KR102444505B1 - Gravity Compensation Parallel Link Structure using Self-Weight - Google Patents

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KR102444505B1
KR102444505B1 KR1020200172155A KR20200172155A KR102444505B1 KR 102444505 B1 KR102444505 B1 KR 102444505B1 KR 1020200172155 A KR1020200172155 A KR 1020200172155A KR 20200172155 A KR20200172155 A KR 20200172155A KR 102444505 B1 KR102444505 B1 KR 102444505B1
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허성문
오용환
박재영
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 하는 제1 모터 구동 유닛; 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 제2 모터 구동 유닛; 상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 제2 모터 구동 유닛 사이에 배치되는 링크 유닛; 및 상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 링크 유닛 사이에 배치되며, 중력의 보상을 가능하게 하는 중력보상 유닛을 포함하고, 상기 중력보상 유닛은, 상기 제1 모터 구동 유닛에 연결되며, 기 결정된 무게를 구비하는 중력 보상 모터; 및 상기 중력 보상 모터 및 상기 제1 모터 구동 유닛 사이에 배치되며, 기 결정된 길이를 구비하는 중력 보상 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체를 제공한다.The present invention provides a first motor driving unit that generates rotatable power with at least one direction as a center of a rotation shaft and transmits it to a user; a second motor driving unit to generate rotatable power with at least one direction as the center of the rotation shaft and transmit it to a user; a link unit disposed between the first motor driving unit and the second motor driving unit; and a gravity compensating unit disposed between the first motor driving unit and the link unit and enabling compensation of gravity, wherein the gravity compensating unit is connected to the first motor driving unit and calculates a predetermined weight. Gravity compensation motor provided; and a gravity compensation link disposed between the gravity compensation motor and the first motor driving unit and having a predetermined length.

Figure R1020200172155
Figure R1020200172155

Description

자중을 이용한 중력 보상 병렬 링크 구조체{Gravity Compensation Parallel Link Structure using Self-Weight}Gravity Compensation Parallel Link Structure using Self-Weight

본 발명은 자중을 이용한 중력 보상 병렬 링크 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 추가적인 중량 없이 필요 중력 보상 토크를 감소시킬 수 있는 자중을 이용한 중력 보상 병렬 링크 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a gravity-compensated parallel link structure using its own weight, and more particularly, to a gravity-compensated parallel link structure using its own weight capable of reducing a necessary gravity compensation torque without additional weight.

햅틱 장치는 사용자에게 가상공간 또는 원격 사용자에게서 접촉에 의해 발생되는 힘을 전달해주는 장치로, 다양한 상황에서 정밀한 힘 전달이 가능해야 한다. A haptic device is a device that transmits a force generated by contact in a virtual space or a remote user to a user, and should be capable of precise force transmission in various situations.

표현 관성(appearance inertia)은 기구의 중량에 의해 사용자가 느껴지는 관성으로, 정밀한 힘 전달에 방해 요소가 된다. Appearance inertia is the inertia felt by the user by the weight of the instrument, and it becomes an obstacle to precise force transmission.

따라서, 정확한 힘의 전달을 위해서 기구의 표현 관성을 줄여야 한다.Therefore, it is necessary to reduce the expression inertia of the mechanism for accurate force transmission.

표현 관성을 줄이기 위해 추가 중량 없이 기구의 중량을 보상 가능한 방법이 필요하다.In order to reduce the expression inertia, a method capable of compensating for the weight of the device without additional weight is needed.

이를 위해, 기구 특성을 활용하여 기구의 중력을 보상하는 장치의 개발이 요구된다.To this end, it is required to develop a device that compensates for the gravity of the instrument by utilizing the characteristics of the instrument.

등록 특허 제10-0783038호(2007.12.7)Registered Patent No. 10-0783038 (July 27, 2007)

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 추가적인 중량 없이 필요 중력 보상 토크를 감소시킬 수 있는 자중을 이용한 중력 보상 병렬 링크 구조체를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a gravity compensation parallel link structure using its own weight that can reduce the necessary gravity compensation torque without additional weight.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체는, 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 하는 제1 모터 구동 유닛; 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 제2 모터 구동 유닛; 상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 제2 모터 구동 유닛 사이에 배치되는 링크 유닛; 및 상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 링크 유닛 사이에 배치되며, 중력의 보상을 가능하게 하는 중력보상 유닛을 포함하고, 상기 중력보상 유닛은, 상기 제1 모터 구동 유닛에 연결되며, 기 결정된 무게를 구비하는 중력 보상 모터; 및 상기 중력 보상 모터 및 상기 제1 모터 구동 유닛 사이에 배치되며, 기 결정된 길이를 구비하는 중력 보상 링크를 포함한다. In order to solve the above problems, the gravity compensation parallel link structure of the present invention includes: a first motor driving unit for generating rotatable power with at least one direction as a center of a rotation shaft and transmitting it to a user; a second motor driving unit to generate rotatable power with at least one direction as the center of the rotation shaft and transmit it to a user; a link unit disposed between the first motor driving unit and the second motor driving unit; and a gravity compensating unit disposed between the first motor driving unit and the link unit and enabling compensation of gravity, wherein the gravity compensating unit is connected to the first motor driving unit and calculates a predetermined weight. Gravity compensation motor provided; and a gravity compensation link disposed between the gravity compensation motor and the first motor driving unit and having a predetermined length.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1 모터 구동 유닛은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 선형 운동을 전달 가능하게 한다. According to an example related to the present invention, the first motor driving unit is capable of transmitting a linear motion of a predetermined number of degrees of freedom to the user.

또한, 상기 제2 모터 구동 유닛은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 회전 운동을 전달 가능하게 한다. In addition, the second motor driving unit makes it possible to transmit rotational motion of a predetermined number of degrees of freedom to the user.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 링크 유닛은, 상기 제1 모터 구동 유닛으로부터 상기 중력 보상 모터에 반대 방향으로 연장되는 제1링크; 상기 중력 보상 모터에서 상기 제1링크에 교차하는 방향으로 연장되는 제2링크; 상기 제1링크와 나란하게 배치되도록 상기 제2링크에 연결되는 제3링크; 및 상기 제1링크 및 상기 제3링크 사이를 연결하는 제4링크를 포함한다. According to another example related to the present invention, the link unit may include: a first link extending in a direction opposite to the gravity compensation motor from the first motor driving unit; a second link extending in a direction crossing the first link in the gravity compensation motor; a third link connected to the second link to be arranged in parallel with the first link; and a fourth link connecting between the first link and the third link.

바람직하게는, 상기 제4링크는 적어도 1회 절곡되는 형상을 구비하며 상기 제1 모터 구동 유닛으로 연장될 수 있다. Preferably, the fourth link has a shape that is bent at least once and may extend to the first motor driving unit.

또한, 상기 제1 모터 구동 유닛은, 제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제1모터; 및 상기 제1모터에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제2모터를 포함할 수 있다. In addition, the first motor driving unit may include: a first motor providing a driving force to rotate in a first direction as a center of a rotation shaft; and a second motor connected to the first motor and configured to provide a driving force that rotates in a second direction, which is a direction crossing the first direction, as a center of a rotation shaft.

상기 제1모터 및 상기 중력 보상 모터는 서로 나란한 방향의 회전축을 구비할 수 있다. The first motor and the gravity compensating motor may have rotating shafts in a direction parallel to each other.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제2 모터 구동 유닛은, 제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제3모터; 상기 제3모터에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제4모터; 및 상기 제3모터 및 상기 제4모터에 연결되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향과 각각 교차하는 방향인 제3방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제5모터를 포함할 수 있다. According to another example related to the present invention, the second motor driving unit may include: a third motor providing a driving force to rotate in a first direction as a center of a rotation shaft; a fourth motor connected to the third motor and configured to provide a driving force for rotating with a second direction intersecting the first direction as a center of the rotation shaft; and a fifth motor connected to the third motor and the fourth motor and configured to provide a driving force to rotate in a third direction, which is a direction crossing the first direction and the second direction, respectively, as the center of the rotation axis can

바람직하게는, 상기 제3 내지 제5모터는, 사용자의 손이 거치 가능하여, 상기 사용자의 손에 동력을 전달하는 엔드 이펙터에 설치될 수 있다. Preferably, the third to fifth motors may be mounted on a user's hand, and may be installed in an end effector that transmits power to the user's hand.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 중력 보상 병렬 링크 구조체는 2개로 구비되며, 2개의 중력 보상 병렬 링크 구조체는 서로 대칭으로 배치되어, 사용자의 양 손이 거치 가능하여, 사용자의 양 손에 동력을 전달 가능하게 한다.According to another example related to the present invention, two gravity-compensated parallel link structures are provided, and the two gravity-compensated parallel link structures are arranged symmetrically to each other, so that both hands of the user can be mounted, so that both hands of the user are provided. enable power to be transmitted.

본 발명은 자중을 이용한 중력 보상 방법으로 추가적인 중량없이 필요 중력 보상 토크를 감소시킬 수 있다.The present invention can reduce the required gravity compensation torque without additional weight as a gravity compensation method using its own weight.

도 1은 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체에 거치되는 손의 손바닥 및 손목을 도시하는 개념도.
도 3a는 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체가 대칭의 형태로 배치된 예를 도시하는 사시도.
도 3b는 도 3a의 평면도.1 is a perspective view showing a gravity compensation parallel link structure of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram showing the palm and wrist of the hand mounted on the gravity compensation parallel link structure of the present invention.
Figure 3a is a perspective view showing an example in which the gravity compensation parallel link structure of the present invention is arranged in a symmetrical form.
Fig. 3B is a plan view of Fig. 3A;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar components, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffix "part" for components used in the following description is given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and does not have a meaning or role distinct from each other by itself. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)에 거치되는 손의 손바닥 및 손목을 도시하는 개념도이다. Figure 1 is a perspective view showing the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram showing the palm and wrist of the hand mounted on the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention.

또한, 도 3a는 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)가 대칭의 형태로 배치된 예를 도시하는 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 평면도이다. In addition, Figure 3a is a perspective view showing an example in which the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention is arranged in a symmetrical form, Figure 3b is a plan view of Figure 3a.

이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)의 구조에 대하여 서술한다. Hereinafter, the structure of the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3B .

본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)는, 제1 모터 구동 유닛(10), 제2 모터 구동 유닛(20), 링크 유닛(30) 및 중력보상 유닛(40)을 포함한다. The gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention includes a first motor drive unit 10 , a second motor drive unit 20 , a link unit 30 , and a gravity compensation unit 40 .

제1 모터 구동 유닛(10)은 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 한다. The first motor driving unit 10 generates rotatable power with at least one direction as the center of the rotation shaft to transmit it to the user.

상기 제1 모터 구동 유닛(10)은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 선형 운동을 전달 가능하게 할 수 있다. The first motor driving unit 10 may be capable of transmitting a linear motion of a predetermined number of degrees of freedom to the user.

제1 모터 구동 유닛(10)은 제1 및 제2모터(11, 13)를 포함할 수 있다.The first motor driving unit 10 may include first and second motors 11 and 13 .

제1모터(11)는 제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하게 한다. 도 1에서 제1방향은 z축 방향일 수 있으며, θa1의 방향으로 회전되는 예가 도시된다. The first motor 11 provides a driving force that rotates in the first direction as the center of the rotation shaft. In FIG. 1 , the first direction may be the z-axis direction, and an example of rotation in the direction of θ a1 is illustrated.

제2모터(13)는 제1모터(11)에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하게 한다. 도 1에서 제2방향은 y축 방향일 수 있으며, θa2의 방향으로 회전되는 예가 도시된다.The second motor 13 is connected to the first motor 11 and provides a driving force for rotating with a second direction intersecting the first direction as the center of the rotation shaft. In FIG. 1 , the second direction may be a y-axis direction, and an example of rotation in the direction of θ a2 is illustrated.

제2 모터 구동 유닛(20)은 적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 한다. The second motor driving unit 20 generates rotatable power with at least one direction as the center of the rotation shaft to transmit it to the user.

제2 모터 구동 유닛(20)은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 회전 운동을 전달 가능하게 할 수 있다. The second motor driving unit 20 may be capable of transmitting rotational motion of a predetermined number of degrees of freedom to the user.

일례로, 제2 모터 구동 유닛(20)은 3자유도의 회전 운동을 전달 가능하게 할 수 있다. As an example, the second motor driving unit 20 may transmit a rotational motion of three degrees of freedom.

제2 모터 구동 유닛(20)은 제3 내지 제5모터(21, 23, 25)를 포함할 수 있다.The second motor driving unit 20 may include third to fifth motors 21 , 23 , and 25 .

제3모터(21)는 제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하게 할 수 있다.The third motor 21 may provide a driving force that rotates in the first direction as the center of the rotation shaft.

제4모터(23)는 상기 제3모터(21)에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공할 수 있다. The fourth motor 23 may be connected to the third motor 21 and may provide a driving force for rotating with a second direction intersecting the first direction as the center of the rotation shaft.

제5모터(25)는 상기 제3모터(21) 및 상기 제4모터(23)에 연결되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향과 각각 교차하는 방향인 제3방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공할 수 있다. The fifth motor 25 is connected to the third motor 21 and the fourth motor 23, and a third direction, which is a direction crossing the first direction and the second direction, respectively, is the center of the rotation shaft. A rotational driving force may be provided.

제3 내지 제5모터(21, 23, 25)는, 사용자의 손이 거치 가능하여, 상기 사용자의 손에 동력을 전달하는 엔드 이펙터(50)에 설치될 수 있다. The third to fifth motors 21 , 23 , and 25 may be mounted on the user's hand, and may be installed in the end effector 50 that transmits power to the user's hand.

링크 유닛(30)은 상기 제1 모터 구동 유닛(10) 및 상기 제2 모터 구동 유닛(20) 사이에 배치된다. 또한, 링크 유닛(30)은 제1 및 제2 모터 구동 유닛(10, 20) 중 적어도 하나의 동력을 전달 가능하게 할 수 있다. The link unit 30 is disposed between the first motor driving unit 10 and the second motor driving unit 20 . In addition, the link unit 30 may enable transmission of power of at least one of the first and second motor driving units 10 and 20 .

링크 유닛(30)은, 제1 내지 제4링크(31, 33, 35, 37)를 포함하는 4절링크일 수 있다.Link unit 30, the first to fourth links (31, 33, 35, 37) may be a 4-bar link including a link.

제1링크(31)는, 제1 모터 구동 유닛(10)으로부터 후술하는 중력 보상 모터(41)에 반대 방향으로 연장될 수 있다.The first link 31 may extend from the first motor driving unit 10 in a direction opposite to a gravity compensation motor 41 to be described later.

제2링크(33)는 중력 보상 모터(41)에서 상기 제1링크(31)에 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. The second link 33 may extend in a direction crossing the first link 31 in the gravity compensation motor 41 .

제3링크(35)는 제1링크(31)와 나란하게 배치되도록 상기 제2링크(33)에 연결될 수 있다.The third link 35 may be connected to the second link 33 so as to be disposed in parallel with the first link 31 .

제4링크(37)는 제1링크(31) 및 제3링크(35) 사이를 연결할 수 있다. 제4링크(37)는 적어도 1회 절곡되는 형상을 구비하며 상기 제1 모터 구동 유닛(10)으로 연장될 수 있다. 도 1에는 y축방향으로 연장되고, x축방향 및 z축방향으로 절곡되어, 총 2회 절곡된 형상으로 이루어진 예가 도시된다. The fourth link 37 may connect between the first link 31 and the third link 35 . The fourth link 37 has a shape that is bent at least once and may extend to the first motor driving unit 10 . 1 shows an example of a shape extending in the y-axis direction, bent in the x-axis direction and the z-axis direction, and bent twice in total.

중력보상 유닛(40)은 중력 보상 모터(41) 및 중력 보상 링크(44)를 포함한다.The gravity compensation unit 40 includes a gravity compensation motor 41 and a gravity compensation link 44 .

중력 보상 모터(41)는 제1 모터 구동 유닛(10)에 연결되며, 기 결정된 무게를 구비한다. 전술한, 제1 모터 구동 유닛(10)은 중력 보상 모터(41)와 함께, 3자유도의 선형 운동을 전달 가능하게 할 수 있다. 또한, 전술한 제1모터(11) 및 중력 보상 모터(41)는 서로 나란한 방향의 회전축을 구비할 수 있으며, 도 1에는 제1모터(11)와 중력 보상 모터(41)가 z축 방향으로 연장되는 회전축을 구비하는 예가 도시된다. The gravity compensation motor 41 is connected to the first motor driving unit 10 and has a predetermined weight. The above-described first motor driving unit 10 may be capable of transmitting a linear motion of three degrees of freedom together with the gravity compensation motor 41 . In addition, the first motor 11 and the gravity compensation motor 41 described above may have rotation shafts in a direction parallel to each other, and in FIG. 1 , the first motor 11 and the gravity compensation motor 41 are arranged in the z-axis direction. An example with an extended rotating shaft is shown.

중력 보상 링크(44)는 상기 중력 보상 모터(41) 및 상기 제1 모터 구동 유닛(10) 사이에 배치되며, 기 결정된 길이를 구비한다. The gravity compensation link 44 is disposed between the gravity compensation motor 41 and the first motor driving unit 10 and has a predetermined length.

본 발명의 장치는 양팔 구조로 이루어지며, 도 3a 및 도 3b에 도시되는 바와 같이, 좌표는 양방향으로 대칭되는 구조일 수 있다. The device of the present invention has a double-arm structure, and as shown in FIGS. 3A and 3B , the coordinates may be bidirectionally symmetrical.

이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100) 각각의 구성 및 동작에 대하여 보다 상세히 서술한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3b, the configuration and operation of each of the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention will be described in more detail.

도 1에 도시되는 장치의 기준 좌표에서 z축은 위방향, x축은 앞방향, y축은 좌측방향(양의 방향)이며, 본 발명의 장치는 상하, 전후진 및 좌우 방향으로의 이동이 가능하다. In the reference coordinates of the device shown in FIG. 1 , the z-axis is upward, the x-axis is the forward direction, and the y-axis is the left direction (positive direction).

도 1 및 도 2를 참조하면, Pwrist는 사용자의 손목이 위치하는 점이며, Phand는 사용자의 손이 위치하는 점으로, Pwrist에서 d4만큼 떨어져 있다. Phand의 좌표와 기준 좌표의 방향은 동일하게 되어 있다. 1 and 2, P wrist is a point where the user's wrist is located, and P hand is a point where the user's hand is located, and is separated by d 4 from the P wrist . The direction of the coordinates of the P hand and the reference coordinates is the same.

도 1에서 제1 및 제2모터(11, 13), 중력 보상 모터(41), 제3 내지 제5모터(21, 23, 25)는 빨간색의 원형의 화살표로 표현된다. 본 발명에서, θa1 내지 θa6은 능동 조인트(active joint)로 이해될 수 있다.In FIG. 1 , the first and second motors 11 and 13 , the gravity compensation motor 41 , and the third to fifth motors 21 , 23 and 25 are represented by red circular arrows. In the present invention, θ a1 to θ a6 may be understood as active joints.

또한, 도 1에서 수동 관절(active joint)은 파란색의 원형의 화살표로 표현된다. 본 발명에서, θd1 내지 θd3은 제1 및 제2모터(11, 13), 중력 보상 모터(41), 제3 내지 제5모터(21, 23, 25)에 의해 발생된 힘에 의해 연동되어 동작하는 수동 관절로 이해될 수 있다.In addition, in FIG. 1, the passive joint (active joint) is represented by a blue circular arrow. In the present invention, θ d1 to θ d3 are interlocked by the force generated by the first and second motors 11 and 13, the gravity compensation motor 41, and the third to fifth motors 21, 23, and 25. It can be understood as a passive joint that operates as a

또한, 도 1에서, θa1 내지 θa3은 Pwrist 에 3자유도의 선형 움직임 및 힘을 전달 가능하도록 발생되는 힘이 도시된다. In addition, in Figure 1, θ a1 to θ a3 is P wrist The linear motion of 3 degrees of freedom and the force generated to transmit the force are shown.

또한, 도 1에서, θa4 내지 θa6은 Pwrist 에 3자유도의 회전 움직임 및 회전 토크를 전달 가능하도록 발생되는 힘이 도시된다. In addition, in Figure 1, θ a4 to θ a6 is P wrist A rotational movement of three degrees of freedom and a force generated to transmit rotational torque are shown.

도 1에서 중력 보상 링크(44), 제1링크(31), 제2링크(33), 제3링크(35) 및 제4링크(37)는 각각, l1, l3-l1, l2, l3 및 l2'의 길이를 각각 구비한 링크가 도시되는데, 이러한 링크들은 4절링크를 형성하게 된다. 1, the gravity compensation link 44, the first link 31, the second link 33, the third link 35 and the fourth link 37 are, respectively, l 1 , l 3 -l 1 , l Links with lengths of 2 , l 3 and l 2 ' are shown, respectively, and these links form a four-bar link.

상기 4절링크에 의해, 구동 관절 θa3 의 회전에 의한 토크에 의한 힘은 수동관절 θd3 으로 전달되게 되며, 이를 통해 중력 보상 모터(41)에 의해 관성의 영향이 줄어들 수 있게 된다. By the four-joint link, the driving joint θ a3 The force caused by the torque caused by the rotation of θ d3 is transmitted, and through this, the influence of inertia by the gravity compensation motor 41 can be reduced.

일례로, 구동 관절 θa3 의 회전에 의한 토크에 의한 힘은, 제3링크(35)가 제2링크(33)를 밀게되어 수동관절 θd3 으로 전달될 수 있다. As an example, the drive joint θ a3 The force due to the torque caused by the rotation of the third link 35 pushes the second link 33, so that the passive joint It can be transferred as θ d3 .

또한, 중력 보상 모터(41)는 Pwrist 의 일 자유도를 형성하며, 중력 보상을 위한 무게추(counterweight) 또는 중력 보상용 무게추로의 기능을 수행하게 된다. In addition, the gravity compensation motor 41 is P wrist It forms one degree of freedom and functions as a counterweight for gravity compensation or a weight for gravity compensation.

중력 보상 링크(44)의 길이에 따라 중력 보상이 되는 정도가 결정될 수 있는데, 사용자와 중력 보상 모터(41)와의 충돌을 피하는 길이 l1를 가지는 것이 바람직하다. The degree of gravity compensation may be determined according to the length of the gravity compensation link 44 , and it is preferable to have a length l 1 to avoid collision between the user and the gravity compensation motor 41 .

사용자는 엔드 이펙터(50)에서 느껴지는 링크 자중에 의한 표현 관성(appearance inertia)은 적을 수록 좋다. For the user, the less the appearance inertia due to the weight of the link felt by the end effector 50 is, the better.

제3링크(35)는, θa2 모터 와의 간섭을 피하도록 길이를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 제3링크(35)는, Phand 점의 작업 반경을 넓히기 위해 곡선으로 설계되기 위해, 기 결정된 곡률을 가진 곡선으로 이루어지는 것이 바람직하다. The third link 35 is θ a2 It is desirable to have a length to avoid interference with the motor. In addition, the third link 35 is preferably made of a curve having a predetermined curvature in order to be designed as a curve to widen the working radius of the P hand point.

제4링크(37)는 적어도 1회 절곡되는 형상을 구비하며 상기 제1 모터 구동 유닛(10)으로 연장되는데, 링크(l4) 및 링크(l5)는 90도 꺾인 구조일 수 있으며, 이로 인해, Pwrist 점이 원점에서 θa2 의 회전축과의 중첩으로 발생하는 특이점을 방지할 수 있다. The fourth link 37 has a shape that is bent at least once and extends to the first motor driving unit 10 , and the link l 4 and the link l 5 may have a structure bent by 90 degrees, and thus Due to this, the P wrist point is θ a2 at the origin. It is possible to prevent singularities caused by overlapping with the rotation axis of

또한, 제4링크(37)에 구비된, 링크(l4) 및 링크(l5) 및 링크(d2)는 엔드 이펙터(50)의 회전을 담당하는 3자유도 링 구조가 배치되는 위치를 결정하는 링크로서 사용자가 앉아서 사용시 사용자 몸이나 팔과의 충돌을 피하기 위한 길이로 정해지는 것이 바람직하다. In addition, the link (l 4 ) and the link (l 5 ) and the link (d 2 ) provided in the fourth link ( 37 ) determine the position in which the three-degree-of-freedom ring structure responsible for the rotation of the end effector ( 50 ) is disposed. As a determining link, it is preferable to set the length to avoid collision with the user's body or arm when the user sits and uses it.

여기서, 엔드 이펙터(50)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 링크의 끝에 위치되며, 사용자의 손목에서 손등 사이의 거리 만큼의 길이 d4가 도면에서 도시된다. Here, the end effector 50 is positioned at the end of the link as shown in FIG. 1 , and a length d 4 corresponding to the distance between the user's wrist and the back of the hand is shown in the figure.

이런 구조에 의해, Phand 점에서 3개의 축 방향의 선형 운동 및 3개의 각 축에 대한 회전 운동을 포함하는 6 자유도의 운동을 가능하게 한다.This structure enables motion of 6 degrees of freedom, including linear motion in 3 axial directions and rotational motion about 3 angular axes at the P hand point.

또한, 본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)는 6자유도의 감각을 사용자에게 전달하는 6자유도 역감 생성 인터페이스로 이해될 수 있으며, Phand 에 결속되는 사용자의 손에 역감의 제공을 가능하게 한다. In addition, the gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention can be understood as an interface for generating a sense of six degrees of freedom that delivers a sense of six degrees of freedom to the user, and enables the provision of a sense of force to the user's hand bound to the P hand . do.

본 발명의 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)는 사용자의 손의 움직임과 반대되는 힘의 역감을 제공 가능하게 한다. The gravity compensation parallel link structure 100 of the present invention makes it possible to provide a sense of force opposite to the movement of the user's hand.

이상에서 설명한 중력 보상 병렬 링크 구조체(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. The gravity compensation parallel link structure 100 described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but all or part of each embodiment may be selectively combined so that various modifications can be made. may be

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

100:중력 보상 병렬 링크 구조체
10:제1 모터 구동 유닛 11:제1모터
13:제2모터
20:제2 모터 구동 유닛 21:제3모터
23:제4모터 25:제5모터
30:링크 유닛 31:제1링크
33:제2링크 35:제3링크
37:제4링크
40:중력보상 유닛 41:중력 보상 모터
44:중력 보상 링크
50:엔드 이펙터100: Gravity compensation parallel link structure
10: first motor driving unit 11: first motor
13: second motor
20: second motor driving unit 21: third motor
23: fourth motor 25: fifth motor
30: link unit 31: first link
33: second link 35: third link
37: fourth link
40: gravity compensation unit 41: gravity compensation motor
44: Gravity Compensation Link
50: end effector

Claims (10)

적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 하는 제1 모터 구동 유닛;
적어도 하나의 방향을 회전축의 중심으로 하여 회전 가능한 동력을 발생시켜 사용자에 전달 가능하게 제2 모터 구동 유닛;
상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 제2 모터 구동 유닛 사이에 배치되는 링크 유닛; 및
상기 제1 모터 구동 유닛 및 상기 링크 유닛 사이에 배치되며, 중력의 보상을 가능하게 하는 중력보상 유닛을 포함하고,
상기 중력보상 유닛은,
상기 제1 모터 구동 유닛에 연결되며, 기 결정된 무게를 구비하는 중력 보상 모터; 및
상기 중력 보상 모터 및 상기 제1 모터 구동 유닛 사이에 배치되며, 기 결정된 길이를 구비하는 중력 보상 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
a first motor driving unit that generates rotatable power with at least one direction as a center of the rotation shaft and transmits it to a user;
a second motor driving unit to generate rotatable power with at least one direction as the center of the rotation shaft and transmit it to a user;
a link unit disposed between the first motor driving unit and the second motor driving unit; and
and a gravity compensation unit disposed between the first motor driving unit and the link unit, and enabling compensation of gravity;
The gravity compensation unit,
a gravity compensating motor connected to the first motor driving unit and having a predetermined weight; and
and a gravity compensation link disposed between the gravity compensation motor and the first motor driving unit and having a predetermined length.
 제1항에 있어서,
상기 제1 모터 구동 유닛은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 선형 운동을 전달 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
According to claim 1,
and the first motor drive unit is capable of transmitting linear motion of a predetermined number of degrees of freedom to a user.
 제1항에 있어서,
상기 제2 모터 구동 유닛은 사용자에 기 결정된 수의 자유도의 회전 운동을 전달 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
According to claim 1,
and the second motor driving unit is capable of transmitting rotational motion of a predetermined number of degrees of freedom to a user.
 제1항에 있어서,
상기 링크 유닛은,
상기 제1 모터 구동 유닛으로부터 상기 중력 보상 모터에 반대 방향으로 연장되는 제1링크;
상기 중력 보상 모터에서 상기 제1링크에 교차하는 방향으로 연장되는 제2링크;
상기 제1링크와 나란하게 배치되도록 상기 제2링크에 연결되는 제3링크; 및
상기 제1링크 및 상기 제3링크 사이를 연결하는 제4링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
According to claim 1,
The link unit is
a first link extending from the first motor driving unit in a direction opposite to the gravity compensating motor;
a second link extending in a direction crossing the first link in the gravity compensation motor;
a third link connected to the second link to be arranged in parallel with the first link; and
Gravity compensation parallel link structure comprising a fourth link connecting between the first link and the third link.
 제4항에 있어서,
상기 제4링크는 적어도 1회 절곡되는 형상을 구비하며 상기 제1 모터 구동 유닛으로 연장되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
5. The method of claim 4,
The fourth link has a shape that is bent at least once and extends to the first motor driving unit.
 제1항에 있어서,
상기 제1 모터 구동 유닛은,
제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제1모터; 및
상기 제1모터에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제2모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
According to claim 1,
The first motor driving unit,
a first motor for providing a driving force to rotate in the first direction as the center of the rotation shaft; and
Gravity compensation parallel link structure, characterized in that it is connected to the first motor, comprising a second motor for providing a driving force to rotate with a second direction, which is a direction crossing the first direction, as the center of the rotation shaft.
 제6항에 있어서,
상기 제1모터 및 상기 중력 보상 모터는 서로 나란한 방향의 회전축을 구비하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
7. The method of claim 6,
The first motor and the gravity compensation motor are gravity compensation parallel link structure, characterized in that provided with rotation shafts in a direction parallel to each other.
 제1항에 있어서,
상기 제2 모터 구동 유닛은,
제1방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제3모터;
상기 제3모터에 연결되고, 상기 제1방향과 교차하는 방향인 제2방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제4모터; 및
상기 제3모터 및 상기 제4모터에 연결되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향과 각각 교차하는 방향인 제3방향을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 구동력을 제공하는 제5모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
According to claim 1,
The second motor driving unit,
a third motor providing a driving force to rotate in the first direction as the center of the rotation shaft;
a fourth motor connected to the third motor and configured to provide a driving force for rotating with a second direction intersecting the first direction as a center of the rotation shaft; and
A fifth motor connected to the third motor and the fourth motor and configured to provide a driving force for rotating with a third direction, which is a direction crossing the first direction and the second direction, as a center of a rotation axis Gravity-compensated parallel link structure, characterized.
 제8항에 있어서,
상기 제3 내지 제5모터는, 사용자의 손이 거치 가능하여, 상기 사용자의 손에 동력을 전달하는 엔드 이펙터에 설치되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.
9. The method of claim 8,
The third to fifth motors, the user's hand can be mounted, the gravity compensation parallel link structure, characterized in that installed in the end effector that transmits power to the user's hand.
 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 중력 보상 병렬 링크 구조체는 2개로 구비되며, 2개의 중력 보상 병렬 링크 구조체는 서로 대칭으로 배치되어, 사용자의 양 손이 거치 가능하여, 사용자의 양 손에 동력을 전달 가능한 것을 특징으로 하는 중력 보상 병렬 링크 구조체.The gravity compensation parallel link structure of any one of claims 1 to 9 is provided in two, and the two gravity compensation parallel link structures are arranged symmetrically with each other, so that both hands of the user can be mounted, so that both hands of the user Gravity compensation parallel link structure, characterized in that it can transmit power.
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