KR102456038B1 - Twisted string actuator for hybrid actuation - Google Patents

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KR102456038B1 KR1020170160983A KR20170160983A KR102456038B1 KR 102456038 B1 KR102456038 B1 KR 102456038B1 KR 1020170160983 A KR1020170160983 A KR 1020170160983A KR 20170160983 A KR20170160983 A KR 20170160983A KR 102456038 B1 KR102456038 B1 KR 102456038B1
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Abstract

본 발명은 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기에 관한 것이다. 본 발명은 한 쌍의 줄 꼬임 유닛이 각각 서로 다른 방향으로 회전되면서 줄의 꼬임을 발생시키는 줄 꼬임 구동부; 상기 줄 꼬임 구동부로부터 동력을 전달받아 양방향으로 구동 제어되는 관절부재; 및 상기 관절부재의 출력축에 연결되어 상기 출력축의 양방향 구동을 직접 제어하는 보조 구동부를 포함할 수 있다.The present invention relates to a twist string actuator for hybrid driving. The present invention provides a twisting string driving unit for generating twist of a string while a pair of twisting strings are rotated in different directions, respectively; a joint member that is driven and controlled in both directions by receiving power from the twisted string drive unit; and an auxiliary driving unit connected to the output shaft of the joint member to directly control the bidirectional driving of the output shaft.

Description

하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기{TWISTED STRING ACTUATOR FOR HYBRID ACTUATION}TWISTED STRING ACTUATOR FOR HYBRID ACTUATION

본 발명은 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 줄 꼬임 구동 매커니즘을 이용한 줄 꼬임 구동기에 관한 것이다.The present invention relates to a twisted string actuator for hybrid driving, and more particularly, to a twisted string actuator using a twisted string driving mechanism.

현재 시중에 판매되고 있는 사람과 협업하는 로봇들(human-robot interaction)은 높은 감속비의 무거운 기계적 감속기가 사용되고 있다. 하지만 인간 친화적인 로봇(human-friendly robot)은 무겁고 마찰이 큰 감속기를 대체할 수 있는 안전한 구동 기술이 필요하다. 그 중에서 줄 꼬임을 기반으로 한 구동기술은 가볍고 저렴한 섬유재질의 줄을 사용하고 유연성(compliance)를 보유해서 원천적으로 안전하다. In human-robot interaction on the market today, heavy mechanical reducers with high reduction ratios are used. However, a human-friendly robot needs a safe driving technology that can replace a heavy and frictional reducer. Among them, the drive technology based on twisted strings is inherently safe because it uses a light and inexpensive fiber material and retains compliance.

이와 같은 특성을 가진 줄 꼬임 기반의 구동기술은 원형 풀리를 사용하는 기존의 로봇 관절들은 줄 꼬임 구동기와 같이 비대칭적인 구동특성을 가지는 구동기술에는 적합하지 않다. 또한 원형 풀리 만을 사용할 경우 작동범위가 감소하고 토크 성능이 균일하지 않기 때문에 추가적인 복잡한 제어가 필요한 문제가 있다.The twisted string-based driving technology with such characteristics is not suitable for the driving technology that has asymmetrical driving characteristics, such as the twisted string actuator, in the existing robot joints using a circular pulley. In addition, when only the circular pulley is used, the operating range is reduced and the torque performance is not uniform, so there is a problem that additional complicated control is required.

또한 줄 꼬임 구동기는 한 개의 모터가 한 축의 줄 꼬임을 수행하는데, 로봇 관절의 양방향 구동을 위해서는 두 개의 모터가 필수적이다. 이와 같이 두 개의 모터를 사용하게 되면 제어가 복잡해지고 시스템의 무게가 증가하는 문제가 있다.In addition, in the twisted string actuator, one motor performs one axis of twisting, and two motors are essential for bidirectional driving of the robot joints. If two motors are used in this way, the control becomes complicated and the weight of the system increases.

또한 줄 꼬임 구동기 만을 사용한 로봇 관절은 제어 성능이 저하되고 빠른 응답성을 얻을 수 없기 때문에 사람의 안전을 보장하지 못하고 요구되는 성능 기준을 충족하지 못하였다. 그리고 한정된 작동범위에서 로봇 관절이 동작하기 때문에 구동기의 자유도 및 확장성이 매우 국한되는 등의 한계가 있었다. In addition, the robot joints using only the twisted string actuator did not guarantee human safety and did not meet the required performance standards because the control performance was deteriorated and the quick response could not be obtained. And since the robot joints operate in a limited operating range, there are limitations such as the degree of freedom and extensibility of the actuator is very limited.

대한민국 등록특허공보 제10-1370375호(2014.02.27)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1370375 (2014.02.27)

본 발명은 제어 성능이 향상되고 빠른 응답성을 얻을 수 있도록 구동기를 조합한 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hybrid type twisted string actuator in which an actuator is combined to improve control performance and obtain quick response.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 줄 꼬임 구동기는 한 쌍의 줄 꼬임 유닛이 각각 서로 다른 방향으로 회전되면서 줄의 꼬임을 발생시키는 줄 꼬임 구동부; 상기 줄 꼬임 구동부로부터 동력을 전달받아 양방향으로 구동 제어되는 관절부재; 및 상기 관절부재의 출력축에 연결되어 상기 출력축의 양방향 구동을 직접 제어하는 보조 구동부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the twisted string actuator according to the present invention includes: a string twist driving unit for generating twist of a string while a pair of twisted string units are rotated in different directions, respectively; a joint member that is driven and controlled in both directions by receiving power from the twisted string drive unit; and an auxiliary driving unit connected to the output shaft of the joint member to directly control the bidirectional driving of the output shaft.

상기 줄 꼬임 구동부는 제1 구동원에 의해 구동되고 상기 보조 구동부는 제2 구동원에 의해 구동되는데, 상기 제2 구동원은 상기 제1 구동원에 비하여 빠른 응답속도를 가지고, 상기 제1 구동원은 상기 제2 구동원에 비하여 큰 토크를 가질 수 있다. The twisted string driving unit is driven by a first driving source and the auxiliary driving unit is driven by a second driving source, wherein the second driving source has a faster response speed than the first driving source, and the first driving source is the second driving source It can have a large torque compared to

상기 제1 구동원의 입력축에는 한 쌍의 기어가 맞물리고, 상기 기어는 상기 줄 꼬임 유닛과 각각 연동되어 동력을 전달할 수 있다.A pair of gears may be engaged with the input shaft of the first driving source, and the gears may be interlocked with the string twisting unit to transmit power.

상기 기어는 헬리컬 기어일 수 있다.The gear may be a helical gear.

상기 제2 구동원의 입력축은 베벨 기어를 통하여 상기 관절부재의 출력축과 연결될 수 있다.The input shaft of the second driving source may be connected to the output shaft of the joint member through a bevel gear.

상기 줄 꼬임 유닛의 일단부는 상기 줄 꼬임 구동부 측에 고정되고 타단부는 리니어 가이드 상에서 슬라이딩되는 로드셀에 고정되며, 상기 로드셀은 상기 줄 꼬임 구동부에 의해 발생한 토크를 감지할 수 있다. 상기 관절부재의 출력축에는 캠풀리가 결합되고, 상기 로드셀에는 상기 캠풀리에 감아진 와이어가 연결될 수 있다.One end of the string twisting unit is fixed to the line twist driving unit and the other end is fixed to a load cell sliding on the linear guide, and the load cell may sense a torque generated by the string twist driving unit. A cam pulley may be coupled to the output shaft of the joint member, and a wire wound around the cam pulley may be connected to the load cell.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 줄 꼬임 구동기를 관절 구동에 이용한 로봇이 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a robot using a twisted string actuator for joint driving may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 줄 꼬임 구동기의 단점인 비대칭적 특성을 상쇄하고 응답속도 및 제어성능의 개선을 위해 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a hybrid type twisted string actuator in order to offset the asymmetric characteristic, which is a disadvantage of the twisted string actuator, and to improve response speed and control performance.

또한 줄 꼬임 구동부와 보조 구동부 간의 간섭을 최소화하고 상충관계를 보상해 줌으로써, 줄 꼬임 구동기 만의 로봇 관절의 제어성능 및 응답속도를 극대화할 수 있다. In addition, it is possible to maximize the control performance and response speed of the robot joints of the twisted string actuator by minimizing the interference between the twisted string actuator and the auxiliary driving unit and compensating for the trade-off.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 줄 꼬임 구동기가 구동된 것을 보인 도면.1 is a front view of a hybrid type twisted string actuator according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a hybrid type twisted string actuator according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing a twisted string actuator is driven according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, 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.

이하, 본 발명에 의한 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of a twisted string actuator for hybrid driving according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. and a redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 형태의 줄 꼬임 구동기의 사시도이다.1 is a front view of a hybrid type twisted string actuator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a hybrid type twisted string actuator according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 줄 꼬임 구동기는 한 쌍의 줄 꼬임 유닛(30)이 각각 서로 다른 방향으로 회전되면서 줄의 꼬임을 발생시키는 줄 꼬임 구동부(20); 상기 줄 꼬임 구동부(20)로부터 동력을 전달받아 양방향으로 구동 제어되는 관절부재(50); 및 상기 관절부재(50)의 출력축(52)에 연결되어 상기 출력축(52)의 양방향 구동을 직접 제어하는 보조 구동부(40)를 포함할 수 있다. As shown in this view, the string twist driver according to an embodiment of the present invention includes: a line twist driving unit 20 for generating a twist of a string while a pair of string twisting units 30 rotate in different directions, respectively; a joint member 50 that is driven and controlled in both directions by receiving power from the twisted string drive unit 20; and an auxiliary driving unit 40 connected to the output shaft 52 of the joint member 50 to directly control the bidirectional driving of the output shaft 52 .

상술한 줄 꼬임 구동부(20), 보조 구동부(40) 및 관절부재(50)는 프레임(10)에 각각 설치된다. 프레임(10)은 상기 구성들이 설치될 수 있도록 일방향으로 긴 형태를 가지며 'ㄴ'자 형상으로 절곡한 형상을 가진다. The above-described twisted string driving unit 20 , the auxiliary driving unit 40 , and the joint member 50 are installed in the frame 10 , respectively. The frame 10 has a long shape in one direction so that the components can be installed, and has a shape bent in a 'L' shape.

본 실시예에서 줄 꼬임 구동부(20)는 저주파의 고토크를 가지는 유연한 매크로 액츄에이션(Macro Actuation)을 수행하는 역할을 한다. 줄 꼬임 구동부(20)는 프레임(10)에 소정의 간격을 가지고 직립하게 설치된 한 쌍의 설치 프레임(24)에 결합된다. 설치 프레임(24)에는 제1 구동원(22)이 설치되는데, 제1 구동원(22)로는 예를 들어 DC/EC 전기 모터가 사용될 수 있다. 제1 구동원(22)은 상술한 바와 같이 고토크를 가져야 하므로 이하에서 설명할 제2 구동원(42)에 비하여 높은 파워와 큰 토크를 가진 모터가 사용된다. 다만 제1 구동원(22)이 제2 구동원(42)에 비하여 반드시 높은 파워와 큰 토크를 가져야 하는 것은 아니고, 동일하거나 낮은 파워와 작은 토크를 가질 수도 있다.제1 구동원(22)의 입력축에는 한 쌍의 기어(26)가 맞물리게 결합된다. 본 실시예에서 기어(26)는 헬리컬 기어로 구성되며 한 쌍으로 이루어져 제1 구동원(22)의 입력축이 회전되면 각각의 기어(26)는 서로 반대방향으로 회전을 하게 된다. 이와 같이 기어(26)가 서로 반대방향으로 회전하기 때문에, 각각의 기어(26)에 연결된 줄 꼬임 유닛(30)이 서로 반대방향으로 회전되면서 한 쪽에서는 꼬임에 의해 수축이 발생하고 다른 쪽에서는 풀림에 의해 인장이 발생하게 된다. 이러한 동작에 의하여 관절부재(50)의 양방향 제어가 원활하게 이루어질 수 있다. 다시 말해 하나의 구동원만 가지고도 한 쌍의 줄 꼬임 유닛(30)이 서로 반대방향으로 동작하도록 제어되기 때문에 관절부재(50)의 양방향 제어가 용이하다. In this embodiment, the twisted string driving unit 20 serves to perform a flexible macro actuation having a high torque of a low frequency. The twisted string driving unit 20 is coupled to a pair of installation frames 24 installed upright at a predetermined interval in the frame 10 . A first driving source 22 is installed on the installation frame 24 . As the first driving source 22 , for example, a DC/EC electric motor may be used. Since the first driving source 22 must have high torque as described above, a motor having higher power and greater torque than the second driving source 42 to be described below is used. However, the first drive source 22 does not necessarily have higher power and greater torque than the second drive source 42 , and may have the same or lower power and smaller torque than the second drive source 42 . A pair of gears 26 are meshed together. In this embodiment, the gear 26 is composed of a helical gear and is formed as a pair. When the input shaft of the first driving source 22 is rotated, each gear 26 rotates in opposite directions to each other. As the gear 26 rotates in opposite directions as described above, the twisting string unit 30 connected to each gear 26 rotates in the opposite direction to each other, causing contraction by twisting on one side and loosening on the other side. tension is generated by By this operation, the bidirectional control of the joint member 50 can be made smoothly. In other words, since the pair of twisted string units 30 are controlled to operate in opposite directions with only one driving source, the bidirectional control of the joint member 50 is easy.

이상에서 설명한 기어(26)의 구성은 동력 전달 구조의 일 예로서 제시한 것이며, 이에 제한되지 않고 헬리컬 기어 외에 평기어 등이 사용될 수도 있으며 풀리-벨트의 동력 전달 구조가 사용될 수도 있다.The configuration of the gear 26 described above is presented as an example of a power transmission structure, and the present invention is not limited thereto, and a spur gear may be used in addition to a helical gear, or a power transmission structure of a pulley-belt may be used.

또한 줄 꼬임 구동부(20)는 상술한 바와 같이 줄의 꼬임에 의해 동력을 발생시키기 때문에 유연성이 뛰어나고 자체적 감속비를 가지고 있어, 큰 힘/토크의 발생이 가능하다. In addition, since the twisted string driving unit 20 generates power by twisting the string as described above, it has excellent flexibility and has its own reduction ratio, so that large force/torque can be generated.

줄 꼬임 구동부(20)의 출력단에는 한 쌍의 후크(28)가 구비된다. 후크(28)는 각각 줄 꼬임 유닛(30)의 단부가 걸어지는 부분으로서, 본 실시예 이외에 다양한 형태의 걸림이 가능한 구성이 채용될 수 있다. A pair of hooks 28 are provided at the output end of the twisted string driving unit 20 . Each of the hooks 28 is a part on which the end of the twisting string unit 30 is hung, and a configuration capable of engaging in various forms other than the present embodiment may be employed.

줄 꼬임 유닛(30)은 후크(28)에 일단부가 걸어지고 타단부는 아이볼트(34)에 걸어진 상태로 제1 구동원(22)으로부터 동력을 전달받아 꼬임이 발생하면서 큰 토크를 발생시키는 역할을 한다. 줄 꼬임 유닛(30)은 토크의 크기 등을 고려하여 길이, 소재를 적절하게 설계하여야 한다. 실질적으로 줄 꼬임 유닛(30)의 길이가 길어질수록 감속비가 증가하기 때문에 필요한 토크에 따라 줄 꼬임 유닛(30)의 길이의 적절한 설계가 이루어져야 할 것이다. The string twisting unit 30 receives power from the first driving source 22 with one end hooked on the hook 28 and the other end hooked on the eye bolt 34 to generate a large torque while twisting occurs. do The string twisting unit 30 should be appropriately designed in length and material in consideration of the size of torque and the like. Since the reduction ratio increases as the length of the string twisting unit 30 increases, an appropriate design of the length of the string twisting unit 30 should be made according to the required torque.

줄 꼬임 유닛(30)의 타단부는 로드셀(32)의 양측에 구비된 아이볼트(34)에 걸어진다. 로드셀(32)은 줄 꼬임 유닛(30)의 꼬임에 의해 발생한 토크를 감지하여 검출하는 역할을 한다. 즉, 로드셀(32)은 줄 꼬임 유닛(30)의 꼬임에 의해 일정 토크 이상이 가해진다고 감지하면 제1 구동원(22)으로 정지 신호를 전달하거나 힘/토크 제어를 위한 센서 피드백 값도 제공할 수 있다. The other end of the string twisting unit 30 is hung on the eye bolts 34 provided on both sides of the load cell 32 . The load cell 32 serves to detect and sense the torque generated by the twisting of the string twisting unit 30 . That is, the load cell 32 may transmit a stop signal to the first driving source 22 or provide a sensor feedback value for force/torque control when detecting that a predetermined torque or more is applied by the twisting of the string twisting unit 30 . have.

로드셀(32)은 프레임(10)의 내측면에 설치된 리니어 가이드(36) 상에 슬라이딩되게 설치된다. 로드셀(32)은 줄 꼬임 유닛(30)의 수축 또는 인장에 의해 리니어 가이드(36)를 따라 슬라이딩된다. 리니어 가이드(36)는 프레임(10)의 내측면에 상하로 평행하게 설치된다. The load cell 32 is slidably installed on the linear guide 36 installed on the inner surface of the frame 10 . The load cell 32 is slid along the linear guide 36 by contraction or tension of the string twisting unit 30 . The linear guide 36 is installed vertically and parallel to the inner surface of the frame 10 .

본 실시예에서 보조 구동부(40)는 고주파의 미니 액츄에이션(Mini Actuation)을 수행하는 역할을 한다. 만약에 매크로 액츄에이션을 수행하는 줄 꼬임 구동부(20)에 의해서만 관절부재(50)의 제어를 수행하게 되면 큰 힘/토크에 의한 제어는 가능할 것이다. 하지만 상대적으로 응답성이 떨어지고 미세 제어가 어렵기 때문에, 본 실시예에서는 보조 구동부(40)를 별도로 두어 응답성을 빠르게 하고 제어성능을 높인 것이다. In this embodiment, the auxiliary driving unit 40 serves to perform mini-actuation of high frequency. If the control of the joint member 50 is performed only by the string twist driving unit 20 performing macro actuation, control by a large force/torque will be possible. However, since the responsiveness is relatively low and fine control is difficult, in this embodiment, the auxiliary driving unit 40 is separately provided to speed up the responsiveness and increase the control performance.

보다 구체적으로 설명하면 보조 구동부(40)에는 제1 구동원(22)에 비하여 상대적으로 토크가 작지만 응답속도가 빠른 제2 구동원(42)이 구동원으로서 동작한다. 제2 구동원(42) 또한 DC/EC/STEP 등 전기 모터가 사용될 수 있는데, 제1 구동원(22)에 비하여 토크는 작지만 선형적인 구동 특성을 가지고 있고 응답성이 매우 빠르며 제어성능이 뛰어나다. 제2 구동원(42)은 상술한 전기 모터 이외에 피에조(piezo) 구동기 등이 사용될 수 있다.제2 구동원(42)의 입력축(44)은 베벨기어(46)를 통하여 관절부재(50)의 출력축(52)과 연결된다. 이와 같이 제2 구동원(42)의 출력이 직접 관절부재(50)로 전달되도록 구성함으로써, 제2 구동원(42)은 제1 구동원(22)의 단점인 제어 성능 및 응답성을 보상하고 높은 제어 영역(Hz)에서의 구동을 보상하게 된다. 결국 전체적인 구동기의 제어복잡성이 최소화되며 부족한 제어성능을 극대화할 수 있다. More specifically, in the auxiliary driving unit 40 , a second driving source 42 , which has a relatively small torque but high response speed compared to the first driving source 22 , operates as a driving source. The second drive source 42 may also be an electric motor such as DC/EC/STEP, which has a smaller torque than the first drive source 22, but has a linear drive characteristic, has very fast responsiveness, and has excellent control performance. The second driving source 42 may be a piezo actuator in addition to the electric motor described above. The input shaft 44 of the second driving source 42 is the output shaft of the joint member 50 through the bevel gear 46 ( 52) is associated with By configuring the output of the second drive source 42 to be directly transmitted to the joint member 50 in this way, the second drive source 42 compensates for the control performance and responsiveness, which are the disadvantages of the first drive source 22 , and provides a high control area. (Hz) is compensated. As a result, the control complexity of the overall actuator is minimized and insufficient control performance can be maximized.

한편 관절부재(50)의 출력축(52)에는 캠풀리(54)가 결합된다. 캠풀리(54)에 감아진 와이어는 로드셀(32)의 아이볼트(34)에 걸어지고, 와이어는 로드셀(32)의 슬라이딩에 연동하여 당겨지거나 풀려진다. 와이어의 당김 및 풀림 동작에 의해 줄 꼬임 구동부(20)의 동력이 관절부재(50)로 전달되며 이와 같이 전달된 동력은 상대적으로 큰 토크를 출력하게 된다. Meanwhile, the cam pulley 54 is coupled to the output shaft 52 of the joint member 50 . The wire wound around the cam pulley 54 is hung on the eye bolt 34 of the load cell 32 , and the wire is pulled or released in association with the sliding of the load cell 32 . The power of the twisted string driving unit 20 is transmitted to the joint member 50 by the pulling and unwinding operation of the wire, and the transmitted power outputs a relatively large torque.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 줄 꼬임 구동기의 작동 과정을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an operation process of the twisted string actuator according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to FIG. 3 .

도 3을 참조하면, 줄 꼬임 구동기의 동작은 제1 구동원(22)의 구동에 의해 시작된다. 제1 구동원(22)이 구동되면 한 쌍의 기어(24)는 서로 반대방향으로 회전하게 되고, 이에 연동하여 줄 꼬임 유닛(30)이 서로 반대방향으로 회전된다. 이때 상부에 위치한 줄 꼬임 유닛(30)은 꼬임이 발생하면서 수축되고, 하부에 위치한 줄 꼬임 유닛(30)은 꼬임이 풀어지면서 인장이 발생된다. Referring to FIG. 3 , the operation of the twisted string actuator is started by driving the first driving source 22 . When the first driving source 22 is driven, the pair of gears 24 rotate in opposite directions to each other, and the string twisting unit 30 is rotated in opposite directions in association with this. At this time, the string twisting unit 30 located at the upper portion is contracted while twisting occurs, and the line twisting unit 30 located at the lower portion is tensioned as the twist is released.

줄 꼬임 유닛(30)의 꼬임에 연동하여 와이어를 당기게 되면 캠풀리(54)가 회전되면서 관절부재(50)가 상방으로 회전될 수 있다. 이상에서 설명한 동작은 줄 꼬임 구동부(20)에 의한 매크로 액츄에이션이다. 매크로 액츄에이션에 의하면 큰 토크로 관절부재(50)의 회전이 이루어질 수 있다.When the wire is pulled in connection with the twist of the string twisting unit 30, the cam pulley 54 is rotated and the joint member 50 can be rotated upward. The operation described above is a macro actuation by the twist string driving unit 20 . According to the macro actuation, the rotation of the joint member 50 can be made with a large torque.

한편 매크로 액츄에이션에 의하면 관절부재(50)의 미세 제어가 어렵고 응답성이 느리기 때문에 이를 보상하기 위해 보조 구동부(40)가 구동된다. 제2 구동원(42)이 구동되면 관절부재(50)의 출력축(52)으로 직접 동력을 전달하게 되어 관절부재(50)의 응답성을 빠르게 할 수 있다. 이와 같이 보조 구동부(40)에 의한 고주파의 미니 액츄에이션이 이루어짐으로써, 매크로 액츄에이션을 보상하여 물리적 성능(힘, 토크)와 응답속도와 같은 제어적 성능을 극대화할 수 있고, 작동범위에 구속받지 않고 모든 작동 구간 내에서 효율적인 구동이 가능하다. Meanwhile, according to the macro actuation, since the fine control of the joint member 50 is difficult and the responsiveness is slow, the auxiliary driving unit 40 is driven to compensate for this. When the second driving source 42 is driven, power is directly transmitted to the output shaft 52 of the joint member 50 , so that the responsiveness of the joint member 50 can be increased. As such, by performing the high-frequency mini-actuation by the auxiliary driving unit 40, it is possible to maximize the control performance such as physical performance (force, torque) and response speed by compensating for the macro-actuation, and is not limited by the operating range. Efficient operation is possible within all operating sections.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to specific embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art may vary the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be understood that modifications and changes can be made to

10 : 프레임 20 : 줄 꼬임 구동부
22 : 제1 구동원 24 : 설치 프레임
26 : 기어 28 : 후크
30 : 줄 꼬임 유닛 32 : 로드셀
34 : 아이볼트 36 : 리니어 가이드
40 : 보조 구동부 42 : 제2 구동원
44 : 입력축 46 : 베벨기어
50 : 관절부재 52 : 출력축
54 : 캠풀리10: frame 20: twisted string driving part
22: first driving source 24: installation frame
26: gear 28: hook
30: twisted string unit 32: load cell
34: eye bolt 36: linear guide
40: auxiliary driving unit 42: second driving source
44: input shaft 46: bevel gear
50: joint member 52: output shaft
54: cam pulley

Claims (8)

한 쌍의 줄 꼬임 유닛이 각각 서로 다른 방향으로 회전되면서 줄의 꼬임을 발생시키는 줄 꼬임 구동부;
상기 줄 꼬임 구동부로부터 동력을 전달받아 양방향으로 구동 제어되는 관절부재; 및
상기 관절부재의 출력축에 연결되어 상기 출력축의 양방향 구동을 직접 제어하는 보조 구동부를 포함하고,
상기 줄 꼬임 유닛의 일단부는 상기 줄 꼬임 구동부 측에 고정되고 타단부는 리니어 가이드 상에서 슬라이딩되는 로드셀에 고정되며, 상기 로드셀은 상기 줄 꼬임 구동부에 의해 발생한 토크를 감지하며,
상기 관절부재의 출력축에는 캠풀리가 결합되고, 상기 로드셀에는 상기 캠풀리에 감긴 와이어가 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기.a string twist driving unit for generating twist of a string while a pair of twisting string units are rotated in different directions;
a joint member that is driven and controlled in both directions by receiving power from the twisted string drive unit; and
and an auxiliary driving unit connected to the output shaft of the joint member to directly control the bidirectional driving of the output shaft,
One end of the string twisting unit is fixed to the line twist driving unit and the other end is fixed to a load cell sliding on the linear guide, and the load cell senses the torque generated by the string twist driving unit,
A cam pulley is coupled to the output shaft of the joint member, and a wire wound around the cam pulley is connected to the load cell. 제1항에 있어서,
상기 줄 꼬임 구동부는 제1 구동원에 의해 구동되고 상기 보조 구동부는 제2 구동원에 의해 구동되는데,
상기 제2 구동원은 상기 제1 구동원에 비하여 빠른 응답속도를 가지고, 상기 제1 구동원은 상기 제2 구동원에 비하여 큰 토크를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기.The method of claim 1,
The twisted string driving unit is driven by a first driving source and the auxiliary driving unit is driven by a second driving source,
The second drive source has a faster response speed than the first drive source, and the first drive source has a larger torque than the second drive source. 제2항에 있어서,
상기 제1 구동원의 입력축에는 한 쌍의 기어가 맞물리고, 상기 기어는 상기 줄 꼬임 유닛과 각각 연동되어 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기.3. The method of claim 2,
A pair of gears are engaged with the input shaft of the first drive source, and the gears are interlocked with the twisted string unit to transmit power. 제3항에 있어서,
상기 기어는 헬리컬 기어인 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기.4. The method of claim 3,
The gear is a string twist actuator for hybrid driving, characterized in that it is a helical gear. 제2항에 있어서,
상기 제2 구동원의 입력축은 베벨 기어를 통하여 상기 관절부재의 출력축과 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동을 위한 줄 꼬임 구동기.3. The method of claim 2,
The input shaft of the second driving source is a twisted string actuator for hybrid driving, characterized in that it is connected to the output shaft of the joint member through a bevel gear. 삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 줄 꼬임 구동기를 관절 구동에 이용한 로봇. A robot using the twisted string actuator according to any one of claims 1 to 5 for joint driving.
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