KR102609029B1 - 로봇을 위한 경량 관절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로봇을 위한 경량 관절 장치는 로봇의 몸체에 설치되는 하나 이상의 모터를 포함하고 하나 이상의 모터의 동작에 기초하여 서로 독립적인 복수의 동력을 생성하는 구동 부재, 로봇의 암(arm) 또는 레그(leg)의 일측에 구비되며, 서로 독립적인 복수의 동력에 의해 서로 독립적인 복수의 회전력을 생성하고 암 또는 레그를 움직이는 구동 대상 링크 및 일단이 모터에 연결되고 타단이 구동 대상 링크에 연결되어, 서로 다른 복수의 동력을 구동 대상 링크로 전달하는 전달 부재를 포함할 수 있다.

Description

로봇을 위한 경량 관절 장치{Lightweight articulation device for walking robots}

본 발명은 보행 로봇 및 다양한 관절 로봇에 구비된 관절 장치에 관한 것이다.

기존의 4족 보행로봇은 일반적으로 (1) 요잉(yawing)과 피칭(pitching) 동작이 가능한 2자유도의 골반 관절과 (2) 피칭(pitching) 동작이 가능한 1자유도의 무릎 관절로 구성된다.

구조의 단순화를 위해서, 우선 첫 번째 골반 관절의 요잉(yawing)을 위한 모터가 로봇의 몸통 부분에 고정되며, 다음 두 피칭(pitching)을 위한 두 개의 모터는 (몸통을 기준으로 고정되지 않고) 움직이는 골반 링크 위에 고정된다.

이로 인해, 피칭 모터가 포함된 부재가 다리에 부가된 상태가 된다. 그 결과, 다리의 요잉(yawing) 움직임에 의해 다리와 두 개의 피칭(pitching) 모터가 함께 움직인다. 이때, 피칭 모터가 포함된 부재의 탑재로 인하여 다리의 무게(관성)가 무거워져 빠른 움직임의 구현이 어려워진다.

한국공개특허공보 제10-2019-0045901호에는 상위 링크, 중간 링크, 토크 발생기, 제2 링크 및 잠금 메커니즘을 갖는 로봇 관절이 개시되고 있다.

본 발명은 로봇의 몸체에 이동 가능하게 형성된 암(arm) 또는 레그(leg)의 경량화가 가능한 관절 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 로봇의 몸체에 설치되는 하나 이상의 모터를 포함하고 하나 이상의 모터의 동작에 기초하여 서로 독립적인 복수의 동력을 생성하는 구동 부재, 로봇의 암(arm) 또는 레그(leg)의 일측에 구비되며, 서로 독립적인 복수의 동력에 의해 서로 독립적인 복수의 회전력을 생성하고 암 또는 레그를 움직이는 구동 대상 링크 및 일단이 모터에 연결되고 타단이 구동 대상 링크에 연결되어, 서로 다른 복수의 동력을 구동 대상 링크로 전달하는 전달 부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되고 제1 회전력을 생성하는 제1 모터, 몸체에 회전 가능하게 설치되는 베이스 링크, 몸체를 기준으로 베이스 링크가 회전하도록 베이스 링크에 제1 회전력을 전달하는 제1 전달부가 마련되고, 베이스 링크의 회전축의 연장선 상에 동력의 전달 방향을 변환하는 변환 수단이 마련되며, 몸체에 고정 설치되고 제2 회전력을 생성하는 제2 모터, 베이스 링크에 움직일 수 있게 설치되는 상위 링크, 베이스 링크를 기준으로 상위 링크가 움직이도록 상위 링크에 제2 회전력을 전달하는 제2 전달부가 마련되고, 제2 전달부는 베이스 링크의 회전에 상관없이 제2 회전력이 변환 수단까지 전달되도록, 제1 전달부와 동축 상의 전달 경로를 이용하여 제2 회전력을 변환 수단까지 전달하며, 제2 전달부는 변환 수단에 의해 변환된 다른 경로를 이용하여 상위 링크에 제2 회전력을 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되고 제2 회전력을 생성하는 제2 모터, 몸체에 회전 가능하게 설치되는 상위 링크, 상위 링크에 제2 회전력을 전달하는 제2 전달부가 마련되고, 몸체에 고정 설치되고 제3 회전력을 생성하는 제3 모터, 상위 링크에 회전 가능하게 설치되는 하위 링크, 하위 링크에 제3 회전력을 전달하는 제3 전달부가 마련되며, 제2 전달부와 제3 전달부는 서로 독립적이면서도 동축 상의 전달 경로를 이용하여 각 회전력을 상위 링크까지 전달하고, 전달 경로를 이용하여 제2 회전력을 상위 링크까지 전달하는 제2 전달부의 말단은 상위 링크에 직접 연결되며, 전달 경로를 이용하여 제3 회전력을 상위 링크까지 전달하는 제3 전달부의 말단은 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 회전 수단을 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 전달부는 상위 링크에 연결된 중공 축을 포함하고, 중공 축은 제2 회전력에 의해 상위 링크와 함께 회전하며, 제3 전달부는 중공 축에 관통 설치되며 중공 축에 대하여 독립적으로 회전하는 관통 축을 포함하고, 관통 축은 제3 회전력에 의해 회전 수단과 함께 회전할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 회전 수단이 상위 링크의 일단부에 마련될 때, 하위 링크는 상위 링크의 타단부에 연결되고, 상위 링크의 일단부에 형성된 회전 수단의 회전력을 상위 링크의 타단부에 연결된 하위 링크까지 전달하는 서브 전달부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터가 마련되고, 제1 축 상에 서로 대면하게 배치된 제1 태양 기어와 제2 태양 기어, 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 제1 태양 기어와 제2 태양 기어의 사이에서 제1 태양 기어와 제2 태양 기어에 맞물리는 유성 기어가 마련되며, 제1 태양 기어, 제2 태양 기어, 유성 기어를 지지하는 베이스 링크가 마련되고, 유성 기어의 축에 연결된 상위 링크가 마련되며, 제1 태양 기어에 제1 모터를 링크시키는 제1 전달부, 제2 태양 기어에 제2 모터를 링크시키는 제2 전달부가 마련되고, 제1 태양 기어와 제2 태양 기어가 제1 축을 기준으로 동일한 방향으로 회전하면, 상위 링크는 베이스 링크와 함께 제1 축을 기준으로 회전하며, 제1 태양 기어와 제2 태양 기어가 제1 축을 기준으로 서로 다른 방향으로 회전하면, 상위 링크는 베이스 링크에 대해 독립적으로 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고, 제1 태양 기어 또는 제2 태양 기어에는 제1 중공이 형성되며, 유성 기어에는 제2 중공이 형성되고, 제1 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어, 제2 중공에 관통 설치되고 제1 관통 기어에 맞물리는 제2 관통 기어가 마련되며, 제1 관통 기어에 제3 모터를 링크시키는 제3 전달부가 마련되고, 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 제2 관통 기어의 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며, 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고, 유성 기어에는 제2 중공이 형성되며, 제1 태양 기어와 제2 태양 기어의 사이에서 제1 축 상에 배치되는 제3 커플링이 마련되며, 제3 모터는 제3 커플링의 일단부에 링크되고, 제3 커플링의 타단부는 제2 중공에 관통 설치되는 제2 관통 축에 링크되며, 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 제2 관통 축에 링크되는 회전 수단이 마련되고, 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터가 마련되고, 제1 축 상에 배치된 제2 태양 기어, 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 제2 태양 기어에 맞물리는 유성 기어가 마련되며, 제2 태양 기어, 유성 기어를 지지하는 베이스 링크가 마련되고, 베이스 링크를 사이에 두고 제2 태양 기어에 대면하게 형성된 제1 태양 기어가 마련되며, 제2 태양 기어가 베이스 링크의 일면에 형성될 때, 제1 태양 기어는 베이스 링크의 타면에 고정 연결되고, 제1 태양 기어에는 제1 태양 중공이 형성되며, 제2 태양 기어는 제1 태양 중공에 관통 설치되고, 유성 기어의 축에 연결된 상위 링크가 마련되며, 제1 태양 기어에 제1 모터를 링크시키는 제1 전달부, 제2 태양 기어에 제2 모터를 링크시키는 제2 전달부가 마련되고, 제1 태양 기어가 제1 축을 기준으로 회전하면, 상위 링크는 베이스 링크와 함께 제1 축을 기준으로 회전하며, 제2 태양 기어가 제1 축을 기준으로 회전하면, 상위 링크는 베이스 링크에 대해 독립적으로 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고, 제2 태양 기어에는 제2 태양 중공이 형성되며, 유성 기어에는 제2 중공이 형성되고, 제2 태양 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어, 제2 중공에 관통 설치되고 제1 관통 기어에 맞물리는 제2 관통 기어가 마련되며, 제1 관통 기어에 제3 모터를 링크시키는 제3 전달부가 마련되고, 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 제2 관통 기어의 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며, 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터, 제3 모터가 마련되고, 제1 모터에 의해 제1 축을 중심으로 회전하는 베이스 링크, 베이스 링크에 회전 가능하게 설치되는 중공의 제2 중공 축, 제2 중공 축에 회전 가능하게 관통 삽입되는 제3 중심 축이 마련되며, 제1 축 상에 배치되고 제2 모터에 링크되는 중공의 제2 커플링이 마련되고, 제2 중공 축은 제2 커플링의 단부에 연결되며, 제1 축 상에 배치되고 제3 모터에 링크되며 제2 커플링의 중공에 설치되는 제3 커플링이 마련되고, 제3 중심 축은 제3 커플링의 단부에 연결되며, 제2 중공 축에 연결된 상위 링크가 마련되고, 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 제3 중심 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며, 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 전달 부재는 몸체에 고정 설치된 제2 모터의 제2 회전력을 구동 대상 링크의 일단부에 직접 전달하고, 몸체에 고정 설치된 제3 모터의 제3 회전력을 구동 대상 링크의 타단부에 직접 전달하는 보우덴(Bowden) 케이블을 포함하고, 구동 대상 링크의 일단부에 전달된 제2 회전력은 몸체에 대한 구동 대상 링크의 움직임을 유발하며, 구동 대상 링크의 타단부에 전달된 제3 회전력은 구동 대상 링크에 대한 다른 링크의 움직임을 유발할 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 로봇을 위한 경량 관절 장치는 로봇의 몸체에 고정 설치된 복수의 모터, 로봇에 설치된 암(arm) 또는 레그(leg)의 관절에 각 모터의 회전력을 구분해서 전달하는 전달 부재를 포함하고, 전달 부재는 중공 축, 중공 축에 회전 가능하게 삽입되는 관통 축을 이용하여, 특정 관절을 움직이는 구동 회전력과 관절에서 헛도는 전달 회전력을 함께 제공하며, 전달 회전력은 다른 관절의 움직임에 사용될 수 있다.

본 발명의 관절 장치는 몸체에서 생성된 동력을 관절에 전달하는 전달 부재를 포함할 수 있다. 전달 부재로 인하여, 로봇의 관절 구동에 필요한 모든 모터들이 관절이 아니라 몸체에 설치될 수 있다.

복수의 동력을 구분해서 관절에 전달하는 복수의 전달부가 마련될 수 있다. 이때, 복수의 전달부는 동일한 동력의 전달 경로를 이용하면서 운동 에너지적으로 서로 단절되게 형성될 수 있다. 이를 통해 서로 독립적인 동력들이 특정 관절에 제공될 수 있다.

특정 관절로 전달된 일부 동력은 해당 특정 관절의 움직임에 사용되고 다른 동력은 특정 관절을 기준으로 움직이는 다른 관절의 움직임에 사용될 수 있다.

본 발명의 관절 장치는 중공 관, 중공 관에 삽입되는 관통 축을 이용하여. 동일한 전달 경로를 통하여 서로 구분되는 동력을 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 관절 장치는 중공 관, 관통 축 등이 제1 축을 따라 연장될 때, 제1 축의 연장선 상에 동력의 전달 방향을 변환하는 변환 수단을 포함할 수 있다.

변환 수단을 통하여, 특정 관절에 복수의 자유도가 부여될 수 있다. 본 발명에 따르면, 특정 관절에 복수의 자유도가 부여되면서도, 특정 관절을 기반으로 움직이는 다른 관절의 동력 또한 무리없이 전달될 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 따르면, 동력 기관에서 많은 무게를 차지하는 모터, 모터 직결 부재들이 모두 몸체에 설치되며, 암(arm) 또는 레그(leg)의 무게, 자중이 현저하게 경감될 수 있다. 이에 따라, 암 또는 레그에 모터 등이 설비된 비교 실시예와 대비하여, 더 빠른 움직임이 가능하고, 에너지 효율이 개선된 로봇이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명이 관절 장치를 이용하면 구동 대상 링크에 복수의 자유도가 부여되면서도, 다른 링크로 전달될 필요가 있는 동력의 전달 역시 구동 대상 링크를 통해 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.
도 9는 4족 보행하는 로봇을 나타낸 개략도이다.
도 10은 암(arm)을 갖는 로봇을 나타낸 개략도이다.
도 11은 관절 장치의 실험 예를 나타낸 개략도이다.
도 12는 관절 장치의 제1 태양 기어, 제2 태양 기어, 유성 기어의 링크 상태를 나타낸 개략도이다.
도 13은 관절 장치의 제1 관통 기어, 제2 관통 기어의 링크 상태를 나타낸 개략도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

로봇에는 설정 형상의 몸체(90), 몸체(90)에 대하여 움직일 수 있게 형성된 암(arm) 또는 레그(leg)가 마련될 수 있다. 암(arm) 또는 레그(leg)는 서로 연결된 복수의 링크를 포함할 수 있다. 각 링크는 막대 형상, 통 형상으로 형성될 수 있다.

링크와 링크가 연결되는 부위에는 구동 대상 링크를 기준으로 다른 링크가 움직일 수 있는 관절이 형성될 수 있다.

몸체(90)에 대하여 링크를 움직이기 위해 관절 장치는 구동 부재(10), 전달 부재를 포함할 수 있다.

구동 부재(10)는 로봇의 몸체(90)에 설치되고 서로 독립적인 복수의 동력을 생성할 수 있다. 구동 부재(10)는 동력에 해당되는 회전력 또는 회전 에너지, 직선 운동 에너지를 생성하는 모터를 포함할 수 있다. 서로 독립적인 복수의 동력을 생성하기 위해, 구동 부재(10)에는 복수의 모터가 마련될 수 있다. 일 예로, 로봇에서 요구되는 동력의 개수와 모터의 개수는 서로 동일할 수 있다. 몸체(90)에 설치된 복수의 모터는 서로 독립적으로 동작할 수 있다.

몸체(90)에 연결되고 몸체(90)에 대해 움직이는 암(arm) 또는 레그(leg)의 일부를 형성하는 구동 대상 링크가 마련될 수 있다.

로봇의 정상 동작을 위해 구동 대상 링크 또는 구동 대상 링크에 연결된 다른 링크는 몸체(90)를 기준으로 움직일 필요가 있다. 각 링크를 움직이기 위해 몸체(90)에 마련된 모터에서 생성된 동력이 각 링크까지 전달될 필요가 있다.

전달 부재는 구동 부재(10)에서 생성된 복수의 동력을 몸체(90)로부터 구동 대상 링크까지 전달할 수 있다.

전달 부재에는 제1 전달부, 제2 전달부, 제3 전달부가 마련될 수 있다. 각 전달부는 동력을 전달하는 각종 부재 예를 들어, 회전축, 기어, 벨트, 풀리(pulley), 보우덴(Bowden) 케이블 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

몸체(90)에 고정 설치되고, 제1 회전력을 생성하는 제1 모터(11)가 마련될 수 있다. 몸체(90)에 회전 가능하게 설치되는 베이스 링크(99)가 마련될 수 있다. 이때, 제1 전달부는 몸체(90)를 기준으로 베이스 링크(99)가 회전하도록 베이스 링크(99)에 제1 회전력을 전달할 수 있다. 이를 위해 제1 전달부는 제1 모터(11)와 베이스 링크(99)를 링크 또는 연결시킬 수 있다. 이때의 '링크'는 모터와 구동 대상 링크를 함께 회전시키기 위해 모터와 구동 대상 링크를 연결하는 것을 의미할 수 있다. 모터와 구동 대상 링크 사이의 직결, 기어 결합, 벨트 결합 등이 링크에 해당될 수 있다. 일 예로, 모터의 회전축이 구동 대상 링크에 직결되는 것이 링크에 해당될 수 있다. 또는, 모터의 회전축에 마련된 기어가 다른 기어에 맞물리는 방식으로 구동 대상 링크에 형성된 기어까지 맞물리는 것이 링크에 해당될 수 있다. 또는, 모터의 회전축에 일단부가 감긴 벨트의 타단부가 구동 대상 링크도 감긴 것이 링크에 해당될 수 있다. 기어 맞물림과 벨트 감김은 혼용될 수 있다.

베이스 링크(99)의 회전축의 연장선 상에 동력의 전달 방향을 변환하는 변환 수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 베이스 링크(99)의 회전축이 제1 축을 따라 연장될 때, 변환 수단은 제1 축 상에 배치될 수 있다.

몸체(90)에 고정 설치되고 제2 회전력을 생성하는 제2 모터(12), 베이스 링크(99)에 움직일 수 있게 설치되는 상위 링크(91)가 마련될 수 있다. 이때, 제2 전달부는 베이스 링크(99)를 기준으로 상위 링크(91)가 움직이도록, 상위 링크(91)에 제2 회전력을 전달할 수 있다.

제2 전달부는 몸체(90)에 대한 베이스 링크(99)의 회전에 상관없이 제2 회전력이 변환 수단까지 전달되도록, 제1 전달부와 동축, 예를 들어 제1 축 상의 전달 경로를 이용하여 제2 회전력을 변환 수단까지 전달할 수 있다.

제2 전달부는 변환 수단에 의해 변환된 다른 경로를 이용하여 상위 링크(91)에 제2 회전력을 전달할 수 있다. 위의 '다른 경로'는 제1 축에 기울어진 제2 축을 따라 연장될 수 있다.

위 실시예에 따르면, 동일한 제1 축을 이용하는 제1 전달부의 일부 구간과 제2 전달부의 일부 구간이 서로 겹칠 수 있다. 서로 겹친 제1 전달부와 제2 전달부가 각자에게 할당된 회전력을 전달하면서 서로 간섭되지 않도록 둘 중 어느 하나는 중공 축을 포함하며, 나머지 하나는 해당 중공 축에 관통 삽입되는 관통 축을 포함할 수 있다.

이상의 제1 전달부 및 제2 전달부에 따르면, 상위 링크(91)는 베이스 링크(99)와 함께 제1 축을 중심으로 회전할 수 있다. 상위 링크(91)가 로봇의 레그(leg)를 형성하는 경우, 제1 축을 중심으로 하는 상위 링크(91)의 회전은 골반의 요잉(yawing) 동작에 해당될 수 있다. 또한, 상위 링크(91)는 제2 축을 중심으로 회전할 수 있다. 상위 링크(91)가 로봇의 레그(leg)를 형성하는 경우, 제2 축을 중심으로 하는 상위 링크(91)의 회전은 골반의 피칭(pitching) 동작에 해당될 수 있다.

이에 따르면, 상위 링크(91)는 몸체(90)에 대하여 제1 축을 중심으로 회전하는 자유도, 제2 축을 중심으로 회전하는 자유도를 함께 가질 수 있다.

한편, 상위 링크(91)에는 상위 링크(91)에 연결된 하위 링크(92)를 움직이는 추가 동력이 추가로 제공될 수 있다.

몸체(90)에 고정 설치되고 제3 회전력을 생성하는 제3 모터(13), 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치되는 하위 링크(92)가 마련될 수 있다. 이때, 제3 전달부는 하위 링크(92)에 제3 회전력을 전달할 수 있다.

제2 전달부와 제3 전달부는 서로 독립적이면서도 동축 상의 전달 경로를 이용하여 각 회전력을 상위 링크(91)까지 전달할 수 있다. 도 1에서 제2 전달부와 제3 전달부는 제1 축(제3 모터(13)에 직결된 축의 동축) 상의 전달 경로, 제2 축(유성 기어(220) 축의 동축) 상의 전달 경로를 함께 이용할 수 있다.

전달 경로를 이용하여 제2 회전력을 상위 링크(91)까지 전달하는 제2 전달부의 말단은 상위 링크(91)에 직접 연결될 수 있다.

전달 경로를 이용하여 제3 회전력을 상위 링크(91)까지 전달하는 제3 전달부의 말단은 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 회전 수단(330)을 회전시킬 수 있다. 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 회전 수단(330)은 소위 상위 링크(91)에서 헛도는 부재에 해당될 수 있다. 이로 인해 회전 수단(330)의 회전은 상위 링크(91)의 움직임에 별다른 영향을 미치지 않을 수 있다.

동일한 전달 경로를 함께 이용하기 위해, 제2 전달부와 제3 전달부 중 하나는 중공 축을 포함하고, 나머지 하나는 해당 중공 축에 관통 삽입되는 관통 축을 포함할 수 있다.

일 예로, 제2 전달부는 상위 링크(91)에 연결된 중공 축을 포함할 수 있다.

중공 축은 제2 회전력에 의해 상위 링크(91)와 함께 회전할 수 있다

제3 전달부는 제2 전달부의 중공 축에 관통 설치되며 해당 중공 축에 대하여 독립적으로 회전하는 관통 축을 포함할 수 있다.

관통 축은 제3 회전력에 의해 회전 수단(330)과 함께 회전할 수 있다.

회전 수단(330)이 상위 링크(91)의 일단부에 마련될 때, 하위 링크(92)는 상위 링크(91)의 타단부에 연결될 수 있다. 이때, 상위 링크(91)의 일단부에 형성된 회전 수단(330)의 회전력을 상위 링크(91)의 타단부에 연결된 하위 링크(92)까지 전달하는 서브 전달부(340)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 서브 전달부(340)는 기어 이빨이 형성된 타이밍 벨트 등의 각종 벨트, 베벨 기어 등을 포함할 수 있다. 서브 전달부(340)는 하위 링크(92)에 직결된 축부(350)에 링크될 수 있다.

도 1의 전달 부재는 차동 기어 구조와 유사하게 형성될 수 있다.

일 예로, 도 1에는 제1 축 상에 서로 대면하게 배치된 제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120), 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)의 사이에서 제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)에 맞물리는 유성 기어(220)가 마련될 수 있다.

제1 태양 기어(110), 제2 태양 기어(120), 유성 기어(220)를 지지하는 베이스 링크(99)가 마련될 수 있다. 3개의 기어를 지지하기 위해 베이스 링크(99)는 'U' 형상으로 형성될 수 있다. 'U' 형상의 양측 날개 각각에는 제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)가 연결되고, 'U' 형상의 바닥에는 유성 기어(220)가 연결될 수 있다.

일반적인 차동 기어의 경우, 유성 기어(220)로 입력된 동력을 제1 태양 기어(110) 또는 제2 태양 기어(120)에 전달하는 방식일 수 있다. 하지만, 본 실시예의 차동 기어 구조는 제1 태양 기어(110)로부터 제1 동력이 입력되고 베이스 링크(99)로 출력되거나, 제2 태양 기어(120)로부터 제2 동력이 입력되고 유성 기어(220)를 통해 출력되는 역방식에 해당될 수 있다.

유성 기어(220)의 축에 상위 링크(91)가 직결될 수 있다.

제1 태양 기어(110)에 제1 모터(11) m1을 링크시키는 제1 전달부, 제2 태양 기어(120)에 제2 모터(12) m2를 링크시키는 제2 전달부가 마련될 수 있다.

도 1에서 제1 태양 기어(110)는 제1 모터(11)에 직결될 수 있다.

도 1에서 제1 축 상에 배치된 제3 모터(13) m3에 대한 간섭을 회피하기 위해 제2 모터(12)는 제2 축으로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다. 제2 모터(12)에서 생성된 제2 회전력을 제2 축까지 전달하기 위해 제2 모터(12)의 축에 연결된 제1 연결 기어(129), 제2 태양 기어(120)의 타단부에 형성되고 제1 연결 기어(129)에 맞물리는 제2 연결 기어(128)가 마련될 수 있다.

제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)가 제1 축을 기준으로 동일한 방향으로 회전하면, 상위 링크(91)는 베이스 링크(99)와 함께 제1 축을 기준으로 회전할 수 있다.

제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)가 제1 축을 기준으로 서로 다른 방향으로 회전하면, 상위 링크(91)는 베이스 링크(99)에 대해 독립적으로 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제1 모터(11) 및 제2 모터(12)의 회전 속도, 회전 방향에 따라 상위 링크(91)는 제1 축을 기준으로 회전하거나 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

몸체(90)에 고정 설치되는 제3 모터(13) m3가 마련될 수 있다.

제1 태양 기어(110) 또는 제2 태양 기어(120)에는 제1 중공이 형성될 수 있다. 도면에서는 제1 태양 기어(110)에 제1 중공이 형성되고 있다.

유성 기어(220)에는 제2 중공이 형성될 수 있다.

제1 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어(130), 제2 중공에 관통 설치되고 제1 관통 기어(130)에 맞물리는 제2 관통 기어(230)가 마련될 수 있다.

제1 관통 기어(130)에 제3 모터(13)를 링크시키는 제3 전달부가 마련될 수 있다. 도 1처럼 제3 모터(13)가 제1 축 상에 배치된 경우, 제3 모터(13)의 축은 제1 관통 기어(130)에 직결될 수 있다.

상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치되며 제2 관통 기어(230)의 축에 링크되는 회전 수단(330)이 마련될 수 있다. 도 1에서 회전 수단(330)은 제2 관통 기어(230)의 축에 직결될 수 있다.

상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 하위 링크(92)와 회전 수단(330)을 링크시키는 서브 전달부(340)가 마련될 수 있다. 도 1에서 서브 전달부(340)는 일단부가 회전 수단(330)에 감기고 타단부가 하위 링크(92)에 감긴 벨트를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제3 모터(13), 제1 관통 기어(130), 제2 관통 기어(230)는 제1 모터(11), 제2 모터(12), 태양 기어에 상관없이 독립적으로 동작될 수 있다. 그 결과, 상위 링크(91)에 연결된 하위 링크(92)는 몸체(90)에 설치된 제3 모터(13)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1의 실시예에서는 제1 축에 배치된 제3 모터(13)에 대한 간섭을 회피하기 위해 제2 모터(12)가 제1 축으로부터 이격된 위치에 배치되고 있다.

도 2와 같이 제2 모터(12)가 중공형인 경우, 제2 모터(12)는 제3 모터(13)와 함께 제1 축 상에 배치될 수 있다. 이때, 물리적 간섭을 회피하기 위해, 제2 모터(12)와 제3 모터(13)는 제1 축 상으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

상위 링크(91)에 마련된 회전 수단(330)과 하위 링크(92)를 연결하는 수단으로 도 1에서는 벨트를 이용하고 있으나, 이와 다르게 도 3과 같이 벨트를 대신하여 베벨 기어(341)가 적용될 수 있다. 이때, 회전 수단(330)은 베벨 기어(341)에 맞물리는 회전 기어(331)를 포함할 수 있다. 하위 링크(92)에는 해당 베벨 기어(341)에 맞물리는 축 기어(351)가 형성될 수 있다.

베벨 기어 외에도 4절 링크(four-bar linkage, 특히 parallelogram)가 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)의 사이에서 제1 축 상에 배치되는 제3 커플링(131)이 마련될 수 있다. 커플링은 구동축의 동력과 모션을 종동축에 전달하는 동시에 구동축과 종동축 간의 비정렬 문제를 흡수하는 동력전달 부품을 포함할 수 있다. 다시 말해, 커플링은 구동축과 종동축이 동축 상에 정렬되지 않더라도 구동축의 회전력을 종동축에 전달할 수 있다. 이때, 구동축은 제3 모터(13)의 축이며, 종동축은 유성 기어(220)의 제2 중공에 관통 삽입되는 제2 관통 축일 수 있다.

커플링은 슬릿 타이프(slit type) 커플러, 2자유도를 갖는 유니버설(universal) 조인트, CV(Constant Velocity) 조인트일 수 있으며, 골반의 요잉 범위가 제한적일 때 적용되는 것이 좋다.

제3 모터(13)는 제3 커플링(131)의 일단부에 링크될 수 있다.

제3 커플링(131)의 타단부는 제2 중공에 관통 설치되는 제2 관통 축에 링크될 수 있다. 상위 링크(91)에 설치된 회전 수단(330)은 제2 관통 축에 링크될 수 있다. 서브 전달부(340)는 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 하위 링크(92)와 회전 수단(330)을 링크시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

도 5는 직각으로 배치된 2개의 풀리와 이를 이 'X'와 같이 교차 형태로 감은 와이어 또는 케이블을 이용하여 서로 맞물린 제1 태양 기어(110), 제2 태양 기어(120), 유성 기어(220)를 형성하는 베벨 기어의 기능이 구현될 수 있다. 도 5의 (b)는 교차 형태로 감긴 와이어의 이해를 돕기 위한 모식도이다.

제1 풀리(112)와 제1 풀리(112)에 감긴 제1 와이어(60)의 일단부는 제1 태양 기어(110)와 유사하게 기능할 수 있다.

제2 풀리(122)와 제2 풀리(122)에 감긴 제2 와이어(40)의 일단부(41)는 제2 태양 기어(120)와 유사하게 기능할 수 있다.

서로 구분되는 제1 단(72)과 제2 단(71)을 갖는 다단 풀리(222)가 마련될 수 있다.

제1 단(72)에 제1 와이어(60)의 타단부가 감기고, 제2 단(71)에 제2 와이어(40)의 타단부(42)가 감긴 다단 풀리(222)는 유성 기어(220)와 유사하게 기능할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

제6 실시예는 제1 모터(11)의 배치 위치 및 베이스 링크(99)에 대한 연결 관계가 앞의 실시예와 다를 수 있다.

몸체(90)에 고정 설치되는 제1 모터(11), 제2 모터(12), 제3 모터(13)가 마련될 수 있다.

제1 축 상에 배치된 제2 태양 기어(120), 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 제2 태양 기어(120)에 맞물리는 유성 기어(220)가 마련될 수 있다. 제2 태양 기어(120)와 유성 기어(220)는 서로 맞물리는 베벨 기어 구조를 취할 수 있다.

베이스 링크(99)는 제2 태양 기어(120), 유성 기어(220)를 지지할 수 있다.

제1 태양 기어(110)는 베이스 링크(99)를 사이에 두고 제2 태양 기어(120)에 대면하게 형성될 수 있다.

제2 태양 기어(120)가 베이스 링크(99)의 일면에 형성될 때, 제1 태양 기어(110)는 베이스 링크(99)의 타면에 고정 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1 태양 기어(110)는 베이스 링크(99)의 타면에 직결될 수 있다.

제1 태양 기어(110)에는 제1 태양 중공이 형성될 수 있다. 이때, 제2 태양 기어(120)는 제1 태양 중공에 관통 설치될 수 있다.

유성 기어(220)의 축에 연결된 상위 링크(91)가 마련될 수 있다.

제1 태양 기어(110)에 제1 모터(11)를 링크시키는 제1 전달부, 제2 태양 기어(120)에 제2 모터(12)를 링크시키는 제2 전달부가 마련될 수 있다.

제1 태양 기어(110)가 제1 축을 기준으로 회전하면, 상위 링크(91)는 베이스 링크(99)와 함께 제1 축을 기준으로 회전할 수 있다.

제2 태양 기어(120)가 제1 축을 기준으로 회전하면, 상위 링크(91)는 베이스 링크(99)에 대해 독립적으로 제2 축을 기준으로 회전할 수 있다.

제1 축 상에 제3 모터(13)가 배치된 경우, 간섭을 회피하기 위해 제1 모터(11) 및 제2 모터(12)는 제1 축으로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다.

제2 모터(12)는 제1 연결 기어(129) 및 제2 연결 기어(128)를 통해 제1 축에 링크될 수 있다.

제1 모터(11)는 모터축에 직결된 제1 회전부(119), 제1 회전부(119)와 제1 태양 기어(110)를 연결하는 제1 연결부(140)를 포함할 수 있다. 제1 회전부(119)와 제1 태양 기어(110)는 기어 또는 풀리를 포함할 수 있다. 제1 연결부(140)는 제1 회전부(119)와 제1 태양 기어(110)를 연결하는 벨트 또는 기어를 포함할 수 있다.

제2 태양 기어(120)에는 제2 태양 중공이 형성될 수 있다. 유성 기어(220)에는 제2 중공이 형성될 수 있다.

제2 태양 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어(130), 제2 중공에 관통 설치되고 제1 관통 기어(130)에 맞물리는 제2 관통 기어(230)가 마련될 수 있다.

제1 관통 기어(130)에 제3 모터(13)를 링크시키는 제3 전달부가 마련될 수 있다. 제1 관통 기어(130)는 제3 모터(13)에 직결될 수 있다. 이때, 제3 전달부는 관통 기어에 직결되는 제3 모터(13)의 축을 포함할 수 있다. 제1 관통 기어(130)는 제3 모터(13)의 축의 말단에 형성될 수 있다.

회전 수단(330)은 제2 관통 기어(230)의 축에 링크될 수 있다. 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 하위 링크(92)와 회전 수단(330)을 링크시키는 서브 전달부(340)가 마련될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

중공의 커플링을 이용해서 구조가 단순화될 수 있다.

일 예로, 제1 모터(11)에 의해 제1 축을 중심으로 회전하는 베이스 링크(99), 베이스 링크(99)에 회전 가능하게 설치되는 중공의 제2 중공 축, 제2 중공 축에 회전 가능하게 관통 삽입되는 제3 중심 축이 마련될 수 있다.

제1 축 상에 배치되고 제2 모터(12)에 링크되는 중공의 제2 커플링(121)이 마련될 수 있다. 이때, 제2 중공 축은 제2 커플링(121)의 단부에 연결될 수 있다.

제1 축 상에 배치되고 제3 모터(13)에 링크되며 제2 커플링(121)의 중공에 설치되는 제3 커플링(131)이 마련될 수 있다. 이때, 제3 중심 축은 제3 커플링(131)의 단부에 연결될 수 있다.

제2 커플링(121)과 제3 커플링(131) 중 적어도 하나는 큰 편각을 허용하는 커플링을 포함할 수 있다.

제2 중공 축은 상위 링크(91)에 연결될 수 있다.

회전 수단(330)은 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치되며 제3 중심 축에 링크될 수 있다. 그리고, 상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 하위 링크(92)와 회전 수단(330)을 링크시키는 서브 전달부(340)가 마련될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 관절 장치를 나타낸 개략도이다.

전달 부재는 브레이크 케이블 또는 보우덴(Bowden) 케이블을 포함할 수 있다.

보우덴 케이블(30)은 몸체(90)에 고정 설치된 제2 모터(12)의 제2 회전력을 구동 대상 링크의 일단부에 직접 전달하고, 몸체(90)에 고정 설치된 제3 모터(13)의 제3 회전력을 구동 대상 링크의 타단부에 직접 전달할 수 있다.

구동 대상 링크의 일단부에 전달된 제2 회전력은 몸체(90)에 대한 해당 구동 대상 링크의 움직임을 유발할 수 있다.

구동 대상 링크의 타단부에 전달된 제3 회전력은 구동 대상 링크에 대한 다른 링크의 움직임을 유발할 수 있다.

예를 들어, 제2 모터(12) 및 제3 모터(13)로부터 보우덴 케이블(30)과 풀리 구조를 이용하여 해당 관절(골반 피칭 및 무릎 피칭)로 동력이 전달될 수 있다. 보우덴 케이블(30)은 유연하게 변형되면서도 압축력을 지지하여, 내부의 케이블이 장력을 정상적으로 전달할 수 있다. 관절의 양방향 구동을 위해, 한 쌍의 보우덴 케이블(30)이 하나의 모터와 함께 사용될 수 있다. 각 모터와 관절마다 풀리가 마련될 수 있다.

제2 모터(12) 측으로부터 인출된 한 쌍의 보우덴 케이블(30)은 구동 대상 링크에 고정된 제1 고정 풀리(223)에 연결될 수 있다.

제3 모터(13) 측으로부터 인출된 한 쌍의 보우덴 케이블(30)은 구동 대상 링크에 회전 가능하게 설치되고 다른 링크에 고정된 제2 고정 풀리(353)에 연결될 수 있다.

도 9는 4족 보행하는 로봇을 나타낸 개략도이다.

각 레그별로 3자유도를 갖는 4족 보행 로봇, 예를 들어 로봇개의 경우, 하나의 레그당 3개의 모터가 필요하므로 총 12개의 모터가 필요하다. 본 발명의 관절 장치가 적용될 경우, 모든 모터가 로봇의 몸체(90)에 배치될 수 있다. 추가적인 레그 또는 암이 몸체(90)에 추가될 수 있다. 몸체(90)에는 각 모터를 제어하는 제어기, 배터리, 통신 모듈 등이 추가로 마련될 수 있다.

상위 링크(91)는 제1 축에 해당하는 z축을 중심으로 회동하는 자유도 ① 및 제2 축에 해당하는 y축을 중심으로 회동하는 자유도 ②를 가질 수 있다.

하위 링크(92)는 y축을 중심으로 회동하는 자유도 ③을 가질 수 있다.

도 10은 암(arm)을 갖는 로봇을 나타낸 개략도이다.

암의 단부에는 그리퍼 등과 같이 각종 작업을 수행하는 작업 툴(93)이 설치될 수 있다.

로봇이 이동될 필요가 있는 경우 몸체(90)의 하부에는 휠, 무한궤도가 형성될 수 있다.

암을 형성하는 상위 링크(91)는 제1 축에 해당하는 z축을 중심으로 회동하는 자유도 ①, 제2 축에 해당하는 y축을 중심으로 회동하는 자유도 ②를 가질 수 있다.

상위 링크(91)에 연결된 하위 링크(92)는 y축을 중심으로 회동하는 자유도 ③을 가질 수 있다.

몸체(90)에는 모터의 제어기, 배터리, 통신 모듈이 추가로 마련될 수 있다.

도 11은 관절 장치의 실험 예를 나타낸 개략도이다. 도 12는 관절 장치의 제1 태양 기어(110), 제2 태양 기어(120), 유성 기어(220)의 링크 상태를 나타낸 개략도이다. 도 13은 관절 장치의 제1 관통 기어(130), 제2 관통 기어(230)의 링크 상태를 나타낸 개략도이다.

제1 모터(11), 제2 모터(12), 제3 모터(13), 베이스 링크(99)는 판 형상의 판재(109)에 설치될 수 있다. 판재(109)는 로봇의 몸체(90)에 체결될 수 있다.

도 11, 도 12, 도 13의 관절 장치는 도 1의 제1 실시예에 따라 제작될 수 있다. 도 11의 관절 장치는 도 1에서 기어 구조의 제1 연결 기어(129) 및 제2 연결 기어(128)가 연결 벨트(126)로 대체한 상태이며, 나머지 부분은 동일할 수 있다.

상위 링크(91)에 회전 가능하게 설치된 회전 수단(330)을 덮는 보호 커버(339)가 추가될 수 있다.

본 발명의 관절 장치에 따르면, 일단 복수의 모터가 로봇의 몸체(90)에 고정 설치될 수 있다. 그리고, 전달 부재는 로봇에 설치된 암(arm) 또는 레그(leg)의 관절에 각 모터의 회전력을 구분해서 전달할 수 있다.

전달 부재는 중공 축, 해당 중공 축에 회전 가능하게 삽입되는 관통 축을 이용하여, 특정 관절을 움직이는 구동 회전력과 관절에서 헛도는 전달 회전력을 함께 제공할 수 있다. 이때, 전달 회전력은 다른 관절의 움직임에 사용될 수 있다.

해당 구동 대상 링크가 베이스 링크(99)면, 해당 다른 링크는 상위 링크(91) 또는 하위 링크(92)일 수 있다. 해당 구동 대상 링크가 상위 링크(91)면, 해당 다른 링크는 하위 링크(92)일 수 있다.

전달 부재는 이상에서 설명된 보우덴 케이블(30), 제1 태양 기어(110), 제1 풀리(112), 제2 태양 기어(120), 제2 커플링(121), 제2 풀리(122), 연결 벨트(126), 제2 연결 기어(128), 제1 연결 기어(129), 제1 관통 기어(130), 제3 커플링(131), 제1 연결부(140), 유성 기어(220), 다단 풀리(222), 제2 관통 기어(230), 회전 수단(330), 서브 전달부(340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 몸체(90)에 연결된 구동 대상 링크, 구동 대상 링크에 연결된 다른 링크를 각각 움직이는 모터가 모두 몸체(90)에 고정 설치될 수 있다. 이로 인해, 링크에 모터 등이 설치된 비교 실시예와 대비하여, 동력을 소모하면서 움직이는 암 또는 레그의 자중이 경감될 수 있다. 그 결과, 암 또는 레그를 움직이는데 필요한 동력이 경감될 수 있다.

또한, 제1 태양 기어(110)와 제2 태양 기어(120)가 연합하여 베이스 링크(99) 및 상위 링크(91)를 제1 축에 대해 회전시키는 제1 실시예 'Differential gear mechanism'에 따르면, 제1 모터(11)와 제2 모터(12)가 함께 베이스 링크(99)를 움직일 수 있다. 그 결과, 어느 하나의 모터만을 사용하여 베이스 링크(99) 등을 움직이는 실시예 'Direct drive'와 대비하여 제1 축을 중심으로 하는 축 회전에 필요한 토크가 절반으로 줄어들 수 있다.

또한, 모터를 골반 위치나 무릎에 직접 배치하는 구조에 비하여 동일한 모터를 몸체(90)에 배치하는 구조의 관성 모멘트가 더 높게 나타난 것이 확인되었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10...구동 부재 11...제1 모터
12...제2 모터 13...제3 모터
30...보우덴 케이블 40...제2 와이어
60...제1 와이어 71...제2 단
72...제1 단 90...몸체
91...상위 링크 92...하위 링크
93...작업 툴 99...베이스 링크
109...판재 110...제1 태양 기어
112...제1 풀리 119...제1 회전부
120...제2 태양 기어 121...제2 커플링
122...제2 풀리 126...연결 벨트
128...제2 연결 기어 129...제1 연결 기어
130...제1 관통 기어 131...제3 커플링
140...제1 연결부 220...유성 기어
222...다단 풀리 223...제1 고정 풀리
230...제2 관통 기어 330...회전 수단
331...회전 기어 339...보호 커버
340...서브 전달부 341...베벨 기어
350...축부 351...축 기어
353...제2 고정 풀리

Claims (13)

1. 로봇의 몸체에 설치되는 하나 이상의 모터를 포함하고 상기 하나 이상의 모터의 동작에 기초하여 서로 독립적인 복수의 동력을 생성하는 구동 부재;
   상기 로봇의 암(arm) 또는 레그(leg)의 일측에 구비되며, 상기 서로 독립적인 복수의 동력에 의해 서로 독립적인 복수의 회전력을 생성하고 상기 암 또는 상기 레그를 움직이는 구동 대상 링크; 및
   일단이 상기 모터에 연결되고 타단이 상기 구동 대상 링크에 연결되어, 상기 서로 다른 복수의 동력을 상기 구동 대상 링크로 전달하는 전달 부재를 포함하고,
   상기 몸체에 고정 설치되고 제2 회전력을 생성하는 제2 모터, 상기 몸체에 회전 가능하게 설치되는 상위 링크, 상기 상위 링크에 상기 제2 회전력을 전달하는 제2 전달부가 마련되고,
   상기 몸체에 고정 설치되고 제3 회전력을 생성하는 제3 모터, 상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치되는 하위 링크, 상기 하위 링크에 상기 제3 회전력을 전달하는 제3 전달부가 마련되며,
   상기 제2 전달부와 상기 제3 전달부는 서로 독립적이면서도 동축 상의 전달 경로를 이용하여 각 회전력을 상기 상위 링크까지 전달하고,
   상기 전달 경로를 이용하여 상기 제2 회전력을 상기 상위 링크까지 전달하는 상기 제2 전달부의 말단은 상기 상위 링크에 직접 연결되며,
   상기 전달 경로를 이용하여 상기 제3 회전력을 상기 상위 링크까지 전달하는 상기 제3 전달부의 말단은 상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 회전 수단을 회전시키고,
   상기 제2 전달부는 상기 상위 링크에 연결된 중공 축을 포함하고,
   상기 중공 축은 상기 제2 회전력에 의해 상기 상위 링크와 함께 회전하며,
   상기 제3 전달부는 상기 중공 축에 관통 설치되며 상기 중공 축에 대하여 독립적으로 회전하는 관통 축을 포함하고,
   상기 관통 축은 상기 제3 회전력에 의해 상기 회전 수단과 함께 회전하는,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에 고정 설치되고 제1 회전력을 생성하는 제1 모터, 상기 몸체에 회전 가능하게 설치되는 베이스 링크, 상기 몸체를 기준으로 상기 베이스 링크가 회전하도록 상기 베이스 링크에 상기 제1 회전력을 전달하는 제1 전달부가 마련되고,
   상기 베이스 링크의 회전축의 연장선 상에 상기 동력의 전달 방향을 변환하는 변환 수단이 마련되며,
   상기 몸체에 고정 설치되고 제2 회전력을 생성하는 제2 모터, 상기 베이스 링크에 움직일 수 있게 설치되는 상위 링크, 상기 베이스 링크를 기준으로 상기 상위 링크가 움직이도록 상기 상위 링크에 상기 제2 회전력을 전달하는 제2 전달부가 마련되고,
   상기 제2 전달부는 상기 베이스 링크의 회전에 상관없이 상기 제2 회전력이 상기 변환 수단까지 전달되도록, 제1 전달부와 동축 상의 전달 경로를 이용하여 상기 제2 회전력을 상기 변환 수단까지 전달하며,
   상기 제2 전달부는 상기 변환 수단에 의해 변환된 다른 경로를 이용하여 상기 상위 링크에 상기 제2 회전력을 전달하는,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전 수단이 상기 상위 링크의 일단부에 마련될 때, 상기 하위 링크는 상기 상위 링크의 타단부에 연결되고,
   상기 상위 링크의 일단부에 형성된 상기 회전 수단의 회전력을 상기 상위 링크의 타단부에 연결된 상기 하위 링크까지 전달하는 서브 전달부가 마련된,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터가 마련되고,
   제1 축 상에 서로 대면하게 배치된 제1 태양 기어와 제2 태양 기어, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 상기 제1 태양 기어와 상기 제2 태양 기어의 사이에서 상기 제1 태양 기어와 상기 제2 태양 기어에 맞물리는 유성 기어가 마련되며,
   상기 제1 태양 기어, 상기 제2 태양 기어, 상기 유성 기어를 지지하는 베이스 링크가 마련되고,
   상기 유성 기어의 축에 연결된 상위 링크가 마련되며,
   상기 제1 태양 기어에 상기 제1 모터를 링크시키는 제1 전달부, 상기 제2 태양 기어에 상기 제2 모터를 링크시키는 제2 전달부가 마련되고,
   상기 제1 태양 기어와 상기 제2 태양 기어가 상기 제1 축을 기준으로 동일한 방향으로 회전하면, 상기 상위 링크는 상기 베이스 링크와 함께 상기 제1 축을 기준으로 회전하며,
   상기 제1 태양 기어와 상기 제2 태양 기어가 상기 제1 축을 기준으로 서로 다른 방향으로 회전하면, 상기 상위 링크는 상기 베이스 링크에 대해 독립적으로 상기 제2 축을 기준으로 회전하는,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고,
   상기 제1 태양 기어 또는 상기 제2 태양 기어에는 제1 중공이 형성되며,
   상기 유성 기어에는 제2 중공이 형성되고,
   상기 제1 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어, 상기 제2 중공에 관통 설치되고 상기 제1 관통 기어에 맞물리는 제2 관통 기어가 마련되며,
   상기 제1 관통 기어에 상기 제3 모터를 링크시키는 제3 전달부가 마련되고,
   상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 상기 제2 관통 기어의 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며,
   상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 상기 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련된,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고,
   상기 유성 기어에는 제2 중공이 형성되며,
   상기 제1 태양 기어와 상기 제2 태양 기어의 사이에서 상기 제1 축 상에 배치되는 제3 커플링이 마련되며,
   상기 제3 모터는 상기 제3 커플링의 일단부에 링크되고,
   상기 제3 커플링의 타단부는 상기 제2 중공에 관통 설치되는 제2 관통 축에 링크되며,
   상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 상기 제2 관통 축에 링크되는 회전 수단이 마련되고,
   상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 상기 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련된,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터가 마련되고,
   제1 축 상에 배치된 제2 태양 기어, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에 배치되고 상기 제2 태양 기어에 맞물리는 유성 기어가 마련되며,
   상기 제2 태양 기어, 상기 유성 기어를 지지하는 베이스 링크가 마련되고,
   상기 베이스 링크를 사이에 두고 상기 제2 태양 기어에 대면하게 형성된 제1 태양 기어가 마련되며,
   상기 제2 태양 기어가 상기 베이스 링크의 일면에 형성될 때, 상기 제1 태양 기어는 상기 베이스 링크의 타면에 고정 연결되고,
   상기 제1 태양 기어에는 제1 태양 중공이 형성되며,
   상기 제2 태양 기어는 상기 제1 태양 중공에 관통 설치되고,
   상기 유성 기어의 축에 연결된 상위 링크가 마련되며,
   상기 제1 태양 기어에 상기 제1 모터를 링크시키는 제1 전달부, 상기 제2 태양 기어에 상기 제2 모터를 링크시키는 제2 전달부가 마련되고,
   상기 제1 태양 기어가 상기 제1 축을 기준으로 회전하면, 상기 상위 링크는 상기 베이스 링크와 함께 상기 제1 축을 기준으로 회전하며,
   상기 제2 태양 기어가 상기 제1 축을 기준으로 회전하면, 상기 상위 링크는 상기 베이스 링크에 대해 독립적으로 상기 제2 축을 기준으로 회전하는,
   로봇을 위한 경량 관절 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 몸체에 고정 설치되는 제3 모터가 마련되고,
    상기 제2 태양 기어에는 제2 태양 중공이 형성되며,
    상기 유성 기어에는 제2 중공이 형성되고,
    상기 제2 태양 중공에 관통 설치되는 제1 관통 기어, 상기 제2 중공에 관통 설치되고 상기 제1 관통 기어에 맞물리는 제2 관통 기어가 마련되며,
    상기 제1 관통 기어에 상기 제3 모터를 링크시키는 제3 전달부가 마련되고,
    상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 상기 제2 관통 기어의 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며,
    상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 상기 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련된,
    로봇을 위한 경량 관절 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 몸체에 고정 설치되는 제1 모터, 제2 모터, 제3 모터가 마련되고,
    제1 모터에 의해 제1 축을 중심으로 회전하는 베이스 링크, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 설치되는 중공의 제2 중공 축, 상기 제2 중공 축에 회전 가능하게 관통 삽입되는 제3 중심 축이 마련되며,
    상기 제1 축 상에 배치되고 상기 제2 모터에 링크되는 중공의 제2 커플링이 마련되고,
    상기 제2 중공 축은 상기 제2 커플링의 단부에 연결되며,
    상기 제1 축 상에 배치되고 상기 제3 모터에 링크되며 상기 제2 커플링의 중공에 설치되는 제3 커플링이 마련되고,
    상기 제3 중심 축은 상기 제3 커플링의 단부에 연결되며,
    상기 제2 중공 축에 연결된 상위 링크가 마련되고,
    상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치되며 상기 제3 중심 축에 링크되는 회전 수단이 마련되며,
    상기 상위 링크에 회전 가능하게 설치된 하위 링크와 상기 회전 수단을 링크시키는 서브 전달부가 마련된,
    로봇을 위한 경량 관절 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 전달 부재는 상기 몸체에 고정 설치된 제2 모터의 제2 회전력을 상기 구동 대상 링크의 일단부에 직접 전달하고, 상기 몸체에 고정 설치된 제3 모터의 제3 회전력을 상기 구동 대상 링크의 타단부에 직접 전달하는 보우덴(Bowden) 케이블을 포함하고,
    상기 구동 대상 링크의 일단부에 전달된 상기 제2 회전력은 몸체에 대한 상기 구동 대상 링크의 움직임을 유발하며,
    상기 구동 대상 링크의 타단부에 전달된 상기 제3 회전력은 상기 구동 대상 링크에 대한 다른 링크의 움직임을 유발하는,
    로봇을 위한 경량 관절 장치.
13. 삭제