KR20080111293A - Robot articulation structure using linear actuator - Google Patents

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KR20080111293A
KR20080111293A KR1020070059492A KR20070059492A KR20080111293A KR 20080111293 A KR20080111293 A KR 20080111293A KR 1020070059492 A KR1020070059492 A KR 1020070059492A KR 20070059492 A KR20070059492 A KR 20070059492A KR 20080111293 A KR20080111293 A KR 20080111293A
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홍선기
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호서대학교 산학협력단
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Abstract

A robot articulation structure using a linear actuator is provided to improve response and motion speed of a robot by transferring the driving force of the linear actuator through a wire to the legs and arms of the robot. A robot articulation structure comprises a first and a second linear actuator(110,120) which provide a driving force to move a second frame(200) combined with a first frame(100) in a joint(150); a first and a second slide(115,125) extended from the first and the second linear actuator and moving straight according to the drive of the first and the second linear actuator; a first wire(130) whose one end installed on the first slide and the other end is fixed by a first fixing part installed on the top of the second frame; and a second wire(140) whose one end is installed on the second slide and the other end is fixed by a second fixing part installed on the lower part of the second frame.

Description

선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조{ Robot articulation structure using linear actuator }Robot articulation structure using linear actuator}

도 1은 종래의 기어 박스를 갖는 모터 세트를 나타낸 도면.1 shows a motor set with a conventional gearbox.

도 2는 본 발명의 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조를 나타낸 측면도 및 정면도.Figure 2 is a side view and front view showing the structure of the robot joint using a linear actuator of the present invention.

도 3은 본 발명의 선형 액츄에이터의 실시예를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the linear actuator of the present invention.

도 4는 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 45°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도.Figure 4 is a side view and a front view showing a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention bent 45 °.

도 5는 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 90°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도.5 is a side view and a front view showing a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention is bent by 90 °.

도 6은 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 135°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도.6 is a side view and a front view showing a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention is bent 135 degrees.

도 7은 본 발명의 와이어 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면.Figure 7 shows another embodiment of the wire structure of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 제1 프레임 110 : 제1 선형 액츄에이터100: first frame 110: first linear actuator

115 : 제1 슬라이드 120 : 제2 선형 액츄에이터115: first slide 120: second linear actuator

125 : 제2 슬라이드 130 : 제1 와이어125: second slide 130: first wire

134 : 제1 고정 풀리 140 : 제2 와이어134: first fixing pulley 140: second wire

144 : 제2 고정 풀리 150 : 관절144: second fixed pulley 150: joint

200 : 제2 프레임200: second frame

본 발명은 선형 액츄에이터(Linear Actuator)를 이용한 로봇 관절 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a robot joint structure using a linear actuator (Linear Actuator).

일반적으로 로봇은 여러 산업 분야에서 광범위하게 이용된다. 로봇은 처음에는 다이캐스팅(Die Casting), 단조(鍛造), 스폿 용접 등과 같이, 인간이 하기에 힘들고 위험한 작업에 사용되었다.In general, robots are widely used in various industries. Robots were initially used for tasks that were difficult and dangerous for humans, such as die casting, forging, spot welding, etc.

이러한 로봇 기술의 발달로 인해 현재는 산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있을 만큼의 자유도가 높은 다목적의 원격 조정 로봇 및 휴먼 로봇의 필요성이 대두 되고 있으며, 이에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있는 추세이다.Due to the development of such robot technology, there is a need for a multi-purpose remote control robot and a human robot with a high degree of freedom enough to perform various tasks on behalf of humans in addition to industrial robots. It is becoming a trend.

또한, 로봇 공학의 잠재적인 이용분야로서 장애인을 위한 대체 바이오 로봇 팔이나 바이오 로봇 다리 등에 관한 연구도 개발 및 진행 중에 있다.In addition, as a potential field of use of robotics, research on alternative biorobot arms or biorobot bridges for the disabled is under development and progress.

로봇의 다양한 움직임을 구현하기 위해, 링크와 관절로 이루어지는 다관절 팔이라 일컫는 매니퓰레이터(Manipulator)가 일반적으로 사용된다.In order to implement various movements of the robot, a manipulator called a articulated arm composed of a link and a joint is generally used.

로봇에 공급되는 에너지는 상기 매니퓰레이터에서 실제적인 움직임으로 구현되는데, 이때 매니퓰레이터의 움직임을 실현시키는 매체가 필요하며, 이를 액츄에이터라고 한다.The energy supplied to the robot is realized by actual movement in the manipulator. In this case, a medium for realizing the movement of the manipulator is required, which is called an actuator.

요즘 상용화된 거의 대다수의 로봇 다리나 팔 등은 회전형 전동기와 기어 박스를 포함하고 있는 모터 세트를 이용하거나, 벨트, 체인 등을 이용하여 움직이며, 도 1은 이러한 기어 박스를 갖는 모터 세트의 실 예를 나타낸 도면이다.Most of the robot legs or arms commercially available these days use a motor set including a rotary electric motor and a gear box, or move using a belt, a chain, and the like. FIG. 1 is an example of a motor set having such a gear box. The figure which shows.

상기 회전형 전동기는 회전축 출력 토크가 로봇의 관절 부분에 요구되는 토크에 비해 매우 작으므로 기어 박스와 체결하여 토크를 증폭시켜야 하는데, 이 경우 로봇의 관절 부분의 부피가 매우 커질 수밖에 없게 된다.Since the rotational motor output torque is very small compared to the torque required for the joint part of the robot, the rotary motor should be tightened with the gear box to amplify the torque. In this case, the volume of the joint part of the robot becomes very large.

이와 같이 모터 세트를 이용하여 구동하는 경우 로봇의 다리나 팔 등의 구조는 모터 세트가 대부분의 부피를 차지하게 되며, 모터 세트를 지지하기 위해 또 다른 프레임이 필요하게 된다.In the case of driving using the motor set as described above, the structure of the legs or the arms of the robot occupies most of the volume, and another frame is required to support the motor set.

그러나, 이렇게 많은 부피를 차지하는 모터 세트를 이용하여도 로봇의 팔이나 다리는 큰 힘을 내지 못하며, 더욱이 모터 세트를 이용하여 로봇의 팔이나 다리를 구동하는 경우, 응답성이 매우 느리다는 단점이 있다.However, even when using a motor set that occupies such a large volume, the arm or leg of the robot does not apply much force. Moreover, when driving the arm or leg of the robot using the motor set, the response is very slow. .

즉, 회전형 전동기에서 발생한 토크를 기어 박스를 이용하여 증폭시키는 과정에서 많은 시간이 소요되므로, 응답 속도가 매우 느리게 되며 따라서, 전체 로봇의 움직임 또한 매우 느릴 수밖에 없다.That is, since a lot of time is taken in the process of amplifying the torque generated by the rotary motor using the gear box, the response speed is very slow, and thus the movement of the entire robot is also very slow.

따라서, 본 발명의 목적은 사람의 뼈와 같은 두 개의 프레임을 관절을 통하여 결합하고, 프레임의 상부 및 하부에 사람의 근육과 같은 구동력을 발생시키는 선형 액츄에이터를 설치하며, 사람의 힘줄 역할을 하는 와이어를 통해 선형 액츄에이터에서 발생한 구동력을 프레임에 전달함으로써, 기존 로봇의 관절 부분의 부피를 줄이고, 응답성을 향상시키는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조를 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to connect two frames, such as human bones through the joint, and install a linear actuator for generating a driving force, such as the muscles of the human in the upper and lower portions of the frame, the wire acting as a human tendon By transmitting the driving force generated in the linear actuator to the frame through, to reduce the volume of the joint portion of the existing robot, to provide a robot joint structure using a linear actuator to improve the response.

본 발명의 선형 액츄에이터의 바람직한 실시예는, 제1 프레임의 상부 및 하부에 각각 형성되며, 상기 제1 프레임과 관절 부위에서 결합되는 제2 프레임을 움직이는데 필요한 구동력을 제공하는 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터와, 상기 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터에서 각각 연장되어 형성되며, 상기 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터의 구동에 따라 각각 직진 운동하는 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드와, 일단이 상기 제1 슬라이드에 설치되고, 타단이 상기 제2 프레임의 상부에 설치된 제1 고정대에 의해 고정되는 제1 와이어와, 일단이 상기 제2 슬라이드에 설치되고, 타단이 상기 제2 프레임의 하부에 설치된 제2 고정대에 의해 고정되는 제2 와이어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferred embodiments of the linear actuator of the present invention are formed on the upper and lower portions of the first frame, respectively, the first linear actuator and the second to provide the driving force required to move the second frame coupled at the joint and the first frame A first slide and a second slide extending from the linear actuator, the first linear actuator and the second linear actuator, respectively, and moving linearly according to the driving of the first linear actuator and the second linear actuator; A first wire installed on the first slide, the other end of which is fixed by a first fixing rod provided on an upper portion of the second frame, and one end of which is provided on the second slide, and the other end of which is provided on a lower portion of the second frame. It characterized in that it comprises a second wire which is fixed by the second holder.

여기서, 상기 제1 프레임의 상부에 형성되며, 상기 제1 와이어를 가이드 해주는 제1 고정 풀리와, 상기 제1 프레임의 하부에 형성되며, 상기 제2 와이어를 가이드 해주는 제2 고정 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the first fixing pulley is formed on the upper portion of the first frame, and guides the first wire, and the second fixing pulley formed on the lower portion of the first frame, the guide further comprises a second wire It is characterized by.

또한, 상기 관절 부위에 형성되며, 상기 제2 프레임이 움직이는 경우 제2 와 이어를 가이드 해주는 복수 개의 가이드 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is formed in the joint portion, characterized in that it further comprises a plurality of guide rings for guiding the second wire when the second frame is moved.

또한, 상기 제1 프레임의 상부 및 하부의 상기 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드와 대응되는 위치에 각각 설치되어, 상기 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드의 이동 변위를 감지하는 리니어 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a linear sensor installed at a position corresponding to the first slide and the second slide in the upper and lower portions of the first frame, respectively, and detecting a movement displacement of the first slide and the second slide. It is done.

또한, 상기 관절부위에 설치되어, 상기 제2 프레임의 들어 올려지는 각도를 감지하는 각도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is installed on the joint portion, characterized in that it further comprises an angle sensor for detecting the lifting angle of the second frame.

또한, 상기 와이어는, 상기 관절 부위에서 복수 개로 나뉘어지고, 상기 관절 부위에 설치된 복수 개의 풀리(Pulley)에 의해 각각 가이드 되며, 상기 제2 프레임에 설치된 복수 개의 고정대에 의해 각각 고정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wire is divided into a plurality in the joint portion, respectively guided by a plurality of pulleys (Pulley) installed in the joint portion, characterized in that each of the fixed by a plurality of fixing rods provided in the second frame. .

이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the robot joint structure using the linear actuator of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명은 회전형 전동기 및 기어 박스를 이용하지 않고, 사람의 근육 구조 와 유사한 특성 및 구조를 갖는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a robot joint structure using a linear actuator having a characteristic and structure similar to that of a human muscle without using a rotary motor and a gear box.

실제로 동물 또는 사람의 관절 구조는 로봇과 매우 다르다. 동물이나 사람의 경우, 관절 자체에서 토크를 발생하여 움직이는 것이 아니라 관절은 단순히 꺾임이 가능하도록 해 줄 뿐이며, 실제로 동작은 근육과 힘줄의 관계로 움직이게 된다.In fact, the joint structure of an animal or human is very different from a robot. In the case of animals or humans, the joints themselves do not generate torque and move, but simply allow the joints to be bent. In fact, the movements move in relation to the muscles and tendons.

즉, 근육이 수축하게 되면 이와 연결되어 있는 힘줄이 다른 마디 부분을 당기게 되어 팔이나 다리가 굽어지거나 펴지게 된다.In other words, when the muscle contracts, the tendon connected to it pulls the other node and the arm or leg is bent or stretched.

도 2는 본 발명의 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조를 나타낸 측면도 및 정면도이다.Figure 2 is a side view and a front view showing the structure of the robot joint using a linear actuator of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(100)의 상부와 하부에 각각 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)가 설치되어 있고, 상기 제1 프레임(100)은 관절(150)에서 제2 프레임(200)과 결합되어 있다.As shown in the figure, the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 are installed on the upper and lower portions of the first frame 100, respectively, the first frame 100 is a joint 150 Is coupled to the second frame 200 at.

제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)에는 제1 선형 액츄 에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)의 구동에 따라 각각 전방 및 후방으로 직진 운동하는 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)가 설치되어 있다.The first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 each include a first slide 115 that moves straight forward and backward in accordance with driving of the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120. And a second slide 125 are provided.

상기 제1 슬라이드(115)의 끝단에는 제1 와이어(130)가 설치되며, 제2 프레임(200)의 상부에는 제1 고정대(131)가 형성되어 상기 제1 와이어(130)의 다른 쪽 끝 부위를 고정시켜 준다. A first wire 130 is installed at an end of the first slide 115, and a first holder 131 is formed on an upper portion of the second frame 200, so that the other end portion of the first wire 130 is formed. Fix it.

여기서, 상기 제1 프레임(100)의 상부에 제1 고정 풀리(Pulley)(134)가 형성 되어 제1 와이어(130)를 가이드 해주는 역할을 한다.Here, a first fixing pulley 134 is formed on the first frame 100 to guide the first wire 130.

마찬가지로, 상기 제2 슬라이드(125)의 끝단에는 제2 와이어(140)가 설치되며, 제2 프레임(200)의 하부에는 제2 고정대(141)가 형성되어 상기 제2 와이어(140)의 다른 쪽 끝 부위를 고정시켜 준다. Similarly, a second wire 140 is installed at an end of the second slide 125, and a second fixing rod 141 is formed below the second frame 200, so that the other side of the second wire 140 is formed. Fix the end.

여기서, 상기 제1 프레임(100)의 하부에 제2 고정 풀리(144)가 형성되어 제2 와이어(140)를 가이드 해주는 역할을 한다.Here, a second fixing pulley 144 is formed below the first frame 100 to guide the second wire 140.

상기 관절(150) 부위에는 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)의 구동에 따라 제2 프레임(200)이 움직일 때, 제2 와이어(140)를 가이드 해주어 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)의 구동력이 상기 제2 프레링(200)으로 제대로 전달되도록 해주는 복수 개의 가이드 링(151)(153)(155)이 설치된다.When the second frame 200 moves according to the driving of the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120, the joint 150 guides the second wire 140 to guide the first linear actuator ( A plurality of guide rings 151, 153, 155 are installed to allow the driving force of the 110 and the second linear actuator 120 to be properly transmitted to the second fringing 200.

상기 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)는 선형 전동기(Linear Motor) 또는 솔레노이드 등을 사용할 수 있다.The first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 may use a linear motor or a solenoid.

이와 같이 구성된 로봇 관절 구조에 있어서, 상기 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)를 구동시키면, 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)에 설치된 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)가 각각 전방 또는 후방으로 이동하게 된다.In the robot joint structure configured as described above, when the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 are driven, the first slide installed in the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 ( 115 and the second slide 125 are moved forward or backward, respectively.

그리고 이러한 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)의 직진 운동에 의한 구동력은 일단이 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)에 설치되며, 타단이 제2 프레임(200)의 제1 고정대(131) 및 제2 고정대(141)에 각각 고정되는 제1 와이 어(130) 및 제2 와이어(140)에 전달되어 제2 프레임(200)을 구부리거나 펼 수 있게 된다.In addition, one end of the driving force of the first slide 115 and the second slide 125 by the linear motion is installed on the first slide 115 and the second slide 125, the other end of the second frame 200 The first wire 130 and the second wire 140 which are respectively fixed to the first holder 131 and the second holder 141 are transferred to the second wire 200 to bend or unfold.

본 발명은 이와 같이 사람의 뼈와 같은 두 개의 프레임을 관절을 통하여 결합하고, 프레임의 상부 및 하부에 사람의 근육과 같은 구동력을 발생시키는 선형 액츄에이터를 설치하며, 사람의 힘줄 역할을 하는 와이어를 통해 선형 액츄에이터에서 발생한 구동력을 프레임에 전달함으로써, 인체의 다리 또는 팔의 구조와 유사한 구조를 가지도록 한다.The present invention combines two frames, such as human bones through the joints, and installs a linear actuator for generating a driving force, such as human muscles, on the upper and lower portions of the frame, and through the wire acting as a human tendon By transmitting the driving force generated in the linear actuator to the frame, it has a structure similar to the structure of the leg or arm of the human body.

본 발명에 의하면, 선형 액츄에이터를 이용하여 로봇 다리 및 팔 등을 움직이게 함으로써, 기존의 로봇 관절 구조에 있어서 모터 세트가 차지하던 부피를 크게 줄일 수 있다.According to the present invention, by using a linear actuator to move the robot leg, arm, etc., it is possible to significantly reduce the volume occupied by the motor set in the conventional robot joint structure.

그리고, 선형 액츄에이터의 구동력이 와이어를 통해 로봇의 다리나 팔로 직접 전달되기 때문에 응답성이 빨라지고, 그로 인해 로봇의 전체 움직임 속도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, since the driving force of the linear actuator is directly transmitted to the leg or the arm of the robot through the wire, the response is faster, thereby improving the overall speed of the robot.

도 3은 본 발명의 선형 액츄에이터의 실시예를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the linear actuator of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선형 액츄에이터는 내부에 삽입 홈(305)이 형성된 케이스(300)와, 상기 삽입 홈(305)의 벽면을 따라 고정 설치되는 자석부(310)와, 상기 외부 전류 공급에 따라 삽입 홈(305)으로 삽입되는 가동 코일부(320)와, 가동 코일부(320)에서 연장되어 형성되며 가동 코일부(320)의 구동에 따라 직진 운동하는 슬라이드(330)로 구성되어 있다.As shown therein, the linear actuator of the present invention includes a case 300 having an insertion groove 305 formed therein, a magnet part 310 fixedly installed along a wall surface of the insertion groove 305, and the external current. It is composed of a movable coil unit 320 is inserted into the insertion groove 305 in accordance with the supply, and a slide 330 which extends from the movable coil unit 320 and moves straight according to the driving of the movable coil unit 320 have.

상기 케이스(300)는 비자성 재료로 이루어지며, 상기 케이스(300)에는 슬라이드(330)가 외부로 돌출되도록 가이드 홀(306)이 형성되어 있고, 가이드 홀(306) 주변에 볼 베어링(303)이 설치되어 슬라이드(330)의 직진 운동을 부드럽게 가이드 해준다.The case 300 is made of a nonmagnetic material, the case 300 is formed with a guide hole 306 so that the slide 330 protrudes to the outside, the ball bearing 303 around the guide hole 306 This is installed to guide the smooth movement of the slide 330 straight.

상기 가동 코일부(320)는 내부가 비어 있는 원통 형상의 외부에 코일(325)이 감겨져 있고, 외부에서 전류가 공급되어 상기 코일(325)에 전류가 흐르면 전류에 비례하여 코일(325)에 힘이 발생하며, 발생한 힘에 의해 가동 코일부(320)가 상기 삽입 홈(305)을 따라 수평 이동하게 된다.The coil 325 is wound around the outside of the cylindrical shape of the movable coil 320 is empty, the current is supplied from the outside, when the current flows in the coil 325 is applied to the coil 325 in proportion to the current In this case, the movable coil part 320 is horizontally moved along the insertion groove 305 by the generated force.

이때, 코일(325)에 발생하는 힘(F)은 플레밍의 왼손법칙에 의한다.At this time, the force (F) generated in the coil 325 is based on Fleming's left hand law.

즉, F = Bil 여기서, F는 코일에 발생하는 힘, B는 자속 밀도, i는 코일에 흐르는 전류, l은 코일의 길이가 된다.That is, F = Bil where F is the force generated in the coil, B is the magnetic flux density, i is the current flowing through the coil, and l is the length of the coil.

따라서, 코일(325)에 발생하는 힘은 자속 밀도, 코일에 흐르는 전류의 세기, 코일의 길이에 비례하게 된다. Therefore, the force generated in the coil 325 is proportional to the magnetic flux density, the strength of the current flowing through the coil, and the length of the coil.

그러나, 이미 제작된 선형 액츄에이터에서 자속 밀도 및 코일의 길이를 변경시키는 것은 어려우므로, 주로 전류의 세기를 변경시킴으로써 코일(325)에 발생하는 힘을 조절하게 된다.However, since it is difficult to change the magnetic flux density and the length of the coil in the linear actuator already manufactured, the force generated in the coil 325 is controlled mainly by changing the strength of the current.

도 4는 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 45°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도이다.4 is a side view and a front view showing a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention is bent by 45 degrees.

이에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(200)을 45°구부리기 위해 제1 선형 액 츄에이터(110)를 구동시켜 제1 슬라이드(115)를 후방(즉, 제1 선형 액츄에이터(110) 방향)으로 이동시키고, 제2 선형 액츄에이터(120)를 구동시켜 제2 슬라이드(125)를 전방으로 이동시킨다.As shown therein, the first linear actuator 110 is driven to bend the second frame 200 by 45 ° so that the first slide 115 is rearward (ie, in the direction of the first linear actuator 110). The second slide 125 is moved forward by driving the second linear actuator 120.

이와 같이 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)를 구동시키면, 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)의 구동력이 제1 와이어(130) 및 제2 와이어(140)에 전달되어 제2 프레임(200)을 들어올릴 수 있게 된다.When the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 are driven as described above, the driving force of the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 is the first wire 130 and the second wire ( The second frame 200 may be lifted up to the second frame 200.

도 5는 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 90°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도이며, 도 6은 본 발명의 로봇 관절 구조의 제2 프레임을 135°구부렸을 때의 상태를 나타낸 측면도 및 정면도이다.5 is a side view and a front view illustrating a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention is bent by 90 °, and FIG. 6 is a state when the second frame of the robot joint structure of the present invention is bent by 135 ° Side and front views shown.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 프레임(200)을 45°, 90°, 135°의 순서로 구부릴 경우, 제1 선형 액츄에이터(110) 및 제2 선형 액츄에이터(120)는 더 큰 힘으로 구동되어 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)를 더 큰 변위로 이동시켜야 한다.As shown in FIGS. 4 to 6, when the second frame 200 is bent in the order of 45 °, 90 °, and 135 °, the first linear actuator 110 and the second linear actuator 120 are larger. It must be driven by force to move the first slide 115 and the second slide 125 at a greater displacement.

이때, 제2 슬라이드(125)에 연결되는 제2 와이어(140)는 관절(150)에 설치된 복수개의 가이드 링(151)(153)(155)에 의해 순차적으로 가이드 되어, 구동력이 제2 프레임(200)에 제대로 전달되도록 한다.At this time, the second wire 140 connected to the second slide 125 is sequentially guided by a plurality of guide rings 151, 153, 155 installed in the joint 150, so that a driving force is applied to the second frame ( Ensure that it is properly delivered

한편, 상기 관절(150) 부위에 각도 센서(Angle Sensor)를 설치하여, 상기 제2 프레임(200)의 구부러지는 각도를 제어할 수 있다.On the other hand, by installing an angle sensor (Angle Sensor) in the joint 150, it is possible to control the bending angle of the second frame (200).

즉, 관절(150) 부위에 설치된 각도 센서에서 상기 제2 프레임(200)의 구부러지는 각도를 감지한 후, 각도 감지 신호를 제어 유닛(미도시)으로 피드백하여 제2 프레임(200)의 구부러지는 각도를 제어하도록 할 수 있다.That is, after the bending angle of the second frame 200 is detected by the angle sensor installed in the joint 150, the angle detection signal is fed back to the control unit (not shown) to bend the second frame 200. You can control the angle.

이 경우, 각도 센서는 관절(150) 부위의 회전되는 변위량에 의해 제2 프레임(200)의 구부러지는 각도를 감지할 수 있다.In this case, the angle sensor may detect the bending angle of the second frame 200 by the amount of displacement of the joint 150.

또한, 제1 프레임(100)의 상부 및 하부에 리니어 센서(Linear Sensor)를 설치하여, 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)의 이동 변위를 측정하고 제어할 수 있다.In addition, by installing a linear sensor on the upper and lower portions of the first frame 100, it is possible to measure and control the movement displacement of the first slide 115 and the second slide 125.

즉, 상기 제1 프레임(100)의 상부 및 하부의 상기 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)와 대응하는 위치에 각각 리니어 센서를 설치하고, 제1 슬라이드(115) 및 제2 슬라이드(125)의 직진 운동으로 인한 이동 변위를 감지한 후, 이동 감지 신호를 제어 유닛(미도시)으로 피드백하여 제2 프레임(200)의 구부러지는 정도를 제어하도록 할 수 있다.That is, a linear sensor is installed at positions corresponding to the first slide 115 and the second slide 125 on the upper and lower portions of the first frame 100, respectively, and the first slide 115 and the second slide. After detecting the movement displacement due to the linear movement of 125, the movement detection signal may be fed back to a control unit (not shown) to control the bending degree of the second frame 200.

이와 같이 상기 각도 센서 및 리니어 센서를 이용하면, 제2 프레임(200)의 움직임을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.As such, when the angle sensor and the linear sensor are used, the movement of the second frame 200 can be more precisely controlled.

도 7은 본 발명의 와이어 구조의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.7 is a view showing another embodiment of the wire structure of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 와이어(400)는 일단이 슬라이드(410)에 고정되어 설치되고, 제1 프레임(420)의 상부에 설치된 고정 풀리(430)에 의해 가이드 되고, 관절(450) 부위에서 두 갈래로 나뉘어지며, 두 갈래로 나뉘어진 각 와이어(401)(404) 는 제1 풀리(451) 및 제2 풀리(454)에 의해 가이드 되어 제2 프레임(460)의 상부에 형성된 제1 고정대(461) 및 제2 고정대(464)에서 각각 고정된다.As shown in the drawing, one end of the wire 400 is fixedly installed on the slide 410, guided by the fixing pulley 430 installed on the upper portion of the first frame 420, and is disposed at the joint 450. Each of the wires 401 and 404, which are divided into two branches, is guided by the first pulley 451 and the second pulley 454, and is formed on the upper part of the second frame 460. 461 and the second holder 464, respectively.

본 발명에 있어서, 와이어는 보다 많은 개수로 나뉘어 설치될 수 있고, 이 경우 사람의 근육과 보다 유사한 형태를 가지며, 선형 액츄에이터에서 발생한 구동력을 프레임으로 효과적으로 그리고 균형있게 전달할 수 있다.In the present invention, the wire may be divided into a larger number of installations, in which case it may have a shape more similar to that of the human muscle, and may effectively and balancely transmit the driving force generated in the linear actuator to the frame.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. I will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 선형 액츄에이터를 이용하여 로봇 다리 및 팔 등을 움직이게 함으로써, 기존의 로봇 관절 구조에 있어서 모터 세트가 차지하던 부피를 크게 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, by moving the robot leg and arm using a linear actuator, the volume occupied by the motor set in the conventional robot joint structure can be greatly reduced.

그리고, 선형 액츄에이터의 구동력이 와이어를 통해 로봇의 다리나 팔로 직접 전달되기 때문에 응답성이 빨라지고, 그로 인해 로봇의 전체 움직임 속도를 크 게 향상시킬 수 있게 된다.In addition, since the driving force of the linear actuator is directly transmitted to the leg or the arm of the robot through the wire, the response is faster, thereby greatly improving the overall movement speed of the robot.

Claims (7)

제1 프레임의 상부 및 하부에 각각 형성되며, 상기 제1 프레임과 관절 부위에서 결합되는 제2 프레임을 움직이는데 필요한 구동력을 제공하는 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터;First and second linear actuators respectively formed on upper and lower portions of the first frame and providing a driving force necessary to move the second frame coupled to the first frame and the joint portion; 상기 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터에서 각각 연장되어 형성되며, 상기 제1 선형 액츄에이터 및 제2 선형 액츄에이터의 구동에 따라 각각 직진 운동하는 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드;First and second slides extending from the first linear actuator and the second linear actuator, respectively, and moving straight along the driving of the first linear actuator and the second linear actuator; 일단이 상기 제1 슬라이드에 설치되고, 타단이 상기 제2 프레임의 상부에 설치된 제1 고정대에 의해 고정되는 제1 와이어; 및A first wire having one end mounted on the first slide and the other end fixed by a first holder provided on an upper portion of the second frame; And 일단이 상기 제2 슬라이드에 설치되고, 타단이 상기 제2 프레임의 하부에 설치된 제2 고정대에 의해 고정되는 제2 와이어를 포함하여 이루어지는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.One end is installed on the second slide, the other end is a robot joint structure using a linear actuator comprising a second wire is fixed by a second fixing bar provided on the lower portion of the second frame. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 프레임의 상부에 형성되며, 상기 제1 와이어를 가이드 해주는 제1 고정 풀리; 및A first fixing pulley formed on an upper portion of the first frame and guiding the first wire; And 상기 제1 프레임의 하부에 형성되며, 상기 제2 와이어를 가이드 해주는 제2 고정 풀리를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용 한 로봇 관절 구조.The robot joint structure using the linear actuator formed on the lower portion of the first frame, further comprising a second fixing pulley for guiding the second wire. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 관절 부위에 형성되며, 상기 제2 프레임이 움직이는 경우 제2 와이어를 가이드 해주는 복수 개의 가이드 링을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.Is formed in the joint portion, the robot joint structure using a linear actuator further comprises a plurality of guide rings for guiding the second wire when the second frame is moving. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 선형 액츄에이터는 선형 전동기 또는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.The linear actuator is a robot joint structure using a linear actuator, characterized in that the linear motor or solenoid. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 프레임의 상부 및 하부의 상기 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드와 대응되는 위치에 각각 설치되어, 상기 제1 슬라이드 및 제2 슬라이드의 이동 변위를 감지하는 리니어 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.And a linear sensor installed at positions corresponding to the first slide and the second slide in the upper and lower portions of the first frame, respectively, and detecting a movement displacement of the first slide and the second slide. Robot joint structure using a linear actuator. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 관절부위에 설치되어, 상기 제2 프레임의 들어 올려지는 각도를 감지하는 각도 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.Installed in the joint portion, the robot joint structure using a linear actuator further comprises an angle sensor for detecting the lifting angle of the second frame. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 와이어는,The wire, 상기 관절 부위에서 복수 개로 나뉘어지고, 상기 관절 부위에 설치된 복수 개의 풀리(Pulley)에 의해 각각 가이드 되며, 상기 제2 프레임에 설치된 복수 개의 고정대에 의해 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터를 이용한 로봇 관절 구조.The robot joint is divided into a plurality of joints, guided by a plurality of pulleys (Pulley) installed on the joints, respectively, and fixed by a plurality of fixing bars installed on the second frame, respectively. rescue.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101032611B1 (en) * 2010-03-31 2011-05-06 한국기계연구원 Hydraulic device for converting to the rotary motion of joint-link
KR101316429B1 (en) * 2012-03-19 2013-10-08 주식회사 포스코 Articulation appratus and robot having thereof
CN113103276A (en) * 2021-03-16 2021-07-13 广东省科学院智能制造研究所 Flexibly-driven joint module of cooperative mechanical arm
US20220226983A1 (en) * 2016-02-10 2022-07-21 Advanced Telecommunications Research Institute International Externally-driven joint structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101032611B1 (en) * 2010-03-31 2011-05-06 한국기계연구원 Hydraulic device for converting to the rotary motion of joint-link
KR101316429B1 (en) * 2012-03-19 2013-10-08 주식회사 포스코 Articulation appratus and robot having thereof
US20220226983A1 (en) * 2016-02-10 2022-07-21 Advanced Telecommunications Research Institute International Externally-driven joint structure
US11794336B2 (en) * 2016-02-10 2023-10-24 Advanced Telecommunications Research Institute International Externally-driven joint structure
CN113103276A (en) * 2021-03-16 2021-07-13 广东省科学院智能制造研究所 Flexibly-driven joint module of cooperative mechanical arm
CN113103276B (en) * 2021-03-16 2022-12-06 广东省科学院智能制造研究所 Flexibly-driven joint module of cooperative mechanical arm

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