KR20030029833A - 다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇 - Google Patents

다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇 Download PDF

Info

Publication number
KR20030029833A
KR20030029833A KR10-2003-7002500A KR20037002500A KR20030029833A KR 20030029833 A KR20030029833 A KR 20030029833A KR 20037002500 A KR20037002500 A KR 20037002500A KR 20030029833 A KR20030029833 A KR 20030029833A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
link
mobile robot
articulated
bending mechanism
gear
Prior art date
Application number
KR10-2003-7002500A
Other languages
English (en)
Inventor
야마기시다께시
Original Assignee
소니 가부시끼 가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니 가부시끼 가이샤 filed Critical 소니 가부시끼 가이샤
Publication of KR20030029833A publication Critical patent/KR20030029833A/ko

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/109Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising mechanical programming means, e.g. cams
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/20Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305Robotic arm
    • Y10T74/20317Robotic arm including electric motor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/20Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305Robotic arm
    • Y10T74/20329Joint between elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

다관절 만곡 기구는, 입력측 기어와 출력측 기어를 포함하는 복수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하는 링크끼리를 연결시켜 구성된다. 각 링크는 홀수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하고, 입력 단부의 기어에 인가된 회전 방향과 동일한 회전 방법으로 출력 단부의 기어가 회전하도록 구성되어 있다. 인접하는 링크 사이에서는 한 쪽 링크에 있어서의 출력측 기어와 다른 쪽 링크에 있어서의 입력측 기어를 공유하고 있고, 상기 공유된 기어의 회전축은 다관절 만곡 기구의 관절 자유도를 구성한다. 이러한 다관절 만곡 기구를 소형 저가격으로 구성하여 의사 감정 및 정서 표현에 활용할 수 있다.

Description

다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇{ARTICULATED BENDING MECHANISM FOR LEGGED MOBILE ROBOT, AND LEGGED MOBILE ROBOT}
전기적 혹은 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작처럼 운동을 행하는 기계 장치인 것을「로봇」이라 한다. 로봇의 어원은, 슬라브어의 "ROBOTA(노예 기계)"에서 유래되는 것이라 일컬어지고 있다. 일본에서 로봇이 보급되기 시작한 것은 1960년대 말부터이지만, 그 대부분은 공장에 있어서의 생산 작업의 자동화 및 무인화 등을 목적으로 한 머니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇(industrial robot)이었다.
아암식 로봇과 같이, 어느 특정한 장소에 심어 설치하여 이용하는 설치 타입의 로봇은, 부품의 조립 및 선별 작업 등 고정적으로 장소가 한정된 작업 공간에서만 활동한다. 이에 반해, 이동식 로봇은, 작업 공간은 비한정적이며, 소정의 경로 상 또는 무경로 상을 자유자재로 이동하여, 소정의 혹은 임의의 인적 작업을 대행하거나, 인간이나 개 혹은 그 밖의 생명체로 치환되는 여러 가지의 폭 넓은 서비스를 제공할 수 있다. 그 중에서도 다리식 이동 로봇은 쿨러식이나 타이어식의 로봇에 비해 불안정하고, 기체의 자세 제어나 보행 제어는 어려워지지만, 계단이나 사다리의 승강이나 장해물을 타고 넘는 등, 정지 및 부정지의 구별에 상관없는 유연한 보행 및 주행 동작을 실현할 수 있다는 점에서 우수하다.
최근에는 인간과 같은 2족 직립 보행을 행하는 동물의 신체 메카니즘이나 동작을 모델로 하여 디자인된「인간형」혹은「인간형」의 로봇(humanoid robot) 등, 다리식 이동 로봇에 관한 연구 개발이 진전되어, 실용화로의 기대도 높아지고 있다. 예를 들어, 소니 가부시끼가이샤는 11월 25일에 2족 보행의 인간형 로봇 "SDR-3X"를 공표하였다.
다리식 이동 로봇의 용도 중 하나로서, 산업 활동 및 생산 활동 등에 있어서의 각종 난작업의 지원이나 대행을 들 수 있다. 예를 들어, 원자력 발전 플랜트나 화력 발전 플랜트, 석유 화학 플랜트에 있어서의 보수 작업 및 제조 공장에 있어서의 부품의 반송 및 조립 작업, 고층 빌딩에 있어서의 청소, 화재 현장 그 밖에 있어서의 구조 등과 같은 인간에게 있어서 위험한 작업이나 난작업을 다리식 이동 로봇으로 대행해 줄 수 있다.
또한, 다리식 이동 로봇의 다른 용도로서, 상술한 작업 지원이라기보다도,생활 밀착형, 즉 인간과의「공생」혹은「엔터테인먼트」라고 하는 용도를 들 수 있다. 이러한 종류의 로봇은, 인간 혹은 개(동물) 등의 비교적 지능이 높은 다리식 보행 동물의 동작 메커니즘이나 사지를 이용한 풍부한 감정 표현을 모방한다. 또한, 미리 입력된 행동 패턴(비헤이버)을 간단히 충실하게 실행할 뿐만 아니라, 상대의 말이나 태도(「칭찬함」혹은「꾸짖음」,「때림」등)에 대해 동적으로 대응한, 생생한 응답 표현을 실현하는 것도 요구된다.
다리식 이동 로봇은, 예를 들어 몸통 부분의 좌우에 균등한 가동 다리가 부착된 구조를 장비함으로써, 인간의 주거 공간에서 최저한의 작업을 행할 수 있다. 단, 작업 공간 내에서의 물체의 파지나 특정 대상물의 조작, 혹은 상반신을 이용한 제스쳐나 댄스 등, 보다 고도의 기능이나 행동을 실현하기 위해서는 상지의 운동이 필요하며, 또한 상지 선단부의 손부에도 손가락 끝 동작을 실현하는 다관절 만곡 기구를 탑재하는 것이 바람직하다.
혹은, 대부분의 4족 보행 동물이 갖는 꼬리나, 기린의 목, 코끼리의 코 등 다관절로 만곡 가능한 기구는 로봇의 의사적인 감정이나 정서를 표현하는 데 있어서 매우 도움이 된다.
그런데, 다관절 만곡 기구는, 일반적으로 가동축마다 액튜에이터를 배치함으로써 설계 및 제작된다. 이로 인해, 손가락과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위의 경우에는, 관절 기구가 대형으로 복잡해져 버려, 손가락 같지 않게 되어 버린다.
한편, 가늘고 긴 다관절 기구로서, 내시경 등에 적용되는 굴곡 기구를 예로들 수 있다. 그러나, 와이어를 이용하는 이러한 종류의 굴곡 기구의 경우, 큰 구동력을 발생시키는 데에는 어려움이 있고, 또한 비싼 구성 부재를 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에는 적합하지 않는다고 하는 측면이 있다.
본 발명은, 복수의 관절 액튜에이터로 구성되는 다관절형의 로봇에 관한 것으로, 특히 예를 들어 인간이나 원숭이, 개 등의 보행 동물을 모델로 한 다리식 이동 로봇에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 손가락이나 꼬리, 목, 코 등 다관절로 구성된 만곡 부분을 구비한 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구에 관한 것으로, 특히 다관절 만곡 기구를 소형 및 저가격으로 구성하여 의사 감정 및 정서 표현에 활용하는 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 대략 직선형으로 신장한 모습을 도시한 정면도이다.
도2는 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 대략 직선형으로 신장한 모습을 도시한 측면도이다.
도3은 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 대략 직선형으로 신장한 모습을 도시한 사시도이다.
도4는 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 굴곡한 모습을 도시한 정면도이다.
도5는 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 굴곡한 모습을 도시한 측면도이다.
도6은 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 굴곡한 모습을 도시한 사시도이다.
도7은 링크(11)의 6면도, 단면도, 및 사시도를 도시한 도면이다.
도8은 링크(11)의 부품 분해도이다.
도9는 링크(11)의 조립도이다.
도10은 링크(16)를 인접하는 링크(17)와 연결시킨 모습을 도시한 도면이다.
도11은 링크(16)를 인접하는 링크(17)와 연결시킨 모습을 도시한 도면이다.
도12는 링크(16)를 인접하는 링크(17)와 연결시킨 모습을 도시한 도면이다.
도13은 말단부(18)의 6면도, 단면도, 및 사시도를 도시한 도면이다.
도14는 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 손가락으로서 적용하여 손바닥을 구성한 예를 도시한 도면이다.
도15는 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 꼬리로서 적용하여 도마뱀의 로봇을 구성한 예를 도시한 도면이다.
도16은 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 목으로서 적용하여 기린의 로봇을 구성한 예를 도시한 도면이다.
도17은 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 코로서 적용하여 코끼리의 로봇을 구성한 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 목적은 손가락이나 꼬리, 목, 코 등 다관절로 구성된 만곡 부분을 구비한, 우수한 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다관절 만곡 기구를 소형 및 저가격으로 구성하여 의사 감정 및 정서 표현에 활용할 수 있는, 우수한 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 과제를 참작하여 이루어진 것이며, 그 제1 측면은 적어도 가동 다리를 구비한 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구이며,
입력측 기어와 출력측 기어를 포함하는 복수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하는 링크끼리를 연결시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구이다.
여기서, 각 링크는 홀수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하고, 입력 단부의 기어에 인가된 회전 방향과 동일한 회전 방법으로 출력 단부의 기어가 회전하도록 구성되어 있다.
또한, 인접하는 링크 사이에서는 한 쪽 링크에 있어서 출력측 기어와 다른 쪽 링크에 있어서 입력측 기어를 공유하고 있고, 상기 공유된 기어의 회전축은 다관절 만곡 기구의 관절 자유도를 구성한다.
또한, 가장 근원의 링크에 있어서 입력측 기어에 대해 회전력을 부여하는 구동부를 더 구비하고 있으며, 다관절 만곡 기구는 상기 구동부에 의한 회전력의 인가에 따라서, 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하도록 구성되어 있다.
따라서, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구에 따르면, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다. 또한, 다관절 만곡 기구를 소형 및 저가격으로 구성하여 다리식 이동 로봇에 있어서의 의사 감정 및 정서 표현에 활용할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 가장 근원의 링크에 있어서 입력측 기어로부터 소정치 이상의 회전 반력이 인가되면 회전축을 해방하여 상기 입력측 기어 회전을 자유롭게 하는 클러치 기구를 구비하고 있어도 좋다. 따라서, 다관절 만곡 기구에 이상한 반력이 인가되어도, 기어의 회전이 해방됨으로써, 모터까지 반력이 전달되지 않아, 기기의 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 가장 선단부의 링크에 있어서 출력측 기어와 맞물려, 각 링크에 지지되어 있는 기어의 공회전을 방지하고, 기어의 회전에 추종하여 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하는 것을 보증하는 말단부를 더 구비하고 있어도 좋다.
또한, 각 링크는, 인접하는 링크와의 사이에서 구성되는 관절의 역전을 방지하기 위해, 관절 소정의 회전 위치에 있어서 상기 인접하는 링크와 접촉하여 회전을 제지하는 제지부를 더 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는, 예를 들어 상기 다리식 이동 로봇의 손가락으로서 이용할 수 있다. 이러한 경우, 각 링크에 수용하는 기어의 개수에 따라서 링크 즉 손가락의 관절 사이의 치수를 조정할 수 있다.
즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 손부의 손가락을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 손가락과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
혹은, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 상기 다리식 이동 로봇의 목으로서 이용할 수 있다.
즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 기린의 목을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 기린의 목과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다. 또한, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할수 있다.
혹은, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 상기 다리식 이동 로봇의 코로서 이용할 수 있다.
즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 코끼리의 코를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 코끼리의 코와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다. 또한, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
혹은, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 상기 다리식 이동 로봇의 꼬리로서 이용할 수 있다.
즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 도마뱀의 꼬리를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 도마뱀의 꼬리와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다. 또한, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명의 제1 측면에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 적어도 가동 다리를 구비한 다리식 이동 로봇이고,
입력측 기어와 출력측 기어를 포함하는 복수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하는 링크끼리를 연결시켜 이루어지는 다관절 만곡 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇이다.
여기서, 다관절 만곡 기구를 구성하는 각 링크는 홀수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하고, 입력 단부의 기어에 인가된 회전 방향과 동일한 회전 방법으로 출력 단부의 기어가 회전하도록 구성되어 있다.
또한, 인접하는 링크 사이에서는 한 쪽 링크에 있어서 출력측 기어와 다른 쪽 링크에 있어서 입력측 기어를 공유하고 있고, 상기 공유된 기어의 회전축은 다관절 만곡 기구의 관절 자유도를 구성한다.
또한, 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어에 대해 회전력을 부여하는 구동부를 더 구비하고 있으며, 다관절 만곡 기구는 상기 구동부에 의한 회전력의 인가에 따라서, 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하도록 구성되어 있다.
따라서, 본 발명의 제2 측면에 관한 다리식 이동 로봇에 있어서 적용되는 다관절 만곡 기구에 따르면, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 발명에 관한 다관절 만곡 기구는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다. 또한, 다관절 만곡 기구를 소형 및 저가격으로 구성하여 다리식 이동 로봇에 있어서의 의사 감정 및 정서 표현에 활용할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어로부터 소정치 이상의 회전 반력이 인가되면 회전축을 해방하여 상기 입력측 기어의 회전을 자유롭게 하는 클러치 기구를 구비하고 있어도 좋다. 따라서, 다관절 만곡 기구에 이상한 반력이 인가되어도, 기어의 회전이 해방됨으로써, 모터까지 반력이 전달되지 않아, 기기의 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 다관절 만곡 기구는 가장 선단부 링크에 있어서의 출력측 기어와 맞물려, 각 링크에 지지되어 있는 기어의 공회전을 방지하고, 기어의 회전에 추종하여 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하는 것을 보증하는 말단부를 더 구비하고 있어도 좋다.
또한, 각 링크는 인접하는 링크와의 사이에서 구성되는 관절의 역전을 방지하기 위해, 관절의 소정 회전 위치에 있어서 상기 인접하는 링크와 접촉하여 회전을 제지하는 제지부를 더 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 제2 측면에 관한 다리식 이동 로봇은, 예를 들어 다관절 만곡 기구를 손가락으로서 이용할 수 있다. 이러한 경우, 각 링크에 수용하는 기어의 개수에 따라서 링크 즉 손가락의 관절 사이의 치수를 조정할 수 있다. 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 손부의 손가락을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 손가락과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
혹은, 본 발명의 제2 측면에 관한 다리식 이동 로봇은 다관절 만곡 기구를 목으로서 이용할 수 있다. 즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 기린의 목을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 기린의 목과 같이가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
혹은, 본 발명의 제2 측면에 관한 다리식 이동 로봇은 다관절 만곡 기구를 코로서 이용할 수 있다. 즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 코끼리의 코를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 코끼리의 코와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
혹은, 본 발명의 제2 측면에 관한 다리식 이동 로봇은 다관절 만곡 기구를 꼬리로서 이용할 수 있다. 즉, 이 다관절 만곡 기구를 이용하여 도마뱀의 꼬리를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 도마뱀의 꼬리와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징이나 이점은, 후술하는 본 발명의 실시 형태나 첨부하는 도면에 의거하여 보다 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도1, 도2, 및 도3에는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)가 대략 직선형으로 신장한 모습을 정면, 측면, 및 사시한 도면을 도시하고 있다. 마찬가지로, 도4, 도5, 및 도6에는 이 다관절 만곡 기구(1)가 굴곡된 모습을 각각 정면, 측면, 및 사시한 도면을 도시하고 있다.
각 도면에 도시한 바와 같이, 이 다관절 만곡 기구(1)는 직렬적으로 연결되는 7개의 링크(11 내지 17)와, 이 연결된 링크의 종단부에 연결된 말단부(18)로 구성된다. 또한, 연결된 링크의 타단부에는 이 다관절 만곡 기구(1)에 대해 만곡 및 신장하기 위한 구동력을 공급하는 구동 유닛(20)이 부착되어 있다.
구동 유닛(20)은 전자기적 작용에 의해 회전 운동을 발생하는 모터(21)와, 이 모터(21)의 회전축에 일체적으로 부착된 피니온(22)과, 피니온(22)과 맞물려 회전축을 직교 방향으로 변환하는 웜 기어(23)와, 웜 기어(23)로부터 얻을 수 있는 회전력을 소정의 감속비로 감속하면서 다관절 만곡 기구(1)까지 전달하는 4개의 기어(24 내지 27)로 구성된다.
다관절 만곡 기구(1)를 구성하는 각 링크(11 내지 17)는, 3개 혹은 홀수개의 기어를 회전 가능하게 수용하고 있다. 인접하는 각 기어끼리는 맞물려 있다. 홀수개의 기어로 회전력을 전달함으로써, 입력측 기어와 출력측 기어로 회전 방향을일치시킬 수 있다. 또한, 인접하는 각 링크 사이에서는 한 쪽의 입력측 기어를 다른 쪽의 출력측 기어로서 공유함으로써, 이 공유되는 기어의 회전축 주위의 자유도를 갖는 관절을 구성하고 있다.
링크(11)는 3개의 기어(31, 32, 및 33)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(31)는 구동 유닛(20)의 출력 기어(27)와 맞물림으로써 회전 구동력을 입력한다. 기어(31)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제0 관절을 구성한다. 그리고, 기어(31)와는 맞물리는 기어(32)를 지나서, 기어(33)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(12)는 3개의 기어(33, 34, 및 35)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(33)는, 인접하는 링크(11)와 공유되어 있고, 기어(33)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제1 관절을 구성한다. 그리고, 기어(33)에 인가된 회전력은, 기어(33)와는 맞물리는 기어(34)를 지나서, 기어(35)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(13)는 3개의 기어(35, 36, 및 37)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(35)는, 인접하는 링크(12)와 공유되어 있고, 기어(35)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제2 관절을 구성한다. 그리고, 기어(35)에 인가된 회전력은, 기어(35)와는 맞물리는 기어(36)를 지나서, 기어(37)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(14)는 3개의 기어(37, 38, 및 39)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(37)는, 인접하는 링크(13)와 공유되어 있고,기어(37)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제3 관절을 구성한다. 그리고, 기어(37)에 인가된 회전력은, 기어(37)와는 맞물리는 기어(38)를 지나서, 기어(39)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(15)는 3개의 기어(39, 40, 및 41)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(39)는, 인접하는 링크(14)와 공유되어 있고, 기어(39)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제4 관절을 구성한다. 그리고, 기어(39)에 인가된 회전력은, 기어(39)와는 맞물리는 기어(40)를 지나서, 기어(41)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(16)는 3개의 기어(41, 42, 및 43)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(41)는, 인접하는 링크(15)와 공유되어 있고, 기어(41)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제5 관절을 구성한다. 그리고, 기어(41)에 인가된 회전력은, 기어(41)와는 맞물리는 기어(42)를 지나서, 기어(43)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
또한, 링크(17)는 3개의 기어(43, 44, 및 45)를 회전 가능하게 직렬적으로 지지하고 있다. 일단부의 기어(43)는, 인접하는 링크(16)와 공유되어 있고, 기어(43)의 회전축은 다관절 만곡 기구(1)의 제6 관절을 구성한다. 그리고, 기어(43)에 인가된 회전력은, 기어(43)와는 맞물리는 기어(44)를 지나서, 기어(45)에 동일한 회전 방향의 회전력이 전달된다.
링크(17)의 타단부에는 말단부(18)가 부착되어 있다. 후술하는 바와 같이, 말단부(18)의 내벽에는 종단부의 기어(45)와 맞물리는 치형(18A)이 설치되어 있다.따라서, 링크(17) 출력측 기어(45)를 이 말단부(18)의 치형(18A)과 맞물리게 하여 종단부 처리함으로써, 15개의 각 기어(31 내지 45)에 인가된 회전력은 각 기어(31 내지 45)를 각각의 회전축(31A 내지 45A) 주위로 공회전시키지 않고, 각 링크(11 내지 17)에 대해 회전력을 부여할 수 있다.
예를 들어, 링크(11)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(31)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(32)를 지나서 기어(33)에 전달될 때에는, 각 기어(31 내지 33)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(31)의 회전축이 정의하는 제1 관절에 있어서 링크(11)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(12)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(33)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(34)를 지나서 기어(35)에 전달될 때는, 각 기어(33 내지 35)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(33)의 회전축이 정의하는 제2 관절에 있어서 링크(12)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(13)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(35)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(36)를 지나서 기어(37)에 전달될 때에는, 각 기어(35 내지 37)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(35)의 회전축이 정의하는 제3 관절에 있어서 링크(13)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(14)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(37)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(38)를 지나서 기어(39)에 전달될 때는, 각 기어(37내지 39)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(37)의 회전축이 정의하는 제4 관절에 있어서 링크(14)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(15)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(39)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(40)를 지나서 기어(41)에 전달될 때는, 각 기어(39 내지 41)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(39)의 회전축이 정의하는 제5 관절에 있어서 링크(15)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(16)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(41)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(42)를 지나서 기어(43)에 전달될 때에는, 각 기어(41 내지 43)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(41)의 회전축이 정의하는 제6 관절에 있어서 링크(16)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 링크(17)에 있어서는 도5에 도시한 바와 같이, 기어(43)에 인가된 종이면 시계 방향의 회전이 기어(44)를 지나서 기어(45)에 전달될 때에는, 각 기어(43 내지 45)의 공회전으로 끝나지 않고, 기어(43)의 회전축이 정의하는 제7 관절에 있어서 링크(17)를 종이면 상의 시계 방향으로 회전하게 하는 힘이 생성된다.
또한, 구동 유닛(20)에 있어서의 출력 단부의 기어(27)에는 소정치 이상의 회전 반력이 인가되면 회전축이 해방되는 클러치 기구가 내장되어 있다. 따라서, 다관절 만곡 기구(1)에 이상한 반력이 인가되어도, 기어(27)가 해방됨으로써, 모터(21)까지 반력이 전달되지 않아, 기기의 파괴를 방지할 수 있다. 이 경우, 다관절 만곡 기구(1)는 기어(31)의 회전축으로 정의되는 제1 관절이 해방된 형태가 된다.
도7에는 링크(11)의 6면도, 단면도, 및 사시도를 도시하고 있다. 또한, 도8에는 링크(11)의 부품 분해도를 도시하고 있다. 또한, 도9에는 링크(11)의 조립도를 도시하고 있다. 다른 링크(12 내지 17)에 대해서는 도시하지 않았지만, 링크(11)와 대략 동일 구조라고 이해하기 바란다.
도7, 도8, 및 도9에 도시한 바와 같이, 링크(11)는 대략 평행하게 상부판(11A)과 하부판(11B)이 기어(31 내지 33)를 수용하는 데 충분한 간극을 유지하여, 벽부(11C 및 11D)에 의해 지지되어 있다.
상부판(11A)과 하부판(11B)에는, 각 기어(31 내지 33)의 회전축(31A, 32A, 33A)을 삽통시키기 위한 3개의 개구(11E, 11F, 11G 및 11E', 11F', 11G')가 각각 대향하여 뚫어 설치되어 있다.
각 기어(31 내지 33)는 상부판(11A)과 하부판(11B) 사이에 직렬적으로 배치되고, 또한 각각의 회전축(31A, 32A, 33A)을 관통 삽입시킴으로써, 인접하는 기어끼리가 맞물리는 상태에서, 링크(11)의 상부판(11A) 및 하부판(11B) 사이에 형성된 공간 내에 수용되어 있다.
입력측 기어(31)에 부여된 회전은, 이에 인접하는 기어(32)에 반대 방향의 회전으로서 전달된다. 또한, 기어(32)에 인접하는 출력측 기어(33)에는 그 반대 방향 즉 원래의 회전 방향과 동일한 방향의 회전으로서 전달되고, 이것이 후속 링크(12)측으로 출력된다. 하나의 링크(11) 내에 수용되는 기어의 개수는 3개로는한정되지 않지만, 홀수개이면, 입력측과 동일한 회전 방향으로 출력할 수 있다.
상부판(11A)과 하부판(11B)에는, 대략 중앙에 상부판(11A) 및 하부판(11B) 각각의 두꺼운 정도의 두께를 갖는 단차부(11A' 및 11B')가 형성되어 있고, 링크(11)는 입력측 절반에 비해 출력측 쪽의 폭이 좁아지도록 구성되어 있다. 따라서, 링크(11)에 인접하는 링크(12)의 입력측 상부판(12A)과 하부판(12B)의 간극에, 링크(11)의 출력측 상부판(11A)과 하부판(11B)을 삽입함으로써(도10 및 도11을 참조한 것), 인접하는 링크(11) 및 링크(12)를 연결시킬 수 있다.
벽부(11C)는 상부판(11A) 및 하부판(11B)의 풋 프린트로부터 돌출되어 있다. 벽부(11C)의 좌우 각 단부 모서리는, 인접하는 링크와 연결시켜, 이들 연결된 링크를 똑바로 늘렸을 때에는 다른 쪽 링크측 벽부의 단부 모서리와 접촉하여, 그 이상 관절이 굽혀지지 않도록 하는 스톱퍼로서 기능할 수 있다(후술).
도10 내지 도12에는, 링크(16)를 인접하는 링크(17)와 연결시킨 모습을 도해하고 있다. 단, 도10에는 링크(16) 및 링크(17)가 똑바로 신장된 상태를 나타내고 있고, 또한 도11에는 링크(17)가 링크(16)에 대해 회전하고 있는 모습을 나타내고 있다. 또한, 도12에는 링크(17)가 링크(16)에 대해 또한 회전하고 있는 모습을 나타내고 있다.
도10 내지 도12에 도시한 바와 같이, 링크(16)의 출력측 개구(16G, 16G')와 링크(12)의 입력측 개구(17E, 17E')가 일치하도록 하여 인접하는 링크(11)와 링크(12)가 연결된다. 이러한 상태에서는 링크(16)의 출력측 기어(43) 및 그 회전축(43A)을 링크(15)의 입력측 기어 및 회전축으로서 공유할 수 있다. 이 때, 회전축(43A)은 다관절 만곡 기구(1)의 제6 관절을 구성한다.
도10 내지 도12에 도시한 바와 같은 인접하는 링크끼리의 조립 방법은, 다른 인접하는 링크(11, 11) 사이, 링크(12, 13) 사이, 링크(13, 14) 사이, 링크(14, 15) 사이, 및 링크(15, 16) 사이에 있어서도, 마찬가지로 적합하다.
도10에 도시한 바와 같이, 인접하는 링크(16, 17)가 길이 방향으로 똑바로 신장되어 있는 상태에서, 링크(16)의 입력측 기어(41)에 시계 방향의 회전을 부여한다. 그렇게 하면, 그 옆의 기어(42)에는 반시계 방향의 회전으로서 전달되고, 또한 출력측 기어(43)에는 또한 반대 방향 즉 시계 방향의 회전으로서 전달된다. 기어(43)는 링크(17)의 입력측 기어로서 공유되고, 또한 그 회전축(43A)은 다관절 만곡 기구(1)의 제6 관절을 구성한다. 따라서, 기어(41)의 시계 방향의 회전에 의해, 제6 관절에는 종이면 상에서 시계 방향의 회전력이 인가되고, 이에 추종하여 도11에 도시한 바와 같이 링크(17)는, 회전축(43A)을 중심으로 하여 시계 방향으로 회전한다.
또한, 이러한 회전은 처음에 제1 관절, 제2 관절, 제3 관절…로부터 마찬가지로 차례로 전달되어 가고, 다관절 만곡 기구(1) 전체로서는 도4 내지 도6에 도시한 바와 같은 만곡한 상태로 변화하게 된다. 또한, 도12에 도시한 바와 같이 기어(41)를 또한 시계 방향으로 회전하게 함으로써, 링크(17)는 회전축(43A)을 중심으로 하여 시계 방향으로의 회전을 더 계속한다.
또한, 도10에 도시한 바와 같이 인접하는 링크(16) 및 링크(17)가 길이 방향으로 똑바로 신장되어 있는 상태에서는 링크(16)측 벽부(16C)의 우측단부 모서리는, 링크(17)측 벽부(17C)의 좌측단부 모서리와 접촉하고 있고, 제6 관절에 있어서의 가동 각을 규제하고 있다. 이로 인해, 링크(17)가 제1 관절 즉 회전축(43A) 방향으로 이 이상은 반시계 방향으로 회전하여 다관절 만곡 기구(1)가 똑바로보다도 반시계 방향으로 만곡해 가는 것을 방지할 수 있다.
지금까지, 링크의 구조 및 링크가 인접하는 링크와 연결하는 구조에 대해 설명해 왔다. 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)는, 동일한 구성의 7개의 링크(11 내지 17)를 마찬가지로 연결함으로써, 가늘고 긴형의 만곡 구조를 형성할 수 있다. 그리고, 이미 서술한 바와 같이 이 다관절 만곡 기구(1)의 선단부에는 말단부(18)가 부착되어 있다.
도13에는 말단부(18)의 6면도, 단면도, 및 사시도를 도시하고 있다. 도12 중의 단면도에 도시한 바와 같이, 말단부(18)의 내벽에는 종단부의 기어(45)와 맞물리는 치형(18A)이 형성되어 있다.
링크(17)의 출력측 기어(45)를 이 말단부(18)의 치형(18A)과 맞물리게 함으로써, 기어(45)를 종단부 처리할 수 있다. 전술한 도10 내지 도12에는, 말단부(18)를 링크(17)의 선단부에 부착하여 종단부 처리한 모습을 아울러 도시하고 있다. 이러한 기어의 종단부 처리를 실시함으로써, 15개의 각 기어(31 내지 45)에 인가된 회전력은 각 기어(31 내지 45)를 각각의 회전축(31A 내지 45A) 방향으로 공회전시키지 않고, 각 링크(11 내지 17)에 대해 회전력을 부여할 수 있다. 이 결과, 모터(21)의 회전력이 피니온(22), 웜 기어(23), 및 기어(24 내지 27)를 지나서 다관절 만곡 기구(1)에 전달되면, 각 기어(31 내지 45)가 공전하는 일 없이, 도4 내지 도6에 도시한 바와 같이 다관절 만곡 기구(1)를 정확하게 만곡시킬 수 있다.
계속해서, 상술한 다관절 만곡 기구(1)의 적용예에 대해 설명한다.
[종래의 기술]의 란에서도 이미 서술한 바와 같이, 다리식 이동 로봇은, 예를 들어 몸통에 좌우의 가동 다리가 부착된 구조를 장비함으로써, 인간의 주거 공간에서 최저한의 작업을 행할 수 있다. 단, 작업 공간 내에서의 물체의 파지나 특정한 대상물의 조작, 혹은 상반신을 이용한 제스쳐나 댄스 등, 보다 고도인 기능이나 행동을 실현하기 위해서는, 상지, 또는 그 선단부의 손부에 손가락 끝을 탑재하는 것이 바람직하다. 혹은, 대부분의 4족 보행 동물이 갖는 꼬리나, 기린의 목, 코끼리의 코 등 다관절로 만곡 가능한 기구는 로봇의 의사적인 감정이나 정서를 표현하는 데에 있어서 매우 도움이 된다.
그런데, 종래의 다관절 만곡 기구는 일반적으로, 가동축마다 액튜에이터를 배치함으로써 설계 및 제작된다. 이로 인해, 손가락과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위는, 대형으로 복잡해져 버린다.
도14에는, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 손가락으로서 적용하여, 손바닥을 구성한 예를 도시하고 있다.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 손부(50)는 손등을 구성하는 프레임(51)에 엄지 손가락, 집게 손가락, 가운데 손가락, 약지 손가락, 및 새끼 손가락을 각각 구성하는 5개의 다관절 만곡 기구(52 내지 56)가, 프레임(51)의 손바닥측을 만곡방향으로 하도록 부착되어 있다.
엄지 손가락, 집게 손가락, 가운데 손가락, 약지 손가락, 및 새끼 손가락 각각의 목적이나 기능 및 실제의 인간의 손과 비교 고려하여 각 다관절 만곡 기구(52 내지 56)의 길이나 굵기의 비율을 결정하는 것이 바람직하다.
각 다관절 만곡 기구(52 내지 56)는, 각각 3개의 링크와 1개의 말단부로 구성되고, 3개의 관절을 구비하고 있다. 제1 관절까지를 구성하는 근원의 링크는, 기능 및 손바닥의 구조 상, 나머지의 링크보다도 치수가 긴 것이 바람직하다. 이러한 경우, 링크 내에 수용하는 기어의 개수를 3개 내지 5개로 확장함으로써, 동일한 굵기로 긴 치수를 얻을 수 있다.
도14에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 손부의 손가락을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 손가락과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 손부를 구성한 경우, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
또한, 도15에는 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 꼬리로서 적용하여 도마뱀의 로봇을 구성한 예를 도시하고 있다.
도15에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 도마뱀의 꼬리를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 도마뱀의 꼬리와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 도마뱀의 꼬리를 구성한 경우, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
또한, 도16에는 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 목으로서 적용하여 기린의 로봇을 구성한 예를 도시하고 있다.
도16에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 기린의 목을 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 기린의 목과 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 기린의 목을 구성한 경우, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
또한, 도17에는 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 코로서 적용하여 코끼리 로봇을 구성한 예를 도시하고 있다.
도17에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 코끼리의 코를 구성한 경우, 각 가동축마다 액튜에이터를 배치할 필요가 없으므로, 코끼리의 코와 같이 가늘고 길게, 또한 각 관절 사이를 접속하는 링크의 간격이 매우 짧은 부위를 소형인 상태에서 설계 및 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)를 이용하여 코끼리의 코를 구성한 경우, 와이어를 이용하여 굴곡 기구를 이용한 경우에 비해, 큰 구동력을 발생시키는 것이 용이하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 다관절 만곡 기구(1)는 저렴한 구성 부재만을 이용하여 조립할 수 있으므로, 양산화에도 대응할 수 있다.
<추가 보충>
이상, 특정한 실시예를 참조하면서, 본 발명에 대해 상세하게 설명해 왔다. 그러나, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 상기 실시예의 수정이나 대용을 이룰 수 있는 것은 자명하다.
본 발명의 요지는, 반드시「로봇」이라 불리우는 제품에는 한정되지 않는다. 즉, 전기적 혹은 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작처럼 운동을 행하는 기계 장치이면, 예를 들어 완구 등과 같은 다른 산업 분야에 속하는 제품이라도, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
요컨대, 예시라는 형태로 본 발명을 개시해 온 것이며, 본 명세서의 기재 내용을 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 요지를 판단하기 위해서는, 첫머리에 기재된 특허청구의 범위란을 참작해야할 것이다.
본 발명에 따르면, 손가락이나 꼬리, 목, 코 등 다관절로 구성된 만곡 부분을 구비한, 우수한 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다관절 만곡 기구를 소형 및 저가격으로 구성하여 의사 감정 및 정서 표현에 활용할 수 있는, 우수한 다리식 이동 로봇 및 다관절 만곡 기구를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다관절 만곡 구동에 이용하는 액튜에이터의 수를 줄일 수 있으므로, 소형이면서도 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서, 이러한 종류의 다관절 만곡 기구를 구비한 장치의 저가격화 및 소형화에 공헌할 수 있다.

Claims (24)

  1. 적어도 가동 다리를 구비한 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구이며,
    입력측 기어와 출력측 기어를 포함하는 복수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하는 링크끼리를 연결시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  2. 제1항에 있어서, 각 링크는 홀수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하고, 입력 단부의 기어에 인가된 회전 방향과 동일한 회전 방법으로 출력 단부의 기어가 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  3. 제1항에 있어서, 인접하는 링크 사이에서는 한 쪽 링크에 있어서의 출력측 기어와 다른 쪽 링크에 있어서의 입력측 기어를 공유하여,
    상기 공유된 기어의 회전축은 다관절 만곡 기구의 관절 자유도를 구성하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  4. 제1항에 있어서, 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어에 대해 회전력을 부여하는 구동부를 더 구비하고,
    상기 구동부에 의한 회전력의 인가에 따라서, 각 링크 사이의 관절이 일정방향으로 만곡하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동부는 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어로부터 소정치 이상의 회전 반력이 인가되면 회전축을 해방하여 상기 입력측 기어의 회전을 자유롭게 하는 클러치 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  6. 제1항에 있어서, 가장 선단부의 링크에 있어서의 출력측 기어와 맞물려 각 링크에 지지되어 있는 기어의 공회전을 방지하고, 기어의 회전에 추종하여 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하는 것을 보증하는 말단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  7. 제1항에 있어서, 각 링크는 인접하는 링크와의 사이에서 구성되는 관절의 역전을 방지하기 위해, 관절의 소정 회전 위치에 있어서 상기 인접하는 링크와 접촉하여 회전을 제지하는 제지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇의 손가락으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  9. 제8항에 있어서, 각 링크에 수용하는 기어의 개수에 따라서 링크 즉 손가락의 관절 사이의 치수를 조정하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇의 목으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  11. 제1항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇의 코로서 이용되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  12. 제1항에 있어서, 상기 다리식 이동 로봇의 꼬리로서 이용되는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇을 위한 다관절 만곡 기구.
  13. 적어도 가동 다리를 구비한 다리식 이동 로봇이며,
    입력측 기어와 출력측 기어를 포함하는 복수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하는 링크끼리를 연결시켜 이루어지는 다관절 만곡 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  14. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구의 각 링크는 홀수개의 기어를 맞물리게 하여 회전 가능하게 지지하고, 입력 단부의 기어에 인가된 회전 방향과 동일한 회전 방법으로 출력 단부의 기어가 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  15. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구는 인접하는 링크 사이에서는 한 쪽 링크에 있어서의 출력측 기어와 다른 쪽 링크에 있어서의 입력측 기어를 공유하고, 상기 공유된 기어의 회전축이 관절 자유도를 구성하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  16. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구는 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어에 대해 회전력을 부여하는 구동부를 더 구비하고,
    상기 구동부에 의한 회전력의 인가에 따라서, 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  17. 제16항에 있어서, 상기 구동부는 가장 근원의 링크에 있어서의 입력측 기어로부터 소정치 이상의 회전 반력이 인가되면 회전축을 해방하여 상기 입력측 기어의 회전을 자유롭게 하는 클러치 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  18. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구는 가장 선단부의 링크에 있어서의출력측 기어와 맞물려 각 링크에 지지되어 있는 기어의 공회전을 방지하여, 기어의 회전에 추종하여 각 링크 사이의 관절이 일정 방향으로 만곡하는 것을 보증하는 말단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  19. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구의 각 링크는, 인접하는 링크와의 사이에서 구성되는 관절의 역전을 방지하기 위해, 관절의 소정 회전 위치에 있어서 상기 인접하는 링크와 접촉하여 회전을 제지하는 제지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  20. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구를 손가락으로서 이용하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  21. 제20항에 있어서, 각 링크에 수용하는 기어의 개수에 따라서 링크 즉 손가락의 관절 사이의 치수를 조정하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  22. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구를 목으로서 이용하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  23. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구를 코로서 이용하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
  24. 제13항에 있어서, 상기 다관절 만곡 기구를 꼬리로서 이용하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동 로봇.
KR10-2003-7002500A 2001-06-22 2002-06-21 다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇 KR20030029833A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2001-00189764 2001-06-22
JP2001189764A JP2003001580A (ja) 2001-06-22 2001-06-22 脚式移動ロボットのための多関節湾曲機構、並びに脚式移動ロボット
PCT/JP2002/006197 WO2003000471A1 (fr) 2001-06-22 2002-06-21 Mecanisme de flexion articule pour robot mobile a pattes et robot mobile a pattes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030029833A true KR20030029833A (ko) 2003-04-16

Family

ID=19028637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7002500A KR20030029833A (ko) 2001-06-22 2002-06-21 다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7047835B2 (ko)
JP (1) JP2003001580A (ko)
KR (1) KR20030029833A (ko)
CN (1) CN1464823A (ko)
WO (1) WO2003000471A1 (ko)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7789825B2 (en) 2003-09-29 2010-09-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Handle for endoscopic device
JP4871012B2 (ja) * 2006-04-12 2012-02-08 株式会社アクトメント 関節駆動装置
CN100395085C (zh) * 2006-06-22 2008-06-18 蔡杲 一种能简易操纵模拟人动作的方法和它的装置
US8551114B2 (en) * 2006-11-06 2013-10-08 Human Robotics S.A. De C.V. Robotic surgical device
EP2549165B1 (en) * 2006-11-13 2014-03-12 Raytheon Company Serpentine robotic crawler
DE102007043286A1 (de) * 2007-09-11 2009-03-12 Chang, Doo-Bong, Dr. Dipl.-Ing. Vorrichtung zum Transportieren von Substraten
JP5278909B2 (ja) * 2009-09-04 2013-09-04 国立大学法人 東京大学 マニピュレータ及びこれを用いたマニピュレーション装置
DK177778B1 (da) * 2010-05-31 2014-06-30 Subcpartner As Fleksibel leddelt kranarm samt metode til lasting og/eller aflastning af et objekt ved brug af sådan kranarm
KR101341083B1 (ko) 2012-04-25 2013-12-12 주식회사 위저드 애니메트로닉스 어류 꼬리 모형
CN102748448B (zh) * 2012-06-29 2015-03-18 深圳职业技术学院 一种用于滚珠循环的系统
KR101431383B1 (ko) 2013-06-04 2014-08-18 서강대학교산학협력단 다관절 구동장치 및 이를 구비한 다족 주행로봇
CN107206597B (zh) 2015-02-26 2020-07-24 奥林巴斯株式会社 机械手和机械手系统
US11104011B2 (en) * 2016-11-10 2021-08-31 Robert Chisena Mechanical robot arm assembly
CN106737637B (zh) * 2016-11-29 2023-05-23 浙江工业大学 一种爬杆机器人腿部关节的传动机构
WO2018117649A1 (ko) * 2016-12-22 2018-06-28 (주)한국미래기술 로봇의 핸드 모듈
CN110769990B (zh) * 2017-06-21 2022-11-01 奥林巴斯株式会社 操纵器及其关节结构
JP6975211B2 (ja) * 2019-07-23 2021-12-01 株式会社バンダイ 玩具
CN215253209U (zh) * 2021-01-29 2021-12-21 北京科勒有限公司 一种柔性支撑结构
US11203113B1 (en) * 2021-02-26 2021-12-21 Universal City Studios Llc Segmented bending system for an amusement park attraction
CN114889724B (zh) * 2022-05-18 2023-08-25 湘潭大学 一种基于多连杆的仿蜈蚣机器人

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4234150A (en) * 1979-02-02 1980-11-18 Spar Aerospace Limited Mechanical arm assembly
JPS60114490A (ja) * 1983-11-22 1985-06-20 工学社エンジニアリング株式会社 多関節ア−ム
JPH01240290A (ja) * 1988-03-18 1989-09-25 Honsyu Shikoku Renrakukiyou Kodan 多関節アーム
US4862980A (en) * 1988-10-06 1989-09-05 Quest Systems, Inc. Walking machine
US5447403A (en) * 1990-01-05 1995-09-05 Engler, Jr.; Charles D. Dexterous programmable robot and control system
JP3609435B2 (ja) 1991-11-25 2005-01-12 株式会社東芝 マニピュレータ装置
US5428713A (en) * 1991-11-25 1995-06-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Compound module type manipulator apparatus
US5456568A (en) * 1993-12-27 1995-10-10 Kirby; Jeffrey R. Arm mechanism
JP3083439B2 (ja) * 1994-01-25 2000-09-04 日本電子株式会社 搬送機構
US5765444A (en) * 1995-07-10 1998-06-16 Kensington Laboratories, Inc. Dual end effector, multiple link robot arm system with corner reacharound and extended reach capabilities
JP2000237985A (ja) * 1999-02-19 2000-09-05 Sony Corp 関節機構とロボット
JP2003074666A (ja) * 2001-09-05 2003-03-12 F F C:Kk 回動伝達装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003000471A1 (fr) 2003-01-03
US20040036438A1 (en) 2004-02-26
CN1464823A (zh) 2003-12-31
US7047835B2 (en) 2006-05-23
JP2003001580A (ja) 2003-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20030029833A (ko) 다리식 이동 로봇용 다관절 만곡 기구 및 다리식 이동 로봇
US8052185B2 (en) Robot hand with humanoid fingers
WO2013014720A1 (ja) パラレルリンクロボット
KR102246778B1 (ko) 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드
JP2003117873A5 (ko)
JP4729745B2 (ja) ロボットの駆動機構及びロボットハンド
JP2009166152A (ja) ロボットハンド
KR20110080921A (ko) 로봇 핸드
CN114131644A (zh) 机械手
JP2003266357A (ja) 脚式ロボット並びに手の平構造
KR102271362B1 (ko) 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드
Liu et al. A coupled and indirectly self-adaptive under-actuated hand with double-linkage-slider mechanism
Walker Some issues in creating “invertebrate” robots
JPS59227395A (ja) ロボツトの関節構造
KR100909457B1 (ko) 자유도 변경이 가능한 모듈형 보행로봇 다리
JP3558220B2 (ja) ロボット装置に用いられる手部装置及びロボット装置
Melchiorri et al. Implementation of whole-hand manipulation capability in the UB hand system design
Hsu et al. Robot finger with remote center of motion mechanism for covering joints with thick skin
CN111037592A (zh) 一种灵活型仿生机械手
JP4469957B2 (ja) ロボットハンド
WO2020105504A1 (ja) ロボットハンド装置
Hoshino et al. Stable pinching with fingertips in humanoid robot hand
Gong et al. Design and Control of the McKibben Artificial Muscles Actuated Humanoid Manipulator
US20230029226A1 (en) Spherical Dexterous Hand for Object Grasping and Within-Hand Manipulation
CN218285552U (zh) 一种高仿真度的仿生机械手

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid