KR20100060974A - Haptic joystick having 3-degrees of freedom and robot system using the same - Google Patents

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KR20100060974A
KR20100060974A KR1020080119813A KR20080119813A KR20100060974A KR 20100060974 A KR20100060974 A KR 20100060974A KR 1020080119813 A KR1020080119813 A KR 1020080119813A KR 20080119813 A KR20080119813 A KR 20080119813A KR 20100060974 A KR20100060974 A KR 20100060974A
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Abstract

PURPOSE: A haptic joystick with three degrees of freedom and a robot system using the same are provided to facilitate the storage and carriage by employing a folding structure in which a top plate including a handle is connected to cylindrical joints through a 4-bar link. CONSTITUTION: A haptic joystick with three degrees of freedom comprises a base(110), three cylindrical joints(120), a 4-bar link(140), a top plate(170), and a handle(180). The three cylindrical joints are arranged in the upper side of the base. The 4-bar link is connected to each cylindrical joint. The top plate is connected to the top of the 4-bar link. The handle is connected to the top plate.

Description

3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템{HAPTIC JOYSTICK HAVING 3-DEGREES OF FREEDOM AND ROBOT SYSTEM USING THE SAME}HAFIC JOYSTICK HAVING 3-DEGREES OF FREEDOM AND ROBOT SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 부피에 비하여 작업공간이 넓고 보관 및 휴대가 용이하도록 병렬 접이식 구조를 가지며, 단일 정기구학 해를 통해 정확한 정보를 얻을 수 있는 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a three degree of freedom haptic joystick and a robot system using the same. Specifically, the work space is wider than the volume and has a parallel folding structure for easy storage and portability, and accurate information can be obtained through a single static kinematic solution. The three degrees of freedom haptic joystick and a robot system using the same.

최근 가상현실 시스템의 발달과 함께 컴퓨터와 같은 제어장치에 명령을 입력하거나 컴퓨터의 출력 제어신호를 사람이 직접 느낄 수 있도록 하는 다양한 형태의 사용자 인터페이스가 급속도로 개발되고 있다. 이러한 사용자 인터페이스 중에서 햅틱장치는 사용자로부터 위치입력을 받고, 사용자로 하여금 힘을 느낄 수 있도록 한 양방향 입출력 장치이다.Recently, with the development of a virtual reality system, various types of user interfaces for inputting commands to a control device such as a computer or allowing a person to directly sense output control signals of a computer have been rapidly developed. Among these user interfaces, the haptic device is a bidirectional input / output device that receives a position input from the user and enables the user to feel the power.

일반적으로 이러한 햅틱장치는 모터로 구동되는 기구부, 핸들과 같은 사용자 연결장치, 사용자 연결장치의 위치를 인식하는 센서부, 그리고 이들의 제어와 신호처리를 위한 제어부로 구성된다. 여기서, 기구부는 사용자에게 위치결정의 자유도를 주고, 사용자에게 가해지 힘을 생성시키기 위하여 사용되는 햅틱장치의 한 부분 이며, 사용자 연결장치는 핸들, 골무 등으로 햅틱장치의 기구부를 동작시키기 위하여 사용된다.In general, such a haptic device is composed of a mechanism driven by a motor, a user connecting device such as a handle, a sensor unit recognizing a position of the user connecting device, and a control unit for controlling and signal processing thereof. Here, the mechanical part is a part of the haptic device used to give the user the freedom of positioning and generate the force applied to the user, and the user connecting device is used to operate the mechanical part of the haptic device with a handle, a thimble, or the like.

햅틱장치의 기구부는 햅틱의 사용 용도에 따라 하나 이상의 자유도(degrees of freedom)를 가진다. 여기서, 자유도란 절대 좌표계에 대하여 어떤 기구 또는 운동을 기술할 때 필요한 최소한의 변수 개수로 정의될 수 있으며, 기구의 자유도는 장치가 독립적으로 움직일 수 있는 운동 방향의 개수와 일치한다. 이러한 햅틱장치의 기구자유도는 사용자 연결장치의 운동자유도를 결정하기 때문에, 기구의 자유도에 따라 사용자의 위치결정자유도가 정해진다. 즉, 햅틱장치의 기구 자유도가 얼마가 되느냐에 따라, 사용자의 위치 입력자유도가 결정된다.The mechanical part of the haptic device has one or more degrees of freedom depending on the use of the haptic. Here, the degree of freedom may be defined as the minimum number of variables required when describing an apparatus or motion with respect to the absolute coordinate system, and the degree of freedom of the apparatus coincides with the number of movement directions in which the apparatus can move independently. Since the degree of freedom of movement of the haptic device determines the degree of freedom of movement of the user connection device, the degree of freedom of positioning of the user is determined according to the degree of freedom of the mechanism. That is, the degree of freedom of position input of the user is determined according to the degree of mechanical freedom of the haptic device.

따라서 햅틱장치에는 사용자의 위치입력을 인식하기 위하여 자유도만큼 또는 그 이상의 위치센서가 사용되며, 햅틱장치의 자유도는 상술한 기구의 자유도를 나타낸다.Therefore, the position sensor of the haptic device as much as or more than the degree of freedom is used to recognize the user's position input, the degree of freedom of the haptic device represents the degree of freedom of the above-described mechanism.

햅틱장치의 또 다른 기능인 힘 반영 전달의 특성을 설명하기 위하여 힘 반영 자유도를 정의할 수 있는데 햅틱장치가 사용자에게 힘을 전달시킬 때, 독립적인 힘 반영이 가능한 방향의 수로 그 값이 결정된다. 예컨대, 사람에게 상하, 전후, 좌우방향의 힘을 독립적으로 전달시킬 수 있는 경우, 햅틱장치의 힘 반영 자유도는 3이 되며, 대부분의 경우에는 힘 반영 자유도와 햅틱장치에 사용되는 모터의 개수는 일치한다.In order to explain the characteristic of the force reflection transmission, another function of the haptic device, a force reflection degree can be defined. When the haptic device transmits a force to the user, the value is determined by the number of directions that can independently reflect the force. For example, when the force can be independently transmitted to the person up, down, front, back, left, and right, the haptic device has a force reflection degree of 3, and in most cases, the force reflection freedom and the number of motors used in the haptic device coincide. do.

종래의 햅틱장치는 기구의 자유도와 힘 반영 자유도가 일치된 형태로서 개발되어 사용되어져 왔다. 즉, 기구부가 움직일 수 있는 자유도와 반영되는 힘의 자 유도를 일치시켜 햅틱장치의 기구부가 움직일 수 있는 자유도에 해당하는 만큼 힘 반영 자유도를 가지도록 하였다. 이러한 방법은 사용자에게 기구가 움직일 수 있는 모든 방향으로 힘전달이 가능한 장점이 있으나, 위치인식을 위해 설계된 햅틱 기구의 자유도만큼 구동장치 예컨대 장착되는 모터의 수량이 증가되어 원가가 상승할 뿐만 아니라 각 모터를 고정시키기 위해 햅틱장치가 커지고 복잡해지는 문제점이 있었다.The conventional haptic device has been developed and used as a form in which the freedom of the mechanism and the freedom of force reflection match. In other words, the degree of freedom in which the mechanism can be moved is matched to the degree of freedom in which the mechanism of the haptic device can be moved by matching the induction of the reflected force chair. This method has the advantage that the force can be transmitted to the user in all directions in which the mechanism can move, but the cost increases due to the increase in the number of driving devices, for example, the mounted motor, by the degree of freedom of the haptic mechanism designed for position recognition. There was a problem that the haptic device becomes larger and complicated to fix it.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 부피에 비하여 작업공간이 넓고 보관 및 휴대가 용이하도록 병렬 접이식 구조를 갖는 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a three-degree of freedom haptic joystick and a robot system using the same, having a parallel folding structure so as to solve the problems described above as a work space is wider than the volume and easy to store and carry.

또한, 본 발명의 다른 목적은 단일의 정기구학 해를 통해 정확한 정보를 얻을 수 있는 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a three degree of freedom haptic joystick and a robot system using the same that can obtain accurate information through a single forward kinematics solution.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱은, 베이스와, 상기 베이스의 상면에 배열되는 3개의 실린드리컬(cylindrical) 조인트와, 상기 각 실린드리컬 조인트에 연결되는 4절 링크와, 상기 4절 링크의 상부에 연결되는 상판과, 상기 상판에 결합되는 핸들을 포함한다.The three degree of freedom haptic joystick according to the present invention for achieving the above object includes a base, three cylindrical joints arranged on an upper surface of the base, and four sections connected to the respective cylindrical joints. It includes a link, a top plate connected to the upper portion of the four-section link, and a handle coupled to the top plate.

이때, 상기 실린드리컬 조인트는, 상기 한 쌍의 고정 브래킷 사이에 회전 가 능하게 설치되는 리니어가이드와, 상기 리니어가이드를 따라 이동하는 이동체와, 상기 이동체의 운동변위를 측정하는 변위측정센서를 포함한다. 또한, 상기 변위측정센서는, 상기 리니어가이드와 연동하는 피동축과, 상기 피동축에 연결되는 모터와, 상기 모터의 회전 변위량을 측정하는 엔코더를 포함한다. 또한, 상기 4절 링크는, 양단이 상기 실린드리컬 조인트의 이동체 및 상판에 힌지 결합되는 1링크부재와, 양단이 상기 고정 브래킷 및 제1링크부재의 중단에 힌지 결합되는 제2링크부재를 포함한다.In this case, the cylindrical joint includes a linear guide rotatably installed between the pair of fixing brackets, a movable body moving along the linear guide, and a displacement measuring sensor for measuring a movement displacement of the movable body. . The displacement measuring sensor may include a driven shaft interlocked with the linear guide, a motor connected to the driven shaft, and an encoder measuring a rotational displacement amount of the motor. The four-section link may include a first link member having both ends hinged to the movable body and the upper plate of the cylindrical joint, and a second link member both ends of which are hinged to the stop of the fixing bracket and the first link member. do.

한편, 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇 시스템은, 3자유도 햅틱 조이스틱과, 상기 3자유도 햅틱 조이스틱의 엔코더에서 입력된 신호로 핸들의 위치 및 자세를 결정하는 단일 정기구학 해를 계산하며, 힘 반영 명령을 생성하고 생성된 힘 반영 명령을 이용하여 모터를 제어하는 제어부와, 상기 제어부에서 입력된 핸들의 위치 및 자세를 가상 장치 및 로봇 암을 가동하고 장애물 및 경계 정보를 검출하는 슬레이브 파트를 포함한다.On the other hand, the robot system using the three degree of freedom haptic joystick according to the present invention, the three degree of freedom haptic joystick and the signal input from the encoder of the three degree of freedom haptic joystick, a single static kinematic solution for determining the position and attitude of the handle A control unit for generating a force reflection command and generating a force reflection command and controlling a motor using the generated force reflection command; Contains slave parts.

본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱은 베이스의 상면에 3개의 실린드리컬(cylindrical) 조인트를 배열함으로써 부피에 비하여 작업공간이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.In the three degree of freedom haptic joystick according to the present invention, three cylindrical joints are arranged on the upper surface of the base to obtain an effect of increasing the working space compared to the volume.

또한, 3자유도 햅틱 조이스틱은 핸들을 포함하는 상판이 4절 링크를 통해 각 실린드리컬 조인트와 연결되는 구조, 즉 접이식 구조로 이루어지는바 보관 및 휴대가 용이하며 사용이 편리하다.In addition, the three-degree of freedom haptic joystick has a structure in which the top plate including the handle is connected to each cylindrical joint through a four-section link, that is, a foldable structure, so that it is easy to store and carry and is convenient to use.

특히, 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇 시스템은 단일 정기구학 해를 계산하고 외부로부터 입력된 힘 반영 명령을 이용하여 모터를 제어하는 제어부를 이용하여 정확한 정보(위치 및 자세)를 얻을 수 있는 장점이 있다.In particular, the robot system using the three degree of freedom haptic joystick according to the present invention calculates a single static kinematic solution and obtains accurate information (position and posture) by using a control unit that controls the motor using a force reflection command input from the outside. There are advantages to it.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;

도 1은 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 분해사시도이며, 도 3과 도 4는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 사용상태도이다.1 is a perspective view of a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention, Figures 3 and 4 is the use of the three degree of freedom haptic joystick according to the present invention State diagram.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은, 베이스(110)와, 상기 베이스(110)의 상면에 나란히 배열되는 3개의 실린드리컬(cylindrical) 조인트(120)와, 상기 각 실린드리컬 조인트(120)에 연결되는 4절 링크(140)와, 상기 4절 링크(140)의 상부에 연결되는 상판(170)과, 상기 상판(170)에 결합되는 핸들(180)을 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the three degree of freedom haptic joystick 100 according to the present invention includes three cylinders arranged side by side on a base 110 and an upper surface of the base 110. A joint 120, a four-section link 140 connected to each of the cylindrical joints 120, an upper plate 170 connected to an upper portion of the four-section link 140, and the upper plate 170. A handle 180 to be engaged.

상기 베이스(110)는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)의 설치 시 설치면에 고정되어, 3자유도 햅틱 조이스틱(100)을 안정되게 지지함으로써 원활한 조작이 가능하도록 하는 수단이다. 이를 위하여 상기 베이스(110)는 소정의 넓이를 갖는 중량물인 것이 바람직하되, 상기 3자유도 햅틱 조이스틱(100)의 보관성 및 휴대성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 안정성을 극대화할 수 있는 중량물인 것이 바람직하다.The base 110 is fixed to the installation surface during the installation of the three degree of freedom haptic joystick 100 according to the present invention, it is a means to enable a smooth operation by stably supporting the three degree of freedom haptic joystick (100). To this end, the base 110 is preferably a heavy material having a predetermined width, but is a heavy material capable of maximizing stability within a range that does not affect the storage and portability of the three degree of freedom haptic joystick 100. desirable.

또한, 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은 상기 핸들(180)을 조 작할 경우 상판(170)의 각 모서리가 상하로 이동하며 4절 링크(140)를 움직이며, 상기 4절 링크(140)의 움직임에 의해 X축 및 Y축 방향 회전운동과 Z축 방향 병진 운동이 가능하다. 즉, 상기 핸들(180)을 조작 시 이동하는 상판(170)에 의해 조작되나, 이하에서는 그 설명이 용이하도록 핸들(180)이 아닌 핸들(180)로 통일하여 설명하도록 한다. In addition, the three degree of freedom haptic joystick 100 according to the present invention, when operating the handle 180, each corner of the upper plate 170 moves up and down and moves the four-section link 140, the four-section link By the movement of the 140, X- and Y-axis rotational movements and Z-axis translational movements are possible. In other words, the handle 180 is manipulated by the upper plate 170 that moves during the manipulation, but the following description will be made by unifying the handle 180 instead of the handle 180 to facilitate the description thereof.

상기 베이스(110)의 상면에 배열되는 실린드리컬 조인트(120)는 상기 핸들(180)의 조작 시 직선운동 및 회전운동을 하는 것으로, 그 구성을 살펴보면 한 쌍의 고정 브래킷(122) 사이에 회전 가능하게 설치되는 리니어가이드(124)와, 상기 리니어가이드(124)를 따라 이동하는 이동체(126)로 이루어진다. 이와 같이 구성된 상기 실린드리컬 조인트(120)는 상술한 바와 같이 직선운동과 회전운동을 수행할 수 있는 조인트로, 좀 더 상세하게는 서로 다른 두 방향의 상대운동이 가능한 2자유도 상대운동을 갖는 조인트이다.The cylindrical joint 120 arranged on the upper surface of the base 110 performs linear motion and rotational motion when the handle 180 is manipulated. The configuration of the cylindrical joint 120 rotates between a pair of fixing brackets 122. It consists of a linear guide 124 which is installed as possible, and a moving body 126 moving along the linear guide 124. The cylindrical joint 120 configured as described above is a joint capable of performing linear motion and rotational motion as described above, and more specifically, has two degrees of freedom relative motion capable of relative motion in two different directions. It is a joint.

한편, 상기 실린드리컬 조인트(120)의 일측에는 상기 이동체(126)의 운동변위를 측정하는 변위측정센서(130)가 마련된다. 상기 변위측정센서(130)는 상기 리니어가이드(124)와 연동하는 피동축(132)과, 상기 피동축(132)에 연결되는 모터(134)와, 상기 모터(134)의 회전 변위량을 측정하는 엔코더(136)를 포함한다.On the other hand, one side of the cylindrical joint 120 is provided with a displacement measuring sensor 130 for measuring the movement displacement of the movable body 126. The displacement measuring sensor 130 measures a driven shaft 132 interlocked with the linear guide 124, a motor 134 connected to the driven shaft 132, and a rotation displacement amount of the motor 134. The encoder 136 is included.

이때, 상기 리니어가이드(124)와 피동축(132)은 서로 이격된 상태이므로 벨트 및 풀리와 같은 전동(傳動)수단을 이용하여 동력을 전달하는 것이 바람직하며, 좀 더 확실한 동력전달을 위하여 타이밍벨트와 타이밍기어를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 피동축(132)과 모터(134)의 회전축 사이에도 전동수단이 마련되는데, 두 축을 축방향으로 연결하여 동력을 전달하는 전동수단으로는 커플링(138)이 적합하다.At this time, since the linear guide 124 and the driven shaft 132 are spaced apart from each other, it is preferable to transmit power by using an electric means such as a belt and a pulley, and a timing belt for more reliable power transmission. And timing gears are more preferable. In addition, a transmission means is also provided between the driven shaft 132 and the rotating shaft of the motor 134, the coupling 138 is suitable as a transmission means for connecting the two shafts in the axial direction to transmit power.

이와 같이 구성된 실린드리컬 조인트(120)는 총 3개로 구성되며 상기 베이스(110)의 상면에 나란히 배열되되, 상기 핸들(180)이 X축, Y축 및 Z축 방향으로 자유롭게 조작될 수 있도록 서로 대향하는 방향으로 교번하도록 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 실린드리컬 조인트(120) 중 양측에 위치된 한 쌍의 실린드리컬 조인트(120s)는 서로 동일한 방향으로 설치되고, 중앙에 위치된 실린드리컬 조인트(120c)는 양측에 위치된 한 쌍의 실린드리컬 조인트(120s)와 서로 반대방향으로 설치되는 것이 바람직하다.Cylindrical joint 120 is configured in this way is composed of a total of three and are arranged side by side on the upper surface of the base 110, so that the handle 180 can be freely manipulated in the X-axis, Y-axis and Z-axis direction It is preferably arranged to alternate in opposite directions. That is, as shown in FIG. 2, the pair of cylindrical joints 120s positioned at both sides of the three cylindrical joints 120 are installed in the same direction and are positioned at the center of the cylindrical joint ( 120c) is preferably installed in a direction opposite to each other a pair of cylindrical joints (120s) located on both sides.

상기 4절 링크(140)는 상기 핸들(180)의 조작 시 그에 대한 정확한 정보(위치 및 자세)를 상기 실린드리컬 조인트(120) 측으로 전달하기 위한 수단으로, 양단이 상기 실린드리컬 조인트(120)의 이동체(126) 및 상판(170)에 힌지 결합되는 1링크부재(142)와, 양단이 상기 고정 브래킷(122) 및 제1링크부재(142)의 중단에 힌지 결합되는 제2링크부재(144)를 포함한다.The four-section link 140 is a means for transmitting the correct information (position and posture) about the operation to the cylindrical joint 120 when the handle 180 is operated, both ends of the cylindrical joint 120 1 link member 142 hinged to the moving body 126 and the top plate 170 of the) and the second link member (2) hinged to the middle of the fixing bracket 122 and the first link member 142 144).

이러한 구성의 4절 링크(140)의 상단에는 미끄럼 관절(prismatic jonit,150)과 회전 관절(revolute joint,160)로 이루어진 복합 조인트(150,160)가 마련되어, 상기 핸들(180)이 X축, Y축 및 Z축 방향으로 자유롭게 조작될 수 있도록 하였다(도 3 참조).The upper end of the four-section link 140 of this configuration is provided with a composite joint (150,160) consisting of a prismatic jonit (150) and a revolute joint (160), the handle 180 is X-axis, Y-axis And freely manipulated in the Z-axis direction (see FIG. 3).

상술한 복합 조인트(150,160) 중 미끄럼 관절(150)은 상기 상판(170)의 절개부(172) 양측에 마련되는 리니어가이드(152)와, 상기 리니어가이드(152)를 따라 이 동하는 이동체(154)를 포함한다. 또한, 상기 회전 관절(160)은 상기 제1링크부재(142)링크를 미끄럼 관절(150)의 이동체(154)에 회전 가능하게 연결한다.Among the composite joints 150 and 160 described above, the sliding joint 150 includes a linear guide 152 provided at both sides of the cutout 172 of the upper plate 170, and a movable body 154 moving along the linear guide 152. ). In addition, the rotation joint 160 rotatably connects the first link member 142 link to the movable body 154 of the sliding joint 150.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은 병렬형 구조를 가지며, 상기 베이스(110)의 상면에 3개의 실린드리컬 조인트(120)와 4절 링크(140)를 배열함으로써 부피에 비하여 작업공간이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.The three degree of freedom haptic joystick 100 according to the present invention configured as described above has a parallel structure and arranges three cylindrical joints 120 and a four-section link 140 on an upper surface of the base 110. As a result, the work space can be wider than the volume.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은 핸들(180)이 4절 링크(140)를 통해 각 실린드리컬 조인트(120)와 연결되어, 필요시 상기 4절 링크(140)를 벌려 상판(170)이 베이스(110)에 밀착할 수 있는 접이식 구조를 갖는다. 따라서 보관 및 휴대가 용이하고 사용이 편리하다.In addition, the three degree of freedom haptic joystick 100 according to the present invention, as shown in Figure 4, the handle 180 is connected to each cylindrical joint 120 through the four-section link 140, the Open the four-section link 140, the top plate 170 has a folding structure that can be in close contact with the base (110). Therefore, it is easy to store and carry and convenient to use.

도 5는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇시스템의 구성도로, 도 5를 참조하여 상술한 로봇시스템에 대해 살펴보도록 한다.FIG. 5 is a configuration diagram of a robot system using a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention. The robot system described above with reference to FIG. 5 will be described.

본 발명에 의한 로봇시스템은, 3자유도 햅틱 조이스틱(100), 제어부(200) 및 슬레이브 파트(300)를 포함한다.The robot system according to the present invention includes a three degree of freedom haptic joystick 100, a controller 200, and a slave part 300.

우선, 상기 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은 X축, Y축 및 Z축 방향으로 자유롭게 조작할 수 있는 햅틱 조이스틱으로, 부피에 비하여 작업공간이 넓고 보관 및 휴대가 용이하도록 병렬 접이식 구조를 갖는다. First, the three degree of freedom haptic joystick 100 is a haptic joystick that can be freely manipulated in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and has a parallel folding structure so that the work space is wider than the volume and easy to store and carry.

이러한 3자유도 햅틱 조이스틱(100)은 핸들(180)의 조작 시 직선운동 및 회전운동을 하는 실린드리컬 조인트(120)와, 상기 실린드리컬 조인트(120)의 일측에는 상기 이동체(126)의 운동변위를 측정하는 변위측정센서(130)인 모터(134) 및 엔 코더(136)와, 핸들(180)의 조작 시 그에 대한 정확한 정보(위치 및 자세)를 상기 실린드리컬 조인트(120) 측으로 전달하기 위한 4절 링크(140)와, 3자유도 햅틱 조이스틱(100)의 조작을 위한 핸들(180)을 포함한다.The three degree of freedom haptic joystick 100 has a cylindrical joint 120 and a linear motion and a rotary motion when the handle 180 is operated, and one side of the cylindrical joint 120 of the movable body 126 Motor 134 and encoder 136, which is a displacement measuring sensor 130 for measuring movement displacement, and accurate information (position and posture) thereof when the handle 180 is operated, is moved to the cylindrical joint 120 side. A four-section link 140 for transmission, and a handle 180 for the operation of the three degree of freedom haptic joystick 100.

또한, 상기 제어부(200)는 상기 3자유도 햅틱 조이스틱(100)에서 전송된 신호를 이용하여 핸들(180)의 위치 및 자세를 결정하는 단일 정기구학 해를 계산하고, 힘 반영 명령을 생성하며 생성된 힘 반영 명령을 이용하여 3자유도 햅틱 조이스틱(100)을 제어한다.In addition, the control unit 200 calculates a single forward kinematics solution for determining the position and attitude of the handle 180 by using the signal transmitted from the three degree of freedom haptic joystick 100, generates and generates a force reflection command. The 3 degrees of freedom haptic joystick 100 is controlled by using the reflected force command.

또한, 상기 슬레이브 파트(300)는 상기 제어부(200)에서 전송된 핸들(180)의 위치 및 자세를 토대로 장애물 및 경계를 검출하는 가상 장치(310) 및 로봇 암(320)을 포함한다.In addition, the slave part 300 includes a virtual device 310 and a robot arm 320 that detect an obstacle and a boundary based on the position and attitude of the handle 180 transmitted from the controller 200.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 로봇시스템을 이용하여 3자유도 햅틱 조이스틱(100)의 말단의 정보(위치 및 자세)를 얻는 과정을 살펴보도록 한다.Using the robot system according to the present invention configured as described above to look at the process of obtaining information (position and posture) of the end of the three degree of freedom haptic joystick 100.

우선, 사용자에 의해 핸들(180)이 조작되면, 상기 4절 링크(140)와 실린드리컬 조인트(120)에 의해 이동체(도 2의 126)에 운동변위가 발생하고, 상기 엔코더(136)가 이를 측정하여 제어부(200)로 전송한다.First, when the handle 180 is operated by the user, a movement displacement occurs in the movable body 126 of FIG. 2 by the four-section link 140 and the cylindrical joint 120, and the encoder 136 This is measured and transmitted to the control unit 200.

상기 제어부(200)는 엔코더(136)에서 입력된 신호로 핸들(180)의 위치 및 자세를 결정하는 단일 정기구학 해를 계산하고, 핸들(180)의 위치 및 자세 정보를 슬레이브 파트(300)로 전송한다.The control unit 200 calculates a single forward kinematic solution for determining the position and attitude of the handle 180 with the signal input from the encoder 136, and transfers the position and attitude information of the handle 180 to the slave part 300. send.

상기 슬레이브 파트(300)는 제어부(200)에서 전송된 핸들(180)의 위치 및 자세를 토대로 가상 장치(310) 및 로봇 암(320)을 가동하고, 장애물 및 경계를 검출 하며 검출된 장애물 및 경계 정보를 상기 제어부(200)로 재 전송한다.The slave part 300 operates the virtual device 310 and the robot arm 320 based on the position and attitude of the handle 180 transmitted from the controller 200, detects obstacles and boundaries, and detects the detected obstacles and boundaries. The information is retransmitted to the controller 200.

상기 제어부(200)는 슬레이브 파트(300)에서 재 전송된 장애물 및 경계 정보를 이용하여 힘 반영 명령을 생성하고, 힘 반영 알고리즘을 이용하여 모터(134)에 토크신호를 전달하여 사용자가 핸들(180)을 통해 이를 감지할 수 있도록 한다.The controller 200 generates a force reflection command by using the obstacle and boundary information retransmitted from the slave part 300, and transmits a torque signal to the motor 134 by using a force reflection algorithm to handle the user 180. ) To detect this.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템은 부피에 비하여 작업공간이 넓고 보관 및 휴대가 용이하도록 병렬 접이식 구조를 갖는 3자유도 햅틱 조이스틱을 활용하여 단일의 정기구학 해를 통한 정확한 정보를 얻을 수 있다.As described above, the three degree of freedom haptic joystick and the robot system using the same according to the present invention utilize a three degree of freedom haptic joystick having a parallel folding structure so that the working space is wider than the volume and easy to store and carry. You can get accurate information through

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3자유도 햅틱 조이스틱 및 이를 이용한 로봇 시스템의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.Although the configuration and operation of the three degree of freedom haptic joystick and the robot system using the same according to the preferred embodiment of the present invention are illustrated according to the above description and the drawings, these are merely described as an example and do not depart from the spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made therein.

도 1은 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 사시도.1 is a perspective view of a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention;

도 2는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 분해사시도.Figure 2 is an exploded perspective view of a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention.

도 3과 도 4는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱의 사용상태도.3 and 4 is a state of use of the three degree of freedom haptic joystick according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇시스템의 구성도.5 is a block diagram of a robot system using a three degree of freedom haptic joystick according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100: 3자유도 햅틱 조이스틱 110: 베이스100: 3 degree of freedom haptic joystick 110: base

120: 실린드리컬 조인트 130: 변위측정센서120: cylindrical joint 130: displacement measuring sensor

140: 4절 링크 150: 미끄럼 관절140: verse 4 link 150: sliding joint

160: 회전 관절 170: 상판160: rotational joint 170: top plate

180: 핸들180: handle

Claims (11)

베이스;Base; 상기 베이스의 상면에 배열되는 3개의 실린드리컬(cylindrical) 조인트;Three cylindrical joints arranged on an upper surface of the base; 상기 각 실린드리컬 조인트에 연결되는 4절 링크;A four-section link connected to each of the cylindrical joints; 상기 4절 링크의 상부에 연결되는 상판; 및An upper plate connected to an upper portion of the four-section link; And 상기 상판에 결합되는 핸들을 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱.3 degrees of freedom haptic joystick including a handle coupled to the top plate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실린드리컬 조인트는, 한 쌍의 고정 브래킷 사이에 회전 가능하게 설치되는 리니어가이드와, 상기 리니어가이드를 따라 이동하는 이동체와, 상기 이동체의 운동변위를 측정하는 변위측정센서를 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The cylindrical joint is a three degree of freedom including a linear guide rotatably installed between a pair of fixing brackets, a moving body moving along the linear guide, and a displacement measuring sensor for measuring the movement displacement of the moving body Haptic joystick. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 변위측정센서는, 상기 리니어가이드와 연동하는 피동축과, 상기 피동축에 연결되는 모터와, 상기 모터의 회전 변위량을 측정하는 엔코더를 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The displacement measuring sensor includes a driven shaft interlocked with the linear guide, a motor connected to the driven shaft, and an encoder for measuring an amount of rotational displacement of the motor. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 4절 링크는, 양단이 상기 실린드리컬 조인트의 이동체 및 상판에 힌지 결합되는 1링크부재와, 양단이 상기 고정 브래킷 및 제1링크부재의 중단에 힌지 결합되는 제2링크부재를 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The four-section link includes a first link member whose both ends are hinged to the movable body and the upper plate of the cylindrical joint, and a second link member both ends of which are hinged to the middle of the fixing bracket and the first link member. Freedom Haptic Joystick. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 3개의 실린드리컬 조인트는 서로 대향하는 방향으로 교번하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The three degree of freedom haptic joystick, characterized in that the three cylindrical joints are arranged to alternate in the direction opposite to each other. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 4절 링크의 상단은 미끄럼 관절(prismatic joint)과 회전 관절(revolute joint)로 이루어진 복합 조인트에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The upper end of the four-section link is a three-degree of freedom haptic joystick, characterized in that connected by a composite joint consisting of a prismatic joint and a revolute joint. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 미끄럼 관절은, 상기 상판에 마련되는 리니어가이드와, 상기 리니어가이드를 따라 이동하는 이동체를 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The sliding joint is a three degree of freedom haptic joystick including a linear guide provided on the top plate and a moving body moving along the linear guide. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 회전 관절은 제1링크부재를 미끄럼 관절의 이동체에 회전 가능하게 연결하는 것을 특징으로 하는 3자유도 햅틱 조이스틱.The rotary joint is a three degree of freedom haptic joystick, characterized in that for rotatably connecting the first link member to the movable body of the sliding joint. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 피동축과 모터 사이에 커플링이 마련되는 것을 특징으로 하는 3자유도 햅틱 조이스틱.3 degrees of freedom haptic joystick characterized in that the coupling is provided between the driven shaft and the motor. 3자유도 햅틱 조이스틱;Three degree of freedom haptic joystick; 상기 3자유도 햅틱 조이스틱의 엔코더에서 입력된 신호로 핸들의 위치 및 자세를 결정하는 단일 정기구학 해를 계산하며, 힘 반영 명령을 생성하고 생성된 힘 반영 명령을 이용하여 모터를 제어하는 제어부;A control unit for calculating a single forward kinematic solution for determining the position and attitude of the steering wheel with the signal input from the encoder of the three degree of freedom haptic joystick, generating a force reflection command and controlling the motor using the generated force reflection command; 상기 제어부에서 입력된 핸들의 위치 및 자세를 가상 장치 및 로봇 암을 가동하고 장애물 및 경계 정보를 검출하는 슬레이브 파트를 포함하는 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇 시스템.Robot position using a three degree of freedom haptic joystick including a slave part for operating the virtual device and the robot arm to detect the position and attitude of the steering wheel input from the controller. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제어부는 힘 반영 알고리즘을 통해 모터에 토크신호를 전달하고, 핸들을 통해 사용자가 감지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 3자유도 햅틱 조이스틱을 이용한 로봇 시스템.The control unit transmits a torque signal to the motor through a force reflection algorithm, the robot system using a three degree of freedom haptic joystick characterized in that the user can be detected through the handle.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100338013B1 (en) * 2000-04-07 2002-05-24 서일홍 6 Degree of Freedom Parallel Haptic Device
TW546595B (en) * 2002-07-23 2003-08-11 Internet Motion Navigator Corp Six-axis translation-type dynamic simulation device
KR100823095B1 (en) * 2006-04-18 2008-04-18 학교법인 포항공과대학교 Haptic Interface Apparatus for Force Reflected Oxygen Lance Manipulation in Electric Furnace

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112497234A (en) * 2020-12-04 2021-03-16 沈阳通用机器人技术股份有限公司 Four-axis force feedback handle and pose mapping method thereof
CN112497234B (en) * 2020-12-04 2024-02-02 沈阳通用机器人技术股份有限公司 Four-axis force feedback handle and pose mapping method thereof

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