야하는 축을 부착해서 연결부위가 증가하고 불필요한 축 가공이 필요하다는 문제점이 있다.For this reason, there is a problem in that the shaft and SEA coming out of the reducer are made separately, and the shaft that needs to be connected to the link is attached to increase the connection part and unnecessary shaft processing is required.

또한. 기존의 연구 중에 환봉 형태의 SEA가 존재하지만, 이는 SEA 디자인이 환봉인 것이지 그 쓰임이 모터 축으로 바로 사용하지 못한다. 이로 인해 강성이 너무 높아 작은 공차와 에러에도 외부 충격을 측정하는데 오차가 크며 댐핑 효과가 너무 적어 상대적으로 낮은 주파수에서 공진/반공진이 발생하여 빠른 움직임에 문제가 발생한다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.Also. Among the existing studies, there is a round bar type SEA, but this is because the SEA design is a round bar, and its use is not directly used as a motor shaft. Due to this, the stiffness is too high to measure the external impact even with small tolerances and errors, and the error is large, and the damping effect is too small, so resonance/anti-resonance occurs at a relatively low frequency, which causes problems in rapid movement. Therefore, there is a need to improve this.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2019-0115289호(2019.10.11. 공개, 발명의 명칭 : 원통형 직렬 탄성 액츄에이터)에 게시되어 있다.Background art of the present invention is published in Korean Patent Application Publication No. 2019-0115289 (published on Oct. 11, 2019, title of invention: cylindrical series elastic actuator).

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 2족 또는 4족 보행 로봇의 조인트에 동력을 제공하고, 외부로부터의 충격량를 줄이는 직렬 탄성 액추에이터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to improve the above problems, and an object thereof is to provide a series elastic actuator device that provides power to a joint of a biped or quadruped walking robot and reduces an amount of impact from the outside.

본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는: 하우징부; 상기 하우징부에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성하는 제1발생부; 상기 제1발생부의 동력을 전달하는 제1전달부; 상기 제1전달부에 연결되어 구동되는 제1구동부; 상기 하우징부에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성하는 제2발생부; 상기 제2발생부의 동력을 전달하고 상기 제1전달부를 관통하는 제2전달부; 및 상기 제2전달부에 연결되어 구동되는 제2구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The series elastic actuator device according to the present invention comprises: a housing portion; A first generator that is built into the housing and generates power when power is applied; A first transmission unit for transmitting power of the first generation unit; A first driving unit connected to and driven by the first transmission unit; A second generator that is built into the housing and generates power when power is applied; A second transmission unit transmitting power of the second generation unit and passing through the first transmission unit; And a second driving unit connected to and driven by the second transmission unit.

상기 제1전달부는 상기 제2전달부과 관통하는 제1전달관부; 및 상기 제1전달관부의 단부에 형성되고, 상기 제1발생부와 결합되는 제1전달결합부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first transmission unit includes a first transmission pipe portion passing through the second transmission unit; And a first transmission coupling portion formed at an end of the first transmission pipe portion and coupled to the first generation portion.

상기 제1전달부는 상기 제1전달관부의 길이 방향으로 하나 이상 형성되어 강성을 조절하는 제1전달홀부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first transmission unit further comprises a first transmission hole portion formed in the longitudinal direction of the first transmission pipe portion to adjust the rigidity;

상기 제1전달홀부의 형상과, 상기 제1전달홀부의 개수와, 상기 제1전달홀부의 길이와, 상기 제1전달홀부 간의 간격 중 어느 하나 이상을 통해 상기 제1전달부의 강성을 조절하는 것을 특징으로 한다.Adjusting the rigidity of the first transmission hole through at least one of the shape of the first transmission hole, the number of the first transmission hole, the length of the first transmission hole, and the interval between the first transmission hole. It is characterized.

상기 제1전달부는 상기 제1전달홀부에 삽입되어 댐핑력을 제공하는 제1전달댐핑부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first transmission unit further comprises a first transmission damping unit inserted into the first transmission hole to provide a damping force.

상기 제1전달댐핑부의 소재 종류와 주입 밀도에 따라 상기 제1전달부의 댐핑력을 조절하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that the damping force of the first transmission unit is adjusted according to the type of material and the injection density of the first transmission damping unit.

상기 제1전달부는 상기 제1전달관부에 장착되고, 상기 제1전달홀부를 커버하는 제1전달커버부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first transmission part is mounted on the first transmission pipe part, the first transmission cover part covering the first transmission hole; characterized in that it further comprises.

상기 제1구동부는 상기 제1전달부에 결합되는 제1구동결합부; 및 상기 제1구동결합부에 연결되는 제1구동링크부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first driving unit includes a first driving coupling unit coupled to the first transmission unit; And a first driving link unit connected to the first driving coupling unit.

상기 제2구동부는 상기 제1구동링크부의 상단부에 회전 가능하도록 장착되고, 상기 제2전달부와 결합되어 회전되는 제2구동상부풀리부; 상기 제1구동링크부의 하단부에 회전 가능하도록 장착되는 제2구동하부풀리부; 상기 제2구동상부풀리부와 상기 제2구동하부풀리부를 연결하여 회전력을 전달하는 제2구동벨트부; 및 제2구동하부풀리부와 연결되는 제2구동링크부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second driving part is rotatably mounted on the upper end of the first driving link part, the second driving upper inflation pulley coupled to the second transmission part to rotate; A second driving lower pulley unit rotatably mounted at a lower end of the first driving link unit; A second driving belt part for transmitting rotational force by connecting the second driving upper pulley part and the second driving lower part pulley part; And a second driving link unit connected to the second driving lower pulley unit.

본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는 동력을 전달하는 제1전달부와 제2전달부가 동축상에 배치되되, 제1전달부의 축에 홀 가공을 하여 강성을 조절하고, 제1전달부의 홀에 댐핑 요소를 투입하여 댐핑을 조절할 수 있다.In the series elastic actuator device according to the present invention, the first transmission unit and the second transmission unit for transmitting power are disposed coaxially, and the stiffness is adjusted by making a hole in the axis of the first transmission unit, and damping the hole of the first transmission unit. Damping can be adjusted by inserting urea.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 결합사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부와 제2구동부의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a side view schematically showing a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view schematically showing a first transmission unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view schematically showing a first transmission unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically illustrating a first transmission unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically illustrating a connection relationship between a first driving unit and a second driving unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이이터 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 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.Hereinafter, an embodiment of a series elastic actuator device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, thicknesses of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치(1)는 하우징부(10)와, 제1발생부(20)와, 제1전달부(30)와, 제1구동부(40)와, 제2발생부(50)와, 제2전달부(60)와, 제2구동부(70)를 포함한다.1 is a side view schematically showing a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, a series elastic actuator device 1 according to an embodiment of the present invention includes a housing part 10, a first generator 20, a first transmission part 30, and It includes a first driving unit 40, a second generating unit 50, a second transmission unit 60, and a second driving unit 70.

하우징부(10)는 로봇의 몸체에 장착된다. 이러한 하우징부(10)는 보행 로봇의 다리 개수와 대응된다. 일예로, 2족 보행 로봇에서는 2개의 하우징부(10)가 장착되어 각각의 다리에 대한 동력을 제공할 수 있다. 한편, 하우징부(10)에는 제1발생부(20)와, 제1전달부(30)와, 제2발생부(50)와 제2전달부(60)가 내장되어 일체로 모듈화될 수 있다. 하우징부(10)는 복수개가 서로 결합되어 내부 구성요소들을 커버할 수 있다.The housing 10 is mounted on the body of the robot. This housing unit 10 corresponds to the number of legs of the walking robot. For example, in a biped walking robot, two housing units 10 may be mounted to provide power for each leg. On the other hand, in the housing unit 10, the first generation unit 20, the first transmission unit 30, the second generation unit 50, and the second transmission unit 60 are built-in and can be integrally modularized. . A plurality of housing units 10 may be coupled to each other to cover internal components.

제1발생부(20)는 하우징부(10)에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성한다. 일예로, 제1발생부(20)는 전원이 인가되면 구동되는 제1발생모터부(21)와, 제1발생모터부(22)에서 생성된 동력을 제1전달부(30)에 제공하는 제1발생감속부(22)를 포함할 수 있다. 제1발생감속부(22)는 복수개의 기어 결합으로 제1발생모터부(21)에서 공급되는 회전력을 증폭시킬 수 있다. The first generation unit 20 is built in the housing unit 10 and generates power when power is applied. As an example, the first generation unit 20 provides a first generation motor unit 21 that is driven when power is applied, and the power generated by the first generation motor unit 22 to the first transmission unit 30. It may include a first generation reduction unit 22. The first generation reduction unit 22 may amplify the rotational force supplied from the first generation motor unit 21 by coupling a plurality of gears.

제1전달부(30)는 제1발생부(20)와 연결되어 동력을 전달한다. 일예로, 제1전달부(30)는 제1발생감속부(22)와 연결되어 회전되는 축이 될 수 있다. 제1전달부(30)와 제1발생감속부(22)는 볼트 또는 메카로크(mecha locks) 방식으로 결합된 상태를 유지할 수 있다. The first transmission unit 30 is connected to the first generation unit 20 to transmit power. As an example, the first transmission unit 30 may be a shaft that is connected to the first generation reduction unit 22 and rotates. The first transmission unit 30 and the first generation deceleration unit 22 may maintain a coupled state by using a bolt or mecha locks.

제1구동부(40)는 제1전달부(30)에 연결되어 구동된다. 일예로, 제1구동부(40)는 보행 로봇의 다리 중에서 엉덩관절에 해당될 수 있다. 제1구동부(40)는 하우징부(10)의 외부로 노출된 제1전달부(30)와 직접 연결되어 회전될 수 있다.The first driving unit 40 is driven by being connected to the first transmission unit 30. As an example, the first driving unit 40 may correspond to the hip joint among the legs of the walking robot. The first driving part 40 may be directly connected to and rotated with the first transmission part 30 exposed to the outside of the housing part 10.

제2발생부(50)는 하우징부(10)에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성한다. 일예로, 제2발생부(50)는 전원이 인가되면 구동되는 제2발생모터부(51)와, 제2발생모터부(52)에서 생성된 동력을 제2전달부(60)에 제공하는 제2발생감속부(52)를 포함할 수 있다. 제2발생감속부(52)는 복수개의 기어 결합으로 제2발생모터부(51)에서 공급되는 회전력을 증폭시킬 수 있다. 제2발생모터부(51)와 제1발생모터부(21)는 하우징부(10)의 길이방향으로 일렬로 배치되되, 제1발생모터부(21)는 제2발생모터부(51) 보다 제1구동부(40) 및 제2구동부(70)에 가깝게 배치될 수 있다.The second generation unit 50 is built into the housing unit 10 and generates power when power is applied. As an example, the second generation unit 50 provides a second generation motor unit 51 that is driven when power is applied, and the power generated by the second generation motor unit 52 to the second transmission unit 60. It may include a second generation reduction unit 52. The second generation reduction unit 52 may amplify the rotational force supplied from the second generation motor unit 51 by coupling a plurality of gears. The second generating motor part 51 and the first generating motor part 21 are arranged in a row in the longitudinal direction of the housing part 10, but the first generating motor part 21 is more than the second generating motor part 51. It may be disposed close to the first driving unit 40 and the second driving unit 70.

제2전달부(60)는 제2발생부(50)와 연결되어 동력을 전달한다. 일예로, 제2전달부(60)는 제2발생감속부(52)와 연결되어 회전되는 축이 될 수 있다. 제2전달부(60)와 제2발생감속부(52)는 볼트 또는 메카로크(mecha locks) 방식으로 결합된 상태를 유지할 수 있다. 제2전달부(60)는 제1전달부(30)를 관통하되, 제1전달부(30) 보다 더 길게 형성될 수 있다. 이러한 제2전달부(60)는 길이에 따라 강성이 달라질 수 있으므로, 실험을 통해 최적화된 길이를 채택할 수 있다.The second transmission unit 60 is connected to the second generation unit 50 to transmit power. As an example, the second transmission unit 60 may be a shaft connected to the second generation reduction unit 52 and rotated. The second transmission unit 60 and the second generation reduction unit 52 may be maintained in a coupled state by using a bolt or mecha locks. The second transmission unit 60 passes through the first transmission unit 30, but may be formed longer than the first transmission unit 30. Since the stiffness of the second transmission unit 60 may vary depending on the length, an optimized length may be adopted through an experiment.

제2구동부(70)는 제2전달부(60)에 연결되어 구동된다. 일예로, 제2구동부(70)는 보행 로봇의 다리 중에서 무릎관절에 해당될 수 있다. 제2구동부(70)는 하우징부(10)의 외부로 노출된 제2전달부(60)와 직접 연결되어 회전될 수 있다.The second driving unit 70 is driven by being connected to the second transmission unit 60. As an example, the second driving unit 70 may correspond to a knee joint among the legs of a walking robot. The second driving unit 70 may be directly connected to and rotated with the second transmission unit 60 exposed to the outside of the housing unit 10.

그 외, 하우징부(10)에는 제1전달부(30)의 변형을 측정하는 변형감지부(80)와, 제1발생부(20) 및 제2발생부(50)를 각각 제어하는 2개의 제어부(90)를 포함할 수 있다. In addition, the housing unit 10 includes a deformation detection unit 80 for measuring the deformation of the first transmission unit 30, and two units for controlling the first generation unit 20 and the second generation unit 50, respectively. It may include a control unit 90.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 결합사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 3 is an exploded perspective view schematically showing a first transmission unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a combined perspective view schematically showing a first transmission unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view schematically showing a first transmission unit according to an exemplary embodiment.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부(30)는 제1전달관부(31)와, 제1전달결합부(32)를 포함한다. 3 to 5, the first transmission unit 30 according to an embodiment of the present invention includes a first transmission pipe unit 31 and a first transmission coupling unit 32.

제1전달관부(31)는 파이프 형상을 하여 제2전달부(60)가 관통할 수 있다. 이러한 제1전달관부(31)는 제2전달부(60) 보다 길이가 짧게 형성될 수 있다. 제1전달관부(31)는 외부 충격에 의해 일부 변형 가능한 소재가 사용될 수 있다. 이로 인해 별도의 스프링이 생략될 수 있다. 제1전달관부(31)의 일단부에는 제1전달결합부(32)가 형성되고, 제1전달관부(31)의 타단부에는 제1구동부(40)가 결합될 수 있다.The first transmission pipe part 31 has a pipe shape so that the second transmission part 60 may pass through. The first transmission pipe portion 31 may be formed to be shorter in length than the second transmission portion 60. The first transmission pipe part 31 may be formed of a material that can be partially deformed by an external impact. Due to this, a separate spring may be omitted. A first transmission coupling portion 32 may be formed at one end of the first transmission pipe portion 31, and a first driving portion 40 may be coupled to the other end of the first transmission pipe portion 31.

제1전달결합부(32)는 제1전달관부(31)의 단부에 형성되고, 제1발생부(20)와 결합된다. 일예로, 제1전달결합부(32)는 제1전달관부(31)의 외측으로 연장될 수 있다. 제1전달결합부(32)는 제1전달관부(31)의 외주면으로 확장되는 원판 형상의 제1결합판부(321)와, 제1결합판부(321)의 가장자리에서 돌출되는 제1결합테두리부(322)를 포함할 수 있다. 제1결합판부(321)에는 원주 방향으로 복수개의 제1결합홀부(323)가 형성되고, 제1발생감속부(22)의 일부는 제1결합판부(321)와 마주보도록 제1결합테두리부(322) 사이로 삽입되어 메카로크 방식으로 결합될 수 있다.The first transmission coupling portion 32 is formed at the end of the first transmission pipe portion 31 and is coupled to the first generation portion 20. For example, the first transmission coupling portion 32 may extend outward of the first transmission pipe portion 31. The first transmission coupling portion 32 includes a disk-shaped first coupling plate portion 321 extending to the outer circumferential surface of the first transmission pipe portion 31 and a first coupling frame portion protruding from the edge of the first coupling plate portion 321 (322) may be included. A plurality of first coupling hole portions 323 are formed in the first coupling plate portion 321 in the circumferential direction, and a part of the first generation reduction portion 22 is a first coupling frame portion facing the first coupling plate portion 321. It can be inserted between (322) and coupled in a mechalock manner.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부(30)는 제1전달홀부(33)를 더 포함할 수 있다. 제1전달홀부(33)는 제1전달관부(31)의 길이 방향으로 하나 이상 형성되어 강성을 조절한다. 일예로, 제1전달관부(31)의 성형 과정에서 제1전달홀부(33)를 형성하거나, 제1전달관부(31)의 성형 후 추가 홀가공을 통해 제1전달홀부(33)를 형성할 수 있다. The first transmission unit 30 according to an exemplary embodiment of the present invention may further include a first transmission hole 33. One or more first transmission hole portions 33 are formed in the longitudinal direction of the first transmission pipe portion 31 to adjust rigidity. As an example, the first transmission hole portion 33 may be formed during the molding process of the first transmission pipe portion 31, or the first transmission hole portion 33 may be formed through additional hole processing after the first transmission pipe portion 31 is formed. I can.

이러한 제1전달홀부(33)의 형상과, 제1전달홀부(33)의 개수와, 제1전달홀부(33)의 길이와, 제1전달홀부(33) 간의 간격 중 어느 하나 이상을 통해 제1전달부(30)의 강성을 조절할 수 있다.The shape of the first transmission hole 33, the number of first transmission holes 33, the length of the first transmission hole 33, and the distance between the first transmission hole 33 1 The rigidity of the transmission unit 30 can be adjusted.

즉, 제1전달홀부(33)의 크기가 커짐에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있다. 그리고, 제1전달홀부(33)의 길이가 늘어남에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있다. 또한, 제1전달홀부(33)의 개수가 늘어남에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있다. 마지막으로 제1전달홀부(33) 간의 간격이 짧아짐에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있다.That is, as the size of the first transmission hole 33 increases, the rigidity of the first transmission unit 30 may decrease. In addition, as the length of the first transmission hole 33 increases, the stiffness of the first transmission unit 30 may decrease. In addition, as the number of first transmission hole portions 33 increases, the rigidity of the first transmission portion 30 may decrease. Finally, as the distance between the first transmission hole portions 33 is shortened, the rigidity of the first transmission portion 30 may be lowered.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부(30)는 제1전달댐핑부(34)를 더 포함할 수 있다. 제1전달댐핑부(34)는 제1전달홀부(33)에 삽입되어 댐핑력을 제공할 수 있다. 즉, 제1전달댐핑부(34)는 제1전달홀부(33)에 주입되고, 제1전달관부(31)에 가해지는 충격에너지를 소멸시킬 수 있다. 일예로, 제1전달댐핑부(34)는 강체 파우더가 될 수 있으며, 이러한 강체 파우더들은 서로 충돌하면서 입자간의 마찰이 발생하여, 제1전달관부(31)에 가해지는 에너지를 열에너지를 변환시킬 수 있다. 이로 인해, 제1전달관부(31) 자체는 에너지가 저장되지 않으므로, 공진 및 반공진을 높은 주파수로 밀어내어, 더 넓은 주파수 대역까지 활용할 수 있으므로, 전달관부(31)의 빠른 응답속도 및 넓은 주파수 영역에서의 구동을 가능케 할 수 있다.The first transmission unit 30 according to an embodiment of the present invention may further include a first transmission damping unit 34. The first transmission damping portion 34 may be inserted into the first transmission hole portion 33 to provide a damping force. That is, the first transmission damping portion 34 is injected into the first transmission hole portion 33, and the impact energy applied to the first transmission pipe portion 31 may be extinguished. As an example, the first transmission damping unit 34 may be a rigid powder, and these rigid powders collide with each other and friction between particles occurs, so that energy applied to the first transmission pipe 31 can be converted into thermal energy. have. Due to this, since the first transmission pipe part 31 itself does not store energy, it pushes the resonance and anti-resonance to a high frequency, so that a wider frequency band can be utilized, and thus, a fast response speed and a wide frequency of the transmission pipe part 31 It can enable driving in the domain.

제1전달댐핑부(34)는 소재 종류와 주입 밀도에 따라 제1전달부(30)의 댐핑력을 조절할 수 있다. 즉, 제1전달댐핑부(34)의 강성이 높아지면 제1전달부(30)의 댐핑력이 향상될 수 있다. 그리고, 제1전달댐핑부(34)의 주입 밀도가 증가하면 제1전달부(30)의 댐핑력이 향상될 수 있다.The first transmission damping unit 34 may adjust the damping force of the first transmission unit 30 according to the type of material and the injection density. That is, when the rigidity of the first transmission damping part 34 is increased, the damping force of the first transmission part 30 may be improved. In addition, when the injection density of the first transmission damping unit 34 increases, the damping force of the first transmission unit 30 may be improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1전달부(30)는 제1전달커버부(35)를 더 포함할 수 있다. 제1전달커버부(35)는 제1전달관부(31)에 장착되고, 제1전달홀부(33)를 커버한다. 이러한 제1전달커버부(35)는 제1전달홀부(33)에 투입된 제1전달댐핑부(34)의 누출을 방지할 수 있다. 일예로, 제1전달커버부(35)는 링 형상을 하여 제1전달관부(31)와 마주보도록 배치되는 제1커버판부(351)와, 제1커버판부(351)에 형성되고 제1전달홀부(33)에 삽입되는 제1커버삽입부(352)를 포함할 수 있다. 이때, 제1커버삽입부(352)는 제1전달홀부(33)에 압입될 수 있고, 제1커버판부(351)는 제1전달관부(31)와 접합될 수 있다. 한편, 제1전달커버부(35)는 제1전달관부(31)의 양단부에 각각 결합될 수 있다. 그 외, 제1전달커버부(35)는 제1전달관부(31)의 일단부에 결합되고, 타단부는 제1발생감속부(22)의 일부가 메카로크 방식으로 결합되되, 제1발생감속부(22)에는 제1커버삽입부(352)와 대응되는 형상이 추가되어 제1전달홀부(33)를 커버할 수 있다.The first transmission unit 30 according to an embodiment of the present invention may further include a first transmission cover unit 35. The first transmission cover portion 35 is mounted on the first transmission pipe portion 31 and covers the first transmission hole portion 33. The first transmission cover portion 35 may prevent leakage of the first transmission damping portion 34 injected into the first transmission hole portion 33. As an example, the first transmission cover portion 35 is formed in the first cover plate portion 351 and the first cover plate portion 351 arranged to face the first transmission pipe portion 31 in a ring shape and the first transmission It may include a first cover insertion portion 352 inserted into the hole portion 33. In this case, the first cover insertion portion 352 may be press-fit into the first transmission hole portion 33, and the first cover plate portion 351 may be bonded to the first transmission pipe portion 31. Meanwhile, the first transmission cover portion 35 may be coupled to both ends of the first transmission pipe portion 31, respectively. In addition, the first transmission cover portion 35 is coupled to one end of the first transmission pipe portion 31, the other end portion of the first generation reduction unit 22 is coupled in a mechanical lock method, the first occurrence A shape corresponding to the first cover insertion portion 352 may be added to the reduction portion 22 to cover the first transmission hole portion 33.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부와 제2구동부의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부(40)는 제1구동결합부(41)와 제1구동링크부(42)를 포함한다.6 is a diagram schematically illustrating a connection relationship between a first driving unit and a second driving unit according to an embodiment of the present invention. 6, the first driving unit 40 according to an embodiment of the present invention includes a first driving coupling unit 41 and a first driving link unit 42.

제1구동결합부(41)는 제1전달부(30)에 결합된다. 일예로, 제1구동결합부(41)는 하우징부(10)에 일부 내장되어 회전 가능하도록 설치되되 제1전달관부(31)의 외주면과 결합될 수 있다. 이때, 제1구동결합부(41)와 제1전달관부(31)는 메카로크 방식으로 압입되어 연결 상태를 유지할 수 있다. 그 외, 제1구동결합부(41)는 하우징부(10)에서 외부로 노출된 제1전달관부(31)와 결합될 수 있다.The first driving coupling part 41 is coupled to the first transmission part 30. As an example, the first driving coupling part 41 is partially embedded in the housing part 10 and installed so as to be rotatable, but may be coupled to the outer circumferential surface of the first transmission pipe part 31. At this time, the first driving coupling part 41 and the first transmission pipe part 31 are press-fit in a mechalock method to maintain a connected state. In addition, the first driving coupling portion 41 may be coupled to the first transmission pipe portion 31 exposed to the outside from the housing portion 10.

제1구동링크부(42)는 제1구동결합부(41)에 연결된다. 일예로, 제1구동링크부(42)는 한 쌍이 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 제1구동연결부(43)가 제1구동링크부(42)를 연결할 수 있다.The first driving link unit 42 is connected to the first driving coupling unit 41. As an example, the first driving link unit 42 may be arranged so that a pair of them face each other. At this time, the first driving connection unit 43 may connect the first driving link unit 42 to each other.

제2구동부(70)는 제2구동상부풀리부(71)와, 제2구동하부풀리부(72)와, 제2구동벨트부(73)와, 제2구동링크부(74)를 포함한다.The second driving unit 70 includes a second driving upper inflatable pulley unit 71, a second driving lower inflatable pulley unit 72, a second driving belt unit 73, and a second driving link unit 74. .

제2구동상부풀리부(71)는 제1구동링크부(42)의 상단부에 회전 가능하도록 장착되고, 제2전달부(60)와 결합되어 회전된다. 일예로, 제2구동상부풀리부(71)는 한 쌍의 제1구동링크부(42) 사이에 회전 가능하도록 장착되고, 제1전달관부(31)를 관통하여 하우징부(10)의 외부로 노출되는 제2전달부(60)와 결합될 수 있다. 제2구동상부풀리부(71)와 제2전달부(60)는 메카로크 방식으로 압입되어 연결 상태를 유지할 수 있다.The second driving upper pulley part 71 is rotatably mounted on the upper end of the first driving link part 42 and rotated by being coupled with the second transmission part 60. As an example, the second driving upper inflation portion 71 is mounted to be rotatable between the pair of first driving link portions 42, and penetrates the first transmission pipe portion 31 to the outside of the housing portion 10. It may be combined with the exposed second transmission unit 60. The second driving upper inflation part 71 and the second transmission part 60 may be press-fitted in a mechanical lock method to maintain a connected state.

제2구동하부풀리부(72)는 제1구동링크부(42)의 하단부에 회전 가능하도록 장착된다. 일예로, 제2구동하부풀리부(72)는 한 쌍의 제1구동링크부(42) 사이에 회전 가능하도록 장착되고, 제2구동상부풀리부(71)와 마주보도록 배치될 수 있다.The second driving lower pulley part 72 is rotatably mounted on the lower end of the first driving link part 42. As an example, the second driving lower inflation pulley part 72 may be rotatably mounted between the pair of first driving link parts 42 and may be disposed to face the second driving upper inflation part 71.

제2구동벨트부(73)는 제2구동상부풀리부(71)와 제2구동하부풀리부(72)를 연결하여 회전력을 전달한다. 일예로, 제2구동상부풀리부(71)가 회전되면 제2구동벨트부(73)는 무한궤도 방식으로 이동되면서 제2구동하부풀리부(72)를 회전시킬 수 있다. The second driving belt part 73 connects the second driving upper pulley part 71 and the second driving lower part pulley part 72 to transmit rotational force. For example, when the second driving upper inflation part 71 is rotated, the second driving belt part 73 may be moved in a caterpillar manner to rotate the second driving lower inflation pulley part 72.

제2구동링크부(74)는 제2구동하부풀리부(72)와 연결된다. 이러한 제2구동링크부(74)는 보행 로봇의 무릎관절과 대응될 수 있다. 일예로, 제2구동링크부(74)는 제2구동하부풀리부(72)와 동축상에 배치되어 연동되는 제2링크축부(741)와, 제2링크축부(741)에서 연장되는 제2링크막대부(742)를 포함할 수 있다.The second driving link part 74 is connected to the second driving lower part pulley part 72. This second driving link unit 74 may correspond to the knee joint of the walking robot. As an example, the second driving link unit 74 includes a second link shaft portion 741 disposed coaxially and interlocked with the second driving lower pulley unit 72, and a second link shaft portion 741 extending from the second link shaft portion 741. It may include a link bar portion 742.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치(1)의 작동을 설명하면 다음과 같다.The operation of the series elastic actuator device 1 according to an embodiment of the present invention having the above structure will be described as follows.

제1발생부(20)에 전원이 인가되어 제1전달부(30)가 회전되면, 제1전달부(30)와 연결된 제1구동부(40)가 회전되어 보행 로봇의 엉덩관절이 구동된다. 그리고, 제2발생부(50)에 전원이 인가되어 제2전달부(60)가 회전되면, 제2구동부(70)가 회전되어 보행 로봇의 무릎관절이 구동된다.When power is applied to the first generator 20 and the first transmission unit 30 is rotated, the first driving unit 40 connected to the first transmission unit 30 is rotated to drive the hip joint of the walking robot. Then, when power is applied to the second generator 50 and the second transmission unit 60 is rotated, the second driving unit 70 is rotated to drive the knee joint of the walking robot.

한편, 제1전달부(30)와 제2전달부(60)는 동축상에 배치되고, 제2전달부(60)가 제1전달부(30)를 관통한다. 그리고, 제1전달부(30)에는 댐핑 요소를 추가하여 단일축상에서 강성과 댐핑을 조절할 수 있다. 이로 인해 동축상에서 스프링이 생략될 수 있다.Meanwhile, the first transmission unit 30 and the second transmission unit 60 are disposed coaxially, and the second transmission unit 60 passes through the first transmission unit 30. In addition, a damping element may be added to the first transmission unit 30 to control rigidity and damping on a single axis. This can cause the spring to be omitted coaxially.

즉, 제1전달관부(31)는 파이프 형상을 하여 제2전달부(60)가 관통하고, 제1전달홀부(33)는 제1전달관부(31)의 길이 방향으로 하나 이상 형성되어 강성을 조절하며, 제1전달댐핑부(34)는 제1전달홀부(33)에 삽입되어 댐핑력을 제공할 수 있다.That is, the first transmission pipe portion 31 has a pipe shape so that the second transmission portion 60 penetrates, and the first transmission hole portion 33 is formed at least one in the longitudinal direction of the first transmission pipe portion 31 to provide rigidity. The first transmission damping part 34 may be inserted into the first transmission hole 33 to provide a damping force.

이때, 제1전달홀부(33)의 크기가 커짐에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있고, 제1전달홀부(33)의 길이가 늘어남에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있으며, 제1전달홀부(33)의 개수가 늘어남에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있고, 제1전달홀부(33) 간의 간격이 짧아짐에 따라 제1전달부(30)의 강성이 낮아질 수 있다.At this time, as the size of the first transmission hole 33 increases, the rigidity of the first transmission unit 30 may decrease, and as the length of the first transmission hole 33 increases, the first transmission unit 30 Rigidity may be lowered, and as the number of first transmission holes 33 increases, the stiffness of the first transmission unit 30 may decrease, and as the distance between the first transmission holes 33 is shortened, the first transmission unit The stiffness of (30) can be lowered.

그리고, 제1전달댐핑부(34)의 자체 강성이 높아지거나, 제1전달댐핑부(34)의 주입 밀도가 증가하면, 제1전달부(30)의 댐핑력이 향상될 수 있다.In addition, when the stiffness of the first transmission damping unit 34 increases or the injection density of the first transmission damping unit 34 increases, the damping force of the first transmission damping unit 30 may be improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치(1)는 동력을 전달하는 제1전달부(30)와 제2전달부(60)가 동축상에 배치되되, 제2전달부(60)가 제1전달부(30)를 관통하도록 설계될 수 있다. 그리고, 제1전달관부(31)에 제1전달홀부(33)가 형성되고, 제1전달홀부(33)에 제1전달댐퍼부(34)가 주입되어 강성과 댐핑력을 조절할 수 있다.In the series elastic actuator device 1 according to an embodiment of the present invention, the first transmission unit 30 and the second transmission unit 60 for transmitting power are disposed coaxially, and the second transmission unit 60 is It may be designed to penetrate through the first transmission unit 30. Further, the first transmission hole portion 33 is formed in the first transmission pipe portion 31, and the first transmission damper portion 34 is injected into the first transmission hole portion 33 to adjust the rigidity and damping force.

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.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only illustrative, and those of ordinary skill in the field to which the technology pertains, various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.

10 : 하우징부 20 : 제1발생부
30 : 제1전달부 31 : 제1전달관부
32 : 제1전달결합부 33 : 제1전달홀부
34 : 제1전달댐핑부 35 : 제1전달커버부
40 : 제1구동부 41 : 제1구동결합부
42: 제1구동링크부 50 : 제2발생부
60 : 제2전달부 70 : 제2구동부
71 : 제2구동상부풀리부 72 : 제2구동하부풀리부
73 : 제2구동벨트부 74 : 제2구동링크부10: housing part 20: first generation part
30: first delivery unit 31: first delivery unit
32: first transmission coupling portion 33: first transmission hole portion
34: first transmission damping portion 35: first transmission cover portion
40: first driving part 41: first driving coupling part
42: first driving link unit 50: second generation unit
60: second transmission unit 70: second driving unit
71: second driving upper inflation pulley 72: second driving lower inflation pulley
73: second driving belt part 74: second driving link part

Claims (9)

하우징부;
상기 하우징부에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성하는 제1발생부;
상기 제1발생부의 동력을 전달하는 제1전달부;
상기 제1전달부에 연결되어 구동되는 제1구동부;
상기 하우징부에 내장되고 전원이 인가되면 동력을 생성하는 제2발생부;
상기 제2발생부의 동력을 전달하고 상기 제1전달부를 관통하는 제2전달부; 및
상기 제2전달부에 연결되어 구동되는 제2구동부;를 포함하고,
상기 제1전달부는
상기 제2전달부과 관통하는 제1전달관부;
상기 제1전달관부의 단부에 형성되고, 상기 제1발생부와 결합되는 제1전달결합부; 및
상기 제1전달관부의 길이 방향으로 하나 이상 형성되어 강성을 조절하는 제1전달홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
A housing part;
A first generator that is built into the housing and generates power when power is applied;
A first transmission unit for transmitting power of the first generation unit;
A first driving unit connected to and driven by the first transmission unit;
A second generator that is built into the housing and generates power when power is applied;
A second transmission unit transmitting power of the second generation unit and passing through the first transmission unit; And
Includes; a second driving unit connected to and driven by the second transmission unit,
The first transmission unit
A first transmission pipe portion passing through the second transmission portion;
A first transmission coupling portion formed at an end of the first transmission pipe portion and coupled to the first generation portion; And
And a first transmission hole portion formed at least one in the length direction of the first transmission pipe portion to adjust rigidity.
 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1전달홀부의 형상과, 상기 제1전달홀부의 개수와, 상기 제1전달홀부의 길이와, 상기 제1전달홀부 간의 간격 중 어느 하나 이상을 통해 상기 제1전달부의 강성을 조절하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
The method of claim 1,
Adjusting the rigidity of the first transmission hole through at least one of the shape of the first transmission hole, the number of the first transmission hole, the length of the first transmission hole, and the interval between the first transmission hole. A series elastic actuator device, characterized in that.
 제 1항에 있어서, 상기 제1전달부는
상기 제1전달홀부에 삽입되어 댐핑력을 제공하는 제1전달댐핑부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
The method of claim 1, wherein the first transmission unit
A series elastic actuator device further comprising a; first transmission damping unit inserted into the first transmission hole to provide a damping force.
 제 5항에 있어서,
상기 제1전달댐핑부의 소재 종류와 주입 밀도에 따라 상기 제1전달부의 댐핑력을 조절하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
The method of claim 5,
A series elastic actuator device, characterized in that the damping force of the first transmission unit is adjusted according to the type of material and the injection density of the first transmission damping unit.
 제 5항에 있어서, 상기 제1전달부는
상기 제1전달관부에 장착되고, 상기 제1전달홀부를 커버하는 제1전달커버부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
The method of claim 5, wherein the first transmission unit
And a first transmission cover portion mounted on the first transmission pipe portion and covering the first transmission hole portion.
 제 1항에 있어서, 상기 제1구동부는
상기 제1전달부에 결합되는 제1구동결합부; 및
상기 제1구동결합부에 연결되는 제1구동링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.
The method of claim 1, wherein the first driving part
A first driving coupling unit coupled to the first transmission unit; And
And a first driving link unit connected to the first driving coupling unit.
 제 8항에 있어서, 상기 제2구동부는
상기 제1구동링크부의 상단부에 회전 가능하도록 장착되고, 상기 제2전달부와 결합되어 회전되는 제2구동상부풀리부;
상기 제1구동링크부의 하단부에 회전 가능하도록 장착되는 제2구동하부풀리부;
상기 제2구동상부풀리부와 상기 제2구동하부풀리부를 연결하여 회전력을 전달하는 제2구동벨트부; 및
제2구동하부풀리부와 연결되는 제2구동링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 탄성 액추에이터 장치.The method of claim 8, wherein the second driving unit
A second driving upper inflator portion rotatably mounted on an upper end of the first driving link portion and rotated by being coupled with the second transmission portion;
A second driving lower pulley unit rotatably mounted at a lower end of the first driving link unit;
A second driving belt part for transmitting rotational force by connecting the second driving upper pulley part and the second driving lower part pulley part; And
A series elastic actuator device comprising a; a second driving link unit connected to the second driving lower pulley unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20080086287A (en) * 2007-03-22 2008-09-25 삼성테크윈 주식회사 Travelling system of robot comprising wheeled legs
KR101956617B1 (en) * 2017-11-23 2019-03-12 (주)한국미래기술 Parallel type integrated actuator

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