KR20100078890A

KR20100078890A - The neck of an android robot with serial 3 d.o.f mechanism

Info

Publication number: KR20100078890A
Application number: KR1020080137270A
Authority: KR
Inventors: 최동운; 박현섭; 손웅희; 김홍석; 이호길
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-07-08

Abstract

PURPOSE: A triple-joint neck mechanism of an android robot with a serial structure is provided to prevent skin or clothes from being hung on links by embedding the links inside a frame of a back. CONSTITUTION: A triple-joint neck mechanism of an android robot with a serial structure comprises a pitch, a roll, and a yaw joint(1,2,3). The pitch joint is installed inside the head. The roll joint is positioned under an arm. The yaw joint is positioned inside the neck and occupies a small space in parallel to the neck. The convenience of mechanical analysis is improved by straightly arranging all joints.

Description

THREE NECK OF AN ANDROID ROBOT WITH SERIAL 3 D.O.F MECHANISM}

본 발명은 직렬 구조를 갖는 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구에 관한 것이다. 안드로이드 로봇의 목 설계에 대한 내용으로 협소한 공간 안에 조인트의 효과적인 배치와 직렬형 구조로 인한 두께의 감소 및 기구학 해석의 용이함을 실현하고 인간의 목 움직임을 3 D.O.F 로 설계에 관한 것이다.The present invention relates to a three-joint neck mechanism of an android robot having a serial structure. The neck design of the Android robot is about 3 D.O.F design of the human neck movement by realizing the effective placement of the joint in a narrow space, the reduction of the thickness due to the serial structure and the ease of kinematic analysis.

안드로이드 로봇은 인간과 유사함에 있어서 휴머노이드 로봇보다 더 인간에 가까운 형상을 추구한다. 따라서 그 공간의 제약성이 휴머노이드 로봇보다 더 크다. 특히 인간의 목은 일반적인 미적 기준으로 가늘수록 그 아름다움을 높게 평가하기에 안드로이드 로봇의 목은 매우 가늘 필요가 있다. 또한, 인간의 목은 3차원적인 움직임을 보여주기 때문에 이를 표현하면서도 가는 목을 만드는 것이 핵심이다. 이에 덧붙여 로봇의 제어를 위해서는 기구학적인 해석이 필요하며 모든 조인트가 일직선상에 있는 구조가 가장 해석이 간단하고 공간적인 면도 적게 차지하는 장 점이 있다.Android robots are more human-like than humanoid robots. Therefore, the space is more constrained than humanoid robots. In particular, the neck of an Android robot needs to be very thin because the neck of a human being is valued as a general aesthetic standard. In addition, since the human neck shows three-dimensional movement, it is essential to make the neck thin while expressing it. In addition, the kinematic analysis is required for the control of the robot, and the structure in which all the joints are in a straight line has the advantage of being the simplest to analyze and taking up less space.

본 발명은 안드로이드 로봇의 목 부분을 가늘게 하여 미적 평가가 높이기 위하여 목을 가늘게 형상화하는 것이 요구되고, 인간의 목의 움직임을 제한된 공간 안에서 표현해야 하기에 움직임을 고려한 효과적인 설계를 제공하고자 한다.The present invention aims to provide an effective design considering motion because it is required to shape the neck in order to increase the aesthetic evaluation by thinning the neck of the Android robot and to express the movement of the human neck in a limited space.

본 발명은 직렬 구조를 갖는 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구를 제공한다.The present invention provides a three-joint neck mechanism of an android robot having a serial structure.

본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구는 피치 조인트는 머리의 안에 들어가게 하고 롤 조인트는 팔 아래쪽으로 배치하여 목 안에는 목과 평행 방향으로 공간을 적게 차지하는 요 조인트만 배치되도록 하였다. 또한, 제어를 위한 기구학을 간단하게 풀기 위하여 모든 조인트는 일직선으로 배치하여 기구학의 해석의 편의를 도모하며 일직선 구조로 인한 공간 절약을 실현하였다. 팔 아래로 내려간 롤 조인트는 2중 링크 구조를 통해 동력을 목 쪽으로 전달하여 이 링크들은 등 부분 플레임 안에 내장되어 동작 시 피부나 옷의 걸림을 방지하였다. 또한, 모든 구동부들은 모듈로 설계되어 분해 및 조립이 간단하여 유지 보수의 용이함을 도모하였다.In the three-joint neck mechanism of the Android robot according to the present invention, the pitch joint is placed in the head and the roll joint is disposed under the arm so that only the yaw joint occupies less space in the direction parallel to the neck. In addition, in order to easily solve the kinematics for control, all the joints are arranged in a straight line to facilitate the analysis of the kinematics and realize space saving due to the straight structure. The roll joints down the arm transmit power to the neck through a double link structure, which is embedded in the back flame to prevent skin or clothing from being caught during operation. In addition, all the driving units are designed as a module to facilitate easy maintenance and disassembly and assembly.

안드로이드 로봇은 인간과 유사한 외형을 지니기에 목의 구조 역시 인간의 목의 움직임을 표현 가능한 자유도를 가지고 있어야 하고 유사한 외형 표현을 위해 그 공간 제약이 있다. 인간의 목 움직임이 크게 롤(Roll), 요(Yaw), 피치(Pitch) 3가지 움직임으로 나눌 수 있는 것에 착안하여 이 3가지 움직임을 가지면서 공간 차지를 최소화할 수 있는 설계를 제안한다. 인간의 목은 대부분의 휴머노이드의 목보다 가늘다. 또한, 외형상 목은 가늘수록 일반적으로 아름답게 여겨진다. 따라서 안드로이드의 목의 구조는 최대한 가늘어야 하고 이를 위해 본 설계에서는 피치 조인트는 머리의 안에 들어가게 하고 롤 조인트는 팔 아래쪽으로 배치하여 목 안에는 목과 평행 방향으로 공간을 적게 차지하는 요 조인트만 배치되도록 하였다. Android robots have a shape similar to that of humans, so the structure of the neck must also have the degree of freedom to express the movements of the human neck. Focusing on the human neck movement can be largely divided into three movements: roll, yaw, and pitch, we propose a design that can minimize space occupancy with these three movements. The human neck is thinner than the neck of most humanoids. Also, the thinner the neck, the more generally it is considered beautiful. Therefore, Android's neck structure should be as thin as possible. For this design, the pitch joint is placed inside the head and the roll joint is placed under the arm so that only the yaw joint in the neck takes up less space in the direction parallel to the neck.

또한, 제어를 위한 기구학을 간단하게 풀기 위하여 모든 조인트는 일직선으로 배치하여 기구학의 해석의 편의를 도모하며 일직선 구조로 인한 공간 절약을 실현하였다. 팔 아래로 내려간 롤 조인트는 2중 링크 구조를 통해 동력을 목 쪽으로 전달하여 이 링크들은 등 부분 플레임 안에 내장되어 동작 시 피부나 옷의 걸림을 방지하였다. 또한, 모든 구동부들은 모듈로 설계되어 분해 및 조립이 간단하여 유지 보수의 용이함을 도모하였다.In addition, in order to easily solve the kinematics for control, all the joints are arranged in a straight line to facilitate the analysis of the kinematics and realize space saving due to the straight structure. The roll joints down the arm transmit power to the neck through a double link structure, which is embedded in the back flame to prevent skin or clothing from being caught during operation. In addition, all the driving units are designed as a module to facilitate easy maintenance and disassembly and assembly.

본 발명에 따른 안드로이드 목 기구는 3 D.O.F 직렬 구조를 가지며 몸체로부 터 머리의 순서로 롤(1), 요(2), 피치(3)의 순서로 구성된다. 각 조인트는 모터와 감속기의 조합으로 이루어진 모듈 구성이며 각 모터는 엔코더가 장착되어 위치 제어가 가능하고 포지션 정렬을 위한 근접 센서(4)가 이용된다. 이 조인트들은 구동축이 정확히 일직선상에 위치되며 모든 동작 축은 한 점에 집중된다. 안드로이드 로봇의 목은 가늘어야 하므로 실제 구동축이 아닌 동력부는 분산될 수 있으면 분산시키는 것이 효율적이다. 이에 머리의 상하 움직임을 내는 피치 조인트는 턱 뒤쪽에 위치되고 목의 길이 방향과 일치되는 요 조인트는 목 안에 위치되며 롤 조인트는 구동부와 동력부가 분리되어 동력부는 팔 아래에 위치되어 목 안에 최소한의 공간 소모를 가능하게 한다. Android neck implement according to the present invention has a 3 D.O.F serial structure and is configured in the order of the roll (1), yaw (2), pitch (3) in the order of the head from the body. Each joint is a modular configuration consisting of a combination of a motor and a reducer, and each motor is equipped with an encoder to enable position control and a proximity sensor 4 is used for position alignment. These joints are located exactly in line with the drive shaft and all axes of motion are concentrated at one point. Since the neck of an Android robot must be thin, it is more efficient to distribute the power part than the actual driving shaft if it can be distributed. The pitch joint, which moves the head up and down, is located behind the jaw, and the yaw joint that matches the longitudinal direction of the neck is located inside the neck. The roll joint is separated from the driving part and the power part. Enable consumption.

각 조인트들의 동작 방식을 설명하면 다음과 같다. 먼저 롤 조인트는 구동 부(5)와 동력부(6)로 나뉘며 구동부는 모터(7)와 감속기(8)가 병렬로 위치되고 벨트(9) 구동을 통해 공간 절약을 이루었다. 이 두 부분이 떨어져 있기에 이들은 2중 링크 (10)으로 연결된다. 이 링크는 등 안에 숨겨져서 튀어나오는 부분이 없으며 따라서 옷이나 피부와의 걸림을 방지할 수 있다. 요 조인트는 목 안에 위치하며(11) 모터와 감속기의 직접 연결로 공간을 매우 적게 차지한다. 피치 조인트는 턱의 뒤쪽에 위치하며 (12) 머리의 여유 공간을 사용하므로 공간 활용도가 높고 연결 브라켓의 다양한 탭 위치(13)로 머리의 부착 각도의 변형이 가능하다. 각 조인트들은 핀 홀 (14)을 가지고 있어 이에 핀(15)을 꽂는 간단한 방법으로 고정이 가능하여 별도의 브레이크가 필요 없는 장점이 있다.The operation method of each joint is as follows. First, the roll joint is divided into a driving part 5 and a power part 6, and the driving part has a motor 7 and a reduction gear 8 positioned in parallel, and achieves space saving by driving the belt 9. Since these two parts are separated, they are connected by a double link 10. This link is hidden in the back and does not protrude, thus preventing the clothes and skin from getting caught. The yaw joint is located in the neck (11) and occupies very little space with the direct connection of the motor and the reducer. The pitch joint is located at the back of the jaw and uses 12 heads of free space, so the space utilization is high and the various tap positions 13 of the connecting bracket allow for a change in the attachment angle of the head. Each joint has a pin hole 14 can be fixed in a simple way to plug the pin 15 there is an advantage that does not require a separate brake.

도 1은 본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구의 전체적 후면 구조도로 각 조인트의 배치에 관한 것이고, 1 is an overall rear structural view of the three-joint neck mechanism of the android robot according to the present invention relates to the arrangement of each joint,

도 2는 본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 부분만의 전면 구조도에 관한 것이고,Figure 2 relates to the front structure diagram of only three joints neck portion of the Android robot according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구의 롤 조인트 모듈과 동작 예에 관한 것이고,Figure 3 relates to a roll joint module and an operation example of the three-joint neck mechanism of the android robot according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구의 요 조인트 모듈과 동작 예에 관한 것이고,Figure 4 relates to the yaw joint module and operation example of the three-joint neck mechanism of the android robot according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 안드로이드 로봇의 3관절 목 기구의 피치 조인트 모듈과 동작 예에 관한 것이다.Figure 5 relates to a pitch joint module and operation example of the three-joint neck mechanism of the Android robot according to the present invention.

Claims

The structure of an Android robot's neck in the order of 3 D.O.F roll-yo-pitch.

Android robot neck structure with three joints in series.

The method of fixing the neck by making a hole in each joint and inserting a pin.