KR102345634B1 - Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom - Google Patents

Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목-전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1기준관절부; 상기 제1기준관절부의 일측에 설치되며, 상기 제1기준관절부에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상인 운동관절부; 및 일측 끝단이 상기 제1기준관절부의 타측에 연결되는 복수의 전완부와, 상기 복수의 전완부 타측 끝단에 연결되는 제2기준관절부를 포함하며, 상기 제2기준관절부를 기준으로 뒤틀림 회전되는 전완부구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wrist-forearm under-driven joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom and a driving method thereof, and more particularly, to a first reference joint part; a motion joint part installed on one side of the first reference joint part, rotatably installed in a multiaxial direction with respect to the first reference joint part, and having a semi-ellipsoid or ellipsoidal shape; and a forearm structure having one end connected to the other side of the first reference joint part and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearms, the forearm structure being twisted and rotated based on the second reference joint part; It relates to a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it comprises a.

Description

각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법{Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom}An underactuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully independent motion in each degree of freedom and a driving method thereof

본 발명은 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목-전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wrist-forearm under-driven joint device capable of completely independent driving in each degree of freedom and a driving method therefor.

인공 의수는 팔이나 손목 등 상체의 일부가 절단된 환자들의 신체를 대체해주는 보조기기이다. 로봇 인공 의수는 착용자의 움직임을 감지할 센서와 의도한 동작을 구현할 구동기가 추가된 인공 의수를 의미한다. An artificial prosthetic is an assistive device that replaces the body of patients whose upper body, such as an arm or wrist, has been amputated. The robot artificial prosthesis refers to an artificial prosthetic arm to which a sensor to detect the wearer's movement and an actuator to implement the intended motion are added.

로봇 인공의수는 착용자의 의지를 운동으로 구현할 수 있다는 점에서 일반적인 인공 의수와 크게 구별되며, 착용자의 일상 생활에 있어 편의를 크게 증진시킬 수 있다. 현재 로봇 인공 의수의 개발은 국내외에서 활발히 이루어지고 있으며, 해외에서는 상용화 단계의 로봇 인공 의수들이 존재한다.The robotic artificial prosthesis is largely distinguished from the general artificial prosthesis in that it can implement the wearer's will through movement, and can greatly improve the convenience of the wearer's daily life. Currently, the development of robotic artificial prostheses is actively carried out at home and abroad, and there are robot artificial prostheses in the commercialization stage abroad.

국내외 신체 절단 환자의 수는 증가하고 있으나, 로봇 인공 의수의 착용자 수는 적다. 사고 및 재해, 질병 등으로 인해 신체의 일부를 절단하게 되는 환자들은 국내에 약 15만 명이 있으며, 매년 약 오천 여 명씩 증가하는 추세이다. Although the number of amputees at home and abroad is increasing, the number of wearers of robotic artificial prostheses is small. There are about 150,000 patients in Korea who have parts of their bodies amputated due to accidents, disasters, and diseases, and the number is increasing by about 5,000 each year.

그러나, 대표적인 로봇 인공 의수 중 하나인 비바이오닉(Bebionic)의 사용자는 국내에 4명으로 극소수만 사용하고 있다.However, only a very small number of users of Bebionic, one of the representative robotic artificial prostheses, are in Korea.

기존 로봇 인공 의수들의 사용자들은 무게, 자유도, 외형에서 불만을 호소한다. 사람의 팔에 비해 무거운 무게의 의수는 장기 착용 시 큰 불편함을 가져 온다. 자유도가 7개인 사람의 팔보다 적은 수의 자유도를 가진 로봇인공 의수는 의도한 운동을 충분히 구현할 수 없는 문제점이 있었다.Users of existing robotic artificial prostheses complain of weight, degree of freedom, and appearance. A prosthetic arm that is heavier than a human arm brings great discomfort when worn for an extended period of time. A robotic artificial prosthesis with fewer degrees of freedom than a human arm with seven degrees of freedom had a problem in that it could not sufficiently implement the intended movement.

절대 다수의 기존 로봇 인공 의수들은 직선 구동의 근육이 아닌 회전 구동의 모터를 사용하여 사람과 크게 다른 외형과 움직임을 가진다. 따라서, 신체를 잃은 환자들은 일반인과의 차이점이 드러나 보임에 대한 부담으로 착용을 지양하는 경향이 있었고, 로봇 인공 의수와 같이 로봇에 적용하기 위한 관절장치의 개발은 이러한 문제점들을 개선하기 위한 방향으로 진행되어 왔다.The vast majority of existing robotic artificial prostheses use rotation-driven motors rather than linear-driven muscles to have a significantly different appearance and movement from humans. Therefore, patients who lost their body tended to refrain from wearing them due to the burden of showing their differences from the general public, and the development of joint devices to be applied to robots, such as robotic artificial prostheses, is progressing in the direction of improving these problems. has been

로봇 팔에 있어, 손목 관절은 작은 부피에서 3개 자유도를 구현하는 아주 중요한 관절에 해당한다. 하지만 3개 자유도를 모두 독립적으로 구동하기 위해서는 3개의 회전 구동기, 혹은 6개의 선형 구동기가 필요하며, 많은 구동기의 수는 팔의 무게를 증가시키게 된다. For a robotic arm, the wrist joint corresponds to a very important joint that implements three degrees of freedom in a small volume. However, to independently drive all three degrees of freedom, three rotation actuators or six linear actuators are required, and the number of actuators increases the weight of the arm.

현재, 필요한 구동기의 수를 줄여 팔의 총 중량을 줄이려는 연구는 다수 있었다. 일반적으로, 두 개의 자유도를 하나의 구동기로 동시에 구동하는 부족구동 메커니즘이 대다수를 차지하고 있다. Currently, there are a number of studies to reduce the total weight of the arm by reducing the number of actuators required. In general, an under-drive mechanism that simultaneously drives two degrees of freedom with one actuator occupies the majority.

그러나 그러한 메커니즘은 각 자유도를 독립적으로 구동할 수 없기에, 특정 상황에서만 사용이 허용된다는 단점이 존재한다. However, since such a mechanism cannot drive each degree of freedom independently, there is a disadvantage that its use is permitted only in specific situations.

또한, 로봇 팔은 무게중심이 몸체에 가까운 곳에 위치할수록, 모터에서 필요한 토크가 감소하게 된다. 그러한 관점에서, 기존에는 회전 구동기로 관절을 직접 구동하던 방식에서 변화하여, 최근에는 구동기를 몸체 쪽에 두고 와이어를 이용해 간접 구동하는 방식이 많아지고 있다. In addition, as the center of gravity of the robot arm is located closer to the body, the torque required by the motor is reduced. From that point of view, the conventional method of directly driving the joint with a rotary actuator has changed, and recently, the method of indirectly driving the actuator using a wire with the actuator on the side of the body is increasing.

다만 이 방식의 경우, 회전 자유도를 선형 와이어로 당기며 구동하므로, 각 자유도 당 2개의 선형 구동기가 필요하게 된다. However, in the case of this method, since the rotational degree of freedom is pulled by a linear wire and driven, two linear actuators are required for each degree of freedom.

즉, 3개 자유도를 구동하기 위해서는 6개의 선형 구동기가 필요하며, 많은 수의 구동기는 팔에서의 무게는 줄일 수 있더라도 로봇 전체의 무게는 증가하게 된다. That is, 6 linear actuators are required to drive 3 degrees of freedom, and although a large number of actuators can reduce the weight of the arm, the overall weight of the robot increases.

따라서 적은 수의 선형 구동기를 통한 와이어 간접구동을 적용하면서도, 독립적으로 다자유도 메커니즘이 가능한 새로운 형태의 다자유도 관절장치의 개발이 요구되었다. Therefore, it was required to develop a new type of multi-DOF joint device that can independently use a multi-DOF mechanism while applying wire indirect driving through a small number of linear actuators.

등록특허 10-1949421Registered Patent 10-1949421 대한민국 등록특허 10-1693250Republic of Korea Patent Registration 10-1693250 대한민국 등록특허 10-1910889Republic of Korea Patent Registration 10-1910889 대한민국 일본등록특허 JP4659098Republic of Korea Japanese Patent JP4659098

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 메커니즘을 제시할 수 있는, 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above. According to an embodiment of the present invention, even if six linear actuators are reduced to four, a mechanism capable of independently driving three degrees of freedom can be presented. , an object of the present invention is to provide a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom and a driving method therefor.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

본 발명의 제1목적은, 로봇에 적용이 가능하도록 관절 부위를 구현한 다자유도 관절장치에 있어서, 제1기준관절부; 상기 제1기준관절부의 일측에 설치되며, 상기 제1기준관절부에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상인 운동관절부; 및 일측 끝단이 상기 제1기준관절부의 타측에 연결되는 복수의 전완부와, 상기 복수의 전완부 타측 끝단에 연결되는 제2기준관절부를 포함하며, 상기 제2기준관절부를 기준으로 뒤틀림 회전되는 전완부구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a multi-degree of freedom joint device in which a joint region is implemented so as to be applicable to a robot, comprising: a first reference joint; a motion joint part installed on one side of the first reference joint part, rotatably installed in a multiaxial direction with respect to the first reference joint part, and having a semi-ellipsoid or ellipsoidal shape; and a forearm structure having one end connected to the other side of the first reference joint part and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearms, the forearm structure being twisted and rotated based on the second reference joint part; It can be achieved as a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it comprises a.

그리고 전완부구조물은, 상부 끝단이 상기 제1기준관절부 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 상기 제2기준관절부의 제2회전축에 연결되는 제1전완부와, 하부 끝단이 상기 제2기준관절부 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 상기 제1기준관절부의 제1회전축에 연결되는 제2전완부를 포함하여, 상기 제1전완부와 상기 제2전완부는 상기 제1회전축과 상기 제2회전축을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the forearm structure includes a first forearm having an upper end connected to one side of the lower end of the first reference joint and a lower end connected to a second rotation shaft of the second reference joint, and the lower end being the other side of the upper end of the second reference joint. and a second forearm connected to and the upper end of which is connected to the first rotational axis of the first reference joint part, wherein the first forearm and the second forearm are one side and the other side with respect to the first rotational axis and the second rotational axis. It may be characterized in that it is configured to be twisted and rotated in the direction.

또한 상기 제1회전축의 연장선은 상기 제2회전축 방향과 일치되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the extension line of the first axis of rotation may be characterized in that it coincides with the direction of the second axis of rotation.

그리고 상기 제1기준관절부의 모서리부 각각에 형성되는 4개의 제1관통홀과, 상기 운동관절부 모서리부 각각에 형성되는 4개의 삽입홀과, 상기 제2기준관절부의 모서리 각각에 형성되는 4개의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And four first through-holes formed in each of the corners of the first reference joint, four insertion holes formed in each of the corners of the movement joint, and four fourths formed in each of the corners of the second reference joint. It may be characterized in that it includes two through-holes.

또한, 끝단 각각이 상기 삽입홀에 고정되며, 각각이 상기 삽입홀와 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 선형구동기에 연결되는 복수의 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, each end is fixed to the insertion hole, each of the plurality of wires passed through the insertion hole, the first through-hole, and the second through-hole to be connected to the linear actuator; may include a.

그리고 4개의 삽입홀 중 하나에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제1선형구동기에 연결되는 제1와이어와, 상기 제1와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제2선형구동기에 연결되는 제2와이어와, 상기 제2와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제3선형구동기에 연결되는 제3와이어와, 상기 제3와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제4선형구동기에 연결되는 제4와이어를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a first wire fixed to one of the four insertion holes and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the first linear actuator, and another close to one direction of the insertion hole to which the first wire is fixed A second wire fixed to the insertion hole, passing through the first through hole and the second through hole, and connected to the second linear actuator, and another insertion hole adjacent to the insertion hole in which the second wire is fixed in one direction. A third wire passed through the first through hole and the second through hole and connected to the third linear actuator, and the third wire is fixed to another insertion hole adjacent in one direction to the fixed insertion hole and the first through hole and a fourth wire passed through the second through hole and connected to the fourth linear actuator.

또한 상기 제1와이어와 상기 제3와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되고, 상기 제2와이어와 상기 제4와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the first wire and the third wire each pass through the first through hole, surround the forearm at a specific angle in the clockwise direction, and pass through the second through hole to the first linear actuator and the third linear actuator. connected, and the second wire and the fourth wire each pass through the first through hole, and then surround the forearm at a specific angle in the counterclockwise direction, and pass through the second through hole to pass through the second linear actuator and the fourth It may be characterized in that it is connected to a linear actuator.

그리고 상기 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may further include a; a control unit for controlling to drive a combination of a pair of linear actuators among the first to fourth linear actuators.

또한 상기 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit may be characterized in that by driving a combination of six pairs of linear actuators, it may be characterized in that it controls to drive three degrees of freedom of rotation.

그리고 상기 제1기준 관절부의 일면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성되며, 상기 운동 관절부는, 상기 제1 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1 운동 관절부; 및 상기 제1 운동 관절부의 일면에 타원체 형상으로 함입된 제2 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하며, 상기 제1운동관절부와 상기 제2운동관절부 각각에 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. And a first contact groove recessed in the shape of an ellipsoid is formed on one surface of the first reference joint part, and the movable joint part has one surface contacted or separated from the first contact groove, and a first movement joint part that is rotatable in a multiaxial direction. ; and a second joint part having one surface contacted or separated from a second contact groove recessed in an ellipsoidal shape on one surface of the first joint part, and rotatable in a multiaxial direction, wherein the first joint part and the second movement It may be characterized in that the insertion hole is formed in each joint portion.

본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 관절장치의 구동방법에 있어서, 제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어와 제2와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및 제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is, in the driving method of the joint device according to the aforementioned first object, the control unit through the first linear driving unit and the second linear driving unit, the first wire and the second wire are pulled and driven, the movement Rotating one side of the joint part with respect to the first reference joint part about a first direction parallel to the plane direction of the first reference joint part; and the control unit is driven by pulling the third wire and the fourth wire through the third linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part is rotated to the other side about the first direction with respect to the first reference joint part; It can be achieved as a driving method of the wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it includes.

그리고 제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행하고 상기 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및 제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the control unit is driven by pulling the second wire and the third wire through the second linear driving unit and the third linear driving unit, so that the movement joint is parallel to the plane direction of the first reference joint with respect to the first reference joint and the first reference joint is parallel to the first reference joint. rotating one side around a second direction orthogonal to the first direction; and the control unit is driven by pulling the first wire and the fourth wire through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part is rotated to the other side about the second direction with respect to the first reference joint part; It may be characterized by including.

또한 제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 시계방향으로 회전되는 단계; 및 제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 반시계방향으로 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit is driven by pulling the first wire and the third wire through the first linear driving unit and the third linear driving unit, so that the forearm rotates clockwise with respect to the second reference joint part, the first rotation axis and the second rotation axis. becoming a step; and the control unit is driven by pulling the second wire and the fourth wire through the second linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the forearm is rotated counterclockwise with respect to the second reference joint part, the first axis of rotation and the second axis of rotation. It may be characterized in that it comprises a; rotating step.

본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법에 따르면, 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 효과를 갖는다. According to the wrist forearm underdrive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom and the driving method thereof according to an embodiment of the present invention, even if six linear actuators are reduced to four, independent driving of three degrees of freedom is possible.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어와 제3와이어가 구동되는 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어와 제4와이어가 구동되는 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전완부 구조물의 사시도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어와 제3와이어가 구동되는 상태의 전완부 구조물의 사시도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어와 제4와이어가 구동되는 상태의 전완부 구조물의 사시도를 도시한 것이다. The following drawings attached to the present specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings It should not be construed as being limited.
1 is an exploded perspective view of a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is a perspective view showing the state of the first reference joint part and the movement joint part in a one-side rotationally driven state in the first direction according to an embodiment of the present invention;
Figure 2b is a perspective view showing the state of the first reference joint part and the motion joint part in a state driven to rotate the other side in the center of the first direction according to an embodiment of the present invention;
Figure 3a is a perspective view showing the state of the first reference joint part and the movement joint part in a one-side rotationally driven state in the second direction according to an embodiment of the present invention;
Figure 3b is a perspective view of the first reference joint part and the movement joint part in a state driven to rotate the other side in the second direction according to an embodiment of the present invention;
4a is a first reference joint part and a motion joint part in a state in which the first wire and the third wire are driven for the forearm structure to twist in the clockwise direction based on the first rotational axis and the second rotational axis according to the embodiment of the present invention; perspective view,
Figure 4b is a first reference joint part and a motion joint part in a state in which the second wire and the fourth wire are driven for twisting motion of the forearm structure in a counterclockwise direction based on the first rotational axis and the second rotational axis according to the embodiment of the present invention; a perspective view of
5 is a perspective view of a forearm structure according to an embodiment of the present invention;
Figure 6a is a perspective view of the forearm structure in a state in which the first wire and the third wire are driven for a clockwise twisting motion of the forearm structure based on the first and second rotational axes according to an embodiment of the present invention;
Figure 6b is a perspective view of the forearm structure in a state in which the second wire and the fourth wire are driven for twisting motion of the forearm structure in a counterclockwise direction with respect to the first axis of rotation and the second axis of rotation according to an embodiment of the present invention; will be.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Therefore, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the region shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate the specific shape of the region of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprises' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe the invention and help understanding. However, a reader having enough knowledge in this field to understand the present invention may recognize that the present invention may be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known and not largely related to the invention in describing the invention are not described in order to avoid confusion without any reason in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)의 구성, 기능 그리고 구동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration, function, and driving method of the wrist forearm insufficiency joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention will be described. First, Figure 1 shows an exploded perspective view of the wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)는 제1기준관절부(10), 운동관절부(20), 전완부 구조물(110), 제2기준관절부(50) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, FIG. 1 is a wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention, a first reference joint part 10, a motion joint part 20, It can be seen that the forearm structure 110 and the second reference joint part 50 are included.

제1기준관절부(10)의 모서리부 각각에 제1관통홀(12)이 형성되어 있다 즉, 4개의 제1관통홀(12)이 형성되며, 제1기준관절부(10)에는 제1접촉홈(11)이 형성된다. The first through-holes 12 are formed in each corner of the first reference joint portion 10, that is, four first through-holes 12 are formed, and the first contact grooves are formed in the first reference joint portion 10. (11) is formed.

운동관절부(20)는, 제1기준관절부(10)의 상측에 설치되며, 제1기준관절부(10)에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상으로 구성된다. The movement joint 20 is installed on the upper side of the first reference joint portion 10, is rotatably installed in a multiaxial direction with respect to the first reference joint portion 10, and is configured in a semi-ellipsoid or ellipsoidal shape.

보다 구체적으로, 제1기준 관절부의 상면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성된다. More specifically, a first contact groove recessed in the shape of an ellipsoid is formed on the upper surface of the first reference joint part.

그리고 운동 관절부는, 제1접촉홈(11)에 하면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1운동관절부(21), 및 이러한 제1운동관절부(21)의 상면에 타원체 형상으로 함입된 제2접촉홈(22)에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하는 것을 할 수 있다. And the movement joint portion, the lower surface of the contact or detachment from the first contact groove 11, the first movement joint portion 21 that can rotate in the multi-axial direction, and the first movement joint portion 21, the upper surface of the ellipsoidal shape indented One surface is in contact with or separated from the second contact groove 22 , and may include a second movement joint that is rotatable in a multi-axial direction.

또한, 제1운동관절부(21)의 모서리부 각각에 제1삽입홀(23)이 형성된다. 즉, 4개의 제1삽입홀(23)이 형성되어진다. 그리고 제2운동관절부(24)의 모서리부 각각에도 제2삽입홀(25)이 형성되어진다. In addition, a first insertion hole 23 is formed in each corner of the first movement joint 21 . That is, four first insertion holes 23 are formed. And a second insertion hole 25 is also formed in each of the corners of the second movement joint 24 .

본 발명의 실시예에 따른 전완부구조물(110)은, 척골부를 모사한 제1전완부(30)와, 요골부를 모사한 제2전완부(40)를 포함한다. The forearm structure 110 according to the embodiment of the present invention includes a first forearm part 30 simulating the ulnar part and a second forearm part 40 simulating a radial part.

제1전완부(30)는 상부 끝단이 제1기준관절부(10) 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 제2기준관절부(50)의 제2회전축(51)에 연결된다. The first forearm part 30 has an upper end connected to one side of the lower end of the first reference joint part 10 and a lower end connected to the second rotation shaft 51 of the second reference joint part 50 .

그리고 제2전완부(40)는 하부 끝단이 제2기준관절부(50) 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 제1기준관절부(10)의 제1회전축(13)에 연결된다. And the second forearm part 40 has a lower end connected to the other side of the upper surface of the second reference joint part 50 , and an upper end connected to the first rotation shaft 13 of the first reference joint part 10 .

따라서 제1전완부(30)와 제2전완부(40)는 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성된다. 그리고 이러한 제1회전축(13)의 연장선은 상기 제2회전축(51) 방향과 일치되도록 구성된다. Accordingly, the first forearm part 30 and the second forearm part 40 are configured to be twisted and rotated in one direction and the other direction based on the first rotation shaft 13 and the second rotation shaft 51 . And the extension line of the first axis of rotation (13) is configured to coincide with the direction of the second axis of rotation (51).

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. Figure 2a is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the movement joint portion 20 in a one-side rotationally driven state in the first direction according to an embodiment of the present invention. And Figure 2b is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the movement joint portion 20 in a state driven to rotate the other side in the first direction according to an embodiment of the present invention.

그리고 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이다. And Figure 3a is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the movement joint portion 20 in a state driven one-sided rotation in the center in the second direction according to an embodiment of the present invention, Figure 3b is the present invention It shows a perspective view of the first reference joint part 10 and the motion joint part 20 in a state driven to rotate the other side in the second direction according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 구동되는 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 구동되는 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이다. In addition, Figure 4a shows the first wire (1-1) and the forearm structure 110 for a clockwise twisting motion based on the first axis of rotation 13 and the second axis of rotation 51 according to the embodiment of the present invention. A perspective view of the first reference joint part 10 and the motion joint part 20 in a state in which the third wire (1-3) is driven, FIG. 4B is a first rotational shaft 13 according to an embodiment of the present invention and The first reference joint part in a state in which the second wire (1-2) and the fourth wire (1-4) are driven for the forearm structure 110 to twist in the counterclockwise direction with respect to the second rotation axis 51 ( 10) and a perspective view of the movement joint 20 are shown.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)는 복수의 와이어(1) 끝단 각각이 제2삽입홀(25)에 고정되며, 각각이 제1삽입홀(23)와 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 선형구동기에 연결되도록 구성된다. In addition, in the wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention, each end of the plurality of wires 1 is fixed to the second insertion hole 25, and each It is passed through the first insertion hole 23, the first through hole 12, and the second through hole 52 to be connected to the linear actuator.

즉, 제1와이어(1-1)는 4개의 제2삽입홀(25) 중 하나에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제1선형구동기에 연결되고, 제2와이어(1-2)는 제1와이어(1-1)가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제2선형구동기에 연결되게 된다. That is, the first wire 1-1 is fixed to one of the four second insertion holes 25 and passes through the first insertion hole 23 , the first through hole 12 and the second through hole 52 . is connected to the first linear actuator, and the second wire (1-2) is fixed to another second insertion hole (25) adjacent in one direction to the insertion hole to which the first wire (1-1) is fixed to the first insertion hole (23), passed through the first through hole 12 and the second through hole 52 is connected to the second linear actuator.

또한, 제3와이어(1-3)는 제2와이어(1-2)가 고정된 제2삽입홀(25)의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제3선형구동기에 연결되고, 제4와이어(1-4)는 제3와이어(1-3)가 고정된 제2삽입홀(25)의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제4선형구동기에 연결되게 된다. In addition, the third wire (1-3) is fixed to another second insertion hole (25) adjacent to the second insertion hole (25) in one direction to which the second wire (1-2) is fixed to the first insertion hole ( 23), passed through the first through hole 12 and the second through hole 52 and connected to the third linear actuator, and the fourth wire (1-4) is a third wire (1-3) fixed to the fourth wire (1-4). It is fixed to another second insertion hole 25 adjacent to the second insertion hole 25 in one direction and passed through the first insertion hole 23, the first through hole 12 and the second through hole 52 to make the fourth It is connected to a linear actuator.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 구동되는 상태의 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 구동되는 상태의 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이다. 5 is a perspective view of the forearm structure 110 according to an embodiment of the present invention. And Figure 6a shows the first wire (1-1) and the first wire (1-1) for a clockwise twisting motion of the forearm structure 110 based on the first axis of rotation 13 and the second axis of rotation 51 according to an embodiment of the present invention. 3 shows a perspective view of the forearm structure 110 in a state in which the wires 1-3 are driven, and FIG. 6b is based on the first rotation shaft 13 and the second rotation shaft 51 according to an embodiment of the present invention. The forearm structure 110 is a perspective view of the forearm structure 110 in a state in which the second wire 1-2 and the fourth wire 1-4 are driven for a counterclockwise twisting motion.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)는 각각이 제1관통홀(12)을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 제1전완부(30)와 제2전완부(40)를 감싸고, 제2관통홀(52)을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되게 된다. As shown in FIG. 5 , the first wire 1-1 and the third wire 1-3 each pass through the first through hole 12, and then clockwise at a specific angle for the first forearm 30 ) and the second forearm 40, pass through the second through-hole 52 to be connected to the first linear actuator and the third linear actuator.

또한, 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)는 각각이 제1관통홀(12)을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 제1전완부(30)와 제2전완부(40)를 감싸고, 제2관통홀(52)을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되게 된다. In addition, after each of the second wire (1-2) and the fourth wire (1-4) passes through the first through hole 12, the first forearm part 30 and the second forearm part at a specific angle counterclockwise It surrounds 40 and passes through the second through hole 52 to be connected to the second linear actuator and the fourth linear actuator.

그리고 제어부는 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어한다. 즉, 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하게 된다. In addition, the control unit controls to drive a combination of a pair of linear actuators among the first to fourth linear actuators. That is, by driving a combination of six pairs of linear actuators, the control unit controls to drive three rotational degrees of freedom.

보다 구체적으로 도 2a에 도시된 바와 같이, 제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제2와이어(1-2)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1기준관절부(10)의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되게 된다. More specifically, as shown in Fig. 2a, the control unit is driven by pulling the first wire (1-1) and the second wire (1-2) through the first linear driving unit and the second linear driving unit, so that the movement joint part ( 20) is rotated on one side with respect to the first reference joint part 10 about a first direction parallel to the plane direction of the first reference joint part 10 .

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어(1-3)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1방향을 중심으로 타측 회전되게 된다. In addition, as shown in FIG. 2B, the control unit pulls the third wire 1-3 and the fourth wire 1-4 through the third linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part 20 ) is rotated on the other side with respect to the first reference joint part 10 about the first direction.

그리고 도 3a에 도시된 바와 같이, 제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어(1-2)와 제3와이어(1-3)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1기준관절부(10)의 평면방향과 평행하고 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되게 된다. And, as shown in Figure 3a, the control unit is driven by pulling the second wire (1-2) and the third wire (1-3) through the second linear driving unit and the third linear driving unit, the movement joint part 20 With respect to the first reference joint portion 10, one side is rotated about the second direction parallel to the plane direction of the first reference joint portion 10 and perpendicular to the first direction.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되게 된다. In addition, as shown in FIG. 3B, the control unit pulls the first wire 1-1 and the fourth wire 1-4 through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part 20 ) is rotated to the other side with respect to the first reference joint part 10 about the second direction.

그리고 제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 당김구동되면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 운동관절부(20)는 회전되지 않고, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1전완부(30)와 제2전완부(40)가 제2기준관절부(50)에 대하여, 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 시계방향으로 회전되게 됨을 알 수 있다. And when the control unit pulls the first wire 1-1 and the third wire 1-3 through the first linear driving unit and the third linear driving unit, as shown in FIG. 4A, the motion joint unit 20 is not rotated, and as shown in FIG. 6A , the first forearm 30 and the second forearm 40 with respect to the second reference joint 50, the first axis of rotation 13 and the second axis of rotation 51 It can be seen that the rotation is clockwise based on

그리고 제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 운동관절부(20)는 회전되지 않고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1전완부(30)와 제2전완부(40)가 제2기준관절부(50)에 대하여, 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 반시계방향으로 회전되게 된다. And when the control unit pulls the second wire (1-2) and the fourth wire (1-4) through the second linear driving unit and the fourth linear driving unit, as shown in FIG. 4B, the motion joint unit 20 is not rotated, and as shown in FIG. 6B , the first forearm 30 and the second forearm 40 are positioned with respect to the second reference joint part 50, the first axis of rotation 13 and the second axis of rotation 51 . is rotated in a counterclockwise direction.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 종래 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 효과를 갖게 된다. Therefore, according to the wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention and its driving method, even if the conventional 6 linear actuators are reduced to 4, independent driving of 3 degrees of freedom is possible possible effect.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, in the apparatus and method described above, the configuration and method of the above-described embodiments are not limitedly applicable, but all or part of each embodiment is selectively combined so that various modifications can be made to the embodiments. may be configured.

1:와이어
1-1:제1와이어
1-2:제2와이어
1-3:제3와이어
1-4:제4와이어
10:제1기준관절부
11:제1접촉홈
12:제1관통홀
13:제1회전축
20:운동관절부
21:제1운동관절부
22:제2접촉홈
23:제1삽입홀
24:제2운동관절부
25:제2삽입홀
30:제1전완부
40:제2전완부
50:제2기준관절부
51:제2회전축
52:제2관통홀
100:각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치
110:전완부 구조물1: wire
1-1: first wire
1-2: second wire
1-3: third wire
1-4: 4th wire
10: first reference joint part
11: First contact groove
12: first through hole
13: first rotation axis
20: movement joint
21: first movement joint part
22: second contact groove
23: first insertion hole
24: second movement joint part
25: second insertion hole
30: first forearm
40: 2nd forearm
50: second reference joint part
51: second rotation shaft
52: second through hole
100: wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom
110: forearm structure

Claims (13)

로봇에 적용이 가능하도록 관절 부위를 구현한 다자유도 관절장치에 있어서,
제1기준관절부;
상기 제1기준관절부의 일측에 설치되며, 상기 제1기준관절부에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상인 운동관절부; 및
일측 끝단이 상기 제1기준관절부의 타측에 연결되는 복수의 전완부와, 상기 복수의 전완부 타측 끝단에 연결되는 제2기준관절부를 포함하며, 상기 제2기준관절부를 기준으로 뒤틀림 회전되는 전완부구조물;을 포함하고,
상기 전완부구조물은, 상부 끝단이 상기 제1기준관절부 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 상기 제2기준관절부의 제2회전축에 연결되는 제1전완부와, 하부 끝단이 상기 제2기준관절부 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 상기 제1기준관절부의 제1회전축에 연결되는 제2전완부를 포함하여, 상기 제1전완부와 상기 제2전완부는 상기 제1회전축과 상기 제2회전축을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성되며,
상기 제1회전축의 연장선은 상기 제2회전축 방향과 일치되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
In a multi-degree of freedom joint device that implements joint parts so that it can be applied to a robot,
first reference joint;
a motion joint part installed on one side of the first reference joint part, rotatably installed in a multiaxial direction with respect to the first reference joint part, and having a semi-ellipsoid or ellipsoidal shape; and
A forearm structure including a plurality of forearm parts having one end connected to the other side of the first reference joint part, and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearms, the forearm structure being twisted and rotated based on the second reference joint part; including,
The forearm structure includes a first forearm part having an upper end connected to one side of the lower end surface of the first reference joint part and a lower end connected to a second rotation shaft of the second reference joint part, and the lower end being the other side of the upper end surface of the second reference joint part. including a second forearm connected to and the upper end of which is connected to the first rotational axis of the first reference joint part, wherein the first forearm and the second forearm are one side and the other side with respect to the first rotational axis and the second rotational axis. It is configured to be twisted and rotated in the direction,
The extension line of the first axis of rotation is fully independent driving of each degree of freedom, characterized in that it coincides with the direction of the second axis of rotation.
 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1기준관절부의 모서리부 각각에 형성되는 4개의 제1관통홀과, 상기 운동관절부 모서리부 각각에 형성되는 4개의 삽입홀과, 상기 제2기준관절부의 모서리 각각에 형성되는 4개의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 1,
Four first through-holes formed in each corner of the first reference joint, four insertion holes formed in each of the corners of the movement joint, and four second through-holes formed in each corner of the second reference joint A wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it includes a through hole.
 제 4항에 있어서,
끝단 각각이 상기 삽입홀에 고정되며, 각각이 상기 삽입홀와 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 선형구동기에 연결되는 복수의 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
5. The method of claim 4,
Each end is fixed to the insertion hole, each of the plurality of wires passed through the insertion hole, the first through-hole, and the second through-hole to be connected to the linear actuator; This is a possible wrist forearm under-actuated joint device.
 제 5항에 있어서,
4개의 삽입홀 중 하나에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제1선형구동기에 연결되는 제1와이어와, 상기 제1와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제2선형구동기에 연결되는 제2와이어와, 상기 제2와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제3선형구동기에 연결되는 제3와이어와, 상기 제3와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제4선형구동기에 연결되는 제4와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
6. The method of claim 5,
A first wire fixed to one of the four insertion holes and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the first linear actuator, and another insertion adjacent in one direction of the insertion hole to which the first wire is fixed a second wire fixed to a hole and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to a second linear actuator, and another insertion hole adjacent to the insertion hole to which the second wire is fixed in one direction A third wire passed through the first through hole and the second through hole and connected to the third linear actuator, and the third wire is fixed to another insertion hole adjacent in one direction of the fixed insertion hole to the first through hole and A wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it includes a fourth wire passed through the second through hole and connected to the fourth linear actuator.
 제 6항에 있어서,
상기 제1와이어와 상기 제3와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되고,
상기 제2와이어와 상기 제4와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
7. The method of claim 6,
After each of the first wire and the third wire passes through the first through-hole, the forearm is wrapped around the forearm at a specific angle in the clockwise direction, passes through the second through-hole, and is connected to the first linear actuator and the third linear actuator become,
After each of the second wire and the fourth wire passes through the first through hole, the forearm is wrapped around the forearm at a specific angle in the counterclockwise direction, and passes through the second through hole to the second linear actuator and the fourth linear actuator. A wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it is connected.
 제 7항에 있어서,
상기 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
8. The method of claim 7,
A control unit for controlling to drive a pair of linear actuators from among the first linear actuator to the fourth linear actuator; a wrist forearm insufficiency driven joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it further comprises.
 제 8항에 있어서,
상기 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
9. The method of claim 8,
The control unit drives a combination of six pairs of linear actuators, characterized in that the control to drive three rotational degrees of freedom.
 제 1항에 있어서,
상기 제1기준 관절부의 일면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성되며,
상기 운동 관절부는,
상기 제1 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1 운동 관절부; 및 상기 제1 운동 관절부의 일면에 타원체 형상으로 함입된 제2 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하며, 상기 제1운동관절부와 상기 제2운동관절부 각각에 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 1,
A first contact groove recessed in an ellipsoidal shape is formed on one surface of the first reference joint part,
The movement joint portion,
a first joint part having one surface contacted or separated from the first contact groove and rotatable in a multiaxial direction; and a second joint part having one surface contacted or separated from a second contact groove recessed in an ellipsoidal shape on one surface of the first joint part, and rotatable in a multiaxial direction, wherein the first joint part and the second movement A wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that an insertion hole is formed in each joint.
 제 8항 또는 제 9항에 따른 관절장치의 구동방법에 있어서,
제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어와 제2와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및
제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
In the driving method of the joint device according to claim 8 or 9,
The control unit is driven by pulling the first wire and the second wire through the first linear driving unit and the second linear driving unit, so that the motion joint part is parallel to the plane direction of the first reference joint part with respect to the first reference joint part in a first direction. Rotating one side around the; and
The control unit is driven by pulling the third wire and the fourth wire through the third linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part is rotated to the other side about the first direction with respect to the first reference joint part; includes; A driving method of a wrist forearm under-driven joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom.
 제 11항에 있어서,
제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행하고 상기 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및
제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
12. The method of claim 11,
The control unit is driven by pulling the second wire and the third wire through the second linear driving unit and the third linear driving unit, so that the movement joint is parallel to the plane direction of the first reference joint with respect to the first reference joint and the first reference joint is parallel to the first rotating one side about a second direction orthogonal to the direction; and
The control unit is driven by pulling the first wire and the fourth wire through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, and the movement joint part is rotated to the other side about the second direction with respect to the first reference joint part; A driving method of a wrist forearm under-driven joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom.
 제 12항에 있어서,
제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 시계방향으로 회전되는 단계; 및
제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 반시계방향으로 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
13. The method of claim 12,
The control unit is driven by pulling the first wire and the third wire through the first linear driving unit and the third linear driving unit, so that the forearm is rotated clockwise with respect to the second reference joint part, the first rotation axis and the second rotation axis. step; and
The control unit is driven by pulling the second wire and the fourth wire through the second linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the forearm rotates counterclockwise with respect to the second reference joint part and the first rotation axis and the second rotation axis. A driving method of a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it comprises a step of becoming.
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