KR102490441B1 - Elastic Reduction Actuator And Wearable Assistance Device Having The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 감속비와 높은 토크 전달 능력을 구비한 싸이클로이드 감속유닛이 모터유닛 내부에 구비되고, 링형 디스크 형태의 탄성유닛이 일체로 적층되어 착용자의 관절 등에 제공되는 보조 토크의 크기를 정밀하게 측정할 수 있는 두께와 부피가 최소화될 수 있는 탄성 감속 구동기 및 이를 구비한 착용형 보조장치에 관한 것이다.In the present invention, a cycloid speed reduction unit having various reduction ratios and high torque transmission capability is provided inside the motor unit, and an elastic unit in the form of a ring disk is integrally laminated to precisely measure the magnitude of auxiliary torque provided to the wearer's joints, etc. It relates to an elastic deceleration actuator capable of minimizing thickness and volume and a wearable assistive device having the same.

Figure R1020210003724
Figure R1020210003724

Description

탄성 감속 구동기 및 이를 구비하는 착용형 보조장치{Elastic Reduction Actuator And Wearable Assistance Device Having The Same}Elastic reduction actuator and wearable assist device having the same {Elastic Reduction Actuator And Wearable Assistance Device Having The Same}

본 발명은 탄성 감속 구동기 및 이를 구비한 착용형 보조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 다양한 감속비와 높은 토크 전달 능력을 구비한 싸이클로이드 감속유닛이 모터유닛 내부에 구비되고, 링형 디스크 형태의 탄성유닛이 일체로 적층되어 착용자의 관절 등에 제공되는 보조 토크의 크기를 정밀하게 측정할 수 있는 두께와 부피가 최소화될 수 있는 탄성 감속 구동기 및 이를 구비한 착용형 보조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an elastic deceleration actuator and a wearable auxiliary device having the same. More specifically, the present invention provides a cycloid speed reduction unit having various reduction ratios and high torque transmission capability inside the motor unit, and an elastic unit in the form of a ring-shaped disk is integrally stacked to determine the magnitude of auxiliary torque provided to the wearer's joints and the like. It relates to an elastic deceleration actuator capable of minimizing a thickness and volume that can accurately measure and a wearable auxiliary device having the same.

최근 일상 생활이 불가능한 신체능력을 가진 장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 보조장치 또는 체력이나 신체능력을 강화하기 위한 산업용 또는 군사용 착용형 보조장치의 개발이 진행되고 있다. Recently, development of wearable assistive devices for the disabled, patients, or the elderly who have physical abilities that make daily life impossible, or industrial or military wearable assistive devices for strengthening physical strength or physical ability is in progress.

장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 보조장치의 경우에는 착용형 보조장치의 목적, 착용자의 신체 능력, 착용형 보조장치에서 요구되는 보조력의 크기 또는 역할에 따라 탑승용 착용형 보조장치와 노약자, 부분마비 환자, 장애인, 군인 또는 작업자를 위한 보조용 착용형 보조장치로 분류될 수 있다.In the case of wearable assistive devices for the disabled, patients, or the elderly, depending on the purpose of the wearable assistive device, the wearer's physical ability, and the size or role of the assistive force required by the wearable assistive device, the wearable assistive device for riding and the elderly, It can be classified as an assistive wearable device for partially paralyzed patients, disabled people, soldiers or workers.

전자의 경우, 착용자에게 완전한 관절에 필요한 보조력을 제공할 수 있으므로, 착용자의 움직임에 대한 동작 의도 등은 로봇의 제어변수로 큰 의의가 없으므로, 착용형 보조장치는 충분한 힘으로 사용자의 하지의 움직임을 대신하여 정확하게 보행 동작을 수행하면 된다. 따라서, 전자의 착용형 보조장치의 경우에는 요구되는 구동력의 크기가 크고 그에 따라 구동장치, 배터리 및 골격구조가 큰 경우가 많다.In the former case, since the wearer can provide the wearer with the necessary auxiliary force for a complete joint, motion intention for the wearer's movement is not of great significance as a control variable of the robot. Instead, it is sufficient to perform a walking motion accurately. Therefore, in the case of the former wearable auxiliary device, the required driving force is large, and accordingly, the driving device, the battery, and the skeleton structure are often large.

그러나, 후자의 착용형 보조장치의 경우에는 사용자의 신체능력이 부족하거나, 작업 공간에서 신체능력을 보강하기 위한 로봇이므로, 착용형 보조장치의 크기와 무게가 최소화되고 사용자의 동작 의도에 따라 정확한 보조력을 제공하는 것이 중요하다. However, in the case of the latter wearable assistive device, since the user's physical ability is insufficient or it is a robot for reinforcing physical ability in the work space, the size and weight of the wearable assistive device are minimized and accurate assistance is provided according to the user's motion intention. It is important to provide power.

그리고, 후자의 착용형 보조장치의 경우, 착용형 보조장치의 구동 시간을 늘리며 착용자의 무게 부담을 최소화하고 일상 생활 또는 작업환경 내에서 주변 사물과의 간섭을 최소화하기 위하여, 착용형 보조장치를 구성하는 탄성 감속 구동기의 크기와 무게도 최소화되는 것이 바람직하다.In the case of the latter wearable assistive device, the wearable assistive device is configured to increase the driving time of the wearable assistive device, minimize the wearer's weight burden, and minimize interference with surrounding objects in daily life or work environment. It is also desirable that the size and weight of the elastic deceleration actuator to be minimized.

그리고, 착용형 보조장치는 관절 등에 관절 구동기를 구비하고, 구동기를 구동하여 착용자의 대퇴와 하퇴 등에 장착되는 지지유닛을 회전시키는 방법으로 착용자의 고관절과 슬관절의 토크 부하를 보조할 수 있다.In addition, the wearable auxiliary device may include a joint drive unit on a joint, and drive the drive unit to rotate a support unit mounted on the thigh and lower leg of the wearer to assist torque load on the wearer's hip joint and knee joint.

또한, 착용형 보조장치를 통하여 착용자의 움직임을 보조하는 경우, 적절한 시기에 적절한 보조력으로 보조하는 것이 필요하다.In addition, when assisting the movement of the wearer through the wearable assistive device, it is necessary to assist with an appropriate assisting force at an appropriate time.

즉, 무조건 큰 힘을 제공하기 위하여 큰 출력의 구동기를 설치하는 것도 착용형 보조장치의 크기와 무게를 증가시키고 착용자의 부상이 발생될 수 있으므로 바람직하지 않다.That is, installing an actuator with a large output in order to unconditionally provide a large force is not preferable because it increases the size and weight of the wearable assistive device and may cause injury to the wearer.

따라서, 탄성 감속 구동기의 크기와 무게가 최소화되면서도 충분한 감속비를 통해 충분한 토크를 제공하며, 착용자의 관절 등에 요구되는 정확한 토크 또는 보조력을 제공할 필요가 있다. 따라서, 각각의 구동기를 통해 제공되는 토크 또는 보조력은 정확하게 제어되어야 하며, 이는 탄성 감속 구동기를 통해 전달되는 토크 또는 보조력을 실시간으로 정확하게 측정함을 전제한다.Therefore, it is necessary to minimize the size and weight of the elastic deceleration actuator, provide sufficient torque through a sufficient reduction ratio, and provide accurate torque or auxiliary force required for the wearer's joints. Therefore, the torque or auxiliary force provided through each actuator must be precisely controlled, which presupposes that the torque or auxiliary force transmitted through the elastic reduction actuator is accurately measured in real time.

통상적으로 토크를 측정하기 위한 토크 센서의 경우 그 비용이 크고 소형화된 구동기에 적합하지 않은 경우가 많다.In general, in the case of a torque sensor for measuring torque, its cost is high and is often not suitable for miniaturized actuators.

따라서, 착용형 보조장치의 관절 보조력을 제공하기 위한 탄성 감속 구동기로서, 크기와 무게가 최소화되고 충분한 구동토크를 착용자의 보행 싸이클에 따라 정밀하게 제공할 수 있는 탄성 감속 구동기가 요구된다.Therefore, as an elastic deceleration actuator for providing joint assisting force of a wearable assistive device, an elastic deceleration actuator capable of minimizing size and weight and precisely providing sufficient driving torque according to a wearer's gait cycle is required.

통상적으로 4개 정도의 관절 탄성 감속 구동기가 구비될 수 있고, 발목 관절 보조를 위한 관절 탄성 감속 구동기를 부가하는 경우 6개의 관절 탄성 감속 구동기가 구비될 수 있다. 또한, 하지 보조를 위한 착용형 보조장치의 경우 고관절 보조를 위한 고관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기는 대퇴를 지지하기 위한 대퇴 지지유닛, 하퇴를 지지하기 위한 하퇴 지지유닛, 발을 지지하기 위한 족 지지유닛 및 이를 구동하기 위한 관절 탄성 감속 구동기의 하중이 모두 토크부하로 인가될 수 있다.Typically, four or so joint elastic deceleration actuators may be provided, and six joint elastic deceleration actuators may be provided in the case of adding joint elastic deceleration actuators for assisting an ankle joint. In addition, in the case of a wearable assistive device for lower extremity assistance, the elastic deceleration actuator for hip joint assistance includes a thigh support unit for supporting the thigh, a lower leg support unit for supporting the lower leg, and a foot support unit for supporting the foot. All of the load of the joint elastic deceleration actuator for driving the same may be applied as a torque load.

이를 위하여 각각의 관절의 보조력을 제공하기 위한 관절 탄성 감속 구동기의 무게와 부피를 최소화하기 위하여 착용형 보조장치의 주요 구성인 구동장치의 구조가 단순화되고 경량화 및 소형화가 전제되어야 한다.To this end, in order to minimize the weight and volume of the joint elastic deceleration actuator for providing auxiliary power to each joint, the structure of the driving device, which is the main component of the wearable assistive device, must be simplified and reduced in weight and size.

또한, 관절 탄성 감속 구동기를 구성하는 모터유닛을 충분히 감속시켜 충분한 토크를 제공하는 것이 유리하고, 착용형 보조장치의 용도에 따라 다양한 토크비 설계가 가능한 감속 구조가 요구된다.In addition, it is advantageous to provide sufficient torque by sufficiently decelerating the motor unit constituting the joint elastic deceleration actuator, and a deceleration structure capable of designing various torque ratios according to the use of the wearable assistive device is required.

본 발명은 다양한 감속비와 높은 토크 전달 능력을 구비한 싸이클로이드 감속유닛이 모터유닛 내부에 구비되고, 링형 디스크 형태의 탄성유닛이 일체로 적층되어 착용자의 관절 등에 제공되는 보조 토크의 크기를 정밀하게 측정할 수 있는 두께와 부피가 최소화될 수 있는 탄성 감속 구동기 및 이를 구비한 착용형 보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. In the present invention, a cycloid speed reduction unit having various reduction ratios and high torque transmission capability is provided inside the motor unit, and an elastic unit in the form of a ring disk is integrally laminated to precisely measure the magnitude of auxiliary torque provided to the wearer's joints, etc. It is an object to be solved to provide an elastic deceleration actuator capable of minimizing the thickness and volume and a wearable auxiliary device having the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 커버 하우징; 상기 제1 커버 하우징 내에 장착되는 스테이터; 상기 스테이터 내측에 배치되는 로터; 및 상기 로터에장착되어 로터의 회전시 함께 회전되는 구동부재를 포함하는 모터유닛; 상기 모터유닛의 로터 내부에 배치되고, 상기 로터에 입력단이 연결되는 감속유닛; 상기 감속유닛의 출력단을 중심 영역의 개방구로 노출시키며 회전 가능하게 지지하는 제2 커버 하우징; 상기 감속유닛에 체결되는 내부 프레임, 상기 제1 커버 하우징 또는 상기 제2 커버 하우징 측에 장착되는 외부 프레임 및 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이를 연결하며, 상기 외부 프레임에 대한 상기 내부 프레임에 대한 비틀림을 허용하는 적어도 하나의 탄성부를 구비하는 탄성유닛;을 포함하는 탄성 감속 구동기를 제공할 수 있다. In order to solve the above problems, the present invention is a first cover housing; a stator mounted within the first cover housing; a rotor disposed inside the stator; and a motor unit including a driving member mounted on the rotor and rotated together when the rotor rotates. a speed reduction unit disposed inside the rotor of the motor unit and having an input terminal connected to the rotor; a second cover housing that rotatably supports the output end of the speed reduction unit while exposing it through an opening in a central area; An inner frame fastened to the speed reduction unit, an outer frame mounted on the side of the first cover housing or the second cover housing, and a connection between the inner frame and the outer frame, and twisting of the outer frame relative to the inner frame It is possible to provide an elastic deceleration actuator including; an elastic unit having at least one elastic part that allows.

또한, 상기 탄성유닛의 내부 프레임과 외부 프레임은 복수 개의 탄성부로 연결되고, 각각의 탄성부는 동일 평면 상에 복수 개의 원호가 번갈아 반대방향으로 연결된 형상일 수 있다.In addition, the inner frame and the outer frame of the elastic unit may be connected by a plurality of elastic parts, and each elastic part may have a shape in which a plurality of circular arcs are alternately connected in opposite directions on the same plane.

그리고, 상기 탄성유닛의 내부 프레임에 엔코더 디스크가 장착되고, 상기 제2 커버 하우징 측에 엔코더가 구비되어 상기 탄성유닛의 내부 프레임의 외부 프레임에 대한 비틀림 각도의 감지가 가능할 수 있다.An encoder disk may be mounted on the inner frame of the elastic unit, and an encoder may be provided on the side of the second cover housing to detect a twist angle of the inner frame of the elastic unit with respect to the outer frame.

여기서, 상기 제1 커버 하우징, 상기 탄성유닛의 외부 프레임 및 상기 제2 커버 하우징 사이에 링형태의 미들 하우징이 구비되고, 상기 엔코더는 상기 미들 하우징에 장착될 수 있다.Here, a ring-shaped middle housing may be provided between the first cover housing, the outer frame of the elastic unit, and the second cover housing, and the encoder may be mounted on the middle housing.

이 경우, 상기 감속유닛은 적어도 하나의 캠부가 축부 상에 구비된 캠축부재; 상기 캠축부재의 둘레에 배치되는 복수 개의 출력핀; 상기 복수 개의 출력핀이 장착되어 상기 출력핀이 추진됨에 따라 상기 캠축부재의 축부를 중심으로 회전하는 출력부재; 상기 캠축부재의 캠부에 장착되어 상기 캠부를 회전축으로 하여 상기 캠축부재의 회전시 편심 회전되고, 외주면에 연속하여 구비되는 복수 개의 곡면 돌기부 및 상기 출력핀이 관통되며 출력핀을 가이드하여 추진시키기 위하여 상기 캠부가 장착되는 축공의 둘레에 형성되는 복수 개의 가이드홀을 구비하는 디스크 형태로 구성되는 적어도 하나의 내륜부재; 및, 상기 내륜부재의 곡면 돌기부가 안착되는 곡면 홈부가 내주면에 연속하여 구비되어, 상기 내륜부재는 그 곡면 돌기부가 상기 곡면 홈부에 안착되어 내주면을 따라 회전되도록 배치되고 상기 탄성유닛의 내부 프레임에 체결되는 파이프 형태의 외륜부재;를 포함하는 싸이클로이드 감속유닛일 수 있다.In this case, the speed reduction unit may include a camshaft member having at least one cam portion on a shaft portion; a plurality of output pins disposed around the camshaft member; an output member to which the plurality of output pins are mounted and which rotates around the axis of the camshaft member as the output pins are propelled; Mounted on the cam portion of the camshaft member and rotated eccentrically when the camshaft member rotates using the cam portion as a rotating shaft, a plurality of curved protrusions provided continuously on the outer circumferential surface and the output pin pass through the output pin to guide and propel the output pin. At least one inner ring member configured in the form of a disk having a plurality of guide holes formed around the shaft hole in which the cam unit is mounted; And, the curved groove portion in which the curved protrusion of the inner ring member is seated is continuously provided on the inner circumferential surface, and the inner ring member is arranged so that the curved protrusion is seated on the curved groove portion and rotates along the inner circumferential surface, and is fastened to the inner frame of the elastic unit. It may be a cycloid speed reduction unit including; an outer ring member in the form of a pipe.

그리고, 상기 외륜부재의 곡면 홈부의 개수는 n+1개이고, 상기 내륜부재의 곡면 돌기부의 개수는 n개이며, 감속비는 n : 1일 수 있다.The number of grooves on the curved surface of the outer ring member may be n+1, the number of protrusions on the curved surface of the inner ring member may be n, and the reduction ratio may be n:1.

또한, 상기 n은 10 내지 20 사이의 자연수일 수 있다.Also, n may be a natural number between 10 and 20.

그리고, 상기 캠축부재의 캠부는 복수 개가 구비되고, 상기 내륜부재는 각각의 캠부를 회전축으로 하여 복수 개가 적층되어 구비될 수 있다.In addition, a plurality of cams of the camshaft member may be provided, and a plurality of inner race members may be stacked with each cam as a rotating shaft.

여기서, 상기 캠축부재의 180도 위상차를 갖도록 2개가 구비될 수 있다.Here, two may be provided so as to have a phase difference of 180 degrees of the camshaft member.

이 경우, 상기 캠축부재의 2개의 캠부 중 하나의 캠부는 상기 모터유닛을 구성하는 구동부재의 축홀에 장착되어 상기 구동부재와 체결된 로터의 회전시 상기 캠축부재를 회전시킬 수 있다.In this case, one of the two cam parts of the camshaft member is mounted in a shaft hole of a driving member constituting the motor unit to rotate the camshaft member when the rotor coupled to the driving member rotates.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛; 상기 몸체유닛 양 외측 단부 하부에 장착어 착용자의 고관절 구동을 위한 전술한 탄성 감속 구동기; 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛;을 포함하는 착용형 보조장치를 제공할 수 있다. 그리고, 상기 대퇴 지지유닛과 슬관절 구조에 의하여 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛; 및, 상기 대퇴 지지유닛에 장착되고, 상기 슬관절 구조와 링크유닛으로 상기 감속유닛의 출력부재가 연결되어 상기 링크유닛을 견인 또는 추진하여 상기 하퇴 지지유닛을 상기 대퇴 지지유닛에 대하여 회동시키는 전술한 탄성 감속 구동기를 포함할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, the present invention is mounted to surround the wearer's waist region, the body unit extending to the side region of the wearer's hip joint; The above-described elastic deceleration actuator for driving the hip joint of the wearer at the bottom of both outer ends of the body unit; It is possible to provide a wearable assistive device comprising a; thigh support unit driven by the hip joint actuator and providing a rotational assisting force to the wearer's thigh. And, a lower leg support unit rotatably connected to the thigh support unit by the knee joint structure and providing a rotational assisting force to the wearer's lower leg; And, the above-mentioned elasticity that is mounted on the thigh support unit, and the output member of the deceleration unit is connected to the knee joint structure and the link unit to pull or propel the link unit to rotate the lower leg support unit with respect to the thigh support unit. A reduction drive may be included.

여기서, 상기 하퇴 지지유닛의 하단에 장착되어 착용자의 발을 지지하기 위한 족유닛을 더 포함할 수 있다. Here, a foot unit mounted on the lower end of the lower leg support unit to support the wearer's feet may be further included.

본 발명에 따른 탄성 감속 구동기에 의하면, 착용형 보조장치에 구비되는 각각의 탄성 감속 구동기 내부에 싸이클로이드 감속유닛을 구비하여 탄성 감속 구동기의 두께 증가를 최소화하며 필요에 따른 감속비에 대응하는 개수의 곡면 돌기부와 곡면 돌기부를 갖는 감속유닛의 내륜부재 및 외륜부재를 적용하여 다양한 감속비를 제공할 수 있다.According to the elastic deceleration actuator according to the present invention, a cycloid deceleration unit is provided inside each elastic deceleration actuator provided in the wearable auxiliary device to minimize the increase in thickness of the elastic deceleration actuator, and the number of curved surfaces corresponding to the required reduction ratio Various reduction ratios may be provided by applying the inner ring member and the outer ring member of the speed reduction unit having the protrusion and the curved protrusion.

또한, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기에 의하면, 슬림한 링 형상 판재 형태의 탄성유닛을 적층 구비하여, 탄성 감속 구동기의 두께 증가를 최소화하면서도 탄성유닛의 비틀림 변형량을 근거로 착용자의 관절 등에 제공되는 보조 토크의 크기를 정확하게 측정하고 그에 따른 정확한 보조 토크가 제공될 수 있다.In addition, according to the elastic deceleration actuator according to the present invention, an elastic unit in the form of a slim ring-shaped plate is stacked to minimize an increase in the thickness of the elastic deceleration actuator and provide assistance to the wearer's joints based on the amount of torsional deformation of the elastic unit. The magnitude of the torque can be accurately measured, and an accurate auxiliary torque can be provided accordingly.

또한, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기에 의하면, 탄성유닛을 구비하여 탄성 감속 구동기 작동시 진동 또는 소음을 최소화할 수 있고, 모터유닛의 비틀림 변형에 따라 착용형 보조장치 착용자의 동작의도도 분석하여 의도된 움직임을 보조하는 보조력 또는 보조토크도 제공할 수 있다. In addition, according to the elastic deceleration actuator according to the present invention, the elastic unit is provided to minimize vibration or noise when the elastic deceleration actuator is operated, and the motion intention of the wearer of the wearable assistive device is analyzed according to the torsional deformation of the motor unit. Auxiliary force or auxiliary torque to assist the intended movement may also be provided.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 정면 사시도를 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치의 후면 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 양방향 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 4은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 분해 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기를 구성하는 모터유닛의 분해 사시도 및 결합관계를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기를 구성하는 감속유닛과 탄성유닛의 분해 사시도 및 결합관계를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 감속유닛과 모터유닛의 결합관계 및 결합 상태의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기를 구성하는 모터유닛, 감속유닛 및 탄성유닛의 결합관계와 조립된 상태의 사시도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 감속유닛의 작동상태를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기를 구성하는 탄성유닛의 변형상태를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 탄성유닛의 비틀림 변위를 감지하기 위한 탄성유닛 엔코더의 결합관계를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기의 단면도를 도시한다.
1 shows a front perspective view of a wearable auxiliary device according to the present invention,
FIG. 2 shows a rear perspective view of the wearable auxiliary device shown in FIG. 1 .
Figure 3 shows a bi-directional perspective view and a side view of an elastic deceleration actuator according to the present invention.
4 shows an exploded perspective view of an elastic deceleration actuator according to the present invention.
5 shows an exploded perspective view and a coupling relationship of a motor unit constituting an elastic deceleration actuator according to the present invention.
6 shows an exploded perspective view and a coupling relationship between a deceleration unit and an elastic unit constituting an elastic deceleration actuator according to the present invention.
Figure 7 shows a cross-sectional view of the coupled relationship and coupled state of the deceleration unit and the motor unit of the elastic deceleration actuator according to the present invention.
Figure 8 shows a perspective view of the coupled relationship and assembled state of the motor unit, the reduction unit and the elastic unit constituting the elastic reduction actuator according to the present invention.
9 shows an operating state of the deceleration unit of the elastic deceleration actuator according to the present invention.
10 shows a deformation state of an elastic unit constituting an elastic deceleration actuator according to the present invention.
Figure 11 shows the coupling relationship of the elastic unit encoder for detecting the torsional displacement of the elastic unit of the elastic deceleration actuator according to the present invention.
12 shows a cross-sectional view of an elastic deceleration actuator according to the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to 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 content will be thorough and complete, and the spirit of the invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numbers indicate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 정면 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치(1000)의 후면 사시도를 도시한다. 1 shows a front perspective view of a wearable auxiliary device 1000 according to the present invention, and FIG. 2 shows a rear perspective view of the wearable auxiliary device 1000 shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 명세서에서 상기 착용형 보조장치(1000)은 장애인, 노약자, 환자, 군인 또는 작업자(이하, '착용자'라 함)의 하체에 착용하여, 보행 동작을 보조하는 로봇일 수 있다. 여기서 보행 동작을 보조한다는 의미는 하체의 운동 기능이 일부 존재하는 착용자의 독립적인 보행을 가능하도록 고관절과 슬관절에 부족한 근력 등을 보전하기 위한 구동력을 제공하거나, 작업자 또는 군인 등이 본인의 신체 능력보다 더 큰 근력과 속도로 움직일 수 있도록 한다는 의미이다.1 and 2, in the present specification, the wearable assistive device 1000 is worn on the lower body of a disabled person, the elderly, a patient, a soldier or a worker (hereinafter referred to as a 'wearer') to assist walking motion. could be a robot Here, the meaning of assisting walking motion is to provide a driving force to preserve muscle strength lacking in the hip joint and knee joint so that the wearer with some lower body motor function can walk independently, or to provide a driving force for a worker or soldier to exceed his or her physical ability. This means that you can move with greater strength and speed.

본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)는 제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부(500); 상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛(400); 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 몸체유닛(400) 양 단부 하부에 장착되는 한 쌍의 고관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기(100a, 100b); 상기 고관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛(210a, 210b)을 포함하여 구성될 수 있다.A wearable auxiliary device 1000 according to the present invention includes a main body portion 500 including a battery for providing power and a controller for providing a control signal; a body unit (400) mounted on the rear side of the main body, wrapped around a wearer's waist area, and extending to a side area of the wearer's hip joint; a pair of elastic deceleration actuators 100a and 100b for assisting the hip joint mounted below both ends of the body unit 400 extending to the side area of the wearer's hip joint; It is driven by the elastic deceleration actuator for assisting the hip joint and may include thigh support units 210a and 210b that provide rotational assisting force to the wearer's thigh.

또한, 본 발명은 착용자의 고관절의 보조 이외에도 슬관절까지 보조하기 위해서, 상기 대퇴 지지유닛(210a, 210b)과 슬관절 구조(700a, 700b)에 의하여 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛(230a, 230b); 및, 상기 대퇴 지지유닛(210a, 210b)에 장착되고, 상기 슬관절 구조(700a, 700b)와 링크유닛(도면부호 미도시)으로 상기 감속유닛의 출력부재가 연결되어 상기 링크유닛을 견인 또는 추진하여 상기 하퇴 지지유닛(230a, 230b)을 상기 대퇴 지지유닛에 대하여 회동시키는 슬관절 구동을 위한 탄성 감속 구동기(100c, 100d);를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the present invention is rotatably connected by the thigh support units 210a and 210b and the knee joint structures 700a and 700b in order to assist the wearer's hip joint as well as the knee joint, and apply rotational assisting force to the wearer's lower leg. Lower leg support units (230a, 230b) provided; And, it is mounted on the femoral support units (210a, 210b), and the output member of the deceleration unit is connected to the knee joint structures (700a, 700b) and a link unit (reference numeral not shown) to tow or propel the link unit. Elastic deceleration actuators 100c and 100d for driving the knee joint for rotating the lower leg support units 230a and 230b with respect to the thigh support unit; may be configured to include.

또한, 본 발명은 착용자의 발을 지지하기 위하여 상기 하퇴 지지유닛(230a, 230b)의 하단 또는 단부에 장착되어, 착용자의 발을 지지하는 한 쌍의 족유닛(300a, 300b);을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the present invention further includes a pair of foot units 300a and 300b mounted on the lower end or end of the lower leg support units 230a and 230b to support the wearer's feet and supporting the wearer's feet. can be configured.

상기 몸체유닛(400)은 착용자의 척추 방향으로 연장된 프레임 형태의 본체 프레임(510)이 연결될 수 있고, 상기 본체 프레임(510)에 본체가 장착될 수 있다.The body unit 400 may be connected to a body frame 510 having a frame shape extending in the direction of the wearer's spine, and the body may be mounted on the body frame 510.

여기서, 본 발명에 따른 착용형 보조장치는 고관절과 슬관절의 보조를 위한 탄성 감속 구동기가 구비될 수 있다.Here, the wearable auxiliary device according to the present invention may be provided with an elastic deceleration actuator for assisting the hip joint and the knee joint.

고관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기는 착용자의 고관절 영역에 장착되고, 슬관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기는 슬관절 영역이 아닌 대퇴 지지유닛(210a, 210b)에 장착되어 링크부재를 매개로 회동 보조력을 착용자의 하퇴에 제공할 수 있다.The elastic deceleration actuator for hip joint assistance is mounted on the wearer's hip joint area, and the elastic deceleration actuator for knee joint assistance is mounted on the femoral support units 210a and 210b, not the knee joint area, so that the rotation assisting force is transmitted through the link member to the wearer's It can be provided on the lower leg.

슬관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기를 슬관절 영역이 아닌 대퇴 지지유닛(210a, 210b)에 장착하는 방법으로 고관절 보조를 위한 탄성 감속 구동기의 토크 부하를 낮출 수 있으며, 이와 같은 구조는 종래 소개된 고관절 영역에 관절 탄성 감속 구동기를 적층시켜 구성하는 구조에 비해 고관절 구조물의 부피를 줄일 수 있는 장점도 있다.The torque load of the elastic deceleration actuator for hip joint assistance can be lowered by mounting the elastic deceleration actuator for knee joint assistance to the femoral support units 210a and 210b instead of the knee joint area. There is also an advantage in that the volume of the hip joint structure can be reduced compared to a structure formed by stacking joint elastic deceleration actuators.

도 1 및 도 2에 도시된 착용형 보조장치(1000)는 착용자의 고관절과 슬관절 구동 또는 보조를 위한 관절 탄성 감속 구동기(100)가 구비되는 예가 도시되었으나, 필요에 따라 발목관절에도 별도의 구동장치를 구비할 수 있다.In the wearable auxiliary device 1000 shown in FIGS. 1 and 2, an example in which the joint elastic deceleration actuator 100 is provided for driving or assisting the wearer's hip and knee joints is shown, but a separate driving device is provided for the ankle joint as necessary. can be provided.

그리고, 각각의 대퇴 지지유닛(210a, 210b) 및 하퇴 지지유닛(230a, 230b)에는 착용자의 대퇴와 하퇴를 대퇴 지지유닛(210a, 210b) 및 하퇴 지지유닛(230a, 230b)에 고정하기 위한 적어도 하나의 밴드 또는 벨트 기타 착용부재 형태의 착용유닛(미도시)를 구비할 수 있으며, 각각의 관절 탄성 감속 구동기(100)에서 제공되는 구동력은 결국 착용유닛을 통해 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 전달되어 독립 보행을 보조할 수 있다.In addition, each of the thigh support units 210a and 210b and the lower leg support units 230a and 230b includes at least one device for fixing the wearer's thigh and lower leg to the thigh support unit 210a and 210b and the lower leg support unit 230a and 230b. It may be provided with a wearing unit (not shown) in the form of a band or belt or other wearing member, and the driving force provided by each joint elastic deceleration actuator 100 is eventually transmitted to the thigh or lower leg of the wearer through the wearing unit, thereby independently Can assist with walking.

이와 같은 한 쌍의 다리유닛은 착용자의 측면을 따라 배치되되 슬관절 구조는 슬관절 전체를 감싸는 구조를 가질 수 있다.Such a pair of leg units are disposed along the side of the wearer, but the knee joint structure may have a structure that surrounds the entire knee joint.

전술한 상기 본체부(500)는 착용자의 상체 등판 후방에 배치되므로, 상기 몸체유닛(400)을 통해 상기 본체부가 후방에 장착되며, 상기 몸체유닛(400)은 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 상기 몸체유닛(400)의 양단은 착용자의 허리 측면 영역으로 연장 구성될 수 있다.Since the body part 500 described above is disposed behind the back of the wearer's upper body, the body part is mounted to the rear through the body unit 400, and the body unit 400 surrounds the wearer's waist area and is mounted, Both ends of the body unit 400 may extend to the side of the wearer's waist.

이러한 착용형 보조장치에 구비되어 보조력 또는 보조토크를 제공하기 위한 구동기는 감속유닛 등을 구비하여 착용자의 신체 조건 등에 따라 충분한 보조 토크를 제공할 수 있어야 한다. 따라서, 구동기가 다양한 감속비의 적용이 가능한 형태로 구성되는 것이 바람직하다.An actuator provided in such a wearable auxiliary device to provide auxiliary force or auxiliary torque should be provided with a deceleration unit or the like to provide sufficient auxiliary torque according to the physical condition of the wearer. Therefore, it is preferable that the actuator is configured in a form capable of applying various reduction ratios.

또한, 착용형 보조장치를 통해 제공되는 보조력 또는 보조토크는 각각의 관절의 움직임 상황에 맞게 적절한 크기로 제공되어야 하고, 이를 위하여 착용자에게 제공되는 보조력 또는 보조토크의 크기를 정확하게 측정할 수 있어야 한다.In addition, the auxiliary force or auxiliary torque provided through the wearable auxiliary device must be provided in an appropriate size to suit the movement situation of each joint, and for this purpose, the size of the auxiliary force or auxiliary torque provided to the wearer must be accurately measured. do.

이하 본 발명에 따른 착용형 보조장치를 구성하는 탄성 감속 구동기에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the elastic deceleration actuator constituting the wearable auxiliary device according to the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 양방향 사시도 및 측면도를 도시한다.3 shows a bidirectional perspective view and a side view of an elastic reduction drive 100 according to the present invention.

본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 전술한 바와 같이 착용형 보조장치의 고관절 영역과 대퇴 지지유닛에 각각 장착되어 고관절과 슬관절에 보조력을 제공할 수 있다.As described above, the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention may be mounted on the hip joint area and the thigh support unit of the wearable assistive device to provide assistive force to the hip joint and the knee joint.

또한, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 고관절과 슬관절에 제공되는 토크의 크기를 정확하게 제어하기 위하여 후술하는 바와 같이 탄성유닛(40)과 탄성유닛 엔코더(53b)를 구비하여 토크센서 등을 생략하여도 착용형 보조장치를 통해 제공되는 보조 토크의 크기를 정확하게 감지 또는 제어할 수 있다.In addition, the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention includes an elastic unit 40 and an elastic unit encoder 53b to accurately control the magnitude of torque provided to the hip and knee joints, and uses a torque sensor and the like as will be described later. Even if omitted, the amount of auxiliary torque provided through the wearable auxiliary device can be accurately sensed or controlled.

따라서, 후술하는 탄성유닛 엔코더 또는 모터 엔코더에서 감지된 정보 또는 그에 따른 모터유닛의 제어신호는 구동기 커넥터(1)에 장착가능한 통신 케이블을 통해 본체부의 컨트롤러 또는 제어부로 송수신될 수 있으며, 별도의 파워 케이블(2)이 구동모터 측으로 연결될 수 있다.Therefore, the information detected by the elastic unit encoder or motor encoder described later or the control signal of the motor unit according thereto can be transmitted and received to the controller or control unit of the main body through a communication cable attachable to the actuator connector 1, and a separate power cable (2) may be connected to the drive motor side.

본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 납작한 박스 형태로 구성될 수 있으며, 보조 토크를 제공하는 출력부재(32)가 일면으로 노출된 형태를 가질 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention may be configured in a flat box shape, and the output member 32 providing auxiliary torque may have a shape exposed on one side can

상기 출력부재(32)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 대퇴 지지유닛 또는 링크부재를 매개로 연결되어 관절 구동력을 제공할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2 , the output member 32 may be connected via a femoral support unit or a link member to provide a joint driving force.

도 4 이하를 참조하여, 부피와 무게가 최소화되고, 토크센서 없이도 탄성 감속 구동기(100)에서 전달되는 토크의 크기를 정확하게 판단할 수 있는 착용형 보조장치의 탄성 감속 구동기(100)에 대하여 상세하게 설명한다. 4 and below, the elastic deceleration actuator 100 of the wearable auxiliary device, which minimizes the volume and weight and can accurately determine the magnitude of the torque transmitted from the elastic deceleration actuator 100 without a torque sensor, is described in detail. Explain.

도 4은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 분해 사시도를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)를 구성하는 모터유닛(20)의 분해 사시도 및 결합관계를 도시하고, 도 6은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)를 구성하는 감속유닛(30)과 탄성유닛(40)의 분해 사시도 및 결합관계를 도시하며, 도 7은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 감속유닛(30)과 모터유닛(20)의 결합관계 및 결합 상태의 단면도를 도시한다. 도 8은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)를 구성하는 모터유닛(20), 감속유닛(30) 및 탄성유닛(40)의 결합관계와 조립된 상태의 사시도를 도시한다.Figure 4 shows an exploded perspective view of the elastic reduction actuator 100 according to the present invention, Figure 5 shows an exploded perspective view and coupling relationship of the motor unit 20 constituting the elastic reduction actuator 100 according to the present invention, 6 shows an exploded perspective view and coupling relationship between the deceleration unit 30 and the elastic unit 40 constituting the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention, and FIG. 7 shows the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention. ) shows a cross-sectional view of the coupling relationship and coupling state of the deceleration unit 30 and the motor unit 20. Figure 8 shows a perspective view of the coupled relationship and assembled state of the motor unit 20, the reduction unit 30 and the elastic unit 40 constituting the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention.

본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 크게 전동 토크를 발생시키는 모터유닛(20), 모터유닛(20)의 출력을 감속하고 토크를 증폭하는 감속유닛(30) 상기 감속유닛(30) 내에 장착되어 출력 토크에 의하여 비틀림 변위되어 출력되는 토크 등의 크기를 감지하기 위한 탄성유닛(40) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The elastic speed reduction actuator 100 according to the present invention is mounted in a motor unit 20 that generates a large electric torque, and a speed reduction unit 30 that decelerates the output of the motor unit 20 and amplifies the torque. It may be configured to include an elastic unit 40 and the like for sensing the size of the torque that is torsionally displaced by the output torque and output.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 전면과 후면에 각각 커버 하우징(10)이 구비되고, 각각의 커버 하우징(10) 내에 구성들이 적층 조립되는 방법으로 구성된다.As shown in FIG. 4, the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention is provided with cover housings 10 on the front and rear surfaces, respectively, and is composed of a method in which components are stacked and assembled in each cover housing 10. .

상기 커버 하우징(10)은 제1 커버 하우징(10a)과 제2 커버 하우징(10b)으로 구성될 수 있고, 상기 제1 커버 하우징(10a) 측에 모터유닛(20)이 구비될 수 있다.The cover housing 10 may include a first cover housing 10a and a second cover housing 10b, and a motor unit 20 may be provided on the side of the first cover housing 10a.

상기 모터유닛(20)은 bldc 모터 형태로 구성될 수 있고, 상기 제1 커버 하우징(10a) 내에 장착되는 스테이터(21); 상기 스테이터(21) 내측에 배치되는 로터(23); 및 상기 로터(23)에 장착되어 로터(23)의 회전시 함께 회전되는 구동부재(25)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구동부재(25)는 로터(23)에 의하여 구동되며 후술하는 상기 감속유닛(30)의 입력단인 캠축부재(35)의 캠부(35b, 35c)가 장착되어 로터(23)의 구동시 캠축부재(35)를 회전시키는 구성이다.The motor unit 20 may be configured in the form of a bldc motor and includes a stator 21 mounted in the first cover housing 10a; a rotor 23 disposed inside the stator 21; and a driving member 25 mounted on the rotor 23 and rotated together when the rotor 23 rotates. The driving member 25 is driven by the rotor 23, and the cam parts 35b and 35c of the camshaft member 35, which is an input end of the speed reduction unit 30 to be described later, are mounted so that the camshaft member is used when the rotor 23 is driven. It is a configuration that rotates (35).

상기 구동부재(25)는 상기 로터(23)의 내측면에 장착되어 로터(23) 내부 공간으로 후술하는 감속유닛(30)을 구성하는 외륜부재(37) 등이 회전 가능하게 배치될 수 있다.The driving member 25 is mounted on the inner surface of the rotor 23, and an outer ring member 37 constituting a speed reduction unit 30 described later may be rotatably disposed in the inner space of the rotor 23.

상기 제1 커버 하우징(10a)의 외주면에 상기 로터(23)에 연결된 상기 구동부재(25)의 회전 속도 및 방향 등을 감지하기 위한 모터 엔코더(50a) 등을 구비할 수 있다.A motor encoder 50a for detecting the rotational speed and direction of the driving member 25 connected to the rotor 23 may be provided on an outer circumferential surface of the first cover housing 10a.

상기 모터 엔코더(50a)는 탄성유닛 엔코더(53b) 하우징(50ah)에 장착되어 상기 제1 커버 하우징(10a)의 외주면에 장착될 수 있다.The motor encoder 50a may be mounted on the housing 50ah of the elastic unit encoder 53b and mounted on the outer circumferential surface of the first cover housing 10a.

상기 감속유닛(30)은 상기 모터유닛(20)의 로터(23) 내부에 배치되고, 상기 로터(23)에 입력단인 캠축부재가 장착되도록 구성될 수 있다.The speed reduction unit 30 may be disposed inside the rotor 23 of the motor unit 20, and a camshaft member serving as an input end may be mounted on the rotor 23.

상기 감속유닛(30)은 싸이클로이드 방식의 감속기일 수 있다. 즉, 내륜부재(34, 36)가 외륜 부쟁l 내주면을 따라 회전하며 감속되고 토크 증폭되어 후술하는 출력부재(32)를 회전시킬 수 있다.The reduction unit 30 may be a cycloid type reduction gear. That is, the inner ring members 34 and 36 rotate along the inner circumferential surface of the outer ring and decelerate and amplify the torque so that the output member 32 described later can be rotated.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 감속유닛(30)은 적어도 하나의 캠부(35b, 35c)가 축부(35a) 상에 구비된 캠축부재(35); 상기 캠축부재(35)의 둘레에 배치되는 복수 개의 출력핀(31); 상기 복수 개의 출력핀(31)이 장착되어 상기 출력핀(31)이 추진됨에 따라 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)를 중심으로 회전하는 출력부재(32); 상기 캠축부재(35)의 캠부(35b, 35c)에 장착되어 상기 캠부(35b, 35c)를 회전축으로 하여 상기 캠축부재(35)의 회전시 편심 회전되고, 외주면에 연속하여 구비되는 복수 개의 곡면 돌기부(34p, 36p) 및 상기 출력핀(31)이 관통되며 출력핀(31)을 가이드하여 추진시키기 위하여 상기 캠부(35b, 35c)가 장착되는 축공(34c, 36c)의 둘레에 형성되는 복수 개의 가이드홀(34h, 36h)을 구비하는 디스크 형태로 구성되는 적어도 하나의 내륜부재(34, 36); 및, 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)가 안착되는 곡면 홈부(37g)가 내주면에 연속하여 구비되어, 상기 내륜부재(34, 36)는 그 곡면 돌기부(34p, 36p)가 상기 곡면 홈부(37g)에 안착되어 내주면을 따라 회전되도록 배치되고 상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)에 체결되는 파이프 형태의 외륜부재(37);를 포함하는 싸이클로이드 감속유닛(30)일 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 6, the speed reduction unit 30 includes a camshaft member 35 in which at least one cam portion 35b, 35c is provided on a shaft portion 35a; A plurality of output pins (31) disposed around the camshaft member (35); an output member 32 that rotates around the shaft portion 35a of the camshaft member 35 as the plurality of output pins 31 are mounted and the output pins 31 are propelled; A plurality of curved protrusions mounted on the cam parts 35b and 35c of the camshaft member 35, rotated eccentrically when the camshaft member 35 rotates using the cam parts 35b and 35c as rotational axes, and continuously provided on the outer circumferential surface (34p, 36p) and a plurality of guides formed around the shaft holes (34c, 36c) to which the cam parts (35b, 35c) are mounted to guide and propel the output pin (31) through which the output pin (31) passes. At least one inner ring member (34, 36) configured in the form of a disk having holes (34h, 36h); And, a curved groove portion 37g in which the curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 are seated is continuously provided on the inner circumferential surface, so that the inner ring members 34 and 36 have the curved protrusions 34p and 36p Cycloid deceleration unit (including a pipe-shaped outer ring member 37) seated in the curved groove portion 37g and arranged to rotate along the inner circumferential surface and fastened to the inner frame 43 of the elastic unit 40 30) can be.

본 발명에 따른 감속유닛(30)을 구성하는 캠축부재(35)는 탄성 감속 구동기(100)의 내부 축 역할을 수행하는 축부(35a)와 상기 축부(35a) 상에 적어도 하나의 캠부(35b, 35c)가 구비될 수 있다.The camshaft member 35 constituting the speed reduction unit 30 according to the present invention includes a shaft portion 35a serving as an internal shaft of the elastic reduction actuator 100 and at least one cam portion 35b on the shaft portion 35a, 35c) may be provided.

상기 캠부(35b, 35c)는 상기 축부(35a) 상에 편심된 축 형태로 부가되는 영역으로 구동부재(25)의 구동시 캠축부재(35)를 회전시키고, 후술하는 내륜부재(34, 36)를 상기 축부(35a)에 대하여 편심 회전시키기 위하여 구비될 수 있다.The cam parts 35b and 35c are regions added in the form of an eccentric shaft on the shaft part 35a and rotate the camshaft member 35 when the driving member 25 is driven, and the inner ring members 34 and 36 described later It may be provided to rotate eccentrically with respect to the shaft portion (35a).

도 6에 도시된 캠축부재(35)에는 2개의 캠부(35b, 35c)가 구비되고, 하나의 캠부(35c)는 상기 구동부재(25)의 축공에 장착되어 구동부재(25)의 회전에 따른 캠축부재(35)를 회전시킴과 동시에 제1 내륜부재(36)의 축공(36c)에 장착되어 제1 내륜부재(36)를 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)에 대하여 편심 회전시키고, 다른 하나의 캠부(35b)는 제1 내륜부재(36)와 적층되어 배치되며 제1 내륜부재(36)와 동일한 형태의 제2 내륜부재(34)의 축공(34c)에 장착되어 상기 제2 내륜부재(34)를 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)에 대하여 편심 회전시킬 수 있다.The camshaft member 35 shown in FIG. 6 is provided with two cam parts 35b and 35c, and one cam part 35c is mounted in the shaft hole of the driving member 25 to follow the rotation of the driving member 25. At the same time as the camshaft member 35 is rotated, it is mounted in the shaft hole 36c of the first inner ring member 36 to rotate the first inner ring member 36 eccentrically with respect to the shaft portion 35a of the camshaft member 35, The other cam portion 35b is stacked with the first inner ring member 36 and is mounted in the shaft hole 34c of the second inner ring member 34 having the same shape as the first inner ring member 36, and is mounted on the second inner ring. The member 34 can be eccentrically rotated with respect to the shaft portion 35a of the camshaft member 35.

상기 캠축부재(35)에 구비된 한 쌍의 캠부(35b, 35c)는 180도 위상차를 상기 축부(35a)에 반대방향으로 구비될 수 있다.The pair of cam parts 35b and 35c provided on the camshaft member 35 may be provided in opposite directions to the shaft part 35a with a phase difference of 180 degrees.

상기 내륜부재(34, 36)는 후술하는 외륜부재(37) 내주면을 따라 회전하며 감속이 수행되는 구성으로 디스크 형태로 구성될 수 있으며, 하나의 내륜부재만 구비되어도 감속과 토크 증폭이 수행될 수 있으나, 진동과 소음 등을 최소화하기 위하여 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)에 서로 반대 방향 위상을 갖도록 2개의 캠부(35b, 35c)를 구비하고 2개의 제1 내륜부재(36)와 제2 내륜부재(34)를 각각의 캠부(35b 또는 35c)에 장착하고 소음과 진동을 최소화하며 감속을 수행할 수 있다.The inner ring members 34 and 36 may be configured in the form of a disc in which deceleration is performed while rotating along the inner circumferential surface of the outer ring member 37 described later, and deceleration and torque amplification may be performed even if only one inner ring member is provided. However, in order to minimize vibration and noise, the shaft portion 35a of the camshaft member 35 is provided with two cam portions 35b and 35c so as to have phases in opposite directions to each other, and two first inner ring members 36 and 2 The inner ring member 34 is mounted on each cam portion 35b or 35c, and deceleration can be performed while minimizing noise and vibration.

각각의 내륜부재(34, 36)는 상기 캠축부재(35)의 캠부(35b, 35c)에 장착되어 상기 캠부(35b, 35c)를 회전축으로 하여 상기 캠축부재(35)의 회전시 편심 회전되고 외주면을 따라 연속하여 구비되는 복수 개의 곡면 돌기부(34p, 36p)를 구비할 수 있다.Each of the inner ring members 34 and 36 is mounted on the cam parts 35b and 35c of the camshaft member 35, and rotates eccentrically when the camshaft member 35 rotates using the cam parts 35b and 35c as a rotational shaft. It may be provided with a plurality of curved protrusions (34p, 36p) continuously provided along the.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 감속유닛(30)은 복수 개의 출력핀(31)을 구비할 수 있고, 각각의 내륜부재(34, 36)는 복수 개의 상기 출력핀(31)이 관통되며 출력핀(31)을 가이드하여 회전시키기 위하여 원주 방향으로 형성되는 복수 개의 가이드홀(34h, 36h)을 구비할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 6 and 7 , the speed reduction unit 30 may include a plurality of output pins 31, and each inner ring member 34, 36 has a plurality of output pins 31. ) may be provided with a plurality of guide holes 34h and 36h formed in a circumferential direction in order to guide and rotate the output pin 31 through.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 내륜부재(34, 36)의 회전시 상기 출력핀(31)의 외경보다 상기 가이드홀(34h, 36h)의 내경이 더 크게 구성될 수 있다. 상기 출력핀(31)은 상기 출력부재(32)에 체결되어 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)를 기준으로 회전되는 구성이므로 편심 회전하는 내륜부재(34, 36)의 가이드홀(34h, 36h)은 출력핀(31)의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 구성되어 내륜부재(34, 36)의 회전시 가이드홀(34h, 36h)을 관통하도록 배치된 출력핀(31)은 가이드홀(34h, 36h)의 내주면에 추진되어 추진부재를 상기 캠축부재(35)의 축부(35a)를 중심으로 회전시킬 수 있다.And, as shown in FIG. 7 , when the inner ring members 34 and 36 rotate, the inner diameters of the guide holes 34h and 36h may be larger than the outer diameters of the output pins 31 . Since the output pin 31 is fastened to the output member 32 and rotates based on the shaft portion 35a of the camshaft member 35, the guide holes 34h of the inner ring members 34 and 36 rotating eccentrically, 36h) is configured to have a larger inner diameter than the outer diameter of the output pin 31, and the output pin 31 arranged to pass through the guide holes 34h and 36h when the inner ring members 34 and 36 rotate is the guide hole 34h , 36h) to rotate the propulsion member around the shaft portion 35a of the camshaft member 35.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내륜부재(34, 36)의 외주면엔 곡면 돌기부(34p, 36p)가 구비되고, 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)가 외륜부재(37)의 내주면에 형성된 곡면 홈부(37g)를 따라 형합되며 굴러 회전될 수 있다.As shown in FIG. 6, curved protrusions 34p and 36p are provided on the outer circumferential surfaces of the inner ring members 34 and 36, and the curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 are outer ring members ( 37) can be molded along the curved groove portion 37g formed on the inner circumferential surface and rolled and rotated.

상기 외륜부재(37)의 곡면 홈부(37g)의 개수는 n+1개이고, 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)의 개수는 n개이며, 감속비는 n : 1로 결정될 수 있다.The number of curved grooves 37g of the outer ring member 37 is n+1, the number of curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 is n, and the reduction ratio is determined as n:1. can

예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 외륜부재(37)의 곡면 홈부(37g)의 개수는 16개이고, 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)의 개수는 15개인 경우 감속비는 15 : 1로 결정될 수 있고, 상기 외륜부재(37)의 곡면 홈부(37g)의 개수는 11개이고, 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)의 개수는 10개인 경우 감속비는 10 : 1로 결정될 수 있다. For example, as shown in FIG. 6, the number of curved grooves 37g of the outer ring member 37 is 16, and the number of curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 is 15. In the case of an individual, the reduction ratio may be determined as 15:1, the number of curved grooves 37g of the outer ring member 37 is 11, and the number of curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 is 10. In the case of an individual, the reduction ratio may be determined as 10:1.

따라서, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 모터유닛(20)의 출력 토크와 보조 토크의 크기 등을 고려하여 내륜 부재와 외륜 부재의 곡면 돌기부(34p, 36p)와 곡면 홈부(37g)의 개수를 결정하여 다양한 감속비를 적용하면서도, 감속유닛의 두께가 증가되는 것을 방지할 수 있다는 점에서 종래의 위성기어 방식의 감속유닛과 구별될 수 있다.Therefore, the elastic reduction actuator 100 according to the present invention considers the size of the output torque and the auxiliary torque of the motor unit 20, etc. It can be distinguished from a conventional satellite gear type reduction unit in that it is possible to prevent an increase in the thickness of the reduction unit while determining the number and applying various reduction ratios.

일반적으로 착용형 보조장치를 통해 착용자의 관절에 제공되는 보조토크의 크기가 10N·m 내지 20N·m 정도라고 가정하고, 착용형 보조장치를 구성하는 탄성 감속 구동기(100)의 크기와 무게를 고려하여 모터유닛(20)의 출력토크가 1 N·m 정도라면, 상기 감속비 또는 토크비를 결정하는 내륜부재(34, 36)의 개수인 n은 10 내지 20 사이의 자연수로 결정될 수 있다.In general, it is assumed that the size of the auxiliary torque provided to the wearer's joint through the wearable auxiliary device is about 10 N m to 20 N m, and the size and weight of the elastic deceleration actuator 100 constituting the wearable auxiliary device is considered. Thus, if the output torque of the motor unit 20 is about 1 N·m, n, which is the number of inner ring members 34 and 36 determining the reduction ratio or torque ratio, may be determined as a natural number between 10 and 20.

상기 외륜부재(37)는 후술하는 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)에 체결되는 구성으로 상기 내륜부재(34, 36)의 회전시 상기 외륜부재(37)는 상기 내륜부재(34, 36)의 회전을 지지하며 상기 내륜부재(34, 36)의 구동력 또는 구동토크를 상기 출력부재(32)로 전달되도록 할 수 있다.The outer ring member 37 is configured to be fastened to the inner frame 43 of the elastic unit 40 to be described later, and when the inner ring members 34 and 36 rotate, the outer ring member 37 rotates the inner ring members 34 and 36 ), and the driving force or driving torque of the inner ring members 34 and 36 can be transmitted to the output member 32.

그리고, 상기 외륜부재(37) 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43) 외주면에 구비된 체결부(44, 도 10 참조)를 통해 내부 프레임(43)에 장착될 수 있으며, 상기 체결부(44)는 탄성부의 일단이 고정되는 구성이다.In addition, the outer ring member 37 may be mounted to the inner frame 43 through a fastening part 44 (see FIG. 10) provided on the outer circumferential surface of the inner frame 43 of the elastic unit 40, and the fastening part 44 ) is a configuration in which one end of the elastic part is fixed.

상기 출력부재(32)는 도 6(b)에 도시된 탄성유닛(40)의 중심부에 구비된 내부 프레임(43)을 관통하며, 상기 내륜부재(34, 36)와 연결될 수 있다.The output member 32 may pass through the inner frame 43 provided in the center of the elastic unit 40 shown in FIG. 6 (b) and be connected to the inner ring members 34 and 36.

상기 출력핀(31)은 6개가 구비되는 것을 도시되나 그 개수는 증감될 수 있고, 복수 개의 출력핀(31)은 출력부재(32)에 장착되어 탄성유닛(40)을 경유하여 내륜부재(34, 36)의 가이드홀(34h, 36h) 내에 배치되고, 상기 내륜부재(34, 36)는 구동부재(25)의 회전시 구동부재(25)와 함께 구동되는 캠축부재(35)의 캠부(35b, 35c)에 의하여 편심 회전하고, 내륜부재(34, 36)는 외륜부재(37) 내주면을 따라 변위되며 출력핀(31)을 추진하여 상기 출력부재(32)를 캠축부재(35)의 축부(35a)를 기준으로 회전 구동할 수 있다.Although six output pins 31 are shown to be provided, the number can be increased or decreased, and the plurality of output pins 31 are mounted on the output member 32 and pass through the elastic unit 40 to the inner ring member 34. , 36) is disposed within the guide holes 34h and 36h, and the inner ring members 34 and 36 are driven together with the driving member 25 when the driving member 25 rotates, and the cam portion 35b of the camshaft member 35 , 35c) rotates eccentrically, and the inner ring members 34 and 36 are displaced along the inner circumferential surface of the outer ring member 37 and propel the output pin 31 to move the output member 32 to the shaft portion of the camshaft member 35 ( 35a) can be driven for rotation.

도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 외륜부재(37)는 상기 탄성유닛(40)에 고정되는 구성이고, 내륜부재(34, 36)에서 전달되는 토크에 의하여 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)을 탄성부(42)를 매개로 외부 프레임(41)에 대하여 비틀림 회전시킬 수 있으며, 비틀림 회전량은 모터유닛(20)에서 출력부재로 제공되는 보조 토크의 크기를 판단하기 위한 데이터로 사용될 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, the outer ring member 37 is configured to be fixed to the elastic unit 40, and the inner frame of the elastic unit 40 by torque transmitted from the inner ring members 34 and 36. (43) can be torsionally rotated with respect to the outer frame 41 via the elastic part 42, and the amount of torsional rotation is data for determining the magnitude of the auxiliary torque provided from the motor unit 20 to the output member. can be used

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 감속유닛(30)과 상기 탄성유닛(40)을 조립한 상태에서 상기 감속유닛(30)의 외륜부재(37)를 상기 모터유닛(20)의 로터(23) 내측에 배치하여 모터유닛(20)의 구동부재(25)와 감속유닛(30)의 캠축부재(35)를 체결하여 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 모터유닛(20), 감속유닛(30) 및 탄성유닛(40)이 두께 또는 부피가 최소화되면 제1 커버 하우징(10a) 내에 수용되는 조립체를 구성할 수 있다.As shown in FIG. 8, in a state in which the deceleration unit 30 and the elastic unit 40 are assembled, the outer ring member 37 of the deceleration unit 30 is attached to the rotor 23 of the motor unit 20. As shown in FIG. 8 (b), the motor unit 20, the reduction unit ( 30) and the elastic unit 40 can form an assembly housed in the first cover housing 10a when the thickness or volume is minimized.

이 경우, 상기 캠축부재(35)의 적어도 하나의 캠부(35b, 35c)가 구동부재(25)에 연결되어 상기 구동부재(25)의 회전시 상기 캠축부재(35)는 축부(35a)를 기준으로 회전 구동될 수 있음은 전술한 바와 같다.In this case, at least one of the cam parts 35b and 35c of the camshaft member 35 is connected to the driving member 25 so that when the driving member 25 rotates, the camshaft member 35 rotates with respect to the shaft part 35a. It is as described above that rotation can be driven by.

또한, 각각의 축공에는 캠축부재를 구성하는 축부 또는 캠부를 회전 지지하기 위한 베어링(b) 등이 장착되어 캠축부재의 회전을 지지할 수 있다.In addition, a bearing (b) for rotationally supporting a shaft portion or a cam portion constituting the camshaft member is mounted in each shaft hole to support rotation of the camshaft member.

도 9는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 감속유닛(30)의 작동상태를 도시한다.9 shows an operating state of the deceleration unit 30 of the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention.

상기 구동부재(25)는 로터(23)와 체결되므로 로터(23)의 회전시 함께 회전되고, 상기 구동부재(25)의 축공에 캠축부재(35)의 축부(35a)와 캠부(35b, 35c)가 함께 장착된 캠축부재(35)는 캠부(35b, 35c)의 추진을 통해 캠축부재(35)는 축부(35a)를 중심으로 회전되며, 회전 구동되는 캠축부재(35)의 캠부(35b, 35c)에 장착되는 2개의 내륜부재(34, 36)는 그 외주면에 구비된 곡면 돌기부(34p, 36p)가 외륜부재(37)의 내주면에 형성된 곡면 홈부(37g)를 따라 회전하며, 내륜부재(34, 36)의 가이드홀(34h, 36h)에 배치된 출력핀(31)을 추진시켜 출력부재(32)를 감속 회전시킬 수 있다.Since the drive member 25 is fastened to the rotor 23, it rotates together when the rotor 23 rotates, and the shaft portion 35a and the cam portions 35b and 35c of the camshaft member 35 are formed in the shaft hole of the drive member 25. ) The camshaft member 35 mounted together is rotated around the shaft portion 35a through the propulsion of the cam portions 35b and 35c, and the cam portion 35b of the camshaft member 35 driven to rotate, 35c), the curved protrusions 34p and 36p provided on the outer circumferential surface of the two inner ring members 34 and 36 mounted on the outer ring member 37 rotate along the curved groove 37g formed on the inner circumferential surface of the outer ring member 37, and the inner ring member ( The output pin 31 disposed in the guide holes 34h and 36h of the 34 and 36 may be propelled to cause the output member 32 to rotate at a reduced speed.

전술한 바와 같이, 상기 캠축부재(35)에는 180도 위상차가 나는 2개의 캠부(35b, 35c)가 구비되어 2개의 내륜부재(34, 36)가 각각의 캠부(35b, 35c)에 장착되어 캠축부재(35)의 회전시 각각 180도 위상차로 편심회전하게 된다.As described above, the camshaft member 35 is provided with two cam parts 35b and 35c having a phase difference of 180 degrees, so that the two inner ring members 34 and 36 are mounted on the respective cam parts 35b and 35c to form a camshaft. When the member 35 rotates, it rotates eccentrically with a phase difference of 180 degrees.

따라서, 각각의 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)가 외륜부재(37)의 곡면 홈부(37g)를 타고 변위되는 과정에서 발생되는 소음과 진동을 완충하는 효과를 제공할 수 있으며, 도 9에 도시된 실시예에서, 내륜부재(34, 36)는 캠축부재(35)에 위상차가 180도인 2개의 캠부(35)에 각각 장착되는 것을 도시되나, 캠축부재(35)의 축부(35a) 상에 캠부를 120도 위상차를 갖도록 3개 또는 90도 위상차를 갖도록 4개 구비하고, 디스크 형태의 내륜부재를 3개 또는 4개 적층하여 진동 또는 소음을 저감할 수 있는 구조를 형성할 수도 있다.Therefore, it is possible to provide an effect of buffering noise and vibration generated in the course of displacement of the curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 along the curved grooves 37g of the outer ring member 37. In the embodiment shown in FIG. 9, the inner ring members 34 and 36 are shown to be mounted on two cam parts 35 having a phase difference of 180 degrees to the camshaft member 35, but the shaft portion of the camshaft member 35 On (35a), three or four cams with a phase difference of 120 degrees or four with a phase difference of 90 degrees are provided, and three or four disc-shaped inner ring members are stacked to form a structure capable of reducing vibration or noise. may be

도 10은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)를 구성하는 탄성유닛(40)의 변형상태를 도시한다. 구체적으로, 도 10(a)는 탄성유닛(40)이 변형되지 않은 상태를 도시하며, 도 10(b)는 탄성유닛(40)의 내부프레임이 시계 방향으로 제1 각도(θ1) 만큼 비틀림 변위된 상태를 도시하며, 도 10(c)는 탄성유닛(40)의 내부프레임이 반시계 방향으로 제2 각도(θ2) 만큼 비틀림 변위된 상태를 도시한다.10 shows a deformation state of the elastic unit 40 constituting the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention. Specifically, FIG. 10 (a) shows a state in which the elastic unit 40 is not deformed, and FIG. 10 (b) shows the torsional displacement of the inner frame of the elastic unit 40 clockwise by a first angle θ1. 10(c) shows a state in which the inner frame of the elastic unit 40 is torsionally displaced by a second angle θ2 in a counterclockwise direction.

상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)과 외부 프레임(41)은 복수 개의 탄성부(42)로 연결되고, 각각의 탄성부(42)는 동일 평면 상에 복수 개의 원호가 번갈아 반대방향으로 연결된 형상으로 구성될 수 있다. 각각의 탄성부를 구성하는 원호는 각각 단위 스프링으로 작용할 수 있고, 내부 프레임의 비틀림에 대한 탄성 복원력을 제공할 수 있다.The inner frame 43 and the outer frame 41 of the elastic unit 40 are connected by a plurality of elastic parts 42, and each elastic part 42 has a plurality of circular arcs on the same plane alternately in opposite directions. It can be configured in a connected shape. Each of the circular arcs constituting the elastic part may act as a unit spring, and may provide elastic restoring force against twisting of the inner frame.

그리고, 상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43), 외부 프레임(41) 및 복수 개의 탄성부(42)는 경량화 등의 목적으로 일체로 구성될 수 있다.In addition, the inner frame 43, the outer frame 41, and the plurality of elastic parts 42 of the elastic unit 40 may be integrally configured for the purpose of reducing weight.

상기 탄성부(42)를 연속되고 방향이 반대인 원호를 연결하는 형상으로 구성하면, 탄성부(42)는 원형 마루와 원형 골이 번갈아 반복되는 형상으로 구성될 수 있고, 내부 프레임(43) 등에 비틀림 토크가 인가되는 경우에도 탄성부(42)에서 응력 집중을 최소화하여 탄성부(42)의 파손 등을 최소화할 수 있다.If the elastic part 42 is configured in a shape connecting continuous circular arcs with opposite directions, the elastic part 42 may be configured in a shape in which circular crests and circular troughs are alternately repeated, and the inner frame 43 etc. Even when a torsional torque is applied, stress concentration in the elastic portion 42 may be minimized to minimize damage to the elastic portion 42 .

전술한 바와 같이 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)은 상기 감속유닛(30)을 구성하는 외륜부재(37)가 장착되는 영역이고, 상기 탄성유닛(40)의 외부 프레임(41)은 커버 하우징(10) 등에 장착되는 구성이다.As described above, the inner frame 43 of the elastic unit 40 is an area where the outer ring member 37 constituting the speed reduction unit 30 is mounted, and the outer frame 41 of the elastic unit 40 is a cover. It is a configuration mounted on the housing 10 or the like.

따라서, 상기 모터유닛(20)의 구동시 상기 내륜부재(34, 36)가 구동되며 상기 내륜부재(34, 36)의 곡면 돌기부(34p, 36p)는 상기 외륜부재(37)의 곡면 홈부(37g)에도 토크를 인가하게 되어 상기 외륜부재(37) 역시 상기 내륜부재(34, 36)의 회전 방향으로 비틀림 토크가 인가될 수 있다.Therefore, when the motor unit 20 is driven, the inner ring members 34 and 36 are driven, and the curved protrusions 34p and 36p of the inner ring members 34 and 36 are curved grooves 37g of the outer ring member 37. ), so that the outer ring member 37 may also be applied with torsional torque in the rotational direction of the inner ring members 34 and 36.

상기 외륜부재(37)에 인가되는 비틀림 토크는 결국 상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)에 전달되어 탄성유닛(40)의 탄성부(42)의 변형을 발생시킬 수 있다.The torsional torque applied to the outer ring member 37 is eventually transmitted to the inner frame 43 of the elastic unit 40, and the elastic unit 40 of the elastic unit 40 may be deformed.

이와 같은 탄성부(42)의 변형량은 그 변형각도를 통해 상기 내륜부재(34, 36)를 통해 상기 출력부재(32)로 출력되는 보조 토크의 크기를 가늠할 수 있게 되어, 결국 착용자의 관절 등에 전달되는 보조토크의 크기를 측정하기 위한 측정변수일 수 있다.The amount of deformation of the elastic part 42 can measure the magnitude of the auxiliary torque output to the output member 32 through the inner ring members 34 and 36 through the deformation angle, and eventually transmitted to the wearer's joints, etc. It may be a measurement variable for measuring the magnitude of auxiliary torque.

예를 들면, 상기 내륜부재(34, 36) 구동시 상기 외륜부재(37)에 전달된 토크에 의하여 상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)의 비틀림 변형량은 약 1-2도 범위 정도일 수 있고, 그 변위량에 따라 본체부에 구비된 컨트롤러 또는 제어부는 출력부재(32)로 전달되는 보조 토크의 크기를 결정할 수 있다.For example, the amount of torsional deformation of the inner frame 43 of the elastic unit 40 by the torque transmitted to the outer ring member 37 when the inner ring members 34 and 36 are driven may be in the range of about 1-2 degrees. And, according to the amount of displacement, the controller or control unit provided in the main body can determine the size of the auxiliary torque transmitted to the output member 32.

이를 위하여, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 감속유닛(30)의 외륜부재(37)와 커버 하우징(10) 사이에 탄성유닛(40)을 배치하고, 탄성유닛(40)의 탄성부(42)의 비틀림 변형량을 탄성유닛(40) 탄성유닛 엔코더(53b)로 측정하여 토크 센서 기능을 제공할 수 있다.To this end, the elastic deceleration driver 100 according to the present invention arranges the elastic unit 40 between the outer ring member 37 of the reduction unit 30 and the cover housing 10, and the elastic part of the elastic unit 40 A torque sensor function may be provided by measuring the amount of torsional deformation of (42) with the elastic unit encoder (53b) of the elastic unit (40).

도 11은 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 탄성유닛(40)의 비틀림 변위를 감지하기 위한 탄성유닛 엔코더(53b)의 결합관계를 도시한다.11 shows the coupling relationship of the elastic unit encoder 53b for detecting the torsional displacement of the elastic unit 40 of the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention.

상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)에 링 또는 디스크 형태의 엔코더 디스크(51b)가 구비되고, 상기 제2 커버 하우징(10b) 측에 탄성유닛 엔코더(53b)가 구비되어 상기 탄성유닛(40)의 탄성부(42) 비틀림 각도를 감지할 수 있다. 상기 엔코더 디스크(51b) 및 탄성유닛 엔코더(53b)는 함께 탄성유닛 엔코딩부(50)을 구성할 수 있다.An encoder disk 51b in the form of a ring or disk is provided on the inner frame 43 of the elastic unit 40, and an elastic unit encoder 53b is provided on the side of the second cover housing 10b, so that the elastic unit ( The twist angle of the elastic part 42 of 40) can be sensed. The encoder disk 51b and the elastic unit encoder 53b may constitute the elastic unit encoding unit 50 together.

상기 엔코더 디스크(51b)는 도 11(b)에 도시된 바와 같이 상기 내부 프레임(43)에 장착되되, 내부 프레임(43)의 비틀림 회전시 변위량이 쉽게 감지될 수 있도록 상기 탄성부(42)를 따라 배치되는 크기와 형상일 수 있다.As shown in FIG. 11(b), the encoder disk 51b is mounted on the inner frame 43, and the elastic part 42 is provided so that the amount of displacement can be easily sensed when the inner frame 43 is torsionally rotated. It can be of any size and shape.

구체적으로, 상기 탄성유닛 엔코더(53b)는 상기 감속유닛(30)의 입력단으로서의 모터유닛(20)을 구성하는 로터(23)의 회전시 또는 출력단으로서의 출력부재(32)의 회전시 상기 탄성유닛(40)의 비틀림을 감지할 수 있으며, 전자의 경우 착용형 보조장치에서 착용자의 관절 등에 제공되는 보조 토크의 크기를 측정할 수 있고, 후자의 경우 모터유닛(20)이 작동되지 않는 경우 착용자의 움직임을 감지하여 착용자의 동작의도 등을 분석하는 분석자료로 사용될 수 있다.Specifically, the elastic unit encoder 53b is the elastic unit ( 40) can detect the twist, and in the former case, it is possible to measure the amount of auxiliary torque provided to the joint of the wearer in the wearable assistive device, and in the latter case, when the motor unit 20 is not operated, the wearer's movement It can be used as analysis data to analyze the intention of the wearer's motion by detecting it.

상기 탄성유닛 엔코더(53b)는 제2 커버 하우징(10b)에 장착될 수도 있으나 도 11에 도시된 바와 같이, 탄성유닛(40)의 외부 프레임(41)에 적층되는 미들 하우징(10c)에 장착될 수도 있다.The elastic unit encoder 53b may be mounted on the second cover housing 10b, but as shown in FIG. 11, it will be mounted on the middle housing 10c stacked on the outer frame 41 of the elastic unit 40. may be

따라서, 상기 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43) 또는 탄성부(42)에는 엔코더 디스크(51b)가 장착되어 탄성유닛(40)의 내부 프레임(43)의 비틀림 회전시 함께 회전되고, 그 엔코더 디스크(51b)의 회전을 미들 하우징에 장착된 탄성유닛 엔코더(53b)가 감지할 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 탄성유닛 엔코더(53b)는 절대값 엔코더가 적용될 수 있다.Therefore, the encoder disk 51b is mounted on the inner frame 43 or the elastic part 42 of the elastic unit 40 and rotates together when the inner frame 43 of the elastic unit 40 rotates torsion, and the encoder The elastic unit encoder 53b mounted on the middle housing may detect the rotation of the disk 51b. An absolute value encoder may be applied to the elastic unit encoder 53b.

상기 탄성유닛(40)의 비틀림 각도를 측정하기 위한 상기 탄성유닛 엔코더(53b)로 절대값 엔코더가 적용하는 경우 엔코더 디스크(51b)에 그 원주방향 위치값이 인코딩되어 있고, 탄성유닛 엔코더(53b)는 광학 센서, 정전 용량 센서 또는 자기 센서 등이 구비되어 각각의 위치값을 측정할 수 있다.When an absolute value encoder is applied to the elastic unit encoder 53b for measuring the twist angle of the elastic unit 40, the circumferential position value is encoded in the encoder disk 51b, and the elastic unit encoder 53b may be provided with an optical sensor, a capacitance sensor, or a magnetic sensor to measure each position value.

따라서, 모터유닛(20)이 구동되는 경우, 감속유닛(30)의 내륜부재(34, 36)에 의하여 외륜부재(37)로 전달되는 토크에 의한 탄성유닛(40)의 비틀림을 측정할 수 있고, 모터유닛(20)은 정지된 상태에서 출력부재(32) 등이 회전되는 경우 착용자의 움직임 또는 동작의도 판단할 수 있다.Therefore, when the motor unit 20 is driven, the twist of the elastic unit 40 due to the torque transmitted to the outer ring member 37 by the inner ring members 34 and 36 of the speed reduction unit 30 can be measured, , When the motor unit 20 rotates the output member 32 in a stopped state, the wearer's motion or motion intention can also be determined.

착용자의 움직임을 감지하여, 착용자의 움직임의 의도를 파악하는 경우, 그 판단된 의도에 따라 움직임 방향으로 추가적인 보조토크를 제공하는 방법으로 착용형 보조장치의 저저항 구동 모드 등을 제공할 수 있다. 즉, 착용형 보조장치 착용에 따른 기계적 저항으로 인한 불편함 또는 무게감을 최소화하며 착용자의 움직임을 허용하는 저저항 구동모드의 실현도 가능할 수 있다.When the wearer's movement is detected and the wearer's movement intention is determined, a low-resistance driving mode of the wearable assistive device may be provided as a method of providing additional auxiliary torque in the movement direction according to the determined intention. That is, it may be possible to realize a low-resistance driving mode that allows the wearer to move while minimizing discomfort or a sense of weight due to mechanical resistance caused by wearing the wearable assistive device.

또한, 탄성 감속 구동기(100)에 탄성유닛(40)을 부가하는 방법으로 소음 또는 진동을 완화하여 착용자의 부드러운 작동감 등을 제공하는 부수적 효과도 제공할 수 있다.In addition, as a method of adding the elastic unit 40 to the elastic deceleration actuator 100, it is possible to provide a side effect of providing a soft operating feeling to the wearer by mitigating noise or vibration.

도 12는 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 단면도를 도시한다.12 shows a cross-sectional view of an elastic deceleration actuator 100 according to the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)는 모터유닛(20) 내에 감속유닛(30)을 배치하고, 감속유닛(30)과 커버 하우징(10) 사이에 링형 디스크 형태로 구성되는 탄성유닛(40)을 구비하여, 다양한 감속비를 가지며 두께가 최소화되고, 착용자의 관절 등에 전달되는 토크의 크기를 정밀하게 측정하고 정확한 보조력을 제공할 수 있는 관절 탄성 감속 구동기(100)가 제공될 수 있다.In the elastic deceleration actuator 100 according to the present invention configured as described above, the deceleration unit 30 is disposed in the motor unit 20, and the elastic unit configured in the form of a ring-shaped disk between the deceleration unit 30 and the cover housing 10 (40), a joint elastic deceleration actuator 100 that has various reduction ratios, minimizes thickness, accurately measures the magnitude of torque transmitted to the wearer's joints, etc., and provides accurate assisting force. .

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성 감속 구동기(100)의 경우 모터유닛(20)을 구성하는 로터(23) 내부에 감속유닛(30)을 장착하여 로터(23) 내부 공간을 충실히 활용하고, 토크 센서 기능을 제공하는 탄성유닛(40)을 개재하여도 도 3 및 도 12에 도시된 바와 같이, 그 두께(t)가 탄성 감속 구동기(100)의 폭 또는 높이보다 작게 구성되어 착용형 보조장치에 장착된 경우에도 착용자의 좌우 방향 돌출 두께를 최소화할 수 있으므로 주변 환경과의 간섭 등도 최소화할 수 있는 효과가 있다.As shown in FIG. 12, in the case of the elastic speed reduction actuator 100 according to the present invention, the speed reduction unit 30 is mounted inside the rotor 23 constituting the motor unit 20 to faithfully fill the internal space of the rotor 23. As shown in FIGS. 3 and 12, even through the elastic unit 40 that provides the torque sensor function, the thickness t is smaller than the width or height of the elastic deceleration actuator 100 and is worn. Even when mounted on a mold assist device, it is possible to minimize the protruding thickness of the wearer in the left and right directions, so there is an effect of minimizing interference with the surrounding environment.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims described below. will be able to carry out Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, all of them should be considered to be included in the technical scope of the present invention.

1000 : 착용형 보조장치
20 : 모터유닛
30 : 감속유닛
40 : 탄성유닛
100 : 탄성 감속 구동기
210, 230 : 대퇴 지지유닛, 하퇴 지지유닛
300 : 족유닛
400 : 몸체유닛
500 : 본체부
1000: wearable auxiliary device
20: motor unit
30: deceleration unit
40: elastic unit
100: elastic deceleration actuator
210, 230: thigh support unit, lower leg support unit
300: family unit
400: body unit
500: body part

Claims (13)

제1 커버 하우징;
상기 제1 커버 하우징 내에 장착되는 스테이터; 상기 스테이터 내측에 배치되는 로터; 및 상기 로터에장착되어 로터의 회전시 함께 회전되는 구동부재를 포함하는 모터유닛;
상기 모터유닛의 로터 내부에 배치되고, 상기 로터에 입력단이 연결되는 감속유닛;
상기 감속유닛의 출력단을 중심 영역의 개방구로 노출시키며 회전 가능하게 지지하는 제2 커버 하우징;
상기 감속유닛에 체결되는 내부 프레임, 상기 제1 커버 하우징 또는 상기 제2 커버 하우징 측에 장착되는 외부 프레임 및 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이를 연결하며, 상기 외부 프레임에 대한 상기 내부 프레임에 대한 비틀림을 허용하는 적어도 하나의 탄성부를 구비하고,
상기 감속유닛은 적어도 하나의 캠부가 축부 상에 구비된 캠축부재; 상기 캠축부재의 둘레에 배치되는 복수 개의 출력핀; 상기 복수 개의 출력핀이 장착되어 상기 출력핀이 추진됨에 따라 상기 캠축부재의 축부를 중심으로 회전하는 출력부재; 상기 캠축부재의 캠부에 장착되어 상기 캠부를 회전축으로 하여 상기 캠축부재의 회전시 편심 회전되고, 외주면에 연속하여 구비되는 복수 개의 곡면 돌기부 및 상기 출력핀이 관통되며 출력핀을 가이드하여 추진시키기 위하여 상기 캠부가 장착되는 축공의 둘레에 형성되는 복수 개의 가이드홀을 구비하는 디스크 형태로 구성되는 적어도 하나의 내륜부재; 및, 상기 내륜부재의 곡면 돌기부가 안착되는 곡면 홈부가 내주면에 연속하여 구비되어, 상기 내륜부재는 그 곡면 돌기부가 상기 곡면 홈부에 안착되어 내주면을 따라 회전되도록 배치되고 탄성유닛의 내부 프레임에 체결되는 파이프 형태의 외륜부재;를 포함하는 싸이클로이드 감속유닛인 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
a first cover housing;
a stator mounted within the first cover housing; a rotor disposed inside the stator; and a motor unit including a driving member mounted on the rotor and rotated together when the rotor rotates.
a speed reduction unit disposed inside the rotor of the motor unit and having an input terminal connected to the rotor;
a second cover housing that rotatably supports the output end of the speed reduction unit while exposing it through an opening in a central area;
An inner frame fastened to the speed reduction unit, an outer frame mounted on the side of the first cover housing or the second cover housing, and a connection between the inner frame and the outer frame, and twisting of the outer frame relative to the inner frame At least one elastic part that allows,
The deceleration unit may include a camshaft member having at least one cam portion on a shaft portion; a plurality of output pins disposed around the camshaft member; an output member to which the plurality of output pins are mounted and which rotates around the axis of the camshaft member as the output pins are propelled; Mounted on the cam portion of the camshaft member and rotated eccentrically when the camshaft member rotates using the cam portion as a rotating shaft, a plurality of curved protrusions provided continuously on the outer circumferential surface and the output pin pass through the output pin to guide and propel the output pin. At least one inner ring member configured in the form of a disk having a plurality of guide holes formed around the shaft hole in which the cam unit is mounted; And, the curved groove portion in which the curved protrusion of the inner ring member is seated is continuously provided on the inner circumferential surface, and the inner ring member is disposed so that the curved protrusion is seated on the curved groove portion and rotates along the inner circumferential surface and is fastened to the inner frame of the elastic unit An elastic deceleration actuator, characterized in that the cycloid deceleration unit comprising a; outer ring member in the form of a pipe.
제1항에 있어서,
상기 탄성유닛의 내부 프레임과 외부 프레임은 복수 개의 탄성부로 연결되고, 각각의 탄성부는 동일 평면 상에 복수 개의 원호가 번갈아 반대방향으로 연결된 형상인 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 1,
An elastic deceleration actuator, characterized in that the inner frame and the outer frame of the elastic unit are connected by a plurality of elastic parts, and each elastic part has a shape in which a plurality of arcs are alternately connected in opposite directions on the same plane.
제2항에 있어서,
상기 탄성유닛의 내부 프레임에 엔코더 디스크가 장착되고, 상기 제2 커버 하우징 측에 엔코더가 구비되어 상기 탄성유닛의 내부 프레임의 외부 프레임에 대한 비틀림 각도의 감지가 가능한 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 2,
An encoder disk is mounted on the inner frame of the elastic unit, and an encoder is provided on the side of the second cover housing to detect a twist angle of the inner frame of the elastic unit with respect to the outer frame.
제3항에 있어서,
상기 제1 커버 하우징, 상기 탄성유닛의 외부 프레임 및 상기 제2 커버 하우징 사이에 링형태의 미들 하우징이 구비되고, 상기 엔코더는 상기 미들 하우징에 장착되는 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 3,
A ring-shaped middle housing is provided between the first cover housing, an outer frame of the elastic unit, and the second cover housing, and the encoder is mounted on the middle housing.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 외륜부재의 곡면 홈부의 개수는 n+1개이고, 상기 내륜부재의 곡면 돌기부의 개수는 n개이며, 감속비는 n : 1인 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 1,
The elastic reduction actuator, characterized in that the number of curved grooves of the outer ring member is n + 1, the number of curved protrusions of the inner ring member is n, and the reduction ratio is n: 1.
제6항에 있어서,
상기 n은 10 내지 20 사이의 자연수인 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 6,
The elastic deceleration actuator, characterized in that n is a natural number between 10 and 20.
제1항에 있어서,
상기 캠축부재의 캠부는 복수 개가 구비되고, 상기 내륜부재는 각각의 캠부를 회전축으로 하여 복수 개가 적층되어 구비되는 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 1,
A plurality of cam parts of the camshaft member are provided, and a plurality of inner ring members are provided by stacking each cam part as a rotating shaft.
제8항에 있어서,
상기 캠축부재의 180도 위상차를 갖도록 2개가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 8,
An elastic deceleration actuator, characterized in that two are provided to have a phase difference of 180 degrees of the camshaft member.
제9항에 있어서,
상기 캠축부재의 2개의 캠부 중 하나의 캠부는 상기 모터유닛을 구성하는 구동부재의 축홀에 장착되어 상기 구동부재와 체결된 로터의 회전시 상기 캠축부재를 회전시키는 것을 특징으로 하는 탄성 감속 구동기.
According to claim 9,
An elastic reduction actuator, characterized in that one of the two cam parts of the camshaft member is mounted in the shaft hole of the driving member constituting the motor unit to rotate the camshaft member when the rotor coupled with the driving member rotates.
착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛;
상기 몸체유닛 양 외측 단부 하부에 장착어 착용자의 고관절 구동을 위한 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 탄성 감속 구동기; 및
상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛;을 포함하는 착용형 보조장치.
a body unit wrapped around a wearer's waist region and extending to a side region of the wearer's hip joint;
an elastic deceleration actuator according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 10 for driving the hip joint of a wearer on both outer ends of the body unit; and
A wearable assistive device comprising a; thigh support unit that is driven by the hip joint actuator and provides a rotational assisting force to the wearer's thigh.
제11항에 있어서,
상기 대퇴 지지유닛과 슬관절 구조에 의하여 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛;을 더 포함하고,
상기 탄성 감속 구동기는 상기 대퇴 지지유닛에 장착되고, 상기 슬관절 구조와 링크유닛으로 상기 감속유닛의 출력부재가 연결되어 상기 링크유닛을 견인 또는 추진하여 상기 하퇴 지지유닛을 상기 대퇴 지지유닛에 대하여 회동시키는 착용형 보조장치.
According to claim 11,
A lower leg support unit rotatably connected to the thigh support unit by the knee joint structure and providing a rotational assisting force to the wearer's lower leg; further comprising,
The elastic deceleration driver is mounted on the thigh support unit, and the output member of the deceleration unit is connected to the knee joint structure and the link unit to pull or propel the link unit to rotate the lower leg support unit with respect to the thigh support unit. wearable assistive device.
제12항에 있어서,
상기 하퇴 지지유닛의 하단에 장착되어 착용자의 발을 지지하기 위한 족유닛을 더 포함하는 착용형 보조장치.
According to claim 12,
The wearable assistive device further comprising a foot unit mounted on a lower end of the lower leg support unit to support a wearer's foot.
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