KR20090128878A - 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇 - Google Patents

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KR20090128878A
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양수상
오연택
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Abstract

본 발명의 목적은 관절을 구동하기 위한 액츄에이터의 수를 최소화할 수 있는 구조의 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것이다.
이를 위해 개시된 본 발명은 정,역회전 가능하게 마련된 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 양단이 상기 한 쌍의 이동부재 각각과 연결된 와이어와, 상기 와이어에 감겨 상기 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함하여 이루어진다.

Description

로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇{ROBOT JOINT DRIVING APPARATUS AND ROBOT HAVING THE SAME}
본 발명은 로봇용 관절 구동 장치 및 이를 구비한 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 관절 구동구조를 구비한 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇에 관한 것이다.
가정용, 군사용, 산업용의 목적으로 2족 보행, 4족 보행 등이 가능한 다양한 형태의 로봇이 개발되고 있다.
이와 같은 로봇은 관절의 운동을 통해 달리기, 걷기 등의 보행동작 뿐만 아니라 다양한 동작을 구현하게 된다.
관절을 구동하는 방식으로는 모터 및 모터에 연결된 감속기를 이용하여 관절을 구동하는 방식과 와이어를 이용하여 관절을 구동하는 방식이 있다.
이 중 감속기를 이용하는 방식은 구동장치의 배치가 한정되고, 구동시 소음이 상대적으로 크게 발생하며 구조가 복잡한 문제점이 있다.
와이어를 이용하여 관절을 구동하는 방식은 감속기를 이용하는 방식의 경우 발생하는 상기 문제점을 어느 정도 해결할 수 있기 때문에 최근 도입되고 있다.
와이어를 이용하여 관절을 구동하는 방식의 일 예는 인간의 근육과 같은 구조의 액츄에이터를 구비하는데, 모터에 연결된 풀리에 와이어를 감아 당김으로써 회전 가능하게 설치된 관절을 회전시켜 이와 연결된 링크를 동작시킨다.
상기와 같은 와이어를 이용하는 종래의 관절 구동 장치는 인간의 근육의 동작과 유사하게 각 관절을 구동시키기 위해서는 각 관절 당 한 쌍의 액츄에이터가 필요하다. 또한, 소정의 동작을 위해 한 쌍의 액츄에이터를 동기화하여 제어해야 하는 문제점이 있다.
또한, 한 쌍의 액츄에이터와 관절을 연결하는 와이어의 장력을 일정하게 유지해 주기 위해서는 별도의 제어장치를 구비해야하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 관절을 구동하기 위한 액츄에이터의 수를 최소화할 수 있는 구조의 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 와이어를 이용한 관절구동장치에 있어서 제어를 용이하게 할 수 있는 구조의 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 와이어의 장력을 일정하게 유지할 수 있는 구조의 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관절구동장치는 정,역회전 가능하게 마련된 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 양단이 상기 한 쌍의 이동부재 각각과 연결된 와이어와, 상기 와이어에 감겨 상기 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 한 쌍의 볼스크류부를 더 포함하고, 상기 이동부재 각각은 상기 한 쌍의 볼스크류부 각각에 나사 결합할 수 있다.
또한, 상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함한다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합할 수 있다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 볼스크류부는 상기 구동모터와 치차 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전한다.
또한, 상기 구동모터의 구동력을 상기 한 쌍의 볼스크류부에 전달하기 위한 벨트부를 더 포함한다.
그리고 다른 측면에서 바라본 본 발명의 로봇용 관절구동장치는 구동모터와 상기 구동모터와 연결된 기어부를 구비하는 구동부와, 상기 기어부와 치차결합하는 한 쌍의 볼 스크류부와, 상기 한 쌍의 볼 스크류부 각각에 마련되어 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 양단이 상기 한 쌍의 이동부재 각각과 연결되어 상기 한 쌍의 이동부재의 이동에 따라 운동하는 와이어와, 상기 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 와이어는 소정장력을 유지하며 상기 관절부의 외주부의 일측을 감싼다.
또한, 상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함한다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합한다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드한다.
그리고, 또 다른 측면에서 바라본 본 발명의 로봇용 관절구동장치는 제1,2방향으로 정,역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 제1방향 회전에 따라 직선 운동하는 제1이동부재를 구비하는 제1볼스크류장치와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 제1방향 회전에 따라 상기 제1이동부재와 반대방향으로 직선 운동하는 제2이동부재를 구비하는 제2볼스크류장치와, 상기 제1,2이동부재와 연결되는 와이어와, 상기 와이어의 운동에 의해 회전 가능하게 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전 운동하는 관절부를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 로봇은 적어도 하나의 관절부와, 상기 관절부의 구동을 위해 마련된 적어도 하나의 관절구동장치를 포함하는 로봇에 있어서, 상기 적어도 하나의 관절구동장치는 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 소정 장력을 유지하며 상기 한 쌍의 이동부재와 상기 관절부를 연결하여 상기 한 쌍의 이동부재의 운동에 따라 상기 관절부를 회전시키는 와이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관절구동장치는 한 쌍의 볼스크류부를 더 포함하고, 상기 이동부재 각각은 상기 한 쌍의 볼스크류부 각각에 나사 결합한다.
또한, 상기 관절구동장치는 상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함한다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합할 수 있다.
또한, 상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 볼스크류부는 상기 구동모터와 치차 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전한다.
또한, 상기 관절구동장치는 상기 구동모터의 구동력을 상기 한 쌍의 볼스크류부에 전달하기 위한 벨트부를 더 포함할 수 있다.
그리고 다른 측면에서 바라본 본 발명에 따른 로봇은 적어도 하나의 관절부와, 상기 관절부의 구동을 위해 마련된 적어도 하나의 관절구동장치를 포함하는 로봇에 있어서, 상기 적어도 하나의 관절구동장치 각각은 정,역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 제1방향 회전에 따라 직선 운동하는 제1이동부재를 구비하는 제1볼스크류장치와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 제1방향 회전에 따라 상기 제1이동부재와 마주보는 방향으로 직선 운동하는 제2이동부재를 구비하는 제2볼스크류장치와, 상기 제1,2이동부재와 연결되는 와이어와, 상기 와이어의 운동에 의해 회전 가능하게 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회 전 운동하는 관절부를 포함하여 이루어진다.
이상에서 설명한 본 발명에 의한 본 발명에 따른 로봇용 관절구동장치 및 이를 구비한 로봇은 정,역회전 가능하게 마련된 구동모터와, 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 한 쌍의 이동부재 각각과 연결된 와이어와, 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함함으로써, 단일의 모터 및 와이어를 이용하여 관절부를 구동할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 형태의 로봇에 적용 가능한 것이나, 이하에서는 인간형 로봇을 그 일 예로 하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인간형 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 인간형 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인간형 로봇(이하에서는 간단히 '로봇'이라 한다)(1)은 동체(胴體)(10)와, 동체(10)의 상부 양측에 연결되는 팔(20R, 20L)과, 동체(10)의 상단부에 연결되는 머리(30)와, 동체(10)의 하부 양측에 연결되는 다리(40R, 40L)를 구비한다. 양팔(20R, 20L)은 어깨관절 어셈블리(210R, 210L)를 통해 동체(10)에 연결되고, 머리(30)는 목(50)을 통해 동체(10)에 연결된다. 참조 부호에서 "R", "L"은 각각 우측과 좌측을 나타낸다.
동체(10)의 내부는 커버(11)에 의해 보호된다. 동체(10)에는 제어유닛(12), 배터리(13) 및 경사센서(14, 도 2 참조)가 설치될 수 있다. 경사센서(14)는 연직축에 대한 동체(10)의 경사각도와 그 각속도 등을 검출한다.
동체(10)는 가슴부(10a)와 허리부(10b)로 분할될 수 있으며, 가슴부(10a)와 허리부(10b) 사이에는 가슴부(10a)가 허리부(10b)에 대해 상대 회전할 수 있도록 관절(15)이 설치될 수 있다. 도 2에서는 동체(10)를 동체링크로서 간략히 도시하였다.
양측 팔(20R, 20L)은 상박링크(21), 하박링크(22) 및 손(23)을 구비한다. 상박링크(21)는 어깨관절 어셈블리(210)를 통해 동체(10)에 연결된다. 상박링크(21)와 하박링크(22)는 팔꿈치관절부(220)를 통해 서로 연결되고, 하박링크(22)와 손(23)은 손목관절부(230)를 통해 서로 연결된다.
팔꿈치관절부(220)는 피치 방향의 회전관절(221)과, 요 방향의 회전관절(222)을 포함하여 2 자유도를 가지고, 손목관절부(230)는 피치 방향의 회전관절(231)과 롤 방향의 회전관절(232)을 포함하여 2 자유도를 가질 수 있다.
손(23)에는 5개의 손가락(23a)이 설치된다. 각각의 손가락(23a)에는 모터에 의해 구동되는 다수의 관절(미도시)들이 설치될 수 있다. 손가락(23a)은 팔(20)의 움직임에 연동하여 물건을 파지하거나 특정 방향을 가리키는 것과 같은 다양한 동작을 실행한다.
어깨관절 어셈블리(210R, 210L)는 동체(10)의 양측에 장착되어 양팔(20R, 20L)을 동체(10)에 연결한다. 두 어깨관절 어셈블리(210R, 210L)는 로봇(1)의 동 체(10)와 팔(20R, 20L) 사이에 배치되어 팔(20R, 20L)을 움직인다.
머리(30)에는 로봇(1)의 시각으로서 기능하는 카메라(31)와, 청각으로서 기능하는 마이크로폰(32)이 설치될 수 있다.
머리(30)는 목관절부(310)를 통해 동체(10)와 연결된다. 목관절부(310)는 요 방향의 회전관절(311), 피치 방향의 회전관절(312) 및 롤 방향의 회전관절(313)을 포함하여 3 자유도를 가질 수 있다.
목관절부(310)의 각각의 회전관절(311)(312)(313)에는 머리 회전용 모터들(미도시)이 연결된다. 제어유닛(12)은 각각의 모터들을 제어하여 회전관절들(311)(312)(313)을 적정 각도로 구동함으로써 머리(30)를 원하는 방향으로 움직일 수 있다.
양측 다리(40R, 40L)는 각각 대퇴링크(41), 하퇴링크(42) 및 발(43)을 구비한다. 대퇴링크(41)는 대퇴관절부(410)를 통해 동체(10)에 연결된다. 대퇴링크(41)와 하퇴링크(42)는 무릎관절부(420)룰 통해 서로 연결되고, 하퇴링크(42)와 발(43)은 발목관절부(430)를 통해 서로 연결된다.
대퇴관절부(410)는 3 자유도를 가진다. 구체적으로 대퇴관절부(410)는 요(yaw) 방향(Z축 주위의 회전)의 회전관절(411)과, 피치(pitch) 방향(Y축 주위의 회전)의 회전관절(412)과, 롤(roll) 방향(X축 주위의 회전)의 회전관절(413)을 가질 수 있다.
무릎관절부(420)는 피치 방향의 회전관절(421)을 포함하여 1 자유도를 가진다. 발목관절부(430)는 피치 방향과 롤 방향의 회전관절(431)(432)을 포함하여 2자 유도를 가진다.
이와 같이, 각각의 다리(40R, 40L)에는 세 관절부에 대해 6개의 회전관절이 마련되므로, 다리 전체에 대해서는 12개의 회전관절이 마련된다. 도면에 도시되지는 않았으나, 각각의 다리(40R, 40L))에는 각 회전관절을 구동하는 모터들이 설치된다. 제어유닛(12)은 다리(40R, 40L)에 마련된 모터들을 적절히 제어함으로써 로봇(1)의 보행을 비롯하여 다리(40R, 40L)의 다양한 동작을 구현할 수 있다.
한편, 양측 다리(40R, 40L)에서 발(43)과 발목관절부(430)의 사이에는 다축 F/T센서(Multi-Axis Force and Torque Sensor)(44)가 각각 설치된다. 다축 F/T센서(44)는 발(43)로부터 전달되는 힘의 3방향성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향성분(Mx, My, Mz)을 측정함으로써 발(43)의 착지 여부 및 발(43)에 가해지는 하중을 검출한다.
이와 같은 로봇은 각 관절들을 구동시키기 위한 관절구동장치(500)가 마련된다.
관절구동장치(500)는 팔, 다리, 목 등 다양한 관절에 적용가능하지만 이하에서는 다리의 무릎관절부 및 발목관절부에 적용되는 경우를 일 예로 하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절구동장치를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 무릎 관절구동장치의 동작을 나타내는 도면이다.
관절구동장치(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 정,역회전 가능하게 마련된 구동모터(510)와, 구동모터(510)와 결합하여 구동모터(510)의 회전에 따라 직선 운 동하는 한 쌍의 이동부재(530A, 530B)를 구비하는 볼스크류장치(520A, 520B)와, 한 쌍의 이동부재(530A, 530B)를 연결하는 와이어(560)와, 와이어(560)의 운동에 의해 회전 가능하게 결합되어 구동모터(510)의 구동에 따라 회전 운동하는 무릎관절부(420)를 포함하여 이루어진다.
구동모터(510)는 정, 역 방향으로 회전 가능한 것으로 마련되고, 구동모터(510)의 회전축에는 모터풀리(511)가 마련된다.
볼스크류장치(520A, 520B)는 구동모터(510)의 구동력을 전달받기 위한 볼스크류풀리(521)와, 볼스크류풀리(521)와 일체로 형성되어 전달된 구동력으로 볼스크류장치(520A, 520B)를 구동하기 위한 구동기어(522)가 마련된다. 모터풀리(511)와 볼스크류풀리(521)사이에는 구동모터(510)의 동력을 볼스크류장치(520A, 520B)로 전달하기 위한 벨트부(523)가 마련된다.
볼스크류장치(520A, 520B)는 구동기어(522)와 치합하여 구동모터(510)가 정방향(제1방향)으로 회전하는 경우 A방향으로 직선 운동하는 제1이동부재(530A)를 구비하는 제1볼스크류장치(540A)와, 구동기어(522)와 치합하여 구동모터(510)가 정방향(제1방향)으로 회전하는 경우 제1이동부재(530A)의 운동방향과 대향되는 방향(B방향)으로 직선 운동하는 제2이동부재(530B)를 구비하는 제2볼스크류장치(540B)를 포함한다.
제1볼스크류장치(540A)는 구동기어(522)와 치합하는 제1기어부(541A)와, 제1기어부(541A)와 일체로 마련되며 외주에 나사부가 형성된 제1볼스크류부(542A)와, 제1볼스크류부(542A)의 회전에 의해 제1볼스크류부(542A)를 따라 진퇴하는 제1이동 부재(530A)를 포함한다.
제2볼스크류장치(540B)는 구동기어(522)와 치합하는 제2기어부(541B)와, 제2기어부(541B)와 일체로 마련되며 외주에 나사부가 형성된 제2볼스크류부(542B)와, 제2볼스크류부(542B)의 회전에 의해 제2볼스크류부(542B)를 따라 진퇴하는 제2이동부재(530B)를 포함한다.
볼스크류장치(520A, 520B)는 제1,2볼스크류부(542A, 542B)가 회전하는 경우 제1,2이동부재(530A, 530B)가 이와 함께 회전하지 아니하고 진퇴운동만을 하도록 하기 위해 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛(550A, 550B)을 더 포함한다.
가이드유닛(550A, 550B)은 볼스크류장치(520A, 520B)와 평행하게 배치되는 제1,2가이드유닛(550A, 550B)을 포함한다.
제1가이드유닛(550A)은 제1기어부(541A)와 치합하는 제1서브기어부(551A)와, 제1서브기어부(551A)와 일체로 마련되며 외주에 나사부가 형성된 제1서브볼스크류부(551A)를 포함한다.
제2가이드유닛(550B)은 제2기어부(541B)와 치합하는 제2서브기어부(551B)와, 제2서브기어부(551B)와 일체로 마련되며 외주에 나사부가 형성된 제2서브볼스크류부(551B)를 포함한다.
제1볼스크류장치(520A)와 제1가이드유닛(550A)은 한 쌍을 형성하고, 제2볼스크류장치(520B)와 제2가이드유닛(550B)은 다른 한 쌍을 형성한다.
제1,2이동부재(530A, 530B)는 대략 직육면체 형상으로 마련되는데, 제1이동부재(530A)는 제1볼스크류장치(520A)의 제1볼스크류부(542A)와 제1가이드유 닛(550A)의 제1서브볼스크류부(551A)에 나사 결합되고, 제2이동부재(530B)는 제2볼스크류장치(540B)의 제2볼스크류부(542B)와 제2가이드유닛(550B)의 제2서브볼스크류부(551B)에 나사 결합되어, 구동모터(510)의 구동시 제1,2이동부재(530A, 530B)가 회전 운동하는 것 없이 진퇴운동만이 가능하게 된다.
이 때, 제1,2이동부재(530A, 530B)는 상호 대향하는 방향으로 직선 진퇴 운동하도록 마련되는데, 이를 위해 제1볼스크류부(542A)는 오른 나사부로 형성되고, 제2볼스크류부(542B)는 왼나사부로 형성된다. 또한, 제1볼스크류부(542A)와 한 쌍을 이루는 제1서브볼스크류부(551A)는 왼나사부로 형성되며, 제2볼스크류부(542B)와 한 쌍을 이루는 제2서브볼스크류부(551B)는 오른나사부로 형성되기 때문에 제1,2이동부재(530A, 530B)가 상호 대향되는 방향으로 원활하게 운동할 수 있다.
또한, 제1,2이동부재(530A, 530B) 각각이 제1,2볼스크류부(542A, 542B) 및 제1,2서브볼스크류부(552A, 552B)에 이중으로 나사 결합하고 있기 때문에 구동모터(510)의 구동시 제1,2이동부재(530A, 530B)가 더욱 안정적으로 운동할 수 있게 된다.
와이어(560)는 바람직하게는 스틸재질로 마련되어 일단은 제1이동부재(530A)에 고정되고, 타단은 제2이동부재(530B)에 고정된다.
와이어(560)는 구동모터(510)의 구동력으로 무릎관절부(420)를 회전시킬 수 있도록 소정정도의 장력을 유지하며 무릎관절부(420)에 결합되는데, 와이어(560)의 중도가 원반형의 무릎관절부(420)의 외주 하측을 감싸도록 구성된다.
따라서 구동모터(510)가 정방향으로 회전하면 도 3,4에 도시된 바와 같이 제 1이동부재(530A)는 제1볼스크류부(542A) 및 제1서브볼스크류부(551A)를 따라 A방향으로 이동하며, 이와 동시에 제2이동부재(530B)는 제2볼스크류부(542B) 및 제2서브볼스크류부(551B)를 따라 B방향으로 이동한다. 제1,2이동부재(530A, 530B)에 고정된 와이어는 제1,2이동부재(530A, 530B)의 이동에 따라 운동하게 되어 무릎관절부(420)가 회전한다.
또한, 구동모터(510)가 역방향으로 회전하면 제1,2이동부재(530A, 530B)가 구동모터(510)의 정방향 회전시의 운동방향과 반대방향으로 운동하고, 이와 결합된 와이어(560) 역시 반대방향으로 운동하여 무릎관절부(420)가 반대방향으로 회전한다.
상기와 같은 구성으로 본 발명의 일 실시예는 단일의 구동모터를 이용하여 와이어와 결합하는 관절부를 안정적으로 회전시킬 수 있게 된다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관절구동장치 및 이를 구비하는 로봇에 대해 설명하기로 한다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무릎 관절구동장치를 나타내는 사시도이다.
다른 실시예에 따른 관절구동장치(500')는 가이드유닛에 차이가 있을 뿐 일 실시예에 따른 무릎 관절구동장치에 실질적으로 동일하게 마련된다.
다른 실시예에 따른 관절구동장치 중 일 실시예와 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 부여하고 그 설명을 생각하기로 한다.
다른 실시예에 따른 관절구동장치(500')에 포함되는 가이드유닛은 도 5에 도 시된 바와 같이 제1,2볼스크류부(542A, 542B)와 평행하게 배치되는 제1,2가이드바(570A,570B)를 포함한다.
제1,2가이드바(570A,570B)는 동일하게 형성되는데, 제1,2가이드바(570A,570B)는 제1,2볼스크류부(542A, 542B)와 평행하게 배치되어 제1,2이동부재(530A, 530B)에 동력 전달하지 아니한 채 제1,2이동부재(530A, 530B)의 직선 운동이 가능하도록 회전하는 것을 방지하는 기능을 하게 된다. 즉, 제1,2가이드바(570A,570B)는 제1,2이동부재(530A, 530B)의 슬라이딩 운동을 가이드하게 된다.
따라서 구동모터(510)의 구동시 제1,2이동부재(530A, 530B)가 회전 운동하는 것 없이 진퇴운동만이 가능하게 된다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 관절부의 구동을 위한 관절구동장치에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 관절부의 관절구동장치를 나타내는 사시도이다.
발목 관절부의 구동을 위한 관절구동장치(500'')는 피치 방향의 회전관절(231)를 구동하기 위한 것으로, 구동모터(510)와 볼스크류장치(520A, 520B)의 결합방식에 있어 무릎관절부의 구동을 위한 관절구동장치와 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 동일하게 마련될 수 있다.
발목 관절부의 구동을 위한 관절구동장치 중 무릎관절부의 구동을 위한 관절구동장치와 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 부여하고 그 설명을 생각하기로 한다.
발목 관절부(231)의 구동을 위한 관절구동장치(500'')에 포함되는 도 6에 도시된 바와 같이 구동모터(510)는 정, 역 방향으로 회전 가능한 것으로 마련되고, 구동모터(510)의 회전축에는 구동기어부(524)가 직결된다.
볼스크류장치(520A, 520B)는 별도의 기어부의 구성없이 제1,2기어부(541A, 541B)가 구동모터(510)의 구동기어부(524)와 직접 치차 결합함으로써 구동모터(510)의 구동력을 볼스크류장치(520A, 520B)에 전달하여 무릎관절부(420)의 구동을 위한 관절구동장치(500)와 동일한 동작의 수행을 가능하게 한다.
상기에서는 발목 관절부 및 무릎 관절부를 위한 관절구동장치의 구성을 달리하여 설명하고 있지만, 관절구동장치가 수용되는 수용공간의 형상 및 크기에 따라 구동모터와 볼스큐장치간의 결합관계가 달라질 수 있다.
즉, 발목 관절부를 위한 관절구동장치의 구성이 무릎관절부의 구동을 위해 사용될 수 있으며, 무릎관절부를 위한 관절구동장치의 구성이 발목관절부의 구동을 위해 사용될 수 있다. 또한, 기타 다른 관절부의 구동을 위해 본 발명의 실시예의 관절구동장치가 사용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인간형 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 인간형 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 관절구동장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 무릎 관절구동장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무릎 관절구동장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 관절부의 관절구동장치를 나타내는 사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10 : 동체 20R, 20L : 팔
30 : 머리 40R, 40L : 다리
420 : 무릎관절부 431 : 피치 방향 회전관절
500 : 관절구동장치 510 : 구동모터
520A, 520B : 볼스크류장치 530A, 530B : 이동부재
542A, 542B : 볼스크류부 550A, 550B : 가이드유닛
551A, 551B : 서브볼스크류부.

Claims (21)

  1. 정,역회전 가능하게 마련된 구동모터와,
    상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와,
    양단이 상기 한 쌍의 이동부재 각각과 연결된 와이어와,
    상기 와이어에 감겨 상기 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    한 쌍의 볼스크류부를 더 포함하고, 상기 이동부재 각각은 상기 한 쌍의 볼스크류부 각각에 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 볼스크류부는 상기 구동모터와 치차 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 구동모터의 구동력을 상기 한 쌍의 볼스크류부에 전달하기 위한 벨트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  8. 구동모터와 상기 구동모터와 연결된 기어부를 구비하는 구동부와,
    상기 기어부와 치차결합하는 한 쌍의 볼 스크류부와,
    상기 한 쌍의 볼 스크류부 각각에 마련되어 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와,
    양단이 상기 한 쌍의 이동부재 각각과 연결되어 상기 한 쌍의 이동부재의 이 동에 따라 운동하는 와이어와,
    상기 와이어의 운동에 따라 구동되는 관절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절구동장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 와이어는 소정장력을 유지하며 상기 관절부의 외주부의 일측을 감싸는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  13. 정,역회전 가능한 구동모터와,
    상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 제1방향 회전에 따라 직선 운동하는 제1이동부재를 구비하는 제1볼스크류장치와,
    상기 구동모터와 결합하여 상기 제1방향 회전에 따라 상기 제1이동부재와 반대방향으로 직선 운동하는 제2이동부재를 구비하는 제2볼스크류장치와,
    상기 제1,2이동부재와 연결되는 와이어와,
    상기 와이어의 운동에 의해 회전 가능하게 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전 운동하는 관절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 관절구동장치.
  14. 적어도 하나의 관절부와, 상기 관절부의 구동을 위해 마련된 적어도 하나의 관절구동장치를 포함하는 로봇에 있어서,
    상기 적어도 하나의 관절구동장치는 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 회전에 따라 상호 대향되는 방향으로 직선 운동하는 한 쌍의 이동부재와, 소정 장력을 유지하며 상기 한 쌍의 이동부재와 상기 관절부를 연결하여 상기 한 쌍의 이동부재의 운동에 따라 상기 관절부를 회전시키는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 관절구동장치는 한 쌍의 볼스크류부를 더 포함하고, 상기 이동부재 각각은 상기 한 쌍의 볼스크류부 각각에 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 관절구동장치는 상기 이동부재의 직선 운동을 가이드하는 가이드유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 치차 결합하는 서브볼스크류부를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 서브볼스크류부와 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 가이드유닛은 상기 볼스크류부와 평행하게 배치되는 가이드바를 포함하고, 상기 가이드바는 상기 이동부재의 슬라이딩 운동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 한 쌍의 볼스크류부는 상기 구동모터와 치차 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 관절구동장치는 상기 구동모터의 구동력을 상기 한 쌍의 볼스크류부에 전달하기 위한 벨트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  21. 적어도 하나의 관절부와, 상기 관절부의 구동을 위해 마련된 적어도 하나의 관절구동장치를 포함하는 로봇에 있어서,
    상기 적어도 하나의 관절구동장치 각각은 정,역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 구동모터의 제1방향 회전에 따라 직선 운동하는 제1이동부재를 구비하는 제1볼스크류장치와, 상기 구동모터와 결합하여 상기 제1방향 회전에 따라 상기 제1이동부재와 마주보는 방향으로 직선 운동하는 제2이동부재를 구비하는 제2볼스크류장치와, 상기 제1,2이동부재와 연결되는 와이어와, 상기 와이어의 운동에 의해 회전 가능하게 결합되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전 운동하는 관절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
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