KR20150051450A - Torque control method and device for assembly with elbow moving structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인간의 팔 관절용 보조 기기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인간의 팔에 설치하여 토크를 증가시켜 무거운 물체를 손쉽게 들어올릴 수 있게 하여 팔 근육들을 보호하는 방법과 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 인간의 팔 관절과 근육을 보호하기 위해 사용되는 관절 보호대는 인간이 평상시보다 들어올릴 수 있는 물체의 하중을 증가하는 것이 불가능하고 오히려 무거운 물체를 들어올리기 위한 용도로 장시간 사용시 근육과 피부에 손상을 주는 경우가 발생할 수 있다. Generally, a joint protector used to protect the human arm and muscle is not able to increase the load of an object that can be lifted by the human than usual, but rather to lift a heavy object. May occur.
또한 팔이 없는 인간의 의수는 외형적으로 인간의 팔과 손을 대체하는 것일 뿐이지 물체를 들어올리기 위한 기능이 없거나 부족하기 때문에 팔의 관절이나 근육을 보호하는 것이 아니다. In addition, the human right hand without arms is only to replace human arms and hands in appearance, but it does not protect the joints and muscles of the arm because there is no function to lift the object.
또한 최근에는 산업용으로 인간의 전신에 착용하는 로봇팔을 사용하지만 구조도 복잡하고 무게가 무거워 다루기가 어려울 뿐더러 비용도 매우 높은 문제가 있다. Recently, there is a problem that the robotic arm to be worn on the whole body of a human being for industrial use is used but its structure is complicated, its weight is heavy and it is difficult to handle and the cost is very high.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인간의 팔 상단부에는 고정체가 설치되고, 팔 하단부에는 회전체가 서로 관절 연결 구조가 되도록 연결되어, 물체를 들어올릴 때는 팔에 인가하는 힘에 비례해서 커지는 전기적인 신호의 크기에 따라 회전체에 인가되는 토크가 비례 증가하도록 하였고, 팔 관절의 동작이 일시 정지하였을 때에는 두 관절 구성체들에 인가된 토크가 변화되지 않고 유지되게 함으로써 물체를 들어서 정지한 상태가 지속적으로 유지되며, 팔 관절을 원상태로 복귀하고자 할 때에는 팔의 근육 사용 없이도 회전체가 자동으로 복원되도록 하는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a robot which has a fixed body at the upper end of a human arm and a rotatable joint at the lower end of the arm so that when the object is lifted, The torque applied to the rotating body is proportionally increased according to the magnitude of the signal, and when the operation of the arm joint is temporarily stopped, the torque applied to the two joint constituent bodies is maintained unchanged, When the arm joint is returned to its original state, the rotating body is automatically restored without using the arm muscles.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 팔 상단부에 설치되는 고정체에 구성 요소들을 다단계로 분리 설치하여 힘과 토크가 단계적으로 증가하도록 함으로써 구성 요소들의 사용 부하량 감소 및 부피 또는 하중 분산으로 인하여 설치를 용이하게 하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for installing a plurality of components in a multi-stage structure in a fixed body installed at an upper end of an arm to increase the force and torque step by step, To provide a way to
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 두 관절 구성체들의 관절 운동과는 상관없이 독립적으로 전기적 신호의 크기가 변하는 센서를 이용하여 두 관절 구성체들의 운동을 제어하기 위한 신호를 발생시키는 장치를 제공하는 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a signal for controlling movement of two joint constituent bodies using a sensor in which the magnitude of an electrical signal changes independently of a joint motion of two joint constituent bodies .
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 두 관절 구성체들 간의 힘과 토크를 전달하는 데 있어 직선 운동과 회전 운동의 양방향 변환이 가능한 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a device capable of bi-directional conversion of linear motion and rotational motion in transmitting force and torque between two joint constituents.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 두 관절 구성체들이 원상태로 복원할 때, 복원 장치에 의한 힘이 역방향으로 인가할 때에도 토크를 증가하여 작용시킴으로써 팔의 힘을 사용하지 않더라도 자동으로 구성 요소들의 복원이 가능한 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for automatically restoring components even when the force of the arm is not used by increasing the torque even when the force of the restoring device is applied in the reverse direction, This is to provide a possible method.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 팔 상단부에 설치되는 고정체의 구성 요소들 중 부피와 하중이 커서 설치하기가 불편한 전기 장치와 유압 발생 장치가 없이도 기계식 관절 구조의 다른 조립체로 대신하여 토크를 증가하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electric device having a large volume and a large load among the components of a fixed body installed at the upper end of the arm, And to provide a method for increasing.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 연결 구조를 갖는 조립체는 구성 요소들이 토크 제어를 개시하기 위한 전기적 신호를 발생하는 전기 신호 발생 단계; 상기 전기적 신호를 감지하여 전기적 작동명령 신호를 발생하는 전자제어기; 상기 전자제어기의 전기적 작동명령 신호에 의해 구동되는 전기 장치 제어 단계; 모터를 통해 펌프로 유압을 발생하는 유압 발생 단계; 상기 발생한 유압을 통해 힘을 증가하는 힘 증폭 단계; 상기 증가한 힘이 직선 운동에서 회전 운동의 토크로 변환되고 반대 방향으로도 전환 가능한 토크 변환 단계; 상기 전달된 토크가 구동기어와 피동기어간의 기어 감속비를 이용하여 회전체의 토크와 회전 각속도를 증가시키는 토크 증폭 단계; 회전체가 원상태로 자동 복원이 되도록 반력을 제공하는 복원 장치 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an assembly having a joint connection structure, including: an electric signal generating step of generating electric signals for starting torque control of components; An electronic controller for sensing the electrical signal and generating an electrical operation command signal; An electric device control step driven by an electric operation command signal of the electronic controller; A hydraulic pressure generating step of generating hydraulic pressure by a pump through a motor; A force amplifying step of increasing a force through the generated hydraulic pressure; A torque conversion step in which the increased force is converted into a torque of a rotary motion in a linear motion and is also switchable in an opposite direction; A torque amplifying step of increasing the torque and the rotational angular velocity of the rotating body by using the transmitted gear reduction ratio between the driving gear and the driven gear; And a restoring device step of providing a reaction force such that the rotating body is automatically restored to its original state.
또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 전기 신호 발생 단계에서의 전기적 신호 크기에 따라 회전체의 토크 증가 및 두 관절 구성체에 인가된 토크 유지, 토크 자동 소멸 제어가 되도록 한 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling torque of a rotating body, torque applied to two joint structures, and automatic torque deceleration control according to an electrical signal magnitude in an electrical signal generating step Can be provided.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기적 신호 발생 단계는 물체를 들어올리기 위하여 팔에 인가한 힘의 크기에 따라 팔 근육의 신체적 변화량이 측정되거나 사용자가 의도적으로 전기적 신호의 크기를 조정할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for generating an electrical signal, the method comprising the steps of: measuring a physical change amount of an arm muscle according to a magnitude of a force applied to an arm for lifting an object; It is possible to provide a means for adjusting the size of the lens.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 토크 변환 단계는 직선 운동을 하는 힘이 회전 운동을 하는 토크로 변환이 되고, 반대로도 전환 가능하도록 크랭크운동 또는 랙 피니언 기어 조합 기구와 같은 수단을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a torque converter including a crankshaft or a rack pinion gear combination mechanism, And the like.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복원 장치 단계는, 고정체와 회전체가 원 상태로의 복원을 위하여 역방향으로 회전할 때라도 스프링 반력 또는 다른 형태의 외부 장치의 힘에 의해서 발생하는 토크가 상기의 토크 증폭 단계에서 증가하여 역방향으로 전달되도록 한 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for recovering a rotating body, the method comprising: Can be increased in the torque amplification step and transmitted in the reverse direction.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 조립체의 토크 제어를 위하여 고정체에 필수적으로 설치되어야 할 구성 요소들이 부피와 하중이 커서 조립체 이외의 장소에 설치할 수 있는 구성 요소들과 유압 전달 통로를 연장하는 수단으로 연결되도록 한 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a torque of an assembly, the method comprising the steps of: And the hydraulic pressure transmission passage may be connected to each other by a means for extending the hydraulic pressure transmission passage.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기의 전기 신호 발생 단계 및 부피 또는 하중이 큰 전자제어기, 전기 장치 제어 단계와 펌프 대신에, 관절 연결 구조를 갖는 또 다른 기계식 조립체를 사용하는 기계적 수단으로 토크를 발생하여 유압을 발생하는 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an electronic apparatus, including the steps of generating the electric signal, the electronic controller having a large volume or a load, It is possible to provide a method of generating torque by mechanical means using an assembly to generate hydraulic pressure.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.
(1) 본 발명은 인간의 팔에 설치되어, 관절 연결 구조를 갖는 조립체에 토크를 증가 작용하게 함으로써, 인간의 팔 힘과 함께 보조적으로 사용될 경우, 적은 팔힘으로도 큰 하중의 물체를 손쉽게 들을 수 있으며, 팔 관절 운동이 멈추었더라도 이미 증가한 토크 상태로 계속 유지되어 장시간 동안이라도 적은 힘으로 물체를 들고 있는 상태로 유지할 수 있으며, 팔 관절을 원상태로 복귀할 때에도 별도의 팔 힘을 가하지 않아도 인가되었던 토크가 자동으로 사라져 팔 관절이 자동 복원됨으로써 인간의 팔 관절과 근육을 보호할 수 있다.(1) According to the present invention, when an arm is attached to a human arm and an assembly having a joint-linking structure is operated to increase torque, it is possible to easily listen to an object having a large load Even if the arm motion is stopped, it can be maintained in the already increased torque state, so that the object can be held with a small force even for a long period of time. Also, when returning the arm joint to its original state, Is automatically disappeared and the arm joints are automatically restored, thereby protecting the human arm joints and muscles.
(2) 본 발명은 구성 요소별로 힘과 토크가 다단계적으로 증가함으로써, 각 구성 요소들의 사용 부하량을 감소할 수 있어 내구성을 높임은 물론 부피를 줄일 수 있어 조립체에의 설치 공간 또는 무게 제약의 문제점을 해결할 수 있고, 필요에 따라서 부피 또는 하중이 큰 구성 요소들을 조립체 이외의 장소에 설치할 수 있어 인간 신체에 부과되는 하중을 감소시킬 수 있다.(2) According to the present invention, since the force and the torque are increased step by step for each constituent element, it is possible to reduce the usage load of each constituent element, thereby increasing the durability and reducing the volume. And it is possible to install the components having a large volume or a large load in a place other than the assembly, if necessary, so that the load imposed on the human body can be reduced.
(3) 본 발명은 유압 발생을 위해 사용되어 부피 또는 하중이 큰 전기 장치와 유압 장치들을 대신하여 기계적 관절 연결 구조를 갖는 가벼운 조립체로 대체 사용하여 휴대성을 높일 수 있다. (3) The present invention can be replaced with a lightweight assembly having a mechanical joint connection structure in place of an electric device and a hydraulic device which are used for generating hydraulic pressure and have a large volume or load, thereby enhancing portability.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관절 연결 구조를 갖는 조립체의 토크 증가 제어 작동 개시 이전을 도시한 구성도
도 2는 도 1의 토크 증가 제어 작동이 완료된 후의 상태를 도시한 설명도
도 3은 도 1의 전기적인 하중감지 신호에 따른 구성 요소들의 작동 흐름도
도 4는 조립체에 필수적으로 설치하여야할 구성 요소들이 설치된 상태 설명도
도 5는 관절 연결 구조를 갖는 2개의 기계적인 조립체들을 이용하여 토크를 제어하는 방법을 도시한 구성도Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a view showing a configuration before a torque increase control operation of an assembly having a joint connection structure according to a preferred embodiment of the present invention
Fig. 2 is an explanatory diagram showing a state after the torque increase control operation of Fig. 1 is completed
FIG. 3 is a flow chart of the operation of the components according to the electrical load sensing signal of FIG.
Figure 4 is an explanatory view of a state in which constituent elements to be installed in an assembly are installed in an assembly
5 is a diagram illustrating a method of controlling torque using two mechanical assemblies having a joint connection structure
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하고 있는 실시 예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예로 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관절 연결 구조를 갖는 조립체의 토크 증가 제어 작동이 개시 이전을 도시한 구성도이고, 도 2는 관절 연결 구조를 갖는 조립체의 토크 증가 제어 작동이 완료된 후의 상태를 도시한 설명도이며, 도 3은 전기적 하중감지 센서의 전기적 신호에 의해 전기 장치들이 제어되는 방법을 설명한 작동 흐름도이고, 도 4는 토크 제어를 위해 조립체 이외의 장소에는 설치할 수 없는 필수적인 구성 요소들만이 팔에 설치된 상태를 도시한 설명도이며, 도 5는 토크 증가 제어를 위한 전기적인 명령신호와 전기적 장치들에 의한 유압 발생단계가 없이도 관절 연결 구조를 갖는 또 다른 기계적인 조립체로 대체하여 토크를 제어하는 방법을 도시한 구성도이다. FIG. 1 is a view showing a state before the initiation of torque increase control operation of an assembly having a joint connection structure according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a state after the torque increase control operation of the assembly having a joint connection structure is completed Fig. 3 is an operation flow chart for explaining a method in which electric devices are controlled by an electric signal of an electric load sensing sensor, Fig. 4 is an operation flowchart for explaining a method of controlling only the essential components that can not be installed in places other than the assembly Fig. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the torque is increased by replacing the electric command signal for the torque increase control and another mechanical assembly having a joint connection structure without the hydraulic pressure generating step by the electric devices, FIG. 2 is a block diagram showing a method for controlling the power supply.
도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 인간이 물체를 들어올릴 때는 팔 하단부의 특정 사용 근육이 변형을 일으키고, 힘을 가하는 것에 비례해서 그 형상과 크기가 변화한다. 이때 사용된 근육의 변형으로 인하여 근육의 특정 부위의 크기가 커질 때 발생하는 힘을 로드 셀과 같은 센서를 이용하여 전압 형태로 출력되는 전기적 신호 발생기를 이용한다. 이를 본 발명에서는 전기적 하중감지 센서(1)로 정의하고 회전체(200)에 설치하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 설치 장소는 물론, 들어올리려는 물체의 하중의 크기에 따라 사용자가 의도적으로 전압이나 저항과 같은 전기적 신호의 크기를 조정할 수 있는 전자식 조절기를 이용하는 다양한 방법으로 구성할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 3, according to a preferred embodiment of the present invention, when a person lifts an object, a specific use muscle at the lower end of the arm deforms and changes its shape and size in proportion to the force applied . At this time, an electric signal generator is used which outputs a force generated when the size of a specific part of the muscle is enlarged due to the deformation of the used muscle, in the form of a voltage using a sensor such as a load cell. In the present invention, it is described that the
물체를 들어올릴 때, 전기적 하중감지 센서(1)에는 근육 변형량의 크기에 비례해서 인가되는 힘도 커지고 시간당 전압 변화량이 증가한 하중감지 신호(1a)가 전자제어기(10)로 입력된다. When the object is lifted, the
전자제어기(10)는 입력되는 하중감지 신호(1a)의 전압이 시간당 증가하는 변화량을 계산하여 그 변화량 크기에 비례해서 유량제어 체크밸브(40)의 개도 량이 증가하도록 함으로써 유압실린더(60)로 유입되는 가압 유체(30a)의 공급 통로 면적 크기를 결정하는 유량제어 신호(40a)를 제공하고, 동시에 상기 신호 전압 변화량 크기에 비례해서 펌프(30)를 구동하기 위한 펌프 구동모터(20)의 회전 속도를 결정하는 모터구동 신호(20a)를 제공한다. 이때 드레인 솔레노이드밸브(50)는 드레인 신호(50a)가 차단되어 작동을 안 한다.The
펌프 구동모터(20)가 작동하면 펌프(30)가 구동되고, 유량제어 체크밸브(40)를 통해 가압 유체(30a)가 유압실린더(60)로 유입되어 실린더피스톤(61)이 이동되고, 피스톤 로드(62)와 연결된 부스터(70)의 부스터피스톤(71)도 동시에 이동된다. 이때, 유압실린더(60)로 유입되는 가압 유체(30a)의 유압은 펌프(30)의 가압 용량에 의해 결정되며, 가압 유체(30a)의 유입 속도는 유량제어 체크밸브(40)의 개도 량과 펌프 구동모터(20)의 시간당 회전수가 클수록 커진다.When the
따라서 가압 유체(30a)의 유입 속도에 비례하여 부스터피스톤(71)의 이동 속도도 증가하고, 부스터피스톤(71)은 엑츄에이터(80)로 작동 유체(70a)를 상기 이동 속도로 가압하여 유입시키며, 부스터피스톤(71)보다 직경이 큰 엑츄에이터 피스톤(81)에는 부스터피스톤(71)과의 단면적 비만큼 증가한 힘이 전달되어, 엑츄에이터 로드(82)를 통하여 컨넥팅로드 어셈블리(91)에 그 증가한 힘이 전달된다. 이때 전달된 힘의 전달 속도는 작동 유체(70)가 엑츄에이터(80)로의 유입되는 속도에 좌우되며, 전달된 힘의 크기는 엑츄에이터(80)내의 복원스프링(83)의 반력이 제외된 만큼이 전달된다.Accordingly, the moving speed of the booster piston 71 also increases in proportion to the inflow speed of the
한편 컨넥팅로드 어셈블리(91)는 구동기어(90)와 크랭크운동이 가능하도록 연결되어 있어 엑츄에이터 로드(82)가 상기 전달된 힘과 속도로 직선 운동을 하면 구동기어(90)는 그에 비례하는 회전 각속도를 갖고 회전 운동을 하는 토크로 변환된다. 이때, 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 방법은 이에 한정되지 않고 랙 피니언과 같은 기어 조합 기구를 이용하는 것을 포함하여 다양한 방법으로 구성할 수 있다.Meanwhile, the connecting
상기 토크와 회전 각속도로 구동기어(90)가 회전하면 회전체(200)에 종속된 피동기어(100)는 구동기어(90)와 반대 방향으로 회전축(A)을 기준으로 회전되면서 회전체(200)와 고정체(300)가 이루는 각을 감소시킴과 동시에 증가한 토크가 전달된다. 이때, 회전체(200)의 피동기어(100)는 구동기어(90)와의 기어 감속비만큼 구동기어(90)에서 발생한 토크와 회전 각속도가 증가하여 전달되며, 이에 한정하지 않고 토크가 증가하는 단계를 다양한 방법으로 구성할 수 있다.When the
또한 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, 근육의 힘을 유지하면서 물체를 들어올리는 도중에 일시적으로 정지할 경우는, 하중감지 신호(1a)는 시간당 전압 변화가 없어 전자제어기(10)는 모터구동 신호(20a)와 유량제어 신호(40a)를 제거하여 펌프 구동모터(20) 및 펌프(30)의 작동을 멈추게 하고, 유량제어 체크밸브(40)도 가압 유체(30a)의 통로를 차단하여 가압 유체(30a)가 더 이상 유압실린더(60)로 유입되지 않고 회로 내에 잔류하는 상태가 되어 회전체(200)와 고정체(300)가 이루는 각이 변하지 않은 채로 이미 증가한 토크로 유지되는 상태가 된다.As shown in FIGS. 1 and 3, according to the preferred embodiment of the present invention, when the object is temporarily stopped while lifting the object while maintaining the force of the muscle, the
이때, 또 다른 방법으로 인간의 근육에 힘을 인가하지 않고도 토크가 유지하고자 할 때에는 상기에서 예시한 바와 같이 하중감지 신호(1a)의 크기를 사용자가 임의로 조정할 수 있는 방법을 포함하여 다양한 방법으로 구성할 수 있다. In this case, when the torque is to be maintained without applying a force to human muscles, the user may arbitrarily adjust the size of the
회전체(200)를 원상태로 복원시키고자 할 경우에는 팔 하단부에 가해졌던 근육의 힘을 해제하면 변형되었던 근육의 크기가 작아져, 전기적 하중감지 센서(1)에 인가된 힘도 사라짐으로써 하중감지 신호(1a)의 전압도 사라지게 된다. 이때 전자제어기(10)는 하중감지 신호(1a)의 시간당 전압 변화량이 이전보다 감소하였기 때문에 복원 조건이라고 판단하고 드레인 신호(50a)를 발생하여 드레인 솔레노이드밸브(50)를 개방시켜 회로 내에 잔류하고 있던 가압 유체(30a)를 저장 탱크로 유입되게 함으로써 유압실린더(60)에 인가된 압력을 제거한다. 또한 동시에 엑츄에이터(80)내의 복원스프링(83)의 반력으로 유압실린더(60)와 부스터(70) 및 엑츄에이터(80)의 모든 구성 요소들의 위치가 복원된다. 이때 복원스프링(83)은 컨넥팅로드 어셈블리(91)를 통하여 구동기어(90)로 반력이 작용하여 전달될 수 있도록 함으로써 구동기어(90)가 역방향으로 회전되더라도 구동기어(90)와 피동기어(100)와의 기어 감속비만큼 증가한 회전 각속도와 토크가 회전체(200)에 전달되어 더욱 빠르게 회전체(200)가 원상태로 복원되는 방법을 예시하였으나, 이에 한정하지 않고 엑츄에이터(80)내에 반력을 제공하는 수단으로 전기적 또는 유압 형태의 다른 장치를 이용하여 회전체(200)를 원상태로 복원시키고자 하는 다양한 방법을 구성할 수 있다. In the case of restoring the rotating
도 2는 고정체(300)와 회전체(200)의 토크 증가 제어 작동이 완료된 상태를 도시하고 있으며, 고정체(300)의 구동기어(90)로부터 전달되어 회전체(200)의 피동기어(100)에서 증가하는 회전 각속도와 토크 증가량은 고정체(300)의 구동기어(90)와의 기어 감속비와 엑츄에이터 로드(82)의 직선 운동 궤적의 계산에 의해서 결정된다.2 shows a state in which the torque increase control operation of the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관절 연결 구조를 갖는 조립체의 고정체(300)에는 작동 유체(70a)가 유입되는 엑츄에이터(80)와 직선 운동을 회전 운동으로 변경시키기 위하여 컨넥팅로드 어셈블리(91)와 구동기어(90)가 필수적으로 설치되고, 설치 공간과 무게에 제약이 될 수 있는 부피와 하중이 큰 펌프(30)와 펌프 구동모터(20), 유량제어 체크밸브(40), 드레인 솔레노이드밸브(50)와 이들에게 전기적 작동명령 신호를 발생하는 전자제어기(10)를 포함하여 유압실린더(60) 및 부스터(70)는 조립체 이외의 장소에 설치할 수 있으며, 회전체(200)에 종속된 피동기어(100)를 통하여 고정체(300)에서 증가한 토크가 회전체(200)로 전달되는 구조가 되도록 하였고, 고정체(300)와는 독립적으로 회전체(200) 자체 내에서 전기 장치들의 동작 또는 해제 명령 신호가 발생할 수 있도록 하는 전기적 하중감지 센서(1)를 포함할 수 있도록 하였다. 이때 고정체(300)에 필수적으로 설치될 구성 요소들과 조립체 이외의 장소 설치 가능한 구성 요소들의 연결은 엑츄에이터(80)와 부스터(70)의 유압 전달 통로를 연장하여 구현할 수 있다. As shown in FIG. 4, the
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, 부피 또는 하중이 큰 구성 요소들을 대신에 하중이 적어 휴대성이 높은 기계식 조립체로 대체하여 토크를 제어하는 방법으로, 전기적 하중감지 센서(1)나 하중감지 신호(1a)에 의해 작동되는 전기 장치들과 유압 발생 장치가 없이도 관절 연결 구조를 갖는 2개의 기계적인 조립체들을 이용하여 토크 제어 작동이 되어 작동이 완료된 상태를 도시한 것으로, 상기 전기적 또는 유압 발생 장치들을 대신한 기계적인 조립체의 구성을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명된 상기 일실시 예와 동일하다. 따라서, 일실시 예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 5, according to a preferred embodiment of the present invention, a method of controlling torque by replacing components having a large volume or a heavy load with a mechanical assembly having low load and having high portability, The torque control operation is performed by using the two mechanical assemblies having the joint connection structure without the electric devices and the hydraulic pressure generator which are operated by the
도 5에 도시된 바와 같이, 한쪽의 팔 하단부에는 회전체(200)를 설치하고, 팔 상단부에는 고정체(300)를 설치하며, 같은 형태로 다른 한쪽의 팔 하단부에는 회전체b(400)를 설치하고, 팔 상단부에는 고정체b(500)를 설치한다.5, a
회전체(200)로 물체를 들어올리는 경우에는, 회전체b(400)에 토크를 인가하면서 원하는 회전 각속도로 회전하면 회전체b(400)에 종속된 구동기어b(110)도 동시에 회전하고, 고정체b(500)의 피동기어b(120)는 구동기어b(110)와의 기어 감속비만큼 증가한 토크로 반대 방향으로 회전하게 되며, 컨넥팅로드 어셈블리b(130)와 부스터 로드(72)를 통하여 회전 운동이 직선 운동으로 바뀌면서 토크가 힘으로 변환되어 부스터피스톤(71)에 전달되고, 부스터피스톤(71)에 의해 가압된 작동 유체(70a)가 엑츄에이터(80)로 유입된다. 이때 엑츄에이터(80)로 유입되는 작동 유체(70a)의 유입 속도는 회전체b(400)에서 인가하는 토크와 회전 각속도의 크기에 비례한다.When the object is lifted by the
한편 부스터피스톤(71)보다 직경이 큰 엑츄에이터 피스톤(81)에는 부스터피스톤(71)과의 단면적 비만큼의 증가한 힘이 전달되어, 엑츄에이터 로드(82)를 통하여 컨넥팅로드 어셈블리(91)에 그 증가한 힘이 전달된다. 이때 힘의 전달 속도는 엑츄에이터(80)으로 유입되는 작동 유체(70a)의 유입 속도에 좌우되며, 힘의 크기는 엑츄에이터(80)내의 복원스프링(83)의 반력을 제한 크기로 컨넥팅 로드(91)에 전달되어 구동기어(90)와 피동기어(100)를 회전시키고, 회전체(200)는 구동기어(90)와 피동기어(100)의 기어 감속비만큼 증가한 토크와 회전 각속도가 인가되어 A축을 기준으로 회전되면서 물체를 들어올리게 된다.On the other hand, the
회전체(200)로 물체를 들어올리는 도중에 일시 정지하는 경우에는, 회전체b(400)에 가해지는 토크가 복원스프링(83)의 반력과 힘 평형이 이루어지도록 유지시키면 작동 유체(70a)가 어느 방향으로도 이동되지 않고 회로 내에 잔류하기 때문에 인가된 토크가 변하지 않고 그대로 유지될 수 있으며,When the torque applied to the
회전체(200)를 원상태로 복원하는 경우에는, 회전체b(400)에 인가했던 토크를 해제하면 엑츄에이터(80)내의 복원스프링(83)의 반력으로 엑츄에이터 피스톤(81)이 반대 방향으로 직선 이동하면서 컨넥팅로드 어셈블리(91)를 통하여 구동기어(90)가 회전하면서 피동기어(100)와 회전체(200)가 원상태로 복원되고, 동시에 엑츄에이터 피스톤(81)이 작동 유체(70a)를 부스터(70)로 유입시키면서 부스터피스톤(71)과 부스터 로드(72)도 원상태로 복원되며, 컨넥팅로드 어셈블리b(130)를 통하여 고정체b(500)의 피동기어b(120)가 반대 방향으로 회전되어 회전체b(400)에 종속된 구동기어b(110)를 회전시켜 회전체b(400)가 원상태로 복원된다. 또한 인위적으로 회전체b(400)를 복원되는 방향으로 토크를 인가하면 고정체b(500)의 피동기어b(120)는 구동기어b(110)와의 기어 감속비만큼 증가한 토크를 컨넥팅로드 어셈블리b(130)에 전달하고, 복원스프링(83)의 반력과 더불어 부스터 로드(72)에 역방향으로 인가되는 힘을 추가로 발생시킴으로써, 엑츄에이터(80)에 잔류했던 작동 유체(70a)가 부스터(70)로 유입되는 속도가 빨라져 회전체(200)가 더욱 빠르게 복원하게 된다. When the torque applied to the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
1 : 전기적 하중감지 센서 1a : 하중감지 신호
10 : 전자제어기
20 : 펌프 구동모터 20a: 모터구동 신호
30 : 펌프 30a: 가압 유체
40 : 유량제어 체크밸브 40a: 유량제어 신호
50 : 드레인 솔레노이드밸브 50a: 드레인 신호
60 : 유압실린더
61 : 실린더피스톤
62 : 피스톤 로드
70 : 부스터 70a: 작동 유체
71 : 부스터피스톤
80 : 엑츄에이터
81 : 엑츄에이터 피스톤
82 : 엑츄에이터 로드
83 : 복원스프링
90 : 구동기어
91 : 컨넥팅로드 어셈블리
100: 피동기어
110: 구동기어b
120: 피동기어b
130: 컨넥팅로드 어셈블리b
200: 회전체
300: 고정체
400: 회전체b
500: 고정체b
A : 회전축1: Electrical
10: Electronic controller
20: pump drive
30:
40: Flow
50:
60: Hydraulic cylinder
61: cylinder piston
62: Piston rod
70:
71: Booster piston
80: Actuator
81: Actuator piston
82: Actuator load
83: Restoring spring
90: drive gear
91: Connecting rod assembly
100: driven gear
110: drive gear b
120: driven gear b
130: Connecting rod assembly b
200: rotating body
300: Fixed body
400: rotating body b
500: Fixture b
A:
Claims (7)
고정체는
(a)인가되는 힘에 비례하여 크기가 변하도록 전기 신호를 발생하는 전기 신호 발생 단계;
(b)전기적 신호 크기에 따라 전기적 작동명령 신호를 발생하는 전자제어기
(c)전기적 작동명령 신호에 의해 구동되는 전기 장치 제어 단계;
(d)펌프를 통해 유압을 발생하는 유압 발생 단계;
(e)유압을 통해 힘을 증가시키는 힘 증폭 단계;
(f)직선 운동의 힘과 회전 운동의 토크 변환이 양방향으로 전환 가능한 토크 변환 단계;
(g)회전체가 원상태로 자동 복원이 되는 반력을 제공하는 복원 장치 단계;
를 포함하며,
(h)고정체의 구동기어와 회전체의 피동기어가 기어 감속비를 갖고 결합하여 회전체의 토크와 회전 각속도를 증가하는 토크 증폭 단계;
로 회전체와 연결하는 방법In the stepwise control of the torque of the assembly having the joint structure by connecting the fixed body and the rotating body to one rotating shaft,
The fixture
(a) an electric signal generating step of generating an electric signal such that the magnitude changes in proportion to an applied force;
(b) an electronic controller for generating an electrical actuation command signal in accordance with the magnitude of the electrical signal;
(c) an electrical device control step driven by an electrical actuation command signal;
(d) a hydraulic pressure generating step of generating hydraulic pressure through the pump;
(e) a force amplifying step for increasing the force through the hydraulic pressure;
(f) a torque conversion step in which the torque of the linear motion and the torque of the rotary motion can be switched in both directions;
(g) a restoring device step of providing a reaction force to automatically restore the rotating body to its original state;
/ RTI >
(h) a torque amplifying step of increasing the torque and the rotational angular velocity of the rotating body by combining the driving gear of the fixed body and the driven gear of the rotating body with gear reduction ratio;
How to connect with rotating body
상기 신호의 변화량이 변하지 않을 때는 팔의 동작이 일시 정지된 것으로 판단하여 회전체의 토크 및 고정체와 회전체가 이루는 각이 변화없이 유지되며,
상기 신호의 변화량이 감소할 때는 팔이 물체를 들어올리려는 것을 해제하는 것으로 판단하여 고정체의 구동기어를 역회전시켜 회전체의 피동기어도 역회전시킴으로써 고정체와 회전체가 이루는 각이 증가하여 회전체가 원상태로 자동 복원되게 하는 방법The electric signal detected in the electric signal generating step in the above 1 is compared with the amount of change per hour, and when the amount of change is increased, it is determined that the arm tries to lift the object, so that the force increases in the fixed body, The speed of transmission of force and torque is increased in proportion to the amount of increase in the amount of change of the signal, thereby increasing the rotational angular velocity of the rotating body and reducing the angle between the fixed body and the rotating body Lt; / RTI >
When the amount of change of the signal does not change, it is determined that the operation of the arm is temporarily stopped, so that the torque of the rotating body and the angle between the stationary body and the rotating body are maintained unchanged,
When the amount of change of the signal is reduced, it is determined that the arm releases the object from lifting, and the driven gear of the fixed body is reversely rotated to reverse the driven gear of the rotating body, thereby increasing the angle between the fixed body and the rotating body How to make the rotating body automatically restore to its original state
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KR102131755B1 (en) * | 2019-01-03 | 2020-07-08 | 주식회사 메디앤퓨처스 | Wearable exercise apparatus for upper limbs rehabilitation |
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JPH07144007A (en) * | 1993-07-21 | 1995-06-06 | Otto Bock Orthopaed Ind Besitz & Verwalt Kg | Method for applying angular moment to elbow shaft of brachium prosthesis and elbow lifter |
KR200431661Y1 (en) * | 2006-09-01 | 2006-11-23 | 이승호 | Gripping power control device for the artificial arm |
KR20090074178A (en) * | 2006-10-03 | 2009-07-06 | 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠 | Motion assisting device and motion assisting device maintenance/management system |
-
2013
- 2013-11-04 KR KR1020130132926A patent/KR101637067B1/en active IP Right Grant
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