KR102402777B1 - Hybrid Pneumatic Artificial Muscle Using Twisted String-Pneumatic Engine and Operation method thereof - Google Patents

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신동준
이승열
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a pneumatic artificial muscle unit using twisted string driving, and an operation method thereof. More specifically, the pneumatic artificial muscle unit includes: a nonelastic sleeve; a gas flow part connected to one end of the nonelastic sleeve to receive gas injected therethrough; a fixed end connected to the other end of the nonelastic sleeve to close the other end of the nonelastic sleeve; an elastic tube provided in the nonelastic sleeve and having one end connected with the gas flow part and the other end connected with the fixed end; a turbine having a rotary shaft located on a longitudinal center axis of the pneumatic artificial muscle unit, having a plurality of propellers installed on the rotary shaft, and driving the propellers through pressure from the gas introduced from the gas flow part to generate torque; a motor connected to the turbine to assist a rotating force for the turbine; and a twisted string connected with the other end of the rotary shaft of the turbine and the fixed end, and twisted by the torque of the turbine to be compressed in a longitudinal direction. Therefore, when the gas is injected through the gas flow part, the string is twisted by the torque of the turbine to be contracted in the longitudinal direction and, meanwhile, the gas is supplied into the elastic tube to be expended such that the nonelastic sleeve is expanded in a radial direction and is contracted in a longitudinal direction. According to the present invention, the responsibility of a pneumatic artificial muscle can be improved.

Description

줄꼬임­공압 엔진을 이용한 하이브리드 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법{Hybrid Pneumatic Artificial Muscle Using Twisted String-Pneumatic Engine and Operation method thereof}Hybrid Pneumatic Artificial Muscle Using Twisted String-Pneumatic Engine and Operation method thereof

본 발명은 줄꼬임­공압 엔진을 이용한 하이브리드 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid pneumatic artificial muscle unit using a string twisted pneumatic engine and a method for operating the same.

최근, 노약자나 장애인 등의 재활이나 활동 보조기기에 대해 연구개발이 다양하게 진행되고 있으며, 팔 또는 다리와 같은 관절의 움직임이 불편한 노약자나 장애인의 재활이나 활동 보조를 위한 보조기구로, 인체 착용형 근력지원 로봇에 대한 개발도 진행되고 있다.Recently, various R&D is being carried out on rehabilitation or activity assisting devices for the elderly or the disabled, and as an auxiliary device for rehabilitation or activity assistance of the elderly or the disabled who have difficulty in joint movement such as arms or legs, it is a body-worn muscle strength Development of support robots is also in progress.

현재까지 개발된 인체 착용형 근력지원 로봇의 경우, 착용부가 링크와 조인트로 이루어진 구조이며, 그 조인트에 모터를 부착하거나 링크에 공압 피스톤 또는 인공 근육을 부착한 형태로 제작되고 있다. 즉, 사용자의 신체구조의 각 관절을 지지하기 위해 단단한 소재의 프레임을 연결한 링크 구조가 적용되고 있으며, 각 관절의 인위적인 구동을 위한 구동모터 등의 구동 메커니즘이 적용되고 있다. 따라서 구동부의 구동력이 각 링크에 전달되어, 링크가 고정된 관절이 동작함으로써 사용자의 재활이나 활동이 보조되는 것이다.In the case of the human body wearable muscle support robot developed so far, the wearable part has a structure consisting of a link and a joint, and a motor is attached to the joint, or a pneumatic piston or artificial muscle is attached to the link. That is, to support each joint of the user's body structure, a link structure connecting a frame made of a hard material is applied, and a driving mechanism such as a driving motor for artificially driving each joint is applied. Accordingly, the driving force of the driving unit is transmitted to each link, and the user's rehabilitation or activity is assisted by the operation of the joint to which the link is fixed.

그러나 상기와 같은 링크 구조를 통한 인체 착용형 근력지원 로봇의 경우, 링키지 구조의 무게 때문에 구동부의 에너지 소모가 증가되고, 복잡한 구조로 인해 착용시 불편함이 크고 제작 비용이 증가한다. 또한, 사용자의 신체 구조에 적합하도록 용이하게 변경하는 것이 어렵다.However, in the case of the human body-wearable muscle support robot through the link structure as described above, the energy consumption of the driving unit is increased due to the weight of the linkage structure, and the wearability is large due to the complicated structure, and the manufacturing cost is increased. In addition, it is difficult to easily change it to fit the user's body structure.

웨어러블 로봇, 협업 로봇 등 사람과 빈번하게 상호작용을 하는 로봇에서는 안전하게 구동하는 기술이 필연적이며 활발하게 연구되고 있다. 대표적인 안전한 구동기로서 공압 인공근육은 가볍고 유연한 성질과 높은 force density를 장점으로 널리 연구되고 있다.In robots that frequently interact with humans, such as wearable robots and collaborative robots, safe operation technology is inevitable and actively researched. As a representative safe actuator, pneumatic artificial muscle has been widely studied with its advantages of light and flexible properties and high force density.

하지만, 공압인공근육은 압축성 유체인 공기를 사용하기 때문에 제어 성능이나 응답성이 낮은 단점이 존재한다. 사람의 근육보다 인공근육이 느리고 제어가 안되면 사람에게 부하로 작용하고 사람의 빠른 모션을 보조해주거나 상호작용하는데 큰 걸림돌이 된다.However, since the pneumatic artificial muscle uses air, which is a compressible fluid, there is a disadvantage of low control performance and low responsiveness. If artificial muscles are slower than human muscles and are not controlled, they act as a load on humans and become a major obstacle to assisting or interacting with people’s fast motion.

또한, 공압인공근육은 수축함에 따라 힘이 지수적으로 감소하는 특성을 가지므로 큰 변위로 수축한 상황에서 원하는 힘을 달성하기 어렵다. 큰 변위로 수축한 상황에서 원하는 힘을 달성하기 위해서는 더 높은 압력을 사용하거나 공압인공근육의 사이즈를 확장해야 하는데, 이는 웨어러블 로봇, 협업 로봇 등의 제약 조건으로 인해 어려운 방법이다. In addition, since the force of the pneumatic artificial muscle decreases exponentially as it contracts, it is difficult to achieve the desired force in a contracted situation with a large displacement. In order to achieve the desired force in a contracted situation with large displacement, it is necessary to use a higher pressure or expand the size of the pneumatic artificial muscle, which is difficult due to the constraints of wearable robots and collaborative robots.

그리고 일반적인 수축형 공압 인공근육은 주입구로 들어오는 공기의 압력에너지가 내부의 탄성 튜브를 부풀려주고, 동시에 겉에 있는 격자모양의 비탄성 커버가 부풀어진 탄성 튜브에 의해 반지름 팽창에서 길이 팽창으로 힘을 전환해주면서 선형 방향의 수축 힘/변위를 만들어 준다. 따라서, 공기의 압축성 특성으로 인해서 응답성이 낮고, 제한된 힘과 수축비를 가지게 되는 문제가 존재한다. And in general contractible pneumatic artificial muscles, the pressure energy of the air entering the inlet inflates the inner elastic tube, and at the same time, the outer grid-shaped inelastic cover converts the force from radial expansion to longitudinal expansion by the inflated elastic tube. It creates a contraction force/displacement in a linear direction. Accordingly, there is a problem in that the responsiveness is low due to the compressibility characteristics of air, and it has a limited force and contraction ratio.

대한민국 등록특허 10-1795782Republic of Korea Patent Registration 10-1795782 대한민국 공개특허 10-2015-0130273Republic of Korea Patent Publication 10-2015-0130273 대한민국 등록특허 10-1843530Republic of Korea Patent Registration 10-1843530 대한민국 등록특허 10-1731163Republic of Korea Patent Registration 10-1731163

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 PAM(공압 인공근육)의 한계를 뛰어 넘어, 더 빠른 응답성과 큰 힘을 낼 수 있도록 할 수 있는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, it is possible to overcome the limitations of the existing PAM (pneumatic artificial muscle) and to generate faster responsiveness and greater power. An object of the present invention is to provide a pneumatic artificial muscle unit using a twisted string drive and an operation method thereof.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 공압 인공근육의 주입구에 터빈과 초소형 모터를 삽입하여 공기의 압력에너지와 전기에너지로 토크를 얻어내고, 얻어낸 토크를 줄 꼬임 구동기를 활용하여 선형방향의 수축 힘으로 전환할 수 있는, 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. And, according to an embodiment of the present invention, a turbine and a micro-motor are inserted into the inlet of the pneumatic artificial muscle to obtain a torque using air pressure energy and electric energy, and the obtained torque is converted into a linear contraction force using a twisted-line actuator. An object of the present invention is to provide a pneumatic artificial muscle unit using a switchable, twisted-line actuation and an operation method thereof.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 주입구에서 들어오는 에너지들에 즉각적으로 반응하는 줄 꼬임 구동기로 인해, 공압 인공근육의 응답성을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 터빈으로 주입되는 공기의 유량과 압력을 높여 주어 공압인공근육 자체의 응답성도 향상될 수 있는, 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to the embodiment of the present invention, due to the twisted string actuator that responds immediately to the energies coming in from the inlet, the responsiveness of the pneumatic artificial muscle can be dramatically improved, and the flow rate and pressure of the air injected into the turbine are increased It is an object of the present invention to provide a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving, which can also improve the responsiveness of the pneumatic artificial muscle itself, and an operation method thereof.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 터빈과 초소형모터를 공압인공근육에 삽입하면 추가적인 줄꼬임 구동기로 인해 얻는 수축력을 공압인공근육에 더해줄 수 있으며, 압축성 유체인 공기가 탄성 튜브를 충분히 부풀여 주어 공압인공근육이 수축하는데 걸리는 시간 사이에 줄 꼬임 구동기가 먼저 반응하여 수축을 만들어 줄 수 있으므로 구동기의 응답성을 획기적으로 향상시킬 수 있는, 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. And, according to an embodiment of the present invention, when the turbine and the micromotor are inserted into the pneumatic artificial muscle, the contractile force obtained by the additional twisting actuator can be added to the pneumatic artificial muscle, and the compressed fluid air sufficiently inflates the elastic tube, so that the pneumatic To provide a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line actuation and an operating method thereof, which can dramatically improve the responsiveness of the actuator because the twisted string actuator reacts first between the time it takes for the artificial muscle to contract and can make the contract. There is a purpose.

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, 공압인공근육 유닛에 있어서, 비탄성슬리브; 상기 비탄성슬리브 일단에 연결되어 기체가 주입되는 기체유출입부; 상기 비탄성슬리브 타단에 연결되어 상기 비탄성슬리브의 타단을 폐쇄하는 고정단; 상기 비탄성 슬리브 내에, 일단은 상기 기체유출입부에 연결되고 타단은 상기 고정단에 연결되는 탄성튜브; 상기 공압인공근육 유닛의 길이방향 중심축 상에 위치되는 회전축을 갖고, 상기 회전축상에 설치된 복수의 프로펠러를 가지며, 상기 기체유출입부로부터 유입된 기체의 압력에 의해 프로펠러가 구동되어 토크를 생성하는 터빈; 및 상기 터빈의 회전축 타단과 상기 고정단 사이에 연결되며, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되는 꼬임줄;을 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is a pneumatic artificial muscle unit, comprising: an inelastic sleeve; a gas inlet and outlet connected to one end of the inelastic sleeve into which gas is injected; a fixed end connected to the other end of the inelastic sleeve to close the other end of the inelastic sleeve; an elastic tube in the inelastic sleeve, one end connected to the gas inlet and the other end connected to the fixed end; A turbine having a rotation shaft positioned on the longitudinal central axis of the pneumatic artificial muscle unit, a plurality of propellers installed on the rotation shaft, and the propeller is driven by the pressure of the gas introduced from the gas inlet to generate torque ; and a twisted line that is connected between the other end of the rotating shaft of the turbine and the fixed end, and is twisted by the torque of the turbine and compressed in the longitudinal direction. can be

그리고 상기 기체유출입부를 통해 기체가 주입되면, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임줄이 꼬임구동되어 길이방향으로 수축되고 동시에, 기체가 상기 탄성튜브 내로 공급되어 팽창되어 상기 비탄성슬리브가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되는 것을 특징으로 할 수 있다. And when gas is injected through the gas inlet and outlet, the twisted string is twisted by the torque of the turbine and contracted in the longitudinal direction, and at the same time, gas is supplied into the elastic tube and expanded to expand the inelastic sleeve in the radial direction and length It may be characterized in that it is contracted in the direction.

또한 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 회전력을 보조하는 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may be characterized in that it further comprises; a motor connected to the turbine to assist the rotational force in the turbine.

그리고 상기 기체유출입부 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단; 및 상기 기체공급수단을 제어하여 공압인공근육 유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a gas supply means for supplying the gas to the gas inlet side; and a control unit that controls the gas supply means to control the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit, thereby controlling the contraction force and displacement.

또한 상기 터빈의 토크 및, 꼬임줄의 길이방향 수축길이 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may further include; a measuring unit for measuring at least one of the torque of the turbine and the lengthwise contraction length of the twisted line in real time.

그리고 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the controller may control the driving of the motor based on the value measured by the measuring unit.

또한 배기모드시, 상기 탄성튜브 내의 기체가 상기 기체유출입부를 통해 배기되고, 상기 탄성튜브의 탄성에너지를 통해 상기 꼬임줄이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the exhaust mode, the gas in the elastic tube is exhausted through the gas inlet and out, and the twisted string is unwinded and driven by the elastic energy of the elastic tube, and is contracted in the radial direction and expanded in the longitudinal direction. .

그리고 상기 기체유출입부는 기체주입부로 구성되고, 상기 고정단에 배기모드시 개방되어 탄성튜브 내의 기체를 배기시키는 배기밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the gas inlet and outlet may be configured as a gas inlet, and may further include an exhaust valve that is opened at the fixed end in an exhaust mode to exhaust gas in the elastic tube.

또한 상기 제어부는 배기모드시, 상기 모터를 역구동하도록 제어하여 상기 꼬임줄을 풀림구동시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit may be characterized in that, in the exhaust mode, by controlling the motor to be driven in reverse to drive the twisted line unwinding.

본 발명의 제2목적은 공압인공근육 유닛의 작동방법에 있어서, 비탄성슬리브 일단에 연결된 기체유출입부를 통해 기체가 주입되는 제1단계; 상기 기체유출입부로부터 유입된 기체의 압력에 의해 터빈의 프로펠러가 구동되어 토크를 생성하는 제2단계; 및 상기 터빈의 회전축 타단과 고정단 사이에 연결된 꼬임줄이, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되고, 동시에, 기체가 상기 탄성튜브 내로 공급되고 팽창되어 상기 비탄성슬리브가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide a method of operating a pneumatic artificial muscle unit, comprising: a first step of injecting gas through a gas inlet connected to one end of an inelastic sleeve; a second step of generating torque by driving the propeller of the turbine by the pressure of the gas introduced from the gas inlet; and a twisted line connected between the other end of the rotating shaft and the fixed end of the turbine is twisted by the torque of the turbine and compressed in the longitudinal direction, and at the same time, gas is supplied into the elastic tube and expanded so that the inelastic sleeve is radially It can be achieved as a method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving, characterized in that it includes; a third step of expanding and contracting in the longitudinal direction.

그리고 제 2단계에서, 상기 터빈에 연결된 모터가 구동되어 상기 터빈에 회전력을 보조하는 것을 특징으로 할 수 있다. 터빈의 프로펠러는 터빈 블레이드(turbine blade)로서 로터(rotor)와 스테이터(stator)가 번갈아 배치되며, 블레이드 방향/배치에 따라서 압축기(compressor)나 터빈(turbine)으로 나뉘어 구축될 수 있다. 복수개의 프로펠러의 배치를 통해 설계자가 원하는 유량과 압력을 공압인공근육 유닛에 공급할 수 있다.And in the second step, the motor connected to the turbine may be driven to assist the rotational force in the turbine. The propeller of the turbine is a turbine blade, in which a rotor and a stator are alternately arranged, and may be divided into a compressor or a turbine according to the direction/arrangement of the blades. Through the arrangement of a plurality of propellers, the designer can supply the desired flow rate and pressure to the pneumatic artificial muscle unit.

또한 제어부가 상기 기체유출입부 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단을 제어하여 공압인공근육 유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit controls the gas supply means for supplying the gas to the gas inlet and out to adjust the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit, it may further include the step of controlling the contraction force and displacement. .

그리고 측정부가 상기 터빈의 토크 및, 꼬임줄의 길이방향 수축길이를 실시간으로 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. and measuring, by a measuring unit, the torque of the turbine and the lengthwise contraction length of the twisted line in real time; and controlling, by the control unit, the driving of the motor based on the value measured by the measuring unit.

또한 제 3단계 후에, 상기 탄성튜브 내의 기체가 상기 기체유출입부를 통해 배기되고, 상기 탄성튜브의 탄성에너지를 통해 상기 꼬임줄이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되는 배기모드가 진행되는 단계를 더 포함하고, 상기 제어부는 배기모드시, 상기 모터를 역구동하도록 제어하여 상기 꼬임줄을 풀림구동시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, after the third step, the gas in the elastic tube is exhausted through the gas inlet and out, and the twisted string is released and driven through the elastic energy of the elastic tube, and the exhaust mode is contracted in the radial direction and expanded in the longitudinal direction. The method may further include a step, wherein the controller controls the motor to be reversely driven in the exhaust mode to unwind the twisted line.

본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 따르면, 기존 PAM(공압 인공근육)의 한계를 뛰어 넘어, 더 빠른 응답성과 큰 힘을 낼 수 있도록 할 수 있는 효과를 갖는다. According to the pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving and its operation method according to the embodiment of the present invention, it is possible to overcome the limitations of the existing PAM (pneumatic artificial muscle) and to generate faster responsiveness and greater force. has

그리고 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 따르면, 공압 인공근육의 주입구에 터빈과 초소형 모터를 삽입하여 공기의 압력에너지와 전기에너지로 토크를 얻어내고, 얻어낸 토크를 줄 꼬임 구동기를 활용하여 선형방향의 수축 힘으로 전환할 수 있는 효과를 갖는다. And according to the pneumatic artificial muscle unit and its operating method using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention, a turbine and a micro-motor are inserted into the inlet of the pneumatic artificial muscle to obtain torque with air pressure energy and electric energy, It has the effect of converting the obtained torque into a linear contraction force using a string twist actuator.

또한 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 따르면, 주입구에서 들어오는 에너지들에 즉각적으로 반응하는 줄 꼬임 구동기로 인해, 공압 인공근육의 응답성을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 터빈으로 주입되는 공기의 유량과 압력을 높여 주어 공압인공근육 자체의 응답성도 향상될 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the pneumatic artificial muscle unit using twisted-line actuation and its operating method according to an embodiment of the present invention, the responsiveness of the pneumatic artificial muscle is dramatically improved due to the twisted-line actuator that responds immediately to energies coming from the inlet. It has the effect that the responsiveness of the pneumatic artificial muscle itself can be improved by increasing the flow rate and pressure of the air injected into the turbine.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 따르면, 터빈과 초소형모터를 공압인공근육에 삽입하면 추가적인 줄꼬임 구동기로 인해 얻는 수축력을 공압인공근육에 더해줄 수 있으며, 압축성 유체인 공기가 탄성 튜브를 충분히 부풀여 주어 공압인공근육이 수축하는데 걸리는 시간 사이에 줄 꼬임 구동기가 먼저 반응하여 수축을 만들어 줄 수 있으므로 구동기의 응답성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. And according to the pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving and its operating method according to the embodiment of the present invention, when a turbine and a micromotor are inserted into the pneumatic artificial muscle, the contractile force obtained by the additional twisted-line actuator can be added to the pneumatic artificial muscle. In addition, since the compressed fluid air sufficiently inflates the elastic tube, the twisted string actuator reacts first to make a contraction between the time it takes for the pneumatic artificial muscle to contract. have

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 실시예를 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 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법 흐름도,
도 3은 기체 주입 시작단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도,
도 4는 팽창 인장 단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도,
도 5는 배기단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 탄성에너지를 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments 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 that the present invention is limited only to the matters described in those drawings and should not be interpreted.
1 is a cross-sectional view of a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of an operation method of a pneumatic artificial muscle unit using a twisted string drive according to an embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a pneumatic artificial muscle unit using a twisted string drive according to an embodiment of the present invention in the gas injection start stage;
4 is a cross-sectional view of the pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention in the step of expansion and tension;
5 is a cross-sectional view of a pneumatic artificial muscle unit using elastic energy according to an embodiment of the present invention in the exhaust stage;
6 is a block diagram illustrating a signal flow of a control unit according to an embodiment of the present invention.

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 specific shapes of regions 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. 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 it can 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 are not described in order to avoid confusion without any reason in describing the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛 및 그 작동방법에 따르면, 터빈과 초소형모터를 공압인공근육에 삽입하면 추가적인 줄꼬임 구동기로 인해 얻는 수축력을 공압인공근육에 더해줄 수 있으며, 압축성 유체인 공기가 탄성 튜브를 충분히 부풀여 주어 공압인공근육이 수축하는데 걸리는 시간 사이에 줄 꼬임 구동기가 먼저 반응하여 수축을 만들어 줄 수 있으므로 구동기의 응답성을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. Hereinafter, the configuration, function and operation method of the pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention will be described. According to the pneumatic artificial muscle unit and its operating method using twisted-line drive according to an embodiment of the present invention, when a turbine and a micromotor are inserted into the pneumatic artificial muscle, the contractile force obtained by the additional twisted-line actuator can be added to the pneumatic artificial muscle. , the compressive fluid air sufficiently inflates the elastic tube, so that the string twist actuator reacts first to make a contraction between the time it takes for the pneumatic artificial muscle to contract, so the responsiveness of the actuator can be dramatically improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛(100)은, 비탄성슬리브(10), 기체유출입부(30), 고정단(70), 탄성튜브(20), 터빈(40), 소형모터(50), 꼬임줄(60) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 1 is a cross-sectional view of a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention. The pneumatic artificial muscle unit 100 using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention includes an inelastic sleeve 10, a gas inlet 30, a fixed end 70, an elastic tube 20, and a turbine 40. , it can be seen that it can be configured to include a small motor 50, twisted line 60, and the like.

비탄성슬리브(10)는 비탄성이나 유연성이 있는 직물, 매쉬, 격자모양으로 구성될 수 있다. The inelastic sleeve 10 may be configured in a non-elastic or flexible fabric, mesh, or lattice shape.

기체유출입부(30)는 비탄성슬리브(10) 일단에 연결되어 기체공급수단(1)에 의해 기체가 주입될 수 있도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기체유출입부(30)를 통한 기체의 유입, 공급방향은 길이방향에 수직된 방향이 되도록 함을 알 수 있다. The gas inlet and outlet 30 is connected to one end of the inelastic sleeve 10 so that gas can be injected by the gas supply means 1 . As shown in FIG. 1 , it can be seen that the inflow and supply directions of gas through the gas inlet and outlet 30 are perpendicular to the longitudinal direction.

그리고 고정단(70)은 비탄성슬리브(10) 타단에 연결되어 비탄성슬리브(10)의 타단을 폐쇄하도록 구성된다. 또는 기체유출입부(30)는 기체주입부로서만 기능을 수행하고, 고정단(70) 측에 배기밸브를 설치하여 수축모드시 폐쇄되고 배기모드시 개방되도록 구성될 수도 있다. And the fixed end 70 is connected to the other end of the inelastic sleeve 10 is configured to close the other end of the inelastic sleeve (10). Alternatively, the gas inlet 30 may be configured to function only as a gas inlet, and to be closed in the contracting mode and open in the exhaust mode by installing an exhaust valve on the fixed end 70 side.

탄성튜브(20)는 비탄성슬리브(10) 내에, 일단은 기체유출입부(30)에 연결되고 타단은 고정단(70)에 연결되도록 구성되어, 공급되는 기체의 압력에너지에 의해 팽창되도록 구성될 수 있다. The elastic tube 20 is configured to be in the inelastic sleeve 10, one end connected to the gas inlet 30 and the other end connected to the fixed end 70, so as to be expanded by the pressure energy of the supplied gas. have.

본 발명의 실시예에 따른 터빈(40)은 공압인공근육 유닛(100)의 길이방향 중심축상에 위치되는 회전축과, 이러한 회전축상에 설치된 복수의 프로펠러(41)를 포함하여 구성된다. 따라서, 기체유출입부(30)로부터 유입된 기체의 압력에 의해 프로펠러(41)가 구동되어 회전축을 기준으로 회전 토크를 생성하게 된다. The turbine 40 according to the embodiment of the present invention is configured to include a rotation shaft positioned on the longitudinal central axis of the pneumatic artificial muscle unit 100, and a plurality of propellers 41 installed on the rotation shaft. Accordingly, the propeller 41 is driven by the pressure of the gas introduced from the gas inlet and outlet 30 to generate a rotational torque based on the rotation shaft.

또한 모터(50)는 터빈(40)에 연결되어 터빈(40)에 회전력을 보조할 수 있다. 따라서 주입되는 기체압력과 소형모터(50)의 구동에 의해 토크를 생성하게 된다. 터빈의 프로펠러는 터빈 블레이드(turbine blade)로서 로터(rotor)와 스테이터(stator)가 번갈아 배치되며, 블레이드 방향/배치에 따라서 압축기(compressor)나 터빈(turbine)으로 나뉘어 구축될 수 있다. 복수개의 프로펠러의 배치를 통해 설계자가 원하는 유량과 압력을 공압인공근육 유닛에 공급할 수 있다.In addition, the motor 50 may be connected to the turbine 40 to assist the rotational force in the turbine 40 . Accordingly, the torque is generated by the injected gas pressure and the driving of the small motor 50 . The propeller of the turbine is a turbine blade, in which a rotor and a stator are alternately arranged, and may be divided into a compressor or a turbine according to the direction/arrangement of the blades. Through the arrangement of a plurality of propellers, the designer can supply the desired flow rate and pressure to the pneumatic artificial muscle unit.

그리고 꼬임줄(60)은 터빈(40)의 회전축 타단과 고정단 사이에 연결되어, 상기 터빈(40)의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되도록 구성된다. And the twisted line 60 is connected between the other end and the fixed end of the rotating shaft of the turbine 40, is twisted by the torque of the turbine 40 is configured to be compressed in the longitudinal direction.

따라서 기체유출입부(30)를 통해 기체가 주입되고 소형모터(50)가 구동되면 터빈(40)에 토크가 생성되고, 이러한 터빈(40)의 토크에 의해 꼬임줄(60)이 꼬임구동되어 길이방향으로 수축되고 동시에, 기체가 탄성튜브(20) 내로 공급되어 팽창되어 비탄성슬리브(10)가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되게 된다. Therefore, when gas is injected through the gas inlet and outlet 30 and the small motor 50 is driven, a torque is generated in the turbine 40, and the twisted string 60 is twisted by the torque of the turbine 40 and thus the length direction, and at the same time, gas is supplied into the elastic tube 20 to expand, so that the inelastic sleeve 10 expands in the radial direction and contracts in the longitudinal direction.

또한 제어부(80)는 기체유출입부(30) 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단(1)을 제어하여 공압인공근육 유닛(100)으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어할 수 있다. In addition, the control unit 80 controls the gas supply means 1 for supplying the gas to the gas inlet and outlet 30 to control the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit 100 to control the contraction force and displacement. can

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 터빈(40)의 토크 및, 꼬임줄(60)의 길이방향 수축길이를 실시간으로 측정하는 측정부(81)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 제어부(80)는 측정부(81)에서 측정된 값을 기반으로 모터(50)의 구동을 제어할 수 있게 된다. 즉, 필요한 또는 설정된 수축힘, 수축변위에 도달하지 못하거나, 필요한 토크값이 부족한 경우, 소형모터(50)과 기체공급수단(1)의 구동을 제어하여 설정된 수축힘, 변위에 도달하도록 하고, 설정된 응답속도에 도달하도록 소형모터(50)과 기체공급수단(1)의 구동을 제어하게 된다. And according to an embodiment of the present invention, the torque of the turbine 40 and the lengthwise contraction length of the twisted line 60 may be configured to include a measurement unit 81 for measuring in real time. Accordingly, the control unit 80 can control the driving of the motor 50 based on the value measured by the measurement unit 81 . That is, when the required or set contracting force or displacement cannot be reached, or the required torque value is insufficient, the small motor 50 and the gas supply means 1 are controlled to reach the set contracting force and displacement, The driving of the small motor 50 and the gas supply means 1 is controlled to reach the set response speed.

또한 배기모드시에는, 탄성튜브(20) 내의 기체가 기체유출입부(30)를 통해 배기되고, 탄성튜브(20)의 탄성에너지를 통해 꼬임줄(60)이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되게 된다. 이때, 제어부(80)는 배기모드시, 모터(50)를 역구동하도록 제어하여 꼬임줄(60)을 풀림구동시키도록 할 수 있다. In addition, in the exhaust mode, the gas in the elastic tube 20 is exhausted through the gas inlet portion 30, and the twisted string 60 is unwinded and driven through the elastic energy of the elastic tube 20, contracting in the radial direction, length to expand in the direction In this case, the control unit 80 may control the motor 50 to be driven in reverse in the exhaust mode to unwind the twisted line 60 .

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving according to an embodiment of the present invention.

비탄성슬리브(10) 일단에 연결된 기체유출입부(30)를 통해 기체가 주입되게 된다(S1). 도 3은 기체 주입 시작단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도를 도시한 것이다. Gas is injected through the gas inlet 30 connected to one end of the inelastic sleeve 10 (S1). 3 is a cross-sectional view showing a pneumatic artificial muscle unit using a twisted string drive according to an embodiment of the present invention in the gas injection starting stage.

기체유출입부(30)로부터 유입된 기체의 압력에너지에 의해 터빈(40)의 프로펠러(41)가 구동되어 토크를 생성하게 된다(S2). 이때. 터빈(40)에 연결된 모터(50)가 구동되어 터빈(40)에 회전력을 보조하도록 구성된다. The propeller 41 of the turbine 40 is driven by the pressure energy of the gas introduced from the gas inlet 30 to generate torque (S2). At this time. A motor 50 connected to the turbine 40 is driven to assist the rotational force in the turbine 40 .

그리고 터빈(40)의 회전축 타단과 고정단(70) 사이에 연결된 꼬임줄(60)이, 터빈(40)의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되고(S3), 동시에, 기체가 탄성튜브(20) 내로 공급되어 팽창되어 비탄성슬리브(10)가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되게 된다(S4). 도 4는 팽창 인장 단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도를 도시한 것이다. And the twisted line 60 connected between the other end of the rotating shaft of the turbine 40 and the fixed end 70 is twisted and driven by the torque of the turbine 40 and compressed in the longitudinal direction (S3), and at the same time, the gas is formed in the elastic tube (20) is supplied into the expanded inelastic sleeve 10 is radially expanded and contracted in the longitudinal direction (S4). 4 is a cross-sectional view of a pneumatic artificial muscle unit using a twisted string drive according to an embodiment of the present invention in the expansion and tension step.

또한 제어부(80)는 기체유출입부(30) 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단(1)을 제어하여 공압인공근육 유닛(100)으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어하게 된다. In addition, the control unit 80 controls the gas supply means 1 for supplying gas to the gas inlet and outlet 30 to control the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit 100 to control the contraction force and displacement. do.

그리고 측정부(81)는 터빈(40)의 토크 및, 꼬임줄(60)의 길이방향 수축길이를 실시간으로 측정하게 되고, 제어부는 측정부에서 측정된 값을 기반으로 모터의 구동을 제어하게 된다. And the measuring unit 81 measures the torque of the turbine 40 and the lengthwise contraction length of the twisted line 60 in real time, and the control unit controls the driving of the motor based on the value measured by the measuring unit. .

도 5는 배기단계에서의 본 발명의 실시예에 따른 탄성에너지를 이용한 공압인공근육 유닛의 단면도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 5 is a cross-sectional view showing a pneumatic artificial muscle unit using elastic energy according to an embodiment of the present invention in the exhaust stage, and FIG. 6 is a block diagram showing a signal flow of a control unit according to an embodiment of the present invention. will be.

도 5에 도시된 바와 같이, 배기모드에서는 탄성튜브(20) 내의 기체가 기체유출입부(30)를 통해 배기되고, 탄성튜브(20)의 탄성에너지를 통해 꼬임줄(60)이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되게 된다. 이때 제어부(80)는 모터(50)를 역구동하도록 제어하여 꼬임줄(60)을 풀림구동시키도록 할 수 있다. As shown in FIG. 5 , in the exhaust mode, the gas in the elastic tube 20 is exhausted through the gas inlet 30 , and the twisted string 60 is released and driven through the elastic energy of the elastic tube 20 , and the radius It contracts in the direction of expansion and expands in the longitudinal direction. In this case, the control unit 80 may control the motor 50 to be driven in reverse to drive the twisted string 60 unwinding.

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.

10:비탄성슬리브
20:탄성튜브
30:기체유출입유닛
40:터빈
41:프로펠러
50:모터
60:꼬임줄
70:고정단
80:제어부
81:측정부
100:줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛10: inelastic sleeve
20: elastic tube
30: gas inflow unit
40: turbine
41: propeller
50: motor
60: twisted line
70: fixed end
80: control unit
81: measurement unit
100: Pneumatic artificial muscle unit using twisted rope drive

Claims (14)

공압인공근육 유닛에 있어서,
비탄성슬리브;
상기 비탄성슬리브 일단에 연결되어 기체가 주입되는 기체유출입부;
상기 비탄성슬리브 타단에 연결되어 상기 비탄성슬리브의 타단을 폐쇄하는 고정단;
상기 비탄성 슬리브 내에, 일단은 상기 기체유출입부에 연결되고 타단은 상기 고정단에 연결되는 탄성튜브;
상기 공압인공근육 유닛의 길이방향 중심축 상에 위치되는 회전축을 갖고, 상기 회전축상에 설치된 복수의 프로펠러를 가지며, 상기 기체유출입부로부터 유입된 기체의 압력에 의해 프로펠러가 구동되어 토크를 생성하는 터빈; 및
상기 터빈의 회전축 타단과 상기 고정단 사이에 연결되며, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되는 꼬임줄;을 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
In the pneumatic artificial muscle unit,
inelastic sleeve;
a gas inlet connected to one end of the inelastic sleeve into which gas is injected;
a fixed end connected to the other end of the inelastic sleeve to close the other end of the inelastic sleeve;
In the inelastic sleeve, one end is connected to the gas inlet and the other end is connected to the fixed end of the elastic tube;
A turbine having a rotational shaft positioned on the longitudinal central axis of the pneumatic artificial muscle unit, a plurality of propellers installed on the rotational shaft, and the propeller is driven by the pressure of the gas introduced from the gas inlet to generate torque ; and
and a twisted line connected between the other end of the rotating shaft of the turbine and the fixed end, and twisted by the torque of the turbine and compressed in the longitudinal direction.
 제 1항에 있어서,
상기 기체유출입부를 통해 기체가 주입되면, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임줄이 꼬임구동되어 길이방향으로 수축되고 동시에, 기체가 상기 탄성튜브 내로 공급되어 팽창되어 상기 비탄성슬리브가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
The method of claim 1,
When gas is injected through the gas inlet and outlet, the twisted string is twisted and contracted in the longitudinal direction by the torque of the turbine, and at the same time, gas is supplied into the elastic tube and expanded to expand the inelastic sleeve in the radial direction A pneumatic artificial muscle unit using twisted-line actuation, characterized in that it is contracted to
 제 2항에 있어서,
상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 회전력을 보조하는 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
3. The method of claim 2,
The pneumatic artificial muscle unit using twisted string drive, characterized in that it further comprises; a motor connected to the turbine to assist the rotational force in the turbine.
 제 3항에 있어서,
상기 기체유출입부 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단; 및
상기 기체공급수단을 제어하여 공압인공근육 유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
4. The method of claim 3,
a gas supply means for supplying gas to the gas inlet/outlet side; and
The pneumatic artificial muscle unit using twisted string drive, characterized in that it further comprises a; by controlling the gas supply means to adjust the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit to control the contraction force and displacement.
 제 4항에 있어서,
상기 터빈의 토크 및, 꼬임줄의 길이방향 수축길이 중 적어도 어느 하나를 실시간으로 측정하는 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
5. The method of claim 4,
The pneumatic artificial muscle unit using twisted string drive, characterized in that it further comprises; a measuring unit for measuring in real time at least one of the torque of the turbine and the lengthwise contraction length of the twisted line.
 제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
6. The method of claim 5,
The control unit controls the driving of the motor based on the value measured by the measuring unit.
 제 4항에 있어서,
배기모드시, 상기 탄성튜브 내의 기체가 상기 기체유출입부를 통해 배기되고, 상기 탄성튜브의 탄성에너지를 통해 상기 꼬임줄이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
5. The method of claim 4,
In the exhaust mode, the gas in the elastic tube is exhausted through the gas inlet and out, and the twisted string is driven to unwind through the elastic energy of the elastic tube while contracting in the radial direction and expanding in the longitudinal direction. A pneumatic artificial muscle unit using
 제 4항에 있어서,
상기 기체유출입부는 기체주입부로 구성되고,
상기 고정단에 배기모드시 개방되어 탄성튜브 내의 기체를 배기시키는 배기밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
5. The method of claim 4,
The gas inlet is composed of a gas inlet,
The pneumatic artificial muscle unit using twisted string drive, characterized in that it further comprises an exhaust valve that is opened in the exhaust mode at the fixed end to exhaust gas in the elastic tube.
 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 제어부는 배기모드시, 상기 모터를 역구동하도록 제어하여 상기 꼬임줄을 풀림구동시키는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛.
9. The method according to claim 7 or 8,
The control unit controls the motor to be reversely driven in the exhaust mode to unwind the twisted line.
 제 1항에 따른 공압인공근육 유닛의 작동방법에 있어서,
비탄성슬리브 일단에 연결된 기체유출입부를 통해 기체가 주입되는 제1단계;
상기 기체유출입부로부터 유입된 기체의 압력에 의해 터빈의 프로펠러가 구동되어 토크를 생성하고 원하는 압력과 유량을 맞춰주는 제2단계; 및
상기 터빈의 회전축 타단과 고정단 사이에 연결된 꼬임줄이, 상기 터빈의 토크에 의해 꼬임구동되어 길이방향으로 압축되고, 동시에, 기체가 탄성튜브 내로 공급되어 팽창되어 상기 비탄성슬리브가 반경방향으로 팽창되고 길이방향으로 수축되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법.
The method of operating the pneumatic artificial muscle unit according to claim 1, comprising:
a first step of injecting gas through a gas inlet connected to one end of the inelastic sleeve;
a second step of driving the propeller of the turbine by the pressure of the gas introduced from the gas inlet to generate torque and matching the desired pressure and flow rate; and
The twisted line connected between the other end of the rotating shaft and the fixed end of the turbine is twisted by the torque of the turbine and compressed in the longitudinal direction, and at the same time, gas is supplied into the elastic tube and expanded to expand the inelastic sleeve in the radial direction. A method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving, comprising: a third step of contracting in the longitudinal direction.
 제 10항에 있어서,
제 2단계에서, 상기 터빈에 연결된 모터가 구동되어 상기 터빈에 회전력을 보조하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법.
11. The method of claim 10,
In the second step, a motor connected to the turbine is driven to assist the rotational force in the turbine.
 제 11항에 있어서,
제어부가 상기 기체유출입부 측으로 기체를 공급시키는 기체공급수단을 제어하여 공압인공근육 유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하여, 수축힘과 변위를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법.
12. The method of claim 11,
The control unit controls the gas supply means for supplying the gas to the gas inlet and outlet to control the flow rate of the gas supplied to the pneumatic artificial muscle unit, thereby controlling the contraction force and displacement. How to operate a pneumatic artificial muscle unit using
 제 12항에 있어서,
측정부가 상기 터빈의 토크 및, 꼬임줄의 길이방향 수축길이를 실시간으로 측정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 측정부에서 측정된 값을 기반으로 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법.
13. The method of claim 12,
Measuring, by a measuring unit, the torque of the turbine and the lengthwise contraction length of the twisted line in real time; and
The method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted string drive, characterized in that it further comprises the step of the control unit controlling the driving of the motor based on the value measured by the measuring unit.
 제 13항에 있어서,
제 3단계 후에, 상기 탄성튜브 내의 기체가 상기 기체유출입부를 통해 배기되고, 상기 탄성튜브의 탄성에너지를 통해 상기 꼬임줄이 풀림구동되면서 반지름방향으로 수축, 길이방향으로 팽창되는 배기모드가 진행되는 단계를 더 포함하고,
상기 제어부는 배기모드시, 상기 모터를 역구동하도록 제어하여 상기 꼬임줄을 풀림구동시키는 것을 특징으로 하는 줄꼬임 구동을 이용한 공압인공근육 유닛의 작동방법.




14. The method of claim 13,
After the third step, the gas in the elastic tube is exhausted through the gas inlet and out, and the twisted string is unwinded and driven through the elastic energy of the elastic tube, and the exhaust mode is contracted in the radial direction and expanded in the longitudinal direction. further comprising,
The method of operating a pneumatic artificial muscle unit using twisted-line driving, characterized in that the control unit drives the twisted line to be unwound by controlling the motor to be reversely driven in the exhaust mode.
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