KR102611470B1

KR102611470B1 - Leg structure of robot

Info

Publication number: KR102611470B1
Application number: KR1020220040100A
Authority: KR
Inventors: 박희창; 오장석; 조용준; 윤해룡; 홍형길; 강민수; 박관형; 서갑호
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-12-06
Also published as: KR20230141047A

Abstract

로봇 다리 구조가 개시된다. 본 발명은 이동부, 회동프레임, 고정프레임, 회동인가부, 보상부를 포함하는 로봇 다리 구조이다. 본 발명인 이와 같은 구성들과 연결관계로 인하여 고효율의 로봇 다리 구조를 제공할 수 있다.A robot leg structure is disclosed. The present invention is a robot leg structure including a moving part, a rotation frame, a fixed frame, a rotation application part, and a compensation part. Due to these configurations and connection relationships, the present invention can provide a highly efficient robot leg structure.

Description

Robot leg structure {LEG STRUCTURE OF ROBOT}

본 발명은 로봇 다리 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a robot leg structure.

특히, 저전력으로 고효율을 낼 수 있는 로봇 다리 구조에 관한 것이다.In particular, it concerns a robot leg structure that can achieve high efficiency with low power.

로봇은 어떤 작업이나 조작을 자동적으로 하는 기계 장치로, 산업에 활용되고 있다. 종래의 로봇은 인간을 대신하여 단순 작업을 반복하는 데 활용되었으나 기술의 발전으로 복잡한 작업을 오차없이 활용하는 데 활용되고 있다. 최근 로봇은 한 장소에서 고정되어 반복 작업을 하던 한계에서 벗어나 다양한 장소를 이동되며 작업을 하는 이동형 로봇에 대한 기술 개발이 되고 있다.A robot is a mechanical device that automatically performs certain tasks or operations and is used in industry. Conventionally, robots were used to repeat simple tasks on behalf of humans, but with the advancement of technology, they are now being used to perform complex tasks without error. Recently, technology has been developed for mobile robots that move to various locations and do work, breaking away from the limitations of robots being fixed in one place and performing repetitive tasks.

이동형 로봇은 음식점, 병원, 물류센터 등에서 인간에게 고된 업무를 대체할 수 있으므로, 기대가 높다. 그러나 이동형 로봇은 하중을 지지하며 다양한 지형을 문제없이 이동하여야 하므로 구현되기 어려운 기술이다.Expectations are high for mobile robots as they can replace arduous work done by humans in restaurants, hospitals, distribution centers, etc. However, mobile robots are a difficult technology to implement because they must support loads and move across various terrains without problems.

이동형 로봇의 예로는 뱀형 로봇이 있을 수 있다. 뱀형 로봇은 뱀의 형상을 가지는 로봇으로 작은 통로를 이동할 수 있는 장점이 있으나, 태생적 한계로 인하여 하중을 지지하여 옮기는데 부적합하다.An example of a mobile robot may be a snake-type robot. A snake-shaped robot is a robot that has the shape of a snake and has the advantage of being able to move through small passages, but due to its inherent limitations, it is unsuitable for supporting and moving loads.

이동형 로봇의 또 다른 예로는 비행 로봇이 있을 수 있다. 비행 로봇은 지형에 영향받지 않고 자유롭게 이동될 수 있다는 장점이 있으나, 이 역시도 비행이라는 한계로 인하여 하중 또는 크기에 제한이 있다.Another example of a mobile robot may be a flying robot. Flying robots have the advantage of being able to move freely without being affected by the terrain, but these also have limits on load and size due to the limitations of flight.

위와 같은 이유로 이동형 로봇은 4족 보행 로봇이 적합하다고 판단되고 있으며, 이 로봇에 대한 수요도 높아지고 있다. 4족 보행 로봇은 4개의 다리로 안정적으로 하중을 지지할 수 있다. 그러나 이 로봇 역시도 큰 하중을 지지하기 위하여는 모터, 감속기의 용량이 커질 수 밖에 없으며, 그에 따라 비용 역시 증가될 수밖에 없는 문제가 발생된다.For the above reasons, four-legged robots are considered suitable for mobile robots, and demand for these robots is also increasing. A quadruped robot can stably support a load with its four legs. However, in order for this robot to support a large load, the capacity of the motor and reducer must increase, which causes the problem that the cost also increases.

국내 공개특허 공개번호 "10-2022-0015817"Domestic published patent publication number “10-2022-0015817” 국내 공개특허 공개번호 "10-2015-0127001"Domestic published patent publication number “10-2015-0127001”

일 실시예에 의한 본 발명은 전술한 문제점을 해결한 것으로, 고효율의 로봇 다리 구조를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention according to one embodiment solves the above-described problem and aims to provide a highly efficient robot leg structure.

일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조는 이동부, 상기 이동부가 일측에 회동 가능하게 연결되는 회동프레임, 상기 회동프레임의 타측에 연결되어 상기 회동프레임을 회동 가능하게 지지하는 고정프레임, 상기 회동프레임에 회동력을 인가하는 회동인가부 및 상기 회동프레임과 연결되어 상기 회동프레임이 회동되면 상기 회동프레임의 회동방향에 대향하는 힘을 인가하는 보상부를 포함한다.The robot leg structure of the present invention according to one embodiment includes a moving part, a rotating frame rotatably connected to one side of the moving part, a fixed frame connected to the other side of the rotating frame to rotatably support the rotating frame, and the rotating frame. It includes a rotation application unit that applies a rotational force to the rotation frame and a compensation unit that is connected to the rotation frame and applies a force opposing the rotation direction of the rotation frame when the rotation frame is rotated.

상기 회동인가부는 상기 회동프레임을 제1축으로 회동시키는 제1회동인가부와, 제2축으로 회동시키는 제2회동인가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The rotation application unit includes a first rotation application unit that rotates the rotation frame about a first axis, and a second rotation application unit that rotates the rotation frame about a second axis.

상기 제1회동인가부는 상기 회동프레임을 제1축으로 회동시키는 제1회동부를 포함하며, 상기 제2회동인가부는 상기 회동프레임을 제2축으로 회동시키는 제2회동부와 상기 회동프레임의 타측에 배치된 연결부를 감싸며 연결하는 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first rotation application part includes a first rotation part that rotates the rotation frame about the first axis, and the second rotation application part includes a second rotation part that rotates the rotation frame about the second axis and the other side of the rotation frame. It is characterized in that it includes a transmission part that surrounds and connects the connection part disposed in.

상기 보상부는 상기 회동인가부의 일측에 배치되며 내부에 공간이 형성된 보상프레임과 상기 보상프레임 내에 배치되는 탄성부와 상기 탄성부의 일측에 지지되며 배치되는 지지블록과 상기 회동인가부를 연결하는 와이어를 포함하는 것을 포함한다.The compensation unit is disposed on one side of the rotation application unit and includes a compensation frame with a space formed therein, an elastic unit disposed within the compensation frame, a support block supported and disposed on one side of the elastic unit, and a wire connecting the rotation application unit. It includes

상기 지지블록은 부싱과 상기 부싱 내부에 배치되고 일측에 단차가 형성된 단차부를 포함하는 블록부를 포함하며, 상기 블록부가 상기 부싱부에 배치되면 상기 단차부에 의하여 형성된 공간에 상기 탄성부가 배치되는 것을 특징으로 한다.The support block includes a bushing and a block portion including a stepped portion disposed inside the bushing and having a step formed on one side, and when the block portion is disposed on the bushing portion, the elastic portion is disposed in the space formed by the stepped portion. Do it as

상기 블록부는 타측에 방사방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 상기 부싱에 의하여 지지될 수 있는 것을 특징으로 한다.The block portion is characterized in that a protrusion protruding in a radial direction is formed on the other side and can be supported by the bushing.

일 실시예에 의한 본 발명은 로봇 다리 구조로 인하여 전력 활용 효율이 높아 저용량, 저비용의 모터, 감속기를 활용하여도 큰 하중을 운반할 수 있다.The present invention according to one embodiment has high power utilization efficiency due to the robot leg structure, and can carry a large load even by using a low-capacity, low-cost motor and reducer.

도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 정면도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 일측면도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 타측면도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 이동부, 회동프레임, 제1회동인가부의 분해도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 고정프레임, 제2회동인가부의 분해도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 본 발명인 보상부의 분해도이다.
도 7a는 일 실시예에 의한 본 발명의 제1회동부와 제1보상부의 각 구성요소들이 연결된 상태를 도시한 것이며, 7b는 연결부와 제2보상부의 각 구성요소들이 연결된 것을 개념적으로 도시한 것이다.
도 8은 일 실시예에 의한 본 발명인 제1회동인가부와 제2회동인가부가 동작 시 발생되는 부하를 해석한 결과이다.Figure 1 is a front view of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.
Figure 2 is a side view of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.
Figure 3 is another side view of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.
Figure 4 is an exploded view of the moving part, the rotation frame, and the first rotation applying part of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.
Figure 5 is an exploded view of the fixing frame and the second rotation application part of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.
Figure 6 is an exploded view of the present invention's compensation unit according to one embodiment.
Figure 7a shows a state in which each component of the first rotating part and the first compensating part of the present invention according to an embodiment is connected, and 7b conceptually shows that each component of the connecting part and the second compensating part are connected. .
Figure 8 is a result of analyzing the load generated when the first rotation applying unit and the second rotating applying unit of the present invention according to one embodiment are operated.

이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. However, this is not intended to limit the scope of the present invention.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Additionally, the size or shape of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention are only for describing embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 정면도이고, 도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 일측면도이며, 도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 타측면도이다.Figure 1 is a front view of the present inventor's robot leg structure according to an embodiment, Figure 2 is a side view of the present inventor's robot leg structure according to an embodiment, and Figure 3 is a side view of the present inventor's robot leg structure according to an embodiment. This is a side view.

일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조는 이동부(100), 회동프레임(200), 고정프레임(300), 회동인가부(400), 보상부(500)를 포함한다.The robot leg structure of the present invention according to one embodiment includes a moving part 100, a rotation frame 200, a fixed frame 300, a rotation application part 400, and a compensation part 500.

이동부(100)는 본 발명의 전체 구성요소를 지지하는 역할을 한다. 도 1 내지 3에서는 본 발명의 로봇 다리 구조를 하나만 도시하였으나, 이러한 로봇 다리 구조가 1개 또는 그 이상이 하중을 지지할 수 있도록 배치될 수 있다. 이동부(100)는 지면과 맞닿아 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.The moving part 100 serves to support all components of the present invention. 1 to 3 show only one robot leg structure of the present invention, but one or more such robot leg structures may be arranged to support a load. The moving part 100 may serve to support a load by contacting the ground.

여기서, 이동부(100)는 휠일 수 있다. 바람직하게 이동부(100)는 옴니휠(omni wheel)일 수 있다. 그러므로 이동부(100)는 지면과 마찰이 최소화 될 수 있다. 이동부(100)는 도 1 내지 도 3에 미도시된 모터 또는 동력을 인가하는 다른 장치에 연결되어 자전되며 이동력을 인가할 수 있다.Here, the moving unit 100 may be a wheel. Preferably, the moving unit 100 may be an omni wheel. Therefore, friction between the moving part 100 and the ground can be minimized. The moving unit 100 may be connected to a motor not shown in FIGS. 1 to 3 or another device that applies power to rotate and apply a moving force.

회동프레임(200)은 하측에 이동부(100)가 회동 가능하게 연결될 수 있고, 상측은 고정프레임(300)에 회동 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 회동프레임(200)은 회동인가부(400)와 연결되어 있다. 회동인가부(400)의 동작에 따라 회동프레임(200)은 제1방향 또는 제2방향으로 설정된 각도로 회전될 수 있다. 그러므로 회동프레임(200)은 다양한 각도로 기울어지며 다양한 각도로 기울어진 채 하중을 지지할 수 있다. The rotating frame 200 may be rotatably connected to the moving part 100 at its lower side, and may be rotatably connected to the fixed frame 300 at its upper side. Here, the rotation frame 200 is connected to the rotation application unit 400. According to the operation of the rotation application unit 400, the rotation frame 200 may be rotated at a set angle in the first direction or the second direction. Therefore, the rotating frame 200 is tilted at various angles and can support a load while being tilted at various angles.

고정프레임(300)은 가운데 프레임의 역할을 하며 회동프레임(200)의 상측과 연결된다. 고정프레임(300)은 회동프레임(200)의 상측을 회동 가능하게 연결하여 지지한다. 고정프레임(300)에는 회동인가부(400)가 배치될 수 있다. 따라서 회동프레임(200)은 고정프레임(300)에 연결되되, 회동인가부(400)에 동작에 따라 회동될 수 있다. 고정프레임(300)에는 보상부(500)가 연결될 수 있다. 보상부(500)는 고정프레임(300)의 상측과 일측(도 1에서는 우측 방향)에 배치될 수 있다. The fixed frame 300 serves as a center frame and is connected to the upper side of the rotating frame 200. The fixed frame 300 rotatably connects and supports the upper side of the rotating frame 200. A rotation application unit 400 may be disposed on the fixed frame 300. Accordingly, the rotating frame 200 is connected to the fixed frame 300 and can be rotated according to the operation of the rotation application unit 400. A compensation unit 500 may be connected to the fixed frame 300. The compensation unit 500 may be disposed on the upper side and one side (to the right in FIG. 1) of the fixed frame 300.

회동인가부(400)는 회동력을 인가하여 회동프레임(200)을 설정된 각도로 회동시킬 수 있다. 즉, 회동인가부(400)는 두 개로 구성되고, 회동프레임(200)과 두 방향에서 연결되어 회동프레임(200)을 제1방향 또는 제2방향으로 회동시킬 수 있다. The rotation applicator 400 may apply a rotation force to rotate the rotation frame 200 at a set angle. That is, the rotation application unit 400 is composed of two pieces and is connected to the rotation frame 200 in two directions so that the rotation application unit 400 can rotate the rotation frame 200 in the first or second direction.

보상부(500)는 회동프레임(200)의 움직임에 대응하는 힘을 인가한다. 여기서 보상부(500)는 회동인가부(400)의 수에 대응되게 두 개로 구성된다. 따라서 회동프레임(200)이 제1방향으로 회동되거나 제2방향으로 회동되는 경우 그와 대향하는 방향으로 힘을 보상할 수 있다. 보상부(500)는 모듈화되어 고정프레임에 장착되거나 탈착될 수 있다. 따라서 보상부(500)는 용이하게 교체될 수 있다. The compensation unit 500 applies a force corresponding to the movement of the rotation frame 200. Here, the compensation unit 500 is composed of two units corresponding to the number of rotation authorization units 400. Therefore, when the rotating frame 200 is rotated in the first direction or the second direction, force can be compensated in the direction opposite to it. The compensation unit 500 is modularized and can be mounted on or detached from a fixed frame. Therefore, the compensation unit 500 can be easily replaced.

이하에서는 회동인가부(400)는 제1회동인가부(410), 제2회동인가부(420), 보상부(500)는 제1보상부(510), 제2보상부(520)라고 구분하여 명명하도록 하겠다.Hereinafter, the rotation authorization unit 400 is divided into a first rotation authorization unit 410 and a second rotation authorization unit 420, and the compensation unit 500 is divided into a first compensation unit 510 and a second compensation unit 520. I will name it.

도 4는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 이동부, 회동프레임, 제1회동인가부의 분해도이다.Figure 4 is an exploded view of the moving part, the rotation frame, and the first rotation applying part of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.

도 4를 통하여 이동부(100), 회동프레임(200), 제1회동인가부(410)를 살펴보면, 회동프레임(200)은 대칭되는 위치에서 제1회동인가부(410) 및 이동부(100)가 연결된다.Looking at the moving unit 100, the rotation frame 200, and the first rotation application unit 410 through FIG. 4, the rotation frame 200 includes the first rotation application unit 410 and the moving unit 100 in symmetrical positions. ) is connected.

즉, 외관으로 확인 시 제1회동인가부(410)는 회동프레임(200)의 상측에, 이동부(100)는 하측에 배치된다. That is, when confirmed externally, the first rotation application unit 410 is disposed on the upper side of the rotation frame 200, and the moving unit 100 is disposed on the lower side.

회동프레임(200)의 내부는 공간을 포함할 수 있다. 회동프레임(200)의 상측에는 홀이 형성되어 제1회동인가부(410)가 인입되어 회동프레임(200) 내부에 배치될 수 있다. 회동프레임(200)은 설정된 길이를 가지며 형성된다. 회동프레임(200) 내에는 제1회동인가부(410)의 제1회동부(411), 고정부(412), 틸트부(413), 제1전달부(414)가 배치될 수 있다. 회동프레임(200)은 틸트프레임(201)을 포함할 수 있다.The interior of the rotating frame 200 may include space. A hole is formed on the upper side of the pivoting frame 200 so that the first pivoting application unit 410 can be inserted and placed inside the pivoting frame 200. The rotating frame 200 is formed to have a set length. The first rotation part 411, the fixing part 412, the tilt part 413, and the first transmission part 414 of the first rotation application part 410 may be disposed in the rotation frame 200. The rotation frame 200 may include a tilt frame 201.

틸트프레임(201)은 이동부(100)를 회전 가능하도록 연결할 수 있다. 이동부(100)는 틸트프레임(201)에 자전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서 미도시되어 있으나, 틸트프레임(201)에 자전 가능한 동력을 제공하는 모터 역시 틸트프레임(201)에 안정적으로 고정되어 배치될 수 있다. 틸트프레임(201)은 후술할 틸트부(413)에 연결되어 틸트부(413)의 회동에 따라 그에 따라 경사진 각도가 변형될 수 있다.The tilt frame 201 can be rotatably connected to the moving unit 100. The moving unit 100 may be rotatably connected to the tilt frame 201. Although not shown here, a motor that provides rotational power to the tilt frame 201 may also be stably fixed to and placed on the tilt frame 201. The tilt frame 201 is connected to the tilt unit 413, which will be described later, and the tilt angle may be changed accordingly as the tilt unit 413 rotates.

제1회동인가부(410)는 제1회동부(411), 고정부(412), 틸트부(413) 및 제1전달부(414)를 포함한다. 제1회동부(411)는 모터, 감속기 등이 결합되어 설정된 각도로 자전될 수 있다. 여기서 제1회동부(411)는 전술한 회동프레임(200)의 상측의 홀을 통하여 일부가 회동프레임(200)의 내부에 배치될 수 있다. 제1회동부(411)는 동작되어 회동프레임(200)을 설정된 각도로 틸트시킬 수 있다.The first rotation application unit 410 includes a first rotation unit 411, a fixing unit 412, a tilt unit 413, and a first transmission unit 414. The first rotating part 411 can be rotated at a set angle by combining a motor, a reducer, etc. Here, the first rotating portion 411 may be partially disposed inside the rotating frame 200 through the hole on the upper side of the rotating frame 200 described above. The first rotation unit 411 is operated to tilt the rotation frame 200 at a set angle.

고정부(412)와 틸트부(413)와 이격되어 배치된다. 고정부(412)는 상측에 틸트부(413)는 하측에 위치된다. 고정부(412)와 틸트부(413)는 제1전달부(414)와 연결되어 있을 수 있다. 고정부(412)는 고정되어 배치되어 있어서 축으로 작용될 수 있다. 틸트부(413)는 회동프레임(200)의 이동에 따라 각각 회동될 수 있다.It is arranged to be spaced apart from the fixing part 412 and the tilting part 413. The fixing part 412 is located on the upper side and the tilting part 413 is located on the lower side. The fixing part 412 and the tilting part 413 may be connected to the first transmission part 414. The fixing part 412 is fixed and disposed so that it can act as an axis. The tilt units 413 may each be rotated according to the movement of the rotation frame 200.

제1전달부(414)는 고정부(412)와 틸트부(413)를 감싸며 연결된다. 즉, 제1전달부(414)는 고정부(412)와 틸트부(413)를 감싸 폐회로의 형상으로 배치될 수 있다. The first transmission unit 414 surrounds and connects the fixing unit 412 and the tilt unit 413. That is, the first transmission unit 414 may be arranged in the shape of a closed circuit by surrounding the fixing unit 412 and the tilt unit 413.

따라서 제1전달부(414)는 제1회동부(411)의 동작 시 고정부(412)를 축으로 하여 틸트부(413)가 회전되도록 하며 이에 따라 틸트프레임(201)의 각도가 변경되어 결국 이동부(100)와 틸트프레임(201) 사이의 연결된 각도를 변형하여 평형을 유지할 수 있다.Therefore, the first transmission unit 414 causes the tilt unit 413 to rotate around the fixing unit 412 when the first rotation unit 411 operates, and the angle of the tilt frame 201 changes accordingly, ultimately causing the tilt unit 413 to rotate. Equilibrium can be maintained by changing the angle connected between the moving unit 100 and the tilt frame 201.

도 5는 일 실시예에 의한 본 발명인 로봇 다리 구조의 고정프레임, 제2회동인가부의 분해도이다.Figure 5 is an exploded view of the fixing frame and the second rotation application part of the robot leg structure of the present invention according to one embodiment.

고정프레임(300)은 내부에 공간이 형성된다. 고정프레임(300)의 공간에는 제2회동인가부(420)가 배치될 수 있다. 제2회동인가부(420)는 제2회동부(421), 연결부(422), 제2전달부(423)를 포함할 수 있다. 여기서 제2회동부(421)는 제1회동부(411)에 대응된다. 그리고 제2전달부(423)는 제1전달부(414)에 대응된다. 그러므로 제1회동부(411)는 제2축을 기준으로 설정된 각도로 회동되고, 그로 인하여 제2전달부(423)는 설정된 방향으로 이동될 수 있다. The fixed frame 300 has a space formed inside it. The second rotation application unit 420 may be disposed in the space of the fixed frame 300. The second rotation application unit 420 may include a second rotation unit 421, a connection unit 422, and a second transmission unit 423. Here, the second rotating part 421 corresponds to the first rotating part 411. And the second transmission unit 423 corresponds to the first transmission unit 414. Therefore, the first rotation unit 411 is rotated at a set angle based on the second axis, and as a result, the second transmission unit 423 can be moved in the set direction.

여기서, 연결부(422)는 틸트부(413)에 대응된다. 그러므로 연결부(422)도 제2회동부(421)가 회동되면 제2전달부(423)에 의하여 회동될 수 있다. 다만, 연결부(422)는 큰 의미에서 경사진 각도를 부여할 수 있다는 점에서 틸트부(413)와 유사할 수 있으나, 연결부(422)는 그보다 회동력을 인가한다는 점에서 차이가 있을 수 있다.Here, the connection part 422 corresponds to the tilt part 413. Therefore, the connection unit 422 can also be rotated by the second transmission unit 423 when the second rotation unit 421 is rotated. However, the connection portion 422 may be similar to the tilt portion 413 in that it can provide an inclined angle in a larger sense, but the connection portion 422 may be different in that it applies a rotational force.

즉, 연결부(422)는 회동프레임(200)의 일면과 연결될 수 있다. 따라서 제2회동부(421)가 제2축을 기준으로 회동되면 연결부(422)는 회동프레임(200) 전체를 설정된 각도로 회동시킬 수 있다. 따라서 회동프레임(200)의 회동에 따라 이동부(100), 제1회동인가부(410) 등 전술하여 설명한 도 4에 도시된 각 구성요소들이 한 번에 회동될 수 있다.That is, the connecting portion 422 may be connected to one surface of the rotating frame 200. Therefore, when the second rotation unit 421 is rotated based on the second axis, the connection unit 422 can rotate the entire rotation frame 200 at a set angle. Therefore, as the rotation frame 200 rotates, each of the components shown in FIG. 4, such as the moving unit 100 and the first rotation application unit 410, can be rotated at once.

따라서 본 발명은 제1회동인가부(410)에 의하여 제1축을 기준으로 제1방향으로 회동될 수 있으며, 제2회동인가부(420)에 의하여 제2축을 기준으로 제2방향으로 회동될 수 있다.Therefore, the present invention can be rotated in a first direction about the first axis by the first rotation application unit 410, and can be rotated in a second direction about the second axis by the second rotation application unit 420. there is.

도 6은 일 실시예에 의한 본 발명인 보상부의 분해도이다.Figure 6 is an exploded view of the present invention's compensation unit according to one embodiment.

보상부(500)는 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이 두 개로 구성될 수 있다. 각 보상부(500)는 연결되는 대상이 상이하나 구성요소 및 연결관계는 유사한바, 도 6을 통하여 보상부(500)를 먼저 살펴보도록 하겠다.The compensation unit 500 may be composed of two pieces as shown in FIGS. 1 to 3. Each compensation unit 500 has different connected objects, but the components and connection relationships are similar. Therefore, we will first look at the compensation unit 500 through FIG. 6.

보상부(500)는 보상프레임(501), 탄성부(502), 지지블록(503), 와이어(504)를 포함할 수 있다.The compensation unit 500 may include a compensation frame 501, an elastic unit 502, a support block 503, and a wire 504.

보상프레임(501)은 공간이 형성되어 있으며, 탄성부(502), 지지블록(503)이 배치될 수 있다.The compensation frame 501 has a space where an elastic portion 502 and a support block 503 can be placed.

탄성부(502)는 탄성력을 인가할 수 있는 코일 형태의 스프링으로 형성됨이 바람직하다. 탄성부(502)는 보상프레임(501)의 길이에 대응되어 설정된 길이를 가지며 형성될 수 있다. 보상프레임(501)의 하측은 홀이 형성되어 고정프레임(300)과 연통되도록 형성됨이 바람직하다. 다만, 보상프레임(501)의 하측의 홀은 지름의 크기는 보상프레임(501)의 지름의 크기보다 작게 형성됨이 바람직하다. 따라서 탄성부(502)는 보상프레임(501)에 정렬되어 그 위치에 유지된채 압축되거나 이완되며 탄성력을 인가할 수 있다.The elastic portion 502 is preferably formed as a coil-shaped spring capable of applying elastic force. The elastic portion 502 may be formed to have a length set to correspond to the length of the compensation frame 501. It is preferable that a hole is formed on the lower side of the compensation frame 501 to communicate with the fixed frame 300. However, it is preferable that the diameter of the hole on the lower side of the compensation frame 501 is formed smaller than the diameter of the compensation frame 501. Accordingly, the elastic portion 502 is aligned with the compensation frame 501 and can be compressed or relaxed while being maintained in that position and apply an elastic force.

지지블록(503)은 탄성부(502)의 일측에 배치될 수 있다. 지지블록(503)은 부싱(503a)과 블록부(503b)를 포함할 수 있다. 부싱(503a)은 내부가 비어 있으며, 형상은 보상프레임(501)의 내부의 형상과 유사한 형상으로 형성된다. 그러므로 부싱(503a)은 보상프레임(501) 내를 슬라이드 이동될 수 있다.The support block 503 may be disposed on one side of the elastic portion 502. The support block 503 may include a bushing 503a and a block portion 503b. The bushing 503a is hollow on the inside, and has a shape similar to the inner shape of the compensation frame 501. Therefore, the bushing 503a can be slidably moved within the compensation frame 501.

블록부(503b)는 하측은 내측으로 함몰되어 단차부(503b-1)가 형성되고, 상측은 돌출부(503b-2)가 형성된다. 따라서 블록부(503b)가 부싱(503a)에 정렬되어 배치되는 경우 하측은 단차부(503b-1)에 의하여 둘레를 따라서 공간이 형성되고, 상측은 부싱(503a)의 내부가 아닌 외부에 배치되어 부싱(503a)에 의하여 지지될 수 있다. The lower side of the block portion 503b is recessed inward to form a step portion 503b-1, and the upper side is formed with a protrusion 503b-2. Therefore, when the block portion 503b is arranged in alignment with the bushing 503a, a space is formed along the circumference of the lower side by the step portion 503b-1, and the upper side is disposed outside, not inside, the bushing 503a. It can be supported by a bushing (503a).

따라서 탄성부(502)는 블록부(503b)의 단차부(503b-1)와 부싱(503a) 사이의 크기 차이에 의하여 형성된 공간에 배치되어 블록부(503b)와 연결될 수 있다. 따라서 블록부(503b)는 탄성부(502)에서 경사지지 않으면서 안정적으로 지지될 수 있다.Accordingly, the elastic portion 502 may be disposed in a space formed by the size difference between the step portion 503b-1 of the block portion 503b and the bushing 503a and connected to the block portion 503b. Therefore, the block portion 503b can be stably supported without being tilted by the elastic portion 502.

블록부(503b)는 와이어(504)와 연결되어 있다. 전술한 바와 같이 보상프레임(501)의 하측은 작은 홀이 형성되어 있다. 와이어(504)는 회전될 수 있는 구성(제1회동인가부(410), 제2회동인가부(420)의 구성요소)과 연결될 수 있다. 즉, 와이어(504)는 일측이 블록부(503b)에, 타측이 회전될 수 있는 구성에 연결될 수 있다. The block portion 503b is connected to the wire 504. As described above, a small hole is formed on the lower side of the compensation frame 501. The wire 504 may be connected to a rotatable component (a component of the first rotation application unit 410 and the second rotation application unit 420). That is, one side of the wire 504 can be connected to the block portion 503b and the other side can be connected in a rotatable configuration.

따라서 와이어(504)는 회전될 수 있는 구성의 회전에 따라 블록부(503b)를 잡아 당길 수 있다. 그러므로 블록부(503b), 부싱(503a)은 보상프레임(501)을 슬라이드 이동하고, 그로 인하여 탄성부(502)를 가압할 수 있다. 이때 탄성부(502)는 압축되는 반대 방향으로 지속적인 힘을 인가하여 대향력을 인가할 수 있다.Accordingly, the wire 504 can pull the block portion 503b according to the rotation of the rotatable configuration. Therefore, the block portion 503b and the bushing 503a can slide the compensation frame 501 and thereby pressurize the elastic portion 502. At this time, the elastic portion 502 may apply opposing force by continuously applying force in the direction opposite to the compression.

한편, 보상부(500)는 위와 같이 각 구성요소들이 모듈화되어 형성될 수 있다. 따라서 보상부(500)가 손상되는 경우 보상부(500)를 간단하게 교체하는 것으로 보상부(500)의 손상을 해결할 수 있다.
도 7a는 일 실시예에 의한 본 발명의 제1회동부와 제1보상부의 각 구성요소들이 연결된 상태를 도시한 것이며, 7b는 연결부와 제2보상부의 각 구성요소들이 연결된 것을 개념적으로 도시한 것이다.
보상부(500)는 제1보상부(510), 제2보상부(520)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the compensation unit 500 may be formed by modularizing each component as described above. Therefore, if the compensating unit 500 is damaged, the damage to the compensating unit 500 can be resolved by simply replacing the compensating unit 500.
Figure 7a shows a state in which each component of the first rotating part and the first compensating part of the present invention according to an embodiment is connected, and 7b conceptually shows that each component of the connecting part and the second compensating part are connected. .
The compensation unit 500 may include a first compensation unit 510 and a second compensation unit 520.

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여기서 제1보상부(510)와 제2보상부(520)는 구분을 위하여 제1, 제2가 명명된 것으로 도 6에서 설명한 구성을 모두 포함할 수 있다.Here, the first compensation unit 510 and the second compensation unit 520 are named first and second for distinction and may include all of the configurations described in FIG. 6.

즉, 제1보상부(510)는 제1보상프레임(511), 제1탄성부(512), 제1지지블록(513)(제1부싱(513a), 제1블록부(513b)), 제1와이어(514)를 포함하며, 제2보상부(520)는 제2보상프레임(521), 제2탄성부(522), 제2지지블록(523)(제2부싱(523a), 제2블록부(523b)), 제2와이어(524)를 포함할 수 있다.That is, the first compensation unit 510 includes a first compensation frame 511, a first elastic unit 512, a first support block 513 (a first bushing 513a, a first block unit 513b), It includes a first wire 514, and the second compensation unit 520 includes a second compensation frame 521, a second elastic unit 522, a second support block 523 (second bushing 523a), and a second compensation frame 521. It may include a second block portion (523b) and a second wire (524).

다만, 제1보상부(510)와 제2보상부(520)의 차이점은 제1와이어(514)와 제2와이어(524)의 타측에 연결되는 회전되는 구성이 상이하다.However, the difference between the first compensation unit 510 and the second compensation unit 520 is the rotational configuration connected to the other side of the first wire 514 and the second wire 524.

일례로 제1보상부(510)는 제1회동인가부(410) 또는 제1회동인가부(410)에 의하여 회동되는 회동프레임(200)에 연결될 수 있다. 그러므로 제1회동부(411)가 동작되는 경우 제1지지블록(513)이 이동되고, 제1탄성부(512)가 가압되어 대향하는 힘을 인가할 수 있다. For example, the first compensation unit 510 may be connected to the first rotation application unit 410 or the rotation frame 200 rotated by the first rotation application unit 410. Therefore, when the first rotating part 411 is operated, the first support block 513 moves and the first elastic part 512 is pressed to apply an opposing force.

그리고 제2보상부(520)는 연결부(422)와 연결될 수 있다. 그러므로, 제2회동부(421)가 동작되어 연결부(422)가 회동되는 경우, 제2지지블록(523)이 이동되어 제2탄성부(522)가 가압될 수 있다. 즉, 제1와이어(514)는 제1회동부(411)에, 제2와이어(524)는 연결부(422)에 연결되는 차이가 있다. And the second compensation unit 520 may be connected to the connection unit 422. Therefore, when the second rotation part 421 is operated and the connection part 422 is rotated, the second support block 523 moves and the second elastic part 522 can be pressed. That is, the first wire 514 is connected to the first rotating part 411, and the second wire 524 is connected to the connecting part 422.

위와 같은 구성으로 형성된 본 발명은 제1축, 제2축으로 회전된다 하여도, 각각의 회전 중심이 일치하고 그로 인하여 제1보상부(510), 제2보상부(520)가 동일한 힘으로 보상을 할 수 있다.In the present invention formed with the above configuration, even if rotated about the first axis and the second axis, the respective centers of rotation are the same, and as a result, the first compensation unit 510 and the second compensation unit 520 compensate with the same force. can do.

도 8은 일 실시예에 의한 본 발명인 제1회동인가부와 제2회동인가부가 동작 시 발생되는 부하를 해석한 결과이다.Figure 8 is a result of analyzing the load generated when the first rotation application unit and the second rotation application unit of the present invention according to one embodiment are operated.

전술한 구성요소를 포함하는 본 발명을 통하여 시뮬레이션을 수행하여 보았다. 조건은 제1회동인가부(410), 제2회동인가부(420)를 최고 속도 60 ˚/s, 가감속 시간 0.5 s의 조건으로 제1축, 제2축을 기준으로 회전시켜 회동프레임(200)을 90 ˚ 만큼 이동하였다가 초기자세인 0 ˚ 로 돌아가도록 구동하여 보았다. A simulation was performed using the present invention including the above-described components. The condition is to rotate the first rotation application unit 410 and the second rotation application unit 420 about the first axis and the second axis under the conditions of a maximum speed of 60 ˚/s and an acceleration/deceleration time of 0.5 s to create a rotation frame (200 ) was moved by 90 degrees and then driven to return to the initial posture of 0 degrees.

위의 조건으로 시뮬레이션을 수행했을 때 제1보상부(510), 제2보상부(520) 유무에 따른 관절 1과 관절 2의 부하 해석 결과를 도 8(a), 도 8(b)로 나눠서 도시하였다. When the simulation was performed under the above conditions, the load analysis results of joint 1 and joint 2 according to the presence or absence of the first compensation unit 510 and the second compensation unit 520 were divided into Figures 8(a) and 8(b). Shown.

보상부(500)(제1보상부(510), 제2보상부(520))가 존재하지 않을 때 제1회동인가부(410), 제2회동인가부(420)는 회전 각도 90 ˚ 에서 최대 중력토크 19 Nm가 인가되었다.When the compensation unit 500 (first compensation unit 510, second compensation unit 520) does not exist, the first rotation application unit 410 and the second rotation application unit 420 rotate at a rotation angle of 90 degrees. A maximum gravity torque of 19 Nm was applied.

이와 대조되게 보상부(500)가 존재할 때 중력보상 장치가 있을 때는 제1회동인가부(410), 제2회동인가부(420)는 회전 각도 90 ˚ 에서 최대 중력토크 약 2.8 Nm의 토크만 필요하였다. 중력보상 장치내 스프링의 압축 거리는 제1보상부(510)는 39.41mm, 제2보상부(520)는 39.89 mm였다. In contrast, when the compensation unit 500 is present and the gravity compensation device is present, the first rotation application unit 410 and the second rotation application unit 420 require only a maximum gravitational torque of about 2.8 Nm at a rotation angle of 90 degrees. did. The compression distance of the spring in the gravity compensation device was 39.41 mm for the first compensation unit 510 and 39.89 mm for the second compensation unit 520.

결과적으로 본 발명은 관절 구동시 필요한 부하의 최대 85%의 토크 절감효과를 확인할 수 있었다.As a result, the present invention was able to confirm a torque reduction effect of up to 85% of the load required when driving the joint.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that various improvements and changes can be made to the present invention without departing from the technical spirit of the present invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.

100 : 이동부
200 : 회동프레임
201 : 틸트프레임
300 : 고정프레임
400 : 회동인가부
410 : 제1회동인가부
411 : 제1회동부
412 : 고정부
413 : 틸트부
414 : 제1전달부
420 : 제2회동인가부
421 : 제2회동부
422 : 연결부
423 : 제2전달부
500 : 보상부
501 : 보상프레임
502 : 탄성부
503 : 지지블록
503a : 부싱
503b : 블록부
503b-1 : 단차부
503b-2 : 돌출부
504 : 와이어
510 : 제1보상부
511 : 제1보상프레임
512 : 제1탄성부
513 : 제1지지블록
513a : 제1부싱
513b : 제1블록부
514 : 제1와이어
520 : 제2보상부
521 : 제2보상프레임
522 : 제2탄성부
523 : 제2지지블록
523a : 제2부싱
523b : 제2블록부
524 : 제2와이어100: moving part
200: rotation frame
201: Tilt frame
300: fixed frame
400: Meeting authorization
410: 1st club approval book
411: 1st East
412: fixing part
413: Tilt part
414: first transmission unit
420: 2nd meeting approval book
421: 2nd Eastern Division
422: connection part
423: Second transmission unit
500: Compensation unit
501: Compensation frame
502: elastic part
503: Support block
503a: Bushing
503b: block unit
503b-1: Step part
503b-2: protrusion
504: wire
510: First compensation department
511: 1st compensation frame
512: first elastic part
513: first support block
513a: 1st bushing
513b: first block unit
514: 1st wire
520: 2nd compensation unit
521: 2nd compensation frame
522: second elastic portion
523: Second support block
523a: 2nd bushing
523b: second block part
524: 2nd wire

Claims

moving part;
a rotating frame rotatably connected to one side of the moving part;
a fixed frame connected to the other side of the pivoting frame and rotatably supporting the pivoting frame;
a rotation application unit that applies a rotational force to the rotation frame; and
It includes a compensation unit that is connected to the rotational frame and applies a force opposing the rotational direction of the rotational frame when the rotational frame is rotated,
The compensation department
It includes a compensation frame disposed on one side of the rotation application unit and having a space formed therein, an elastic unit disposed within the compensation frame, a support block supported and disposed on one side of the elastic unit, and a wire connecting the rotation application unit,
The support block is
It includes a bushing and a block portion including a stepped portion disposed inside the bushing and having a step formed on one side,
When the block portion is disposed on the bushing, the elastic portion is disposed in the space formed by the step portion.
A robot leg structure characterized by .
Robot leg structure.

According to paragraph 1,
Whether the meeting is authorized or not
The rotation frame
Including a first rotation authorization unit that rotates on the first axis and a second rotation authorization unit that rotates on the second axis.
A robot leg structure characterized by .

According to paragraph 2,
The first meeting approval is
It includes a first rotating portion that rotates the rotating frame on a first axis,
The second meeting approval is
Comprising a second rotating part that rotates the rotating frame to a second axis and a transmission part that surrounds and connects a connection part disposed on the other side of the rotating frame
A robot leg structure characterized by .

delete

According to paragraph 1,
The block part
A protrusion that protrudes in the radial direction is formed on the other side and can be supported by the bushing.
A robot leg structure characterized by .