KR20160100872A

KR20160100872A - Structure of robot joint and robot having the same

Info

Publication number: KR20160100872A
Application number: KR1020160100294A
Authority: KR
Inventors: 심현식; 양수상; 이연백; 오연택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2016-08-24
Also published as: KR101749572B1

Abstract

Disclosed are a robot joint driving device which conducts motions similar to those of humans, and a robot having the same. These motions are achieved by arranging joint driving devices suited to characteristics of respective joints. The robot joint driving device comprises: a tendon-type joint driving device using a wire; and a harmonic drive-type joint driving device using a gear reduction method. The tendon-type joint driving device is used to drive a rotary joint requiring high back-drivability, and the harmonic drive-type joint driving device is used to drive a rotary joint requiring high rigidity and high precision.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a robot-

본 발명은 로봇 관절 구동장치 및 이를 포함하는 로봇에 관한 것으로서, 특히 여러 방식의 관절 구동장치가 사용될 수 있는 로봇에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a robot joint driving apparatus and a robot including the same, and more particularly to a robot in which various types of joint driving apparatus can be used.

가정용, 군사용, 산업용 등의 목적으로 2족 보행, 4족 보행 등이 가능한 다양한 형태의 로봇이 개발되고 있다.Various types of robots capable of bipedal walking and quadruped walking are being developed for the purposes of household, military, and industrial use.

특히, 인간형 로봇은 인간의 신체구조와 유사하게 만든 로봇으로서 인간의 동작과 유사한 동작을 수행하도록 하는 것이 그 제작 목적이 된다.Particularly, a humanoid robot is a robot made similar to a human body structure, and its purpose is to perform an operation similar to a human motion.

이러한 로봇은 인간의 관절과 유사한 관절의 운동을 통해 달리기, 걷기 등의 보행동작 뿐만 아니라 다양한 동작을 구현하게 된다.These robots implement not only gait movements such as running and walking but also various movements through movement of joints similar to human joints.

관절을 구동하는 방식으로는 모터 및 모터에 연결된 감속기를 이용하여 관절을 구동하는 기어 감속 방식이 통상적으로 많이 사용된다.As a method of driving a joint, a gear reduction method of driving a joint using a motor and a reducer connected to the motor is commonly used.

그리고, 기어 감속 방식은 강성이 크고, 동작의 정밀도가 높다는 장점이 있다. 하지만, 내부 마찰이 커서 역구동 성능은 떨어진다는 문제점이 있다.The gear reduction system has an advantage that the rigidity is high and the operation precision is high. However, there is a problem that the internal friction is large and the reverse driving performance is degraded.

본 발명의 일 측면은 인간의 동작과 유사하게 동작하면서 동시에 강성이 높은 로봇 관절 구조 및 이를 포함하는 로봇을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a robotic joint structure that operates in a similar manner to human motion and has high rigidity, and a robot including the robotic joint structure.

또한, 서로 다른 구동 방식을 이용하는 관절 구동유닛이 복합적으로 사용되는 로봇 관절 구조 및 이를 포함하는 로봇을 제공하는 것이다.The present invention also provides a robot joint structure in which joint drive units using different driving methods are used in combination, and a robot including the robot joint structure.

또한, 로봇의 각 관절별 특성을 고려하여 이를 구동하는 관절 구동유닛이 선택된 로봇 관절 구조 및 이를 포함하는 로봇을 제공하는 것이다.The present invention also provides a robot joint structure in which a joint drive unit for driving the robot in consideration of characteristics of each joint of the robot is selected, and a robot including the joint structure.

본 발명의 사상에 따르면, 로봇 관절 구조는 프레임과, 상기 프레임의 일측에 마련되며, 제1방향으로 로봇 관절부를 구동하는 제1관절 구동장치와, 상기 프레임의 타측에 마련되며, 상기 제1방향과는 직교하는 제2방향으로 상기 로봇 관절부를 구동하는 제2관절 구동장치를 포함하고, 상기 제1관절 구동장치는 와이어를 이용하여 상기 로봇 관절부를 구동하고, 상기 제2관절 구동장치는 기어 감속 방식으로 상기 로봇 관절부를 구동하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a robot joint structure includes a frame, a first joint drive device provided at one side of the frame and driving the robot joint in a first direction, and a second joint drive device provided at the other side of the frame, And a second joint driving device for driving the robot joint in a second direction orthogonal to the first joint driving device, wherein the first joint driving device drives the robot joint using a wire, And the robot joint part is driven in a manner that the robot joint part is driven.

상기 제1관절 구동장치는 정, 역회전 가능하게 마련되는 제1구동모터와, 상기 제1구동모터의 회전에 따라 직선 운동하는 이동부재와, 상기 이동부재의 양방향에서 연결되는 와이어와, 상기 와이어의 일측에서 회전 가능하게 배치되는 아이들 풀리와, 상기 와이어의 타측에서 회전 가능하게 배치되는 관절부와, 상기 와이어의 장력을 조절하는 조절유닛을 포함할 수 있다.The first joint drive device includes a first drive motor provided to be movable in the forward and reverse directions, a moving member moving linearly in accordance with rotation of the first drive motor, a wire connected in both directions of the moving member, An idler pulley rotatably disposed at one side of the wire, a joint part rotatably disposed at the other side of the wire, and an adjusting unit for adjusting the tension of the wire.

상기 이동부재가 나사 결합되는 볼 스크류부를 더 포함할 수 있다.And a ball screw unit to which the moving member is screwed.

상기 볼 스크류부는 상기 구동모터와 연결되어 상기 구동모터의 구동에 따라 회전할 수 있다.The ball screw unit may be connected to the driving motor so as to rotate according to driving of the driving motor.

상기 이동부재는 상기 와이어가 결합될 수 있도록 와이어 결합부를 포함할 수 있다.The moving member may include a wire coupling portion to allow the wire to be coupled.

상기 와이어 결합부는 상기 와이어가 삽입되는 와이어 관통홀과, 상기 와이어가 체결핀에 의해 고정될 수 있도록 하는 와이어 체결홀을 포함할 수 있다.The wire connecting portion may include a wire through hole into which the wire is inserted, and a wire fastening hole through which the wire can be fastened by the fastening pin.

상기 제2관절 구동장치는 제2구동모터와, 상기 제2구동모터에 연결되는 입력축과, 상기 입력축과 연결되는 타원 형상의 웨이브 발생기와, 출력부와 연결되고 일부에 치형이 성형되며 상기 웨이브 발생기의 외부에 장착되는 플렉스 스플라인과, 상기 플렉스 스플라인을 수납하여 맞물리도록 내부에 치형을 구비한 원형 스플라인을 포함할 수 있다.The second joint drive device includes a second drive motor, an input shaft connected to the second drive motor, an elliptical wave generator connected to the input shaft, a wave generator connected to the output part, And a circular spline having an internal teeth to receive and engage the flex spline.

상기 제1관절 구동장치 및 제2관절 구동장치는 각각 상기 로봇 관절에 걸리는 토크를 측정하는 토크 센서를 더 포함할 수 있다.The first joint drive device and the second joint drive device may each further include a torque sensor for measuring a torque applied to the robot joint.

상기 제2관절 구동장치는 상기 로봇 관절의 회전각을 측정하는 회전각 센서를 더 포함할 수 있다.The second joint drive device may further include a rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the robot joint.

또한, 로봇 관절 구조는 프레임과, 상기 프레임의 일측에 마련되며, 와이어를 이용하여 로봇 관절부를 제1방향으로 구동하는 텐던 방식 관절 구동장치와, 상기 프레임의 타측에 마련되며, 기어 감속 방식을 이용하여 상기 로봇 관절부를 상기 제1방향과는 직교하는 제2방향으로 구동하는 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치를 포함하고, 상기 텐던 방식 관절 구동장치 및 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치는 상기 로봇 관절부의 구동에 복합적으로 사용되는 것을 특징으로 한다.The robot joint structure may include a frame, a tendon joint driving device provided at one side of the frame and driving the robot joint in a first direction by using a wire, And a harmonic drive type joint drive device for driving the robot joint part in a second direction orthogonal to the first direction, wherein the tendon type joint drive device and the harmonic drive type joint drive device are combined Is used.

또한, 로봇은 복수의 회전관절을 포함하는 로봇에 있어서, 와이어(wire)를 이용하여 상기 회전관절 중 적어도 하나를 구동하는 텐던 방식 관절 구동장치와, 기어 감속 방식을 이용하여 상기 회전관절 중 적어도 하나를 구동하는 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치를 포함하고, 상기 텐던 방식 관절 구동장치는 유연한 동작이 요구되는 회전관절의 구동에 사용되고, 상기 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치는 큰 강성 및 높은 정밀도가 요구되는 회전관절의 구동에 사용되는 것을 특징으로 한다.The robot includes a plurality of revolving joints. The robot includes a tendon-type joint drive device for driving at least one of the revolving joints using a wire, at least one of the revolute joints using a gear reduction system, Wherein the harmonic drive type joint drive device is used for driving a rotary joint in which a flexible operation is required, and the harmonic drive type joint drive device is a rotary joint for which a high rigidity and high precision are required, Is used for driving the light emitting diode.

엉덩이(hip) 관절부에는 상기 텐던 방식 관절 구동장치 및 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치가 복합적으로 사용되고, 상기 텐던 방식 관절 구동장치는 상기 엉덩이 관절부를 피치(pitch) 방향으로 구동하고, 상기 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치는 상기 엉덩이 관절부를 롤(roll) 방향으로 구동할 수 있다.The tensed joint drive unit and the harmonic drive joint drive unit are used in combination in the hip joint, and the hip joint joint drive unit drives the hip joint in the pitch direction, and the harmonic drive joint drive The device can drive the hip joint in the roll direction.

발목(ankle) 관절부에는 상기 텐던 방식 관절 구동장치 및 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치가 복합적으로 사용되고, 상기 텐던 방식 관절 구동장치는 상기 발목 관절부를 피치 방향으로 구동하고, 상기 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치는 상기 발목 관절부를 롤 방향으로 구동할 수 있다.The tangential joint drive unit and the harmonic drive joint drive unit are used in combination in the ankle joint part, and the tandem joint drive unit drives the ankle joint part in the pitch direction, The ankle joint part can be driven in the roll direction.

무릎(knee) 관절부는 상기 텐던 방식 관절 구동장치에 의해 피치 방향으로 구동될 수 있다.The knee joint part can be driven in the pitch direction by the tendon type joint drive device.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇 관절 구조 및 이를 포함하는 로봇은 각 관절의 운동 특성에 적합한 관절 구동유닛을 배치함으로써, 인간의 동작과 유사하게 유연한 동작을 수행할 수 있다.According to the embodiment of the present invention described above, the robot joint structure and the robot including the robot joint structure can perform a flexible operation similar to a human motion by disposing a joint drive unit suitable for the motion characteristics of each joint.

또한, 큰 강성 및 높은 정밀도가 구비될 수 있다.In addition, large stiffness and high precision can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인간형 로봇의 외관을 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 인간형 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 개략 사시도이다.
도 3a는 로봇 관절 구동장치의 외관 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 분해 사시도이다.
도 3c는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 정면도이다.
도 3d는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 평면도이다.
도 3e는 도 3d의 구조를 개략화하여 그린 개략도이다.
도 4는 제1관절 구동장치의 분해 사시도이다.
도 5는 제2관절 구동장치의 단면도이다.
도 6은 로봇 양 다리에 적용되는 관절 구동장치의 배치를 나타내는 개략도이다.
도 7a는 엉덩이 관절부 및 무릎 관절부 주면의 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 정면도이다.
도 7c는 도 7b를 간략화하여 그린 개념도이다.1 is a front view showing an appearance of a humanoid robot according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic perspective view schematically showing the configuration of the humanoid robot of Fig. 1. Fig.
3A is an external perspective view of the robot joint driving device.
FIG. 3B is an exploded perspective view of the robot joint driving device of FIG. 3A.
3C is a front view of the robot joint drive apparatus of FIG. 3A.
Fig. 3d is a plan view of the robot joint drive device of Fig. 3a.
FIG. 3E is a schematic drawing of the structure of FIG. 3D schematically.
4 is an exploded perspective view of the first joint drive device.
5 is a cross-sectional view of the second joint drive device.
6 is a schematic view showing the arrangement of a joint drive device applied to both legs of a robot.
7A is a perspective view of the hip joint and the knee joint main surface.
7B is a front view of Fig. 7A.
FIG. 7C is a conceptual drawing illustrating the simplification of FIG. 7B.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인간형 로봇의 외관을 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1의 인간형 로봇의 구성을 개략적으로 도시한 개략 사시도이다.FIG. 1 is a front view showing the appearance of a humanoid robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view schematically showing a configuration of the humanoid robot of FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인간형 로봇(1)(이하에서는 간단히 '로봇'이라 한다)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.1 and 2, a humanoid robot 1 (hereinafter, simply referred to as a robot) includes a body 10 and arms 20R, 20R connected to both sides of the body 10, A head 30 connected to the upper end of the moving body 10 and legs 40R and 40L connected to both sides of the lower side of the moving body 10. [ The arms 20R and 20L are connected to the body 10 through the shoulder joint assemblies 210R and 210L and the head 30 is connected to the body 10 through the neck 50. [ In the reference numerals, "R" and "L" indicate the right side and the left side, respectively.

동체(10)의 내부는 커버(11)에 의해 보호된다. 동체(10)에는 제어유닛(12), 배터리(13) 및 경사센서(14)가 설치될 수 있다. 경사센서(14)는 연직축에 대한 동체(10)의 경사각도와 그 각속도 등을 검출한다.The inside of the body 10 is protected by a cover 11. A control unit 12, a battery 13, and a tilt sensor 14 may be installed in the body 10. The inclination sensor 14 detects the inclination angle of the moving body 10 with respect to the vertical axis and the angular velocity thereof.

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.The body 10 can be divided into a chest portion 10a and a waist portion 10b and a chest portion 10a is provided between the chest portion 10a and the waist portion 10b and is rotatable relative to the waist portion 10b The joint 15 can be installed. In Fig. 2, the body 10 is briefly shown as a body link.

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.Both arms 20R and 20L have an upper link 21, a lower link 22 and a hand 23. The upper limb link 21 is connected to the body 10 through the shoulder joint assembly 210. The upper link 21 and the lower link 22 are connected to each other through the elbow joint 220 and the lower link 22 and the hands 23 are connected to each other through the wrist joint 230.

팔꿈치관절부(220)는 피치(pitch) 방향의 회전관절(221)과, 요(yaw) 방향의 회전관절(222)을 포함하여 2자유도를 가지고, 손목관절부(230)는 피치 방향의 회전관절(231)과 롤(roll) 방향의 회전관절(232)을 포함하여 2자유도를 가질 수 있다.The elbow joint part 220 has two degrees of freedom including a rotation joint 221 in the pitch direction and a rotation joint 222 in the yaw direction and the wrist joint part 230 has the rotation joints in the pitch direction 231 and a rolling joint 232 in the roll direction.

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.The hand 23 is provided with five fingers 23a. A plurality of joints (not shown) driven by a motor can be installed on each finger 23a. The finger 23a performs various operations such as grasping an object in conjunction with movement of the arm 20 or pointing to a specific direction.

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 동체(10)와 팔(20R, 20L) 사이에 배치되어 팔(20R, 20L)을 움직인다.The shoulder joint assemblies 210R and 210L are mounted on both sides of the moving body 10 and connect both arms 20R and 20L to the moving body 10. [ The two shoulder joint assemblies 210R and 210L are disposed between the moving body 10 of the robot 1 and the arms 20R and 20L to move the arms 20R and 20L.

머리(30)에는 로봇(1)의 시각으로서 기능하는 카메라(31)와, 청각으로서 기능하는 마이크로폰(32)이 설치될 수 있다.The head 30 may be provided with a camera 31 functioning as the time of the robot 1 and a microphone 32 functioning as a hearing.

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 3자유도를 가질 수 있다.The head 30 is connected to the body 10 through the neck joint 310. The neck joint part 310 may have three degrees of freedom including a rotation joint 311 in the yaw direction, a rotation joint 312 in the pitch direction, and a rotation joint 313 in the roll direction.

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. Head rotation motors (not shown) are connected to the respective rotation joints 311, 312, and 313 of the neck joint 310. The control unit 12 can move the head 30 in a desired direction by controlling the respective motors to drive the revolute joints 311, 312 and 313 at an appropriate angle.

양측 다리(40R, 40L)는 각각 대퇴 링크(41), 하퇴 링크(42) 및 발(43)을 포함한다. 대퇴 링크(41)는 대퇴 관절부(410)를 통해 동체(10)에 연결된다. 대퇴 링크(41)와 하퇴 링크(42)는 무릎 관절부(420)룰 통해 서로 연결되고, 하퇴 링크(42)와 발(43)은 발목(ankle) 관절부(430)를 통해 서로 연결된다.Both legs 40R and 40L include a femoral link 41, a lower link 42 and a foot 43, respectively. The femoral link 41 is connected to the body 10 through the femoral joint 410. The lower link 42 and the foot 43 are connected to each other through an ankle joint part 430. The lower link 42 and the lower link 43 are connected to each other via an ankle joint part 430. [

대퇴 관절부(410)는 3자유도를 가진다. 구체적으로 대퇴 관절부(410)는 요(yaw) 방향(Z축 주위의 회전)의 회전관절(411)과, 피치(pitch) 방향(Y축 주위의 회전)의 회전관절(413)과, 롤(roll) 방향(X축 주위의 회전)의 회전관절(414)을 가질 수 있다. 대퇴 관절부(410) 중에서 피치 방향의 회전관절(413)과 롤 방향의 회전관절(414)은 엉덩이 관절부(412)를 구성할 수 있다.The femoral joint 410 has three degrees of freedom. Specifically, the femoral joint 410 includes a rotary joint 411 in the yaw direction (rotation around the Z axis), a rotary joint 413 in the pitch direction (rotation about the Y axis) roll direction (rotation around the X axis). The pitch joint 413 and the roll joint 414 of the femoral joint 410 constitute the hip joint 412.

무릎(knee) 관절부(420)는 피치 방향의 회전관절(421)을 포함하여 1자유도를 가진다. 발목 관절부(430)는 피치 방향과 롤 방향의 회전관절(431)(432)을 포함하여 2자유도를 가진다.The knee joint part 420 has a degree of freedom including a rotation joint 421 in the pitch direction. The ankle joint part 430 has two degrees of freedom including rotation joints 431 and 432 in the pitch direction and the roll direction.

무릎 관절부(420)는 피치 방향의 회전관절(421)을 포함하여 1자유도를 가진다. 발목 관절부(430)는 피치 방향과 롤 방향의 회전관절(431)(432)을 포함하여 2자유도를 가진다.The knee joint part 420 includes a rotation joint 421 in the pitch direction and has a single degree of freedom. The ankle joint part 430 has two degrees of freedom including rotation joints 431 and 432 in the pitch direction and the roll direction.

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.As described above, since each of the legs 40R and 40L is provided with six revolving joints with respect to the three joints, twelve revolving joints are provided with respect to the entire legs. Although not shown in the drawings, the motors for driving the rotating joints are provided on the respective legs 40R and 40L. The control unit 12 can implement various operations of the legs 40R and 40L including the walking of the robot 1 by appropriately controlling the motors provided on the legs 40R and 40L.

한편, 양측 다리(40R, 40L)에서 발(43)과 발목 관절부(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 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 측정함으로써 발(43)의 착지 여부 및 발(43)에 가해지는 하중을 검출한다.On the other hand, a multi-axial force and torque sensor 44 is installed between the foot 43 and the ankle joint part 430 on both legs 40R, 40L. The multiaxial F / T sensor 44 measures the three-directional components Fx, Fy and Fz of the force transmitted from the foot 43 and the three-directional components Mx, My and Mz of the moment, And the load applied to the foot 43 are detected.

이하에서는 이러한 로봇의 여러 관절부 중 적어도 하나에 사용되는 로봇 관절 구동장치(500)에 대해 설명한다.Hereinafter, a robot joint driving apparatus 500 used in at least one of various joints of the robot will be described.

도 3a는 로봇 관절 구동장치의 외관 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 분해 사시도이며, 도 3c는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 정면도이고, 도 3d는 도 3a의 로봇 관절 구동장치의 평면도이며, 도 3e는 도 3d의 구조를 개략화하여 그린 개략도이고, 도 4는 제1관절 구동장치의 분해 사시도이며, 도 5는 제2관절 구동장치의 단면도이다.3A is an exploded perspective view of the robot joint driving apparatus of FIG. 3A, FIG. 3C is a front view of the robot joint driving apparatus of FIG. 3A, FIG. Fig. 4 is a disassembled perspective view of the first joint driving device, and Fig. 5 is a sectional view of the second joint driving device. Fig.

도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 로봇 관절 구동장치(500)는 프레임(510)과, 프레임(510)의 일측에 마련되며 제1방향(a)으로 로봇 관절부(550)를 구동하는 제1관절 구동장치(600)와, 프레임(510)의 타측에 마련되며 제1방향(a)과는 직교하는 제2방향(b)으로 로봇 관절부(550)를 구동하는 제2관절 구동장치(700)를 포함한다.3A to 3E, the robot joint driving apparatus 500 includes a frame 510 and a plurality of actuators 510, which are provided on one side of the frame 510 and which drive the robot joints 550 in the first direction (a) A second joint drive device 700 for driving the robot joint part 550 in a second direction b provided on the other side of the frame 510 and orthogonal to the first direction a, ).

로봇 관절 구동장치(500)는 로봇 관절부(550)를 제1방향(a)과 제2방향(b)의 2방향으로 회전 구동시키며, 제1방향(a)의 구동은 제1관절 구동장치(600)가 담당하게 되고, 제2방향(b)의 구동은 제2관절 구동장치(700)가 담당하게 되는 것이다.The robot joint driving apparatus 500 rotatably drives the robot joint part 550 in two directions of a first direction a and a second direction b and the driving of the first direction a is performed by a first joint driving device And the second joint driving apparatus 700 takes charge of driving in the second direction (b).

제1관절 구동장치(600) 및 제2관절 구동장치(700)에 대한 더 자세한 사항은 후술한다.The details of the first and second joint drive devices 600 and 700 will be described later.

도 3e에 도시된 것 처럼 제1관절 구동장치(500)의 로봇 관절부(640) 내부에는 제1방향(a)으로 로봇 관절부(640)에 전달되는 토크(torque)를 측정하기 위한 제1토크센서(698)가 내장된다. 또한, 로봇 관절부(640)의 반대편 프레임(510) 내부에는 제1방향(a)으로 로봇 관절부(640)의 회전 정도를 측정하기 위한 회전각 측정센서(699)가 내장된다.3E, a first torque sensor (not shown) for measuring a torque transmitted to the robot joint 640 in a first direction (a) is provided in the robot joint part 640 of the first joint drive device 500, (698). A rotation angle measurement sensor 699 for measuring the degree of rotation of the robot joint 640 in the first direction a is installed inside the frame 510 opposite to the robot joint 640.

제2관절 구동장치(700)와 프레임(510) 사이에는 제2방향(b)으로 제2관절 구동장치(700)의 출력부(770)에 전달되는 토크(torque)를 측정하기 위한 제2토크센서(799)가 내장된다.Between the second joint drive device 700 and the frame 510 is a second torque for measuring a torque transmitted to the output portion 770 of the second joint drive device 700 in the second direction b, Sensor 799 is incorporated.

도 4를 참조하면, 제1관절 구동장치(600)는 정, 역회전 가능하게 마련되는 제1구동모터(610)와, 제1구동모터(610)와 연결되어 회전하는 볼 스크류부(680)와, 볼 스크류부(680)의 회전에 따라 직선 운동하는 이동부재(670)와, 이동부재(670)의 양방향에서 연결되는 와이어(650)와, 와이어(650)의 일측에 회전 가능하게 배치되는 아이들 풀리(620)와, 와이어(650)의 타측에서 회전 가능하게 배치되는 로봇 관절부(640)와, 와이어(650)의 장력을 조절하는 조절유닛(660)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4, the first joint drive device 600 includes a first drive motor 610 provided for forward and reverse rotation, a ball screw portion 680 connected to the first drive motor 610 and rotated, A moving member 670 that linearly moves along the rotation of the ball screw unit 680, a wire 650 that is connected in both directions of the moving member 670, and a wire 650 that is rotatably disposed on one side of the wire 650 An idle pulley 620, a robot joint 640 rotatably disposed on the other side of the wire 650, and a control unit 660 for adjusting the tension of the wire 650.

제1구동모터(610)는 정,역 방향으로 회전 가능하게 마련되고, 가이드 프레임(630)의 일측에 부착된다. 제1구동모터(610)는 벨트(615)에 의해 볼 스크류부(680)에 연결되고, 회전력을 전달하게 된다.The first drive motor 610 is rotatable in the forward and reverse directions and is attached to one side of the guide frame 630. The first drive motor 610 is connected to the ball screw portion 680 by a belt 615 and transmits rotational force.

볼 스크류부(680)는 제1구동모터(610)의 회전력을 이동부재(670)로 전달하는 역할을 하며, 이동부재(670)와는 나사 결합되어 있다.The ball screw portion 680 serves to transmit the rotational force of the first driving motor 610 to the moving member 670 and is screwed to the moving member 670.

이동부재(670)는 상, 하로 직선운동하며, 제1구동모터(610)의 동력을 와이어(650)로 전달하는 역할을 한다. The moving member 670 linearly moves upward and downward and transmits the power of the first driving motor 610 to the wire 650.

이동부재(670)는 그 양측에 와이어(650)가 결합될 수 있도록 와이어 결합부(674a, 674b)를 포함한다. 와이어 결합부(674a, 674b)는 와이어(650)가 삽입되는 와이어 관통홀(675a, 675b)과, 와이어(650)가 체결핀(pin)(677a, 677b, 677c, 677d)에 의해 고정될 수 있도록 하는 와이어 체결홀(676a, 676b, 676c, 676d)을 포함한다.Movable member 670 includes wire engagement portions 674a and 674b so that wire 650 can be coupled to both sides thereof. The wire engaging portions 674a and 674b can be fixed to the wire through holes 675a and 675b through which the wire 650 is inserted and the wire 650 can be fixed by the fastening pins 677a 677b 677c and 677d And wire fastening holes 676a, 676b, 676c, and 676d.

와이어 관통홀(675a, 675b)에 끼워진 와이어(650)는 와이어 체결홀(676a, 676b, 676c, 676d)에 결합되는 체결핀(677a, 677b, 677c, 677d)으로 이동부재(670)에 고정될 수 있다.The wires 650 inserted in the wire through holes 675a and 675b are fixed to the moving member 670 by fastening pins 677a 677b 677c and 677d coupled to the wire fastening holes 676a 676b 676c and 676d .

즉, 와이어(650) 일측의 제1단부(651a, 651b)는 이동부재(670) 상측에 형성된 와이어 관통홀(675a, 675b)에 삽입되어 상측 와이어 체결홀(676a, 676b)에 체결핀(677a, 677b)을 체결함으로써 이동부재(670)에 고정되며, 와이어(650) 타측의 제2단부(652a, 652b)는 이동부재(670) 하측에 형성된 와이어 관통홀(미도시)에 삽입되어 하측 와이어 체결홀(676c, 676d)에 체결핀(677c, 677d)을 체결함으로써 이동부재(670)에 고정될 수 있다.That is, the first ends 651a and 651b on one side of the wire 650 are inserted into the wire through holes 675a and 675b formed on the upper side of the moving member 670 and are fastened to the upper wire fastening holes 676a and 676b by fastening pins 677a And the second ends 652a and 652b on the other side of the wire 650 are inserted into wire through holes (not shown) formed on the lower side of the moving member 670, It can be fixed to the moving member 670 by fastening the fastening pins 677c and 677d to the fastening holes 676c and 676d.

이동부재(670)의 중앙 전면에는 이동부재 가이드(672)가 전방으로 돌출되어 형성된다. 이동부재 가이드(672)는 이동부재(670)의 상, 하 직선운동을 유도하는 역할을 하며, 가이드 프레임(630)의 중앙부에 형성된 가이드 레일(635)에 끼워져 가이드 레일(635)을 따라 상, 하로 이동하게 된다.A moving member guide 672 protrudes forward from the center front face of the moving member 670. The moving member guide 672 serves to guide the upward and downward linear movement of the moving member 670 and is inserted into the guide rail 635 formed at the center of the guide frame 630 and is guided along the guide rail 635, .

와이어(650)는 소정의 장력을 유지하면서 아이들 풀리(620)와 로봇 관절부(640)에 연결된다. 와이어(650)는 바람직하게는 스틸재질로 마련되며, 원반형의 아이들 풀리(620)와 로봇 관절부(640)를 감싸도록 설치된다.The wire 650 is connected to the idler pulley 620 and the robot joint 640 while maintaining a predetermined tension. The wire 650 is preferably made of a steel material and is installed so as to surround the disk-shaped idle pulley 620 and the robot joint 640.

와이어(650)는 조절유닛(660)에 연결되어 소정의 장력이 유지되는데, 조절유닛(660)은 그 일단부에 오른나사부(660a)를 가지고 그 타단부에 왼나사부(660b)를 포함한다. 그리고 오른나사부(660a) 및 왼나사부(660b)는 와이어(650)에 마련된 암나사(655)에 수용된다.The wire 650 is connected to the adjustment unit 660 to maintain a predetermined tension. The adjustment unit 660 has a threaded portion 660a at one end thereof and a left-handed portion 660b at the other end thereof. The right screw portion 660a and the left screw portion 660b are accommodated in a female screw 655 provided on the wire 650.

조절유닛(660)의 오른나사부(660a) 및 왼나사부(660b)는 조절부(660c)에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 되고, 그 회전에 따라 아이들 풀리(620)와 로봇 관절부(640) 사이에 감겨진 와이어의 상대적 길이가 가변되면서 장력이 조절될 수 있다.The right screw portion 660a and the left screw portion 660b of the adjusting unit 660 are rotated clockwise or counterclockwise by the adjusting portion 660c and the idle pulley 620 and the robot joint portion 640 The tension can be adjusted by varying the relative length of the wound wire.

와이어(650)는 조절유닛(660)의 오른나사부(660a) 및 왼나사부(660b)에 결합되면, 두 가닥씩 짝을 이루어 모두 네 가닥이 나란히 배치된 형태로 조립될 수 있다. 그리고, 와이어(650)는 아이들 풀리(620)의 외주 상측과 로봇 관절부(640)의 외주 하측을 감싸도록 설치된다.When the wire 650 is coupled to the right screw portion 660a and the left screw portion 660b of the adjustment unit 660, the wires 650 can be assembled in such a manner that all four strands are arranged side by side in pairs. The wire 650 is installed so as to surround the upper periphery of the idle pulley 620 and the lower outer periphery of the robot joint 640.

즉, 와이어(650)의 일단부(654a, 654b)는 로봇 관절부(640)가 제1구동모터(610)의 동력을 전달 받을 수 있도록 로봇 관절부(640)에 감기도록 설치되고, 와이어(650)의 타단부(653a, 653b)는 와이어(650)의 장력 조절을 위해 별도로 설치되는 아이들 풀리(620)에 감기도록 설치된다.One end 654a and one end 654b of the wire 650 are installed to be wound on the robot joint 640 so that the robot joint 640 can receive the power of the first drive motor 610, The other ends 653a and 653b of the wire 650 are wound around the idle pulley 620 installed separately for adjusting the tension of the wire 650.

이러한 제1관절 구동장치(500)는 와이어(650)를 이용하여 로봇 관절부(640)를 구동시키는 방식의 관절 구동장치로서, 텐던(tendon) 방식 관절 구동장치이다.The first joint driving device 500 is a joint driving device that drives the robot joint 640 using a wire 650, and is a tendon type joint driving device.

텐던 방식 관절 구동장치는 역구동성이 우수하여 안전하고 유연한 관절 구동이 가능하다는 특징이 있다. 즉, 역구동 성능이 우수하므로, 유연한 동작이 보장된다.The tendon-type joint drive system is characterized by its excellent anti-backlash capability, which enables safe and flexible joint drive. That is, since the reverse drive performance is excellent, flexible operation is ensured.

도 5를 참조하면, 제2관절 구동장치(700)는 정, 역회전 가능하게 마련되는 제2구동모터(710)와, 제2구동모터(710)에 연결되는 입력축(720)과, 입력축(720)과 연결되는 타원 형상의 웨이브 발생기(730)와, 출력부(770)와 연결되고 일부에 치형이 성형되며 웨이브 발생기(730)의 외부에 장착되는 플렉스 스플라인(740)과, 플렉스 스플라인(740)을 수납하여 맞물리도록 내부에 치형을 구비한 원형 스플라인(750)을 포함하여 구성된다. 미설명부호 "715"는 제2구동모터(710)와 입력축(720)을 연결하는 벨트(715)이다. 제2구동모터(710)의 회전력이 입력축(720), 웨이브 발생기(730), 플렉스 스플라인(740), 원형 스플라인(750)을 거쳐 출력부(770)로 감속되어 전달되고, 출력부(770)가 로봇 관절부 중 어느 하나로서 회전 운동하게 되는 것이다. 5, the second articulation driving apparatus 700 includes a second driving motor 710 provided for forward and reverse rotations, an input shaft 720 connected to the second driving motor 710, A flex spline 740 connected to the output portion 770 and formed on a part of the teeth of the wave generator 730 and mounted on the outside of the wave generator 730 and a flex spline 740 And a circular spline 750 having an internal tooth shape for receiving and engaging the circular spline 750. Reference numeral 715 denotes a belt 715 that connects the second drive motor 710 and the input shaft 720. The rotational force of the second drive motor 710 is transmitted to the output section 770 through the input shaft 720, the wave generator 730, the flex spline 740 and the circular spline 750 and transmitted to the output section 770, So that the robot is rotated as one of the robot joints.

제2관절 구동장치(700)는 기어 감속 방식을 이용하는 종래의 하모닉 드라이브(harmonic drive) 관절 구동장치를 그대로 배치한 것으로서, 그 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.The second joint drive device 700 is a conventional harmonic drive joint drive device using the gear reduction method, and its detailed description is omitted.

이러한 제2관절 구동장치(700)는 외형 크기가 작고, 강성이 크며, 정밀한 동작이 가능하다는 특징이 있다.The second joint drive device 700 is characterized in that it has small external dimensions, is large in rigidity, and is capable of precise operation.

이상에서 살펴본 것 처럼, 제1관절 구동장치(600)는 역구동 성능이 우수하여 안전하고 유연한 관절 동작이 가능한 반면에, 제2관절 구동장치(700)는 강성이 크고, 정밀한 관절 동작이 가능하다는 특징이 있다.As described above, the first joint drive apparatus 600 is excellent in the inverse drive performance and can perform safe and flexible joint operation. On the other hand, the second joint drive apparatus 700 has a high rigidity and enables precise joint operation Feature.

따라서, 로봇(1) 각 관절의 용도와 요구동작을 분석하여 높은 역구동성이 요구되는 관절부는 텐던(tendon) 방식인 제1관절 구동장치(600)에 의해 관절 구동이 이루어지도록 하고, 정밀한 동작과 큰 강성이 요구되는 관절부는 하모닉 드라이브(harmonic drive) 방식인 제2관절 구동장치(700)에 의해 관절 구동이 이루어지도록 로봇 관절 구동장치(500)를 배치한다.Therefore, by analyzing the use and demand motion of each joint of the robot 1, it is possible to perform the joint motion by the first joint drive device 600, which is a tendon method, The robot joint drive unit 500 is disposed such that the joint is driven by the second joint drive unit 700, which is a harmonic drive type.

즉, 제1관절 구동장치(600)가 회전 구동하는 제1방향(a)에는 높은 역구동성이 요구되는 관절부가 배치되도록 하고, 제2관절 구동장치(700)가 회전 구동하는 제2방향(b)에는 강성이 크고, 정밀한 동작이 요구되는 관절부가 배치되도록 하는 것이다.That is, in the first direction (a) in which the first joint driving device (600) is rotationally driven, a joint portion requiring high inversely driving property is disposed, and the second joint driving device (700) ) Is provided with a joint having a large rigidity and requiring a precise operation.

도 6은 로봇 양 다리에 적용되는 관절 구동장치의 배치를 나타내는 개략도이다.6 is a schematic view showing the arrangement of a joint drive device applied to both legs of a robot.

로봇(1) 양 다리(40R, 40L)의 세부적인 관절 구동장치의 배치는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6에서 "TYPE 1"은 텐던 방식의 제1관절 구동장치(600)를 의미하고, "TYPE 2"는 하모닉 드라이브 방식의 제2관절 구동장치(700)를 의미한다.The detailed arrangement of the joint drive devices of the legs 40R and 40L of the robot 1 is as shown in Fig. 6, "TYPE 1" refers to a first joint drive device 600 of the tandem type, and "TYPE 2" refers to a second joint drive device 700 of a harmonic drive type.

즉, 엉덩이 관절부(412) 및 발목 관절부(430)는 이상에서 설명한 로봇 관절 구동장치(500)에 의해 피치(pitch) 방향(Y축 주위의 회전)의 회전관절(413)과, 롤(roll) 방향(X축 주위의 회전)의 회전관절(414)의 구동이 이루어지게 되고, 대퇴 관절부(410)의 요(yaw) 방향(Z축 주위의 회전) 회전관절(411)은 종래의 하모닉 드라이브 방식의 관절 구동장치에 의해 회전 구동이 이루어지며, 무릎 관절부(420)의 회전관절(421)은 제1관절 구동장치(600)에 의해서만 그 구동이 이루어지게 된다.That is, the hip joint 412 and the ankle joint 430 include a rotary joint 413 in the pitch direction (rotation about the Y axis) and a rotary joint 413 in the pitch direction by the robot joint driving device 500, The rotation joint 414 of the femoral joint part 410 is rotated in the yaw direction (rotation around the Z axis) The rotary joint 421 of the knee joint part 420 is driven by the first joint drive device 600 only.

이하에서는 엉덩이 관절부(412)와 무릎 관절부(420)의 관절 구동구조를 설명한다.Hereinafter, the joint driving structure of the hip joint part 412 and the knee joint part 420 will be described.

도 7a는 엉덩이 관절부 및 무릎 관절부 주면의 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 정면도이며, 도 7c는 도 7b를 간략화하여 그린 개념도이다.FIG. 7A is a perspective view of the hip joint and the main surface of the knee joint, FIG. 7B is a front view of FIG. 7A, and FIG. 7C is a conceptual drawing of FIG.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 대퇴 링크(41) 상에는 엉덩이(hip) 관절부(412)를 구동하는 엉덩이 관절부 구동장치(500')와, 무릎(knee) 관절부(420)를 구동하는 무릎 관절부 구동장치(800')가 배치되어 있다.7A to 7C, on the femoral link 41, there are provided a hip joint driving device 500 'for driving a hip joint part 412, a knee joint driving part 500' for driving a knee joint part 420, And a joint driving unit 800 'is disposed.

엉덩이 관절부 구동장치(500')는 엉덩이 관절부(412)를 롤 방향과 피치 방향의 2방향으로 구동시키게 되는데, 뼈대를 이루는 프레임(510')과, 프레임(510')의 일측에 마련되며 피치 방향으로 엉덩이 관절부(412)를 회전시키는 텐던 방식 관절 구동장치(600')와, 프레임(510')의 타측에 마련되며 롤 방향으로 엉덩이 관절부(412)를 회전시키는 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치(700')를 포함한다.The hip joint driving unit 500 'drives the hip joint part 412 in two directions of the roll direction and the pitch direction. The hip joint driving unit 500' includes a frame 510 'constituting a skeleton and a frame 510' provided on one side of the frame 510 ' And a harmonic drive type joint drive device 700 'that is provided on the other side of the frame 510' and rotates the hips joint 412 in the roll direction. The hammock joint type joint drive device 600 ' ).

엉덩이 관절부 구동장치(500')는 도 3a 내지 도 5에서 설명한 로봇 관절 구동장치(500)의 구조가 그대로 적용된 것이며, 프레임(510')의 일측에 텐던 방식의 관절 구동장치(600')가 마련되어 엉덩이 관절부(412)를 피치 방향으로 회전시키게 되고, 프레임(510')의 타측에 하모닉 드라이브 방식의 관절 구동장치(700')가 마련되어 엉덩이 관절부(412)를 롤 방향으로 회전시키게 된다.The hip joint drive unit 500 'is a structure in which the structure of the robot joint drive unit 500 illustrated in FIGS. 3A to 5 is applied as it is, and a tandem joint drive unit 600' is provided at one side of the frame 510 ' The hip joint 412 is rotated in the pitch direction and the hip joint drive unit 700 'is provided on the other side of the frame 510' to rotate the hip joint 412 in the roll direction.

무릎 관절부 구동장치(800')는 도 3a 내지 도 5에서 설명한 로봇 관절 구동장치(500)의 구조 중에서 제1관절 구동장치(600) 만이 그대로 무릎 관절부(420)의 구동에 적용된 것이며, 텐던 방식의 관절 구동장치(800')가 무릎 관절부(420)를 피치 방향으로 회전 시키게 된다.In the structure of the robot joint driving apparatus 500 described with reference to FIGS. 3A to 5, only the first joint driving apparatus 600 is applied to the driving of the knee joint part 420 as it is, The joint drive device 800 'causes the knee joint part 420 to rotate in the pitch direction.

엉덩이 관절부 구동장치(500')와 무릎 관절부 구동장치(800')는 제1관절 구동장치(600)와 동일하게 이동부재(670', 870'), 와이어(650', 850'), 아이들 풀리(620', 820') 및 관절부(640', 840') 등의 구성요소를 포함하게 된다.The hip joint driving unit 500 'and the knee joint driving unit 800' are provided with moving members 670 'and 870', wires 650 'and 850' (620 ', 820') and joints (640 ', 840').

이 때 엉덩이 관절부 구동장치(500')와 무릎 관절부 구동장치(800')는 함께 하나의 대퇴 링크(41) 내부에 배치되게 된다.At this time, the hip joint driving unit 500 'and the knee joint driving unit 800' are disposed together inside the single femoral link 41.

그리고, 엉덩이 관절부 구동장치(500')와 무릎 관절부 구동장치(800') 둘 다 제1관절 구동장치(600) 처럼 엉덩이 관절부(412) 및 무릎 관절부(420)에 피치 방향으로 걸리는 토크를 측정하기 위한 토크센서(698', 898')를 포함하고, 또한 엉덩이 관절부(412) 및 무릎 관절부(420)의 피치 방향 회전각을 측정하기 위한 회전각 측정센서(899')를 포함한다.Both the hip joint driving device 500 'and the knee joint driving device 800' measure the torque applied to the hip joint 412 and the knee joint 420 in the pitch direction as the first joint driving device 600 And a rotational angle measuring sensor 899 'for measuring the rotational angles in the pitch direction of the hip joint 412 and the knee joint 420. The rotational angle measuring sensor 899' includes a torque sensor 698 ', 898'

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(1)의 관절 구동 동작을 설명한다.Hereinafter, a joint driving operation of the robot 1 according to an embodiment of the present invention will be described.

로봇(1)이 각 관절을 동작시키고자 하는 경우에 제어유닛(12)을 통하여 관절 구동장치에 신호를 보낸다. 그 일 예로, 엉덩이 관절부(412)에 신호를 보내는 경우를 살펴본다.And sends a signal to the joint drive device via the control unit 12 when the robot 1 wishes to operate each joint. As an example, a case of sending a signal to the hip joint part 412 will be described.

엉덩이 관절부(412)를 피치 방향으로 움직이고자 하는 경우에 제어유닛(12)은 엉덩이 관절부 구동장치(500')의 제1구동모터(미도시)로 구동 신호를 보낸다. 제1구동모터가 회전하면 그 회전력은 볼 스크류부(680')를 거쳐 이동부재(670')로 전달되고, 이동부재(670')의 직선운동은 엉덩이 관절부(640')를 피치 방향으로 회전시키게 된다. 엉덩이 관절부(640')를 다시 원 상태로 위치시키고자 하면 제1구동모터를 그 역방향으로 회전시키면 된다.When the hip joint part 412 is to be moved in the pitch direction, the control unit 12 sends a driving signal to the first driving motor (not shown) of the hip joint driving device 500 '. When the first driving motor rotates, its rotational force is transmitted to the moving member 670 'via the ball screw portion 680', and the linear motion of the moving member 670 'rotates the hip joint portion 640' . When the hip joint 640 'is to be placed in the original state again, the first driving motor may be rotated in the opposite direction.

엉덩이 관절부(412)를 롤 방향으로 움직이고자 하는 경우에 제어유닛(12)은 엉덩이 관절부 구동장치(500')의 제2구동모터(710')로 구동 신호를 보낸다. 제2구동모터(710')가 회전하면 그 회전력은 기어 감속 방식으로 도 5에서 설명한 웨이브 발생기, 플렉스 스플라인 및 원형 스플라인을 거쳐 출력부(770')로 전달된다. 출력부(770')의 회전이 엉덩이 관절부(640')의 롤 방향 회전이 되는 것이다. 엉덩이 관절부(640')를 다시 원 상태로 위치시키고자 하면 제2구동모터(710')를 그 역방향으로 회전시키면 된다.When the hip joint 412 is to be moved in the roll direction, the control unit 12 sends a drive signal to the second drive motor 710 'of the hip joint drive unit 500'. When the second drive motor 710 'is rotated, its rotational force is transmitted to the output portion 770' via the wave generator, the flex spline, and the circular spline described in FIG. 5 in the gear reduction mode. The rotation of the output portion 770 'is the roll-direction rotation of the hip joint 640'. When the hip joint 640 'is to be placed in the original state again, the second drive motor 710' may be rotated in the opposite direction.

무릎 관절부(420) 및 그 이외의 각 관절부 또한 제어유닛(12)이 각 구동모터로 구동 신호를 보내게 되면 각 관절 구동장치가 동작하여 원하는 방향으로 로봇 관절이 운동하게 된다.When the control unit 12 sends drive signals to the knee joint part 420 and other joint parts, the respective joint drive devices operate to move the robot joints in a desired direction.

이상에서 살펴본 것 처럼, 로봇 관절 구동장치(500) 및 이를 포함하는 로봇(1)은 각 관절의 요구동작 및 운동 특성에 맞도록 텐던 방식의 관절 구동장치와 하모닉 드라이브 방식의 관절 구동장치를 그 특성에 맞게 적절히 배치하여 로봇(1)이 실제 인간의 동작과 유사한 동작을 수행할 수 있도록 해준다.As described above, the robot joint drive unit 500 and the robot 1 including the robot joint drive unit according to the present invention are characterized in that a tandent joint drive unit and a harmonic drive joint drive unit So that the robot 1 can perform an action similar to an actual human motion.

전술한 실시예에서는 인간형 로봇을 그 일 예로 설명하였으나, 그 이외의 다양한 형태의 로봇에 적용이 가능함은 물론이다.Although the humanoid robot has been described as an example in the above-described embodiment, it goes without saying that the present invention can be applied to various other types of robots.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.The foregoing has shown and described specific embodiments. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications may be made without departing from the technical idea of the present invention described in the following claims .

1 : 로봇
500 : 로봇 관절 구동장치 510 : 프레임
600 : 제1관절 구동장치, 텐던 방식 관절 구동장치
620 : 아이들 풀리 630 : 가이드 프레임
640 : 로봇 관절부 650 : 와이어
660 : 조절유닛 670 : 이동부재
680 ; 볼 스크류부
700 : 제2관절 구동장치, 하모닉 드라이브 방식 관절 구동장치
720 : 입력축 730 : 웨이브 발생기
740 : 플렉스 스플라인 750 : 원형 스플라인
770 : 출력부1: Robot
500: robot joint drive device 510: frame
600: First joint drive unit, Tendon joint drive unit
620: idler pulley 630: guide frame
640: Robot joint 650: Wire
660: regulating unit 670: moving member
680; Ball screw portion
700: 2nd joint drive unit, harmonic drive joint drive unit
720: input shaft 730: wave generator
740: Flex spline 750: Circular spline
770: Output section

Claims

Frame,
A first joint drive device provided at one side of the frame for driving the robot joint in a first direction,
And a second joint drive device provided on the other side of the frame for driving the robot joint in a second direction orthogonal to the first direction,
Wherein the first joint drive unit drives the robot joint using a wire and the second joint drive unit drives the robot joint using a gear reduction method,
The first joint drive device includes a first drive motor, a ball screw unit connected to the first drive motor, and a moving member that linearly moves according to rotation of the ball screw unit,
Wherein the first driving motor and the ball screw portion are connected by a belt.

The method according to claim 1,
A wire connected in both directions of the moving member,
An idle pulley rotatably disposed at one side of the wire,
A joint portion rotatably disposed on the other side of the wire,
And an adjusting unit for adjusting the tension of the wire.

3. The method of claim 2,
Wherein the moving member is screwed to the ball screw portion.

The method of claim 3,
Wherein the ball screw portion is connected to the first driving motor and rotates according to driving of the driving motor.

3. The method of claim 2,
Wherein the moving member includes a wire coupling portion for coupling the wire.

6. The method of claim 5,
Wherein the wire coupling portion includes a wire through hole into which the wire is inserted and a wire coupling hole through which the wire is fixed by the coupling pin.

The method according to claim 1,
The second joint drive device includes a second drive motor, an input shaft connected to the second drive motor, an elliptical wave generator connected to the input shaft, a wave generator connected to the output part, And a circular spline having an internal teeth to receive and engage the flex spline. &Lt; RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >

The method according to claim 1,
Wherein the first joint drive device and the second joint drive device each further comprise a torque sensor for measuring a torque applied to the robot joint.

3. The method of claim 2,
Wherein the second joint drive device further comprises a rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the robot joint.

Frame,
A tendon joint drive device provided at one side of the frame for driving the robot joint in a first direction using a wire,
And a harmonic drive type joint drive device provided on the other side of the frame for driving the robot joint part in a second direction orthogonal to the first direction using a gear reduction mode,
The tensed type joint drive device and the harmonic drive type joint drive device are used in combination for driving the robot joint part,
The tandem type joint drive apparatus includes a first drive motor, a ball screw unit connected to the first drive motor, and a moving member that linearly moves according to rotation of the ball screw unit,
Wherein the first driving motor and the ball screw portion are connected by a belt.

In a robot including a plurality of revolving joints,
A tendon joint drive device for driving at least one of the revolute joints using a wire,
And a harmonic drive type joint drive device for driving at least one of the revolute joints using a gear reduction system,
The tandem type joint drive apparatus is used for driving a rotary joint requiring a flexible operation. The harmonic drive type joint drive apparatus is used for driving a rotary joint in which rigidity and precision are required,
The tandem type joint drive apparatus includes a first drive motor, a ball screw unit connected to the first drive motor, and a moving member that linearly moves according to rotation of the ball screw unit,
Wherein the first driving motor and the ball screw portion are connected by a belt.

12. The method of claim 11,
The above-mentioned tendon-type joint drive device and harmonic drive type joint drive device are used in combination in the hip joint,
The tendon-type joint drive device drives the hip joint part in a pitch direction,
Wherein the harmonic drive type joint drive device drives the hip joint part in a roll direction.

12. The method of claim 11,
In the ankle joint part, the tendon type joint drive device and the harmonic drive type joint drive device are used in combination,
Wherein the tendon-type joint drive device drives the ankle joint part in a pitch direction,
Wherein the harmonic drive type joint drive device drives the ankle joint part in a roll direction.

12. The method of claim 11,
Wherein the knee joint part is driven in the pitch direction by the tendon type joint drive device.