KR20210016342A - 비평행 또는 평행하고 서로 힌지 가능한 축선 상에서 입력 및 출력 풀리를 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크 전달 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 장치는, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재, 예컨대, 케이블 및 그 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리를 지나 안내되는 힌지 요소를 포함할 수 있다. 힌지 요소는 제1 기부 요소와 제2 기부 요소를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제1 힌지 축선을 포함한다. 제1 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 갖는 제1 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제2 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 갖는 제2 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제1 기부 요소 내의 제1 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제2 안내 풀리의 위치는, 토크 전달 부재의 일부분을 힌지 축선과 본질적으로 동축으로 안내하도록 정해진다. 바람직한 실시예에서, 본 장치는 착용식 로봇, 예컨대 외골격이다.

Description

비평행 또는 평행하고 서로 힌지 가능한 축선 상에서 입력 및 출력 풀리를 포함하는 장치

본 발명은 비평행 축선 상에 있는 동력 입력 풀리와 동력 출력 풀리(미국 특허 분류 474/61)에 관한 것이다. 본 발명은 착용식 로봇, 예컨대 외골격의 기술 분야, 특히, 몸에 이식 가능하지 않는 보조 기구(IPC A61F 2/50)에 관한 것이다.

US 2012/0 179 075 A1에는, 원위 외골격 관절에 토크를 가하기 위한 적어도 하나의 풀리-케이블 쌍을 포함하는 외골격이 개시되어 있다. 그 문헌의 도 9a에는, 근위 관절 아이들러 풀리를 지나 안내되는 케이블이 나타나 있고, 그 풀리는 근위 관절의 회전 축선과 동축이다.

F. Moon의 "Model: V07 Belt and Pulley Drive Between Two Non-Parallel axes"(http://kmoddl.library.cornell.edu/model.php?m=295, 2003년 7월 1일)에는, 운동을 한 회전 축선으로부터 동일한 평면 내의 다른 비평행 회전 축선에 어떻게 전달하는지를 보여주는 모델이 개시되어 있다. 그 기구는 다른 두 축선의 평면에 수직인 수직 축선 상에 있는 중간 안내 풀리 휠을 사용한다. 그래서 안내 풀리 휠은 수직 축선에 평행한 회전 축선을 포함한다.

착용식 로봇은 관절 회전 축선을 갖는 관절을 포함할 수 있다. 케이블과 풀리에 기반하여 관절에 동력을 전달하는(그래서, 관절 회전 축선에 평행한 풀리 회전 축선을 갖는 안내 풀리가 제공됨)는 토크 전달 시스템은 적어도 풀리 직경의 관절 회전 축선에 수직인 모든 방향의 치수를 갖는다. 큰 공간 범위를 갖는 착용식 로봇은, 공간적으로 그리고/또는 관성적으로 사용자를 방해할 수 있어 바람직하지 않다. 케이블의 경로 길이가 관절의 각도 구성에 따라 변하기 때문에(추가의 바람직하지 않은 효과), 이러한 관절의 어떤 실시예는 관절의 각도 구성에 따르는 케이블에 장력을 추가로 제공할 수 있다,

FR 2 991 224에는, 힌지 축선 주위에 힌지식으로 부착되는 2개의 부분을 갖는 외골격에서 실행하기에 적합한 아암이 개시되어 있고, 많은 토크 전달 부재가 그 두 부분 사이에서 풀리에 의해 안내된다. 그러나, 특히 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 장치는 불리하게도 토크 전달 부재의 일부분을 힌지 축선과 동축으로 안내하지 않고, 대신에 그 힌지 축선에 평행하게(이 힌지 축선과 일치하지 않고) 작동한다. 힌지 축선에 대한 이 오프셋으로 인해, 힌지 축선 주위로의 회전이 한 부분에 의해 다른 부분에 대해 수행될 때 토크 전달 부재는 휘어지거나 비틀리는데, 이 결과, 토크 전달 부재에서 길이 변화 및 스트레인(strain)이 일어나 마모와 손상이 생기게 된다.

WO2011/157757에는 일반적인 풀리 시스템이 나타나 있는데, 이 풀리 시스템도 전달 부재의 일부분이 힌지 축선과 동축이게 할 수 없어, 위에서 언급한 문헌의 경우와 동일한 문제를 갖게 된다.

본 발명은 위에서 언급된 문제들 중의 적어도 일부를 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 청구항 1에 따른 착용식 로봇을 제공한다.

본 발명은 청구항 13에 따른 장치를 제공한다.

본 발명은 청구항 14에 따른 토크 전달 방법을 제공한다.

본 발명은, 서로 힌지 가능한 비평행 입력 및 출력 축선을 통해 토크를 전달하는 기술적 과제에 대한 해결 방안을 제공한다. 본 발명은 제1 힌지 축선에 수직인 방향으로 힌지 요소의 제한된 공간 범위를 가능하게 하므로 유리하다. 본 발명은, 토크 전달 부재의 경로의 길이가 힌지 요소의 각도 구성에 본질적으로 독립적이기 때문에 토크 전달 부재(예컨대, 케이블)에 대한 장력은, 토크 전달 부재의 비틀림에 달려 있고 힌지 요소의 각도 구성에 대해서는 본질적으로 독립적이므로 추가로 유리하다.

도 1, 2, 3, 6 및 7은 본 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 실시예들을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 힌지 요소의 일 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 착용식 로봇을 개략적으로 나타낸다.
도 8 및 9는 힌지 요소의 대안적인 실시예를 개략적으로 나타낸다.

본 발명은 토크 전달 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 대응하는 부분에서 요약되었다. 이하에서, 본 발명을 상세히 설명하고, 바람직한 실시예를 논의하며, 또한 본 발명을 예로 도시한다.

다르게 정의되지 않는다면, 기술적 및 과학적 용어를 포함하여, 본 발명의 개시에 사용되는 모든 용어는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지고 있는 사람이 일반적으로 이해하고 있는 바와 같은 의미를 갖는다. 추가의 안내로, 본 발명의 가르침을 더 잘 이해하도록 용어의 정의가 포함된다.

여기서 사용되는 바와 같이, 이하의 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다:

여기서 사용되는 바와 같은 단수 표현은, 문맥에서 다른 명확한 언급이 없다면, 단수와 복수의 지시 대상 모두를 말하는 것이다. 예컨대, "격실"은 하나의 격실 또는 하나 보다 많은 격실을 말하는 것이다.

파라미터, 양, 시간 기간 등과 같은 측정 가능한 값을 가리키는 여기서 사용되는 바와 같은 "약"은, 그러한 변화가 개시된 발명을 수행하는 데에 적절하다면, 특정된 값의 ±20% 이하, 바람직하게는 ±10% 이하, 더 바람직하게는 ±5% 이하, 더더욱 바람직하게는 ±1% 이하, 또한 더더욱 바람직하게는 ±0.1% 이하의 변화를 포함하도록 되어 있다. 그러나, 수식어 "약"이 가리키는 값 자체도 구체적으로 개시되어 있음을 이해할 것이다.

여기서 사용되는 바와 같은 "포함한다", "포함하는" 및 "∼로 구성되다"는, "포괄한다", "포괄하는", "함유한다" 또는 "함유하는"와 동의어이며, 다음에 오는 것, 예컨대, 구성품의 존재를 특정하고 또한 본 기술 분야에서 알려져 있거나 여기서 개시된 추가적인 언급되지 않은 구성품, 특징, 요소, 부재, 단계의 존재를 제외하거나 배제하지 않는 포괄적인 또는 개방형 용어이다.

끝점으로 수치 범위를 표현할 때, 언급된 끝점 뿐만 아니라, 그 범위 내에 포함되는 모든 수와 분수도 포함된다.

달리 정의되지 않는 다면, 여기서 그리고 설명 전체에 걸쳐 "중량%", "중량 퍼센트", "%wt" 또는 "wt%"는 조성물의 전체 중량에 대한 각 성분의 상대 중량을 말한다.

제1 양태에서, 본 발명은 장치를 제공한다. 이 장치는 전달 시스템을 포함하고, 이 전달 시스템은, 기다랗고 휘어질 수 있는 (세로의 가요성) 토크 전달 부재 및 이 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리를 지나 안내되는, 바람직하게는 피동적으로 안내되는 힌지 요소를 포함한다. 힌지 요소는 제1 기부 요소와 제2 기부 요소를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제1 힌지 축선을 포함하며, 제1 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제1 안내 풀리를 포함한다. 제2 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제2 안내 풀리를 포함한다. 제1 안내 풀리는 제1 기부 요소 내의 위치를 포함한다. 제2 안내 풀리는 제2 기부 요소 내의 위치를 포함한다. 제1 기부 요소 내의 제1 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제2 안내 풀리의 위치는, 토크 전달 부재의 일부분을 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해진다.

제2 양태에서, 본 발명은, 바람직하게는 장치에서 토크를 입력 회전 축선으로부터 기다랗고 휘어질 수 있는 (세로의 가요성) 토크 전달 부재를 통해 입력 회전 축선과 비평행한 출력 회전 축선에 전달하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 적어도 하나의 힌지 축선을 중심으로 입력 회전 축선 및 출력 회전 축선을 상대적으로 회전시키는 단계; 및 적어도 하나의 힌지 축선의 각 힌지 축선에 대해 토크 전달 부재의 일부분을 힌지 축선과 본질적으로 동축으로 안내하는 단계를 동시에 포함한다. 바람직하게, 적어도 하나의 힌지 축선의 각 힌지 축선은 입력 회전 축선과 출력 회전 축선 둘 모두로부터 공간적으로 분리되어 있다. "∼로부터 공간적으로 분리되어 있는"은 "∼와 영이 아닌 거리를 포함하는"을 의미한다. 이런 점에서, 입력 회전 축선, 출력 회전 축선, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재, 및 적어도 하나의 힌지 축선을 포함하는 장치가 제공된다.

토크 전달 부재의 일부분을 힌지 축선과 완전히 동축으로 안내함으로써, 토크 전달 부재와 힌지 축선 사이에 오프셋이 없음에 따라, 토크 전달 부재의 휘어짐이 없이, 힌지 축선 주위로의 토크 전달 부재의 순수한 비틀림이 생기게 된다. 이는 또한 힌지 관절과 출력 축선 주위의 회전의 개선된 분리를 제공한다.

일 바람직한 실시예에서, 본 방법은, 입력 회전 축선을 포함하는 입력 풀리로부터 적어도 하나의 힌지 축선 중의 한 힌지 축선까지 토크 전달 부재의 일부분을 입력 회전 축선에 본질적으로 수직하게 안내하는 단계; 및 적어도 하나의 힌지 축선 중의 한 힌지 축선으로부터 출력 회전 축선을 포함하는 출력 풀리까지 토크 전달 부재의 일부분을 출력 회전 축선에 본질적으로 수직하게 안내하는 단계를 더 포함한다. 이 바람직한 실시예에서, 장치는 입력 풀리와 출력 풀리를 더 포함한다.

본 발명은, 상대적으로 회전 가능한 비평행 입력 및 출력 축선을 통해 토크를 전달하는 기술적 과제에 대한 해결 방안을 제공한다. 본 발명은 제1 힌지 축선에 수직인 방향으로 힌지 요소의 제한된 공간 범위를 가능하게 하므로 유리하다. 본 발명은, 토크 전달 부재의 경로의 길이가 힌지 요소의 각도 구성에 본질적으로 독립적이기 때문에 토크 전달 부재(예컨대, 케이블)에 대한 장력은, 토크 전달 부재의 비틀림에 달려 있고 힌지 요소의 각도 구성에 대해서는 본질적으로 독립적이므로 추가로 유리하다.

당업자는, 제1 양태와 제2 양태는 공통의 창의적인 개념을 포함한다는 것을 알 것이다. 제2 양태에 따른 방법은 제1 양태에 따른 장치를 통해 수행될 수 있다. 그러므로, 이하에서, 특별한 양태에 대한 참조는 생략될 수 있다. 또한, 이 문헌에서 (위와 아래에서) 설명되는 모든 특징적인 점들은, 특별한 양태와 관련하여 설명되었더라도, 제1 및 제2 양태 각각에도 관계될 수 있다.

기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재의 비한정적인 목록은, 벨트, 케이블, 체인 등을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 토크 전달 부재는 케이블이고, 바람직하게는, 합금, 금속 또는 플라스틱을 포함하는 케이블이고, 더 바람직하게는, 플라스틱을 포함하는 케이블이며, 더더욱 바람직하게는, 폴리에틸렌(PE)을 포함하는 케이블이고, 가장 바람직하게는, DSM Dyneema B.V.의 Dyneema®을 포함하는 케이블이다. 케이블은, 토크 전달 부재의 경로의 길이를 본질적으로 일정하게 유지시키면서, 케이블이 위험하게 변형됨이 없이, 비틀림을 허용하므로 유리하다.

바람직한 실시예에서, 장치는 착용식 로봇이다. 바람직하게는, 착용식 로봇은 외골격이다. 바람직한 실시예에서, 착용식 로봇은 관절 회전 축선을 및 힌지 요소를 포함하는 관절을 포함한다. 제1 힌지 죽선은 관절 회전 축선이거나 그렇지 않을 수 있다. 관절의 비한정적인 목록은 발목, 팔꿈치, 엉덩이, 무릎, 어깨, 손목 등을 포함한다.

당업자는, 이 문헌에서 사용되는 바와 같은 "제1", "제2", "제3", "제4", "제5", "제6", 제7" 및 "제8"과 같은 순서 수는 그러한 요소 또는 그러한 단계의 총 수를 암시함이 없이 장치의 요소 또는 방법의 단계를 말하는 것임을 알 것이다. 예컨대, 힌지 요소는 제1 안내 풀리, 제2 안내 풀리, 제5 안내 풀리 및 제6 안내 풀리를 포함할 수 있고, 그래서 총 4개의 안내 풀리를 포함한다. 그러나, 제1 안내 풀리, 제2 안내 풀리, 제5 안내 풀리 및 제6 안내 풀리를 포함하는 힌지 요소는, 예컨대 제3 안내 풀리 및 제4 안내 풀리와 같은 추가적인 안내 풀리를 대안적으로 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 토크 전달 부재는 힌지 요소를 따라 한번 안내된다.

대안적인 바람직한 실시예에서, 토크 전달 부재는 2개의 개별적인 부분에 걸쳐 힌지 요소를 따라 2번 안내된다. 제1 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제3 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제2 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제4 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제3 안내 풀리는 제1 기부 요소 내의 위치를 포함할 수 있다. 제4 안내 풀리는 제2 기부 요소 내의 위치를 포함할 수 있다. 제1 기부 요소 내의 제3 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제4 안내 풀리의 위치는, 토크 전달 부재의 제2 부분을 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해진다.

이는 폐루프 부재 또는 복수의 개별적인 부분을 포함하는 부재를 안내할 수 있어 유리하다. 이는, 토크 전달 부재가 힌지 요소를 통해 이중적으로 안내됨으로써, 요구되는 토크 전달을 위한 토크 전달 부재의 2개의 부분(폐루프 부분 또는 개별적인 부분)이 병렬적으로 변형될 수 있어 토크 전달 부재의 수명이 증가되며 그리고/또는 더 큰 토크의 전달이 가능하므로, 추가적으로 또는 대안적으로 유리하다.

바람직한 실시예에서, 제1 및 제3 안내 풀리의 풀리 회전 축선은 본질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는, 제1 및 제3 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다. 바람직한 실시예에서, 제2 및 제4 안내 풀리의 풀리 회전 축선은 본질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는, 제2 및 제4 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다. 이는 제1 힌지 축선에 수직인 방향으로 제한된 범위를 포함하는 제1 및 제2 기부 요소를 가능하게 하므로 유리하다. 이러한 대응하는 좁은 힌지는 장치의 공간적 범위를 제한하므로 유리하다. 그 장치가 착용식 로봇이면, 장치의 제한된 공간적 범위는 사용자가 느끼는 관성력을 제한한다.

바람직한 실시예에서, 안내 풀리는, 제1 안내 풀리와 제2 안내 풀리 사이에서 안내되는 토크 전달 부재의 일부분과 제3 안내 풀리와 제4 안내 풀리 사이에서 안내되는 토크 전달 부재의 일부분은 겹치지 않고 사실 힌지 축선의 방향을 따라 (영이 아닌 거리에 걸쳐) 공간적으로 분리되게 해주는 대형으로 위치된다. 이는, 제1 및 제2 안내 풀리를 힌지 축선을 따라 위치시키고 이때 제3 및 제4 안내 풀리는 제1 및 제2 안내 풀리에 대해 힌지 축선의 동일한 측에 위치됨으로써 달성될 수 있다.

힌지 축선을 따른 가능한 순서는 다음과 같을 수 있다:

- 제1 안내 풀리; 제2 안내 풀리; 제3 안내 풀리; 제4 안내 풀리;

- 제1 안내 풀리; 제2 안내 풀리; 제4 안내 풀리; 제3 안내 풀리;

- 제2 안내 풀리; 제1 안내 풀리; 제3 안내 풀리; 제4 안내 풀리;

- 제2 안내 풀리; 제1 안내 풀리; 제4 안내 풀리; 제3 안내 풀리.

FR'224 또는 WO'757과는 반대로, 부분들은 서로 교차하거나 겹치거나 또는 만나지 않으므로, 본 발명은 힌지 축선과 동축으로 있을 수 있고, 그래서 토크 전달 부재의 휨 또는 비틀림을 피할 수 있으며, FR'224 및 WO'757의 경우에는, 풀리는 서로를 통해 혼합되어 위치되거나 또는 적어도 서로 인접한다는 것은, 풀리는 힌지 축선에 평행하게 있지만 반드시 그 힌지 축선에 대해 옆으로 오프셋되어 위치됨을 의미한다.

바람직한 실시예에서, 본 장치는 상이한 기부 요소에 장착되는 입력 풀리와 출력 풀리를 포함하며, 그래서 토크 전달 부재는 입력 풀리와 출력 풀리 위에 결합된다. 입력 풀리는 입력 회전 축선을 포함한다. 출력 풀리는 출력 회전 축선을 포함한다. 본 장치는 토크를 입력 회전 축선으로부터 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재를 통해 출력 회전 축선에 전달하도록 구성되어 있고, 그래서 입력 및 출력 회전 축선은, 바람직하게는 이 입력 및 출력 회전 축선 둘 모두에 본질적으로 수직인 제1 힌지 축선을 중심으로 상대적으로 회전할 수 있다. 토크 전달 부재는 입력 풀리에 부착될 수 있다. 토크 전달 부재는 출력 풀리에 부착될 수 있다. 이는 미끄러짐을 방지하므로 유리하다. 출력 및 입력 풀리는 1 보다 작은, 1과 같은 또는 1 보다 큰 변속비를 포함할 수 있다. 변속비는 약 1:3, 약 1:2, 약 2:3, 약 1:1, 약 3:2, 약 2:1, 약 3:1 또는 아래의 값, 사이의 값 또는 위의 값일 수 있다. 변속비는 1과 다를 수 있고, 바람직하게는 19:20 보다 작거나 20:19 보다 클 수 있고, 더 바람직하게는 9:10 보다 작거나 또는 10:9 보다 크며, 더더욱 바람직하게는 4:5 보다 작거나 또는 5:4 보다 크다. 이는 입력 및 출력 풀리에서의 전달을 통해 토크 및 회전 속도를 변경할 수 있게 해주므로 유리하다.

바람직한 실시예에서, 제1 기부 요소는 입력 풀리를 포함한다. 바람직하게는, 입력 풀리는 제1 회전 축선에 본질적으로 수직인 입력 회전 축선을 포함한다. 바람직하게는, 제1 안내 풀리의 회전 축선과 입력 풀리의 회전 축선은 본질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는, 제1 안내 풀리와 입력 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다.

바람직한 실시예에서, 제2 기부 요소는 출력 풀리를 포함한다. 바람직하게는, 출력 풀리는 제1 회전 축선에 본질적으로 수직인 출력 회전 축선을 포함한다. 바람직하게는, 제2 안내 풀리의 회전 축선과 출력 풀리의 회전 축선은 본질적으로 서로 평행하다. 바람직하게는, 제2 안내 풀리와 출력 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다.

대안적인 실시예에서, 힌지 요소는 복수의 힌지 축선을 포함한다. 복수의 힌지 축선은 본질적으로 서로 평행한 힌지 축선을 포함할 수 있다. 복수의 힌지 축선은 비평행 힌지 축선을 포함할 수 있다. 복수의 힌지 축선은 본질적으로 서로 수직인 힌지 축선을 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 힌지 요소는 제1 기부 요소, 제2 기부 요소, 및 제3 기부 요소를 포함하고, 제2 및 제3 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제2 힌지 축선을 포함한다. 제2 기부 요소는, 제2 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제5 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제3 기부 요소는, 제2 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함하는 제6 안내 풀리를 포함할 수 있다. 제5 안내 풀리는 제2 기부 요소 내의 위치를 포함할 수 있다. 제6 안내 풀리는 제3 기부 요소 내의 위치를 포함할 수 있다. 제2 기부 요소 내의 제5 안내 풀리의 위치와 제3 기부 요소 내의 제6 안내 풀리의 위치는, 토크 전달 부재의 일부분을 제2 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해진다. 바람직하게, 제1 기부 요소는 제1 안내 풀리의 풀리 회전 축선에 본질적으로 평행한 입력 회전 축선을 포함하는 입력 풀리를 포함한다. 바람직하게, 입력 풀리 및 제1 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다. 바람직하게, 제3 기부 요소는 제6 안내 풀리의 풀리 회전 축선에 본질적으로 평행한 출력 회전 축선을 포함하는 출력 풀리를 포함한다. 바람직하게, 출력 풀리와 제6 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있다. 바람직하게, 토크 전달 부재는 입력 풀리와 출력 풀리 위에 결합된다.

특히 바람직한 실시예에서, 제6 안내 풀리는 그의 가장자리에 걸쳐 토크 전달 부재를 안내하기 위한 단일 홈만 포함하고, 그래서 그 홈은 힌지 축선 및/또는 제2 및 제4 안내 풀리와 같은 평면 내에 있다.

제1 및 제2 힌지 축선은 본질적으로 평행하다. 제1 및 제2 힌지 축선은 비평행할 수 있다. 제1 및 제2 힌지 축선은 본질적으로 서로 수직일 수 있다. 후자의 두 경우는 입력 및 출력 축선을 복수의 방향 주위로 상대적으로 힌지할 수 있어 유리하다. 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 힌지 축선은 본질적으로 서로 수직이다.

바람직한 실시예에서, 제5 안내 풀리는 제2 안내 안내 풀리이다. 그래서 제2 안내 풀리는 제1 및 제2 힌지 축선 둘 모두에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선을 포함한다.

본 장치는 가요성 구동 축을 포함하거나 그렇지 않을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 그 장치는 힌지 요소의 입력 또는 출력 풀리와 직렬로 있는 가요성 구동 축을 포함한다. 가요성 구동 축은 비평행 축선을 따른 토크 전달을 가능하게 하므로 유리하며, 예컨대 직렬 탄성 액츄에이터에서 순응적인 요소로 이용될 수 있고 또한 원격 작동 시스템으로부터의 분산식 토크 전달을 가능하게 한다. 가요성 구동 축 및 힌지 요소는 장치에서 상보적인 요소들인데, 가요성 구동 축은 그 자체로는 지지를 제공하지 않지만, 복수의 부분을 따라 많은 방향으로 구부려질 수 있고, 반면에, 힌지 요소는 예컨대 제1 힌지 축선에 평행한 방향을 따라 지지를 제공할 수 있지만, 제한된 양의 자유도를 포함한다. 이리하여, 가요성 구동 축은 착용식 로봇의 지지 요소와 조합되어, 또는 온전하다면, 인간 또는 동물의 자연적으로 존재하는 지지 요소와 조합되어 이용될 수 있다. 또한, 가요성 구동 축은 순응적인 요소로서 이용될 수 있지만, 토크 전달시의 그의 관성은 즉각적인 반응이 요구되는 다른 경우에는 또한 불리할 수 있는데, 이는 본 발명에 따른 장치의 힌지 요소로 해결되는 문제이다.

일 실시예에서, 입력 풀리, 출력 풀리 및/또는 안내 풀리와 같은 하나 이상의 풀리는 휠, 예컨대 기어형 휠일 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 입력 풀리, 출력 풀리 및/또는 안내 풀리는, 이들 풀리가 토크 전달 부재의 길이를 일정하게 유지시키기 위해 회전적으로 구성된다면, 원형에서 벗어난 프로파일, 예컨대 캠 프로파일을 포함할 수 있다. 이로써, 가변적인 전달이 가능하다.

본 발명을 더 설명하는 이하의 비한정적인 예로 본 발명을 더 설명하도록 하며, 그 예는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며 또한 그렇게 해석되어서도 안 된다.

예

예 1: 2개의 자유도(2 DOF)를 갖는 토크 전달

도 1은 본 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 힌지 요소는 제1 기부 요소(201) 및 제2 기부 요소(202)를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 제1 힌지 축선(10)을 포함한다.

제1 기부 요소(201)는 입력 풀리(5), 제1 안내 풀리(1), 및 제3 안내 풀리(3)를 포함한다. 입력 풀리(5)는 입력 회전 축선(15)을 포함한다. 제1 안내 풀리(1)는 풀리 회전 축선(11)을 포함한다. 제3 안내 풀리(3)는 풀리 회전 축선(13)을 포함한다. 입력 풀리(5), 제1 안내 풀리(1) 및 제3 안내 풀리(3)는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 그래서, 본질적으로 제1 힌지 축선(10)에 수직인 본질적으로 평행한 회전 축선(15, 11, 13)을 포함한다.

제2 기부 요소(202)는 출력 풀리(6), 제2 안내 풀리(2), 및 제4 안내 풀리(4)를 포함한다. 출력 풀리(6)는 출력 회전 축선(16)을 포함한다. 제2 안내 풀리(2)는 풀리 회전 축선(12)을 포함한다. 제4 안내 풀리(4)는 풀리 회전 축선(14)을 포함한다. 출력 풀리(6), 제2 안내 풀리(2) 및 제4 안내 풀리(4)는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 그래서, 제1 힌지 축선(10)에 본질적으로 수직인 본질적으로 평행한 회전 축선(16, 12, 14)을 포함한다.

장치, 특히, 힌지 요소는 또한, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(20)를 포함하며, 이 토크 전달 부재는 입력 풀리(5)와 출력 풀리(6) 각각의 위에 결합하고 또한 제1 안내 풀리(1), 제2 안내 풀리(2), 제3 안내 풀리(3) 및 제4 안내 풀리(4)를 지나 힌지 요소를 따라 안내되며, 바람직하게는 피동적으로 안내된다. 제1 기부 요소(201) 내의 제1 안내 풀리(1)의 위치와 제2 기부 요소(202) 내의 제2 안내 풀리(2)의 위치는, 토크 전달 부재의 제1 부분(21)을 제1 힌지 축선(10)과 본질적으로 동축으로 안내하도록 정해진다. 제1 기부 요소(201) 내의 제3 안내 풀리(3)의 위치와 제2 기부 요소(202) 내의 제4 안내 풀리(4)의 위치는, 토크 전달 부재의 제2 부분(22)을 제1 힌지 축선(10)과 본질적으로 동축으로 안내하도록 정해진다.

제1 풀리(1)는 제1 케이블 안내 반경을 가지며 제1 풀리(1)의 풀리 회전 축선은, 본질적으로 제1 케이블 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제1 기부 요소(201) 내에 위치된다. 제3 풀리(3)는 제3 케이블 안내 반경을 가지며 제3 풀리(3)의 풀리 회전 축선은, 본질적으로 제3 케이블 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제1 기부 요소(201) 내에 위치된다. 바람직하게는, 제1 케이블 안내 반경과 제3 케이블 안내 반경은 본질적으로 같다.

제2 풀리(2)는 제2 케이블 안내 반경을 포함하며 제2 풀리(2)의 풀리 회전 축선은, 본질적으로 제2 케이블 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제2 기부 요소(202) 내에 위치된다. 제4 풀리(4)는 제4 케이블 안내 반경을 가지며 제4 풀리(4)의 풀리 회전 축선은, 본질적으로 제4 케이블 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제2 기부 요소(202) 내에 위치된다. 바람직하게는, 제2 케이블 안내 반경과 제4 케이블 안내 반경은 본질적으로 같다.

힌지 요소는 2개의 자유도를 갖는다:

- 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)의 통상적인 회전 자유도(ω1, T1, ω2, T2); 및

- 제1 힌지 축선(10)에 대한 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)의 피동적인 회전 자유도.

당업자는, 도 1에서 풀리와 관련하여 화살표가 그려져 있지만 회전 방향은 그려져 있는 방향에 한정되지 않고 토크 전달 부재에 의해 일어나는 통상적인 회전 운동을 나타내는 역할을 하는 것 뿐임을 알 것이다. 모든 풀리는 양방향으로 회전하도록 구성된다.

예 2: 복수의 평행한 힌지 축선을 갖는 토크 전달

도 2는 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 힌지 요소는 본질적으로 평행한 복수의 힌지 축선(10a, 10b)을 포함하며, 그래서 각 힌지 축선에 대해 힌지 요소는 2쌍의 안내 풀리를 포함한다:

- 힌지 축선(10a)에 대해 쌍(1a, 2a) 및 쌍(3a, 4a); 및

- 힌지 축선(10b)에 대해 쌍(1b, 2b) 및 쌍(3b, 4b).

각 쌍의 안내 풀리는 토크 전달 부재의 일부분을 대응하는 힌지 축선과 본질적으로 동축으로 안내하도록 위치된다.

특징적 부분에 대한 번호는 예 1의 특징적 부분에 대한 번호에 대응하고, 그래서 당업자는 각 힌지 축선에 대해 알파벳 색인이 이용되었음을 알 것이다. 본 예는 n개의 힌지 축선을 포함하고 그래서 n + 1개의 DOF를 포함한다. 예 1과 관련하여 나타낸 모든 다른 특징적 부분은 이 예에도 존재한다.

예 3: 2개의 비평행 힌지 축선을 갖는 토크 전달

도 3은 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 힌지 요소는 제1 기부 요소(301), 제2 기부 요소(302), 및 제3 기부 요소(303)를 포함한다. 제1 기부 요소(301)와 제2 기부 요소(302)는 힌지식으로 부착되어 있고 제1 힌지 축선(100)을 포함한다. 제2 기부 요소(302)와 제3 기부 요소(303)는 힌지식으로 부착되어 있고 제2 힌지 축선(99)을 포함한다.

제1 기부 요소(301)는 입력 풀리(105), 제1 안내 풀리(103), 및 제3 안내 풀리(101)를 포함한다. 입력 풀리(105)는 입력 회전 축선(115)을 포함한다. 제1 안내 풀리(103)는 풀리 회전 축선(113)을 포함한다. 제3 안내 풀리(101)는 풀리 회전 축선(111)을 포함한다. 입력 풀리(105), 제1 안내 풀리(103) 및 제3 안내 풀리(101)는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 그래서, 제1 힌지 축선(100)에 본질적으로 수직인 본질적으로 평행한 회전 축선(115, 113, 111)을 포함한다.

제2 기부 요소(302)는 제2 안내 풀리(104), 제4 안내 풀리(102) 및 제7 안내 풀리(108)를 포함한다. 제2 안내 풀리(104)는 풀리 회전 축선(114)을 포함한다. 제4 안내 풀리(102)는 풀리 회전 축선(112)을 포함한다. 제7 안내 풀리(108)는 풀리 회전 축선(118)을 포함한다. 제2 안내 풀리(104), 제4 안내 풀리(102) 및 제7 안내 풀리(108)는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 그래서, 제1 힌지 축선(100) 및 제2 힌지 축선(99) 각각에 본질적으로 수직인 본질적으로 평행한 회전 축선(114, 112, 118)을 포함한다.

제3 기부 요소(303)는 출력 풀리(106), 제6 안내 풀리(107) 및 제8 안내 풀리(109)를 포함한다. 출력 풀리(106)는 출력 회전 축선(116)을 포함한다. 제6 안내 풀리(107)는 풀리 회전 축선(117)을 포함한다. 제8 안내 풀리(109)는 풀리 회전 축선(119)을 포함한다. 출력 풀리(106), 제6 안내 풀리(107) 및 제8 안내 풀리(109)는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 그래서, 제2 힌지 축선(99)에 본질적으로 수직인 본질적으로 평행한 회전 축선(116, 117, 119)을 포함한다.

장치, 특히, 힌지 요소는 또한 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(120)를 포함하며, 이 토크 전달 부재는 입력 풀리(105)와 출력 풀리(106) 위에 결합하고 또한 제1 안내 풀리(104), 제2 안내 풀리(104), 제3 안내 풀리(101), 제4 안내 풀리(102), 제6 안내 풀리(107), 제7 안내 풀리(108) 및 제8 안내 풀리(109)를 지나 힌지 요소를 따라 안내되며, 바람직하게는 피동적으로 안내된다. 당업자는, 실시예는 7개의 안내 풀리를 포함하고 또한 상세한 설명에서 설명되는 바람직한 실시예에 따르면 제5 안내 풀리와 제2 안내 풀리(104)는 하나의 동일한 것임을 알 것이다.

힌지 요소는 여러 쌍의 안내 풀리를 포함한다:

- 제3 안내 풀리(101)와 제4 안내 풀리(102)는 제1 힌지 축선(100)과 본질적으로 동축인 토크 전달 부재의 쌍 안내 부분(321)을 형성함;

- 제1 안내 풀리(103)와 제2 안내 풀리(104)는 제1 힌지 축선(100)과 본질적으로 동축인 토크 전달 부재의 쌍 안내 부분(322)을 형성함;

- 제2 안내 풀리(104)와 제6 안내 풀리(107)는 제2 힌지 축선(99)과 본질적으로 동축인 토크 전달 부재의 쌍 안내 부분(323)을 형성함;

- 제7 안내 풀리(108)와 제8 안내 풀리(109)는 제2 힌지 축선(99)과 본질적으로 동축인 토크 전달 부재의 쌍 안내 부분(324)을 형성함.

힌지 요소의 대응하는 제1, 제2 또는 제3 기부 요소 내의 쌍의 각 안내 풀리의 위치는, 그 쌍의 안내 풀리 사이에 있는 토크 전달 부재의 일부분을 대응하는 제1 또는 제2 힌지 축선과 본질적으로 동축으로 안내하도록 정해진다. 그래서 각 안내 풀리는 케이블 안내 반경을 포함하고, 그리하여 안내 풀리는, 케이블 안내 반경과 본질적으로 같은 거리로 대응하는 제1 또는 제2 힌지 축선으로부터 떨어져서 그의 대응하는 제1, 제2 또는 제3 기부 요소 내에 위치된다.

힌지 요소는 3개의 자유도(3 DOF)를 갖는다:

- 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)의 통상적인 회전 자유도(ω1, T1, ω2, T2);

- 제1 힌지 축선(100)에 대한 제1 기부 요소(301)와 제2 기부 요소(302)의 피동적인 회전 자유도; 및

- 제2 힌지 축선(99)에 대한 제2 기부 요소(302)와 제3 기부 요소(303)의 피동적인 회전 자유도.

따라서 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)은 2개의 비평행 힌지 축선을 중심으로 상대 회전할 수 있다. 바람직하게는, 제1 힌지 축선(100)과 제2 힌지 축선(99)은 본질적으로 서로 수직이다.

당업자는, 도 3에 풀리와 관련하여 화살표가 그려져 있지만 회전 방향은 그려져 있는 방향에 한정되지 않고 토크 전달 부재에 의해 일어나는 통상적인 회전 운동을 나타내는 역할을 하는 것 뿐임을 알 것이다. 모든 풀리는 양방향으로 회전하도록 구성된다.

예 4: 예 1에 대응하는 실시예

도 4는 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예의 사시도를 나타내며, 이 실시예는 제1 예에 대응하며 그래서 2 DOF를 포함한다. 당업자는, 예 1 및 4에서 똑같이 번호 부여된 특징적 부분은 서로 대응함을 알 것이다. 힌지 요소는 제1 기부 요소(201) 및 제2 기부 요소(202)를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 제1 힌지 축선(10)을 포함한다.

제1 기부 요소(201)는 본질적으로 평행한 2개의 플레이트(206a, 206b)를 포함하고, 이들 두 플레이트(206a, 206b) 사이에는 입력 풀리(5), 제1 안내 풀리 및 제3 안내 풀리가 회전 가능하게 부착된다. 이들 풀리(5, 1, 3) 각각은, 제1 힌지 축선(10)에 수직이고 또한 2개의 플레이트(206a, 206b) 각각에도 수직인 회전 축선을 포함한다. 제1 기부 요소(201)는 또한, 입력 풀리(5)의 입력 회전 축선(15)과 동축이고 입력 풀리(5)에 연결되는 입력 축(215)을 포함한다. 각 플레이트(206a, 206b)는 입력 축(215)을 위한 베어링을 포함하는 홀더 플레이트(209)를 포함한다. 제1 및 제3 안내 풀리의 커넥터 축(211, 213)은 2개의 플레이트(206a, 206b) 각각에 부착되고, 그 커넥터 축을 중심으로 하는 안내 풀리의 회전이 가능하도록 구성되어 있다.

제2 기부 요소(202)는 본질적으로 평행한 2개의 플레이트(204a, 204b)를 포함하며, 이들 두 플레이트(204a, 204b) 사이에는 출력 풀리(6), 제2 안내 풀리 및 제4 안내 풀리가 회전 가능하게 부착된다. 이들 풀리(6, 2, 4) 각각은, 제1 힌지 축선(10)에 수직이고 또한 2개의 플레이트(204a, 204b) 각각에도 수직인 회전 축선을 포함한다. 제2 기부 요소(202)는 또한, 출력 풀리(6)의 출력 회전 축선(16)과 동축이고 출력 풀리(6)에 연결되어 있는 출력 축(216)을 포함한다. 각 플레이트(204a, 204b)는 출력 축(216)을 위한 베어링을 포함하는 홀더 플레이트(207)를 포함한다. 제2 및 제4 안내 풀리의 커넥터 축(212, 214)은 2개의 플레이트(204a, 204b) 각각에 부착되고, 그 커넥터 축을 중심으로 하는 안내 풀리의 회전이 가능하도록 구성되어 있다.

힌지 요소는 또한 케이블(20)을 포함하고, 이 케이블은 커넥터 플레이트(208, 208', 210)를 통해 입력 풀리(5)와 출력 풀리(6) 각각에 부착된다. 시스템은 또한 케이블(20)을 위한 장력 부여(예압축) 기구를 포함할 수 있다. 바람직하게 출력 풀리(6)는 장력 부여 기구를 포함한다. 장력 부여 기구의 특정한 실시예에서, 장력 부여 기구는 케이블(20)에 장력을 부여하기 위해 두 커넥터 플레이트(208, 208') 중의 하나 또는 둘 모두에 힘을 가한다. 그리하여 입력 및 출력 풀리는 제한된 범위의 회전 운동을 포함한다. 그러나, 어떤 관절, 예컨대 무릎의 경우에, 제한된 범위의 회전 운동(예컨대, 150°)은 실제로는 제약을 주지 않는다.

도 4에는 또한 출력 풀리(6)에 존재하는(대안적으로 또는 추가적으로 입력 풀리(5)에 존재할 수도 있음) 예인장 요소(217, 217')가 나타나 있는데, 이 예인장 요소는 스크류(217, 217')의 형태로 되어 있다. 케이블(20)은 예인장 요소(217, 217') 주위에 감겨 있고, 그 예인장 요소(217, 217')를 회전시키면, 케이블(20)의 가용 길이가 변하게 된다. 커넥터 플레이트(208, 208', 210)는 케이블(20)을 고정시키기 위해 제공되며, 폐쇄 및 개방될 수 있어 케이블(20)을 자유롭게 하거나 고정시킬 수 있다.

어떤 실시예에서, 예인장 요소 및 커넥터 요소는 단일 부품으로 제공될 수 있음을 유의해야 한다(예컨대, 도 6 참조, 요소(67, 68)).

제1 기부 요소(201)는 한쌍의 커넥터 블럭(205)을 포함하고 제2 기부 요소(202)는 한쌍의 커넥터 블럭(203)을 포함한다. 제1 기부 요소(201)의 커넥터 블럭(205)은 제1 기부 요소(201)의 두 플레이트(206a, 206b) 사이에 장착된다. 제2 기부 요소(202)의 커넥터 블럭(203)은 제2 기부 요소(202)의 두 플레이트(204a, 204b) 사이에 장착된다. 제1 기부 요소(201)의 커넥터 블럭(205)은 원통형 돌출부를 포함한다. 제2 기부 요소(202)의 커넥터 블럭(203)은 원통형 공동부를 포함한다. 원통형 돌출부는 제1 기부 요소(201)와 제2 기부 요소(202)를 힌지식으로 부착하기 위해 원통형 공동부에 회전 가능하게 결합된다. 그래서 원통형 돌출부와 원통형 공동부는 공통의 회전 축선을 포함하고, 이 회전 축선은 제1 힌지 축선(10)과 같다.

예 5: 착용식 로봇

도 5는 본 발명에 따른 착용식 로봇의 일부분을 개략적으로 나타낸 것이다. 이 착용식 로봇은, 직렬로, 모터와 같은 원격 작동 시스템(501), 가요성 구동 축(502), 신축자재하게 구성되고 허벅지를 따라 연장되는 강성적인 허벅지 축(503a), 예 1 또는 예 4에 따른 힌지 요소, 및 신축자재하게 구성되고 하측 다리를 따라 연장되는 강성적인 하측 다리 축(503b)을 포함한다. 그래서 입력 풀리는 허벅지를 따라 연장되는 입력 회전 축선을 포함한다. 강성적인 허벅지 축(503a)은 본질적으로 입력 회전 축선에 평행하게 입력 풀리에 연결된다. 제1 힌지 축선은 바람직하게는 허벅지와 하측 다리에 의해 규정되는 평면에 본질직으로 평행하다. 출력 풀리는 무릎의 회전 운동, 즉 허벅지에 대한 하측 다리 축의 상대 운동을 일으킨다. 그래서 강성적인 하측 다리 축은 출력 회전 축선에 수직하게 출력 풀리에 연결된다.

원격 작동 시스템(501)에 의해 가해지는 토크에 의해, 가요성 구동 축(502)과 강성적인 허벅지 축(503a)의 회전(510)이 일어나고, 또한 힌지 요소를 통해 강성적인 허벅지 축(503a)에 대한 강성적인 하측 다리 축(503b)의 회전(511)이 일어나게 된다. 전달 시스템(힌지)의 피동적인 자유도는, 인간 관절의 회전 중심과 이 경우 출력 풀리 사이의 정렬 불량을 보상하는 수단을 제공하여 로봇으로부터 인간으로의 토크 전달 및 장치의 안전성을 개선하므로 또한 유리하다.

가요성 구동 축은 비평행 축선을 따른 토크 전달을 가능하게 하므로 유리하고, 예컨대 직렬 탄성 액츄에이터에서 순응적인 요소로 이용될 수 있고 또한 분산식 토크 전달을 가능하게 한다. 본 예에서, 원격 작동 시스템(501)은 엉덩이에 부착될 수 있고 가요성 구동 축(502)은 토크를 엉덩이를 거쳐 강성적인 허벅지 축(503a)에 전달할 수 있다.

예 6: 단일 안내 및 비틀림 스프링

도 6은 본 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다. 힌지 요소는 2개의 자유도를 포함한다:

- 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)의 통상적인 회전 자유도(ω1, T1, ω2, T2); 및

- 제1 힌지 축선(10)에 대한 입력 회전 축선(15)과 출력 회전 축선(16)의 피동적인 회전 자유도.

도 6에서의 특징적 부분에 대한 번호는 도 1 및 예 1의 설명에서의 특징적 부분에 대한 번호에 대응한다. 예 1에서 토크 전달 부재는 폐루프이고 그레서 힌지 축선과 본질적으로 동축으로 상이한 부분을 따라 2번 안내되지만, 토크 전달 부재(20)는 입력 풀리로부터 출력 풀리까지 한 번만 안내된다. 그 토크 전달 부재는 제1 부착부(68)에서 입력 풀리(5)에 부착되고 제2 부착부(67)에서는 출력 풀리(6)에 부착된다. 장치는 또한 초기 회전 위치로의 복귀를 위한 비틀림 스프링(66)을 포함한다. 본 장치는 일방향 토크 전달에 적합하다.

당업자는, 도 6에서 비틀림 스프링(66)은 출력 풀리에 연결되어 있지만 추가적으로 또는 대안적으로 비틀림 스프링(66)은 입력 풀리에도 연결될 수 있음을 알 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 장치의 힌지 요소의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다. 이 힌지 요소는 2개의 자유도를 갖는다:

- 입력 회전 축선(15')과 출력 회전 축선(16')의 통상적인 회전 자유도(ω1, T1, ω2, T2); 및

- 제1 힌지 축선(10)에 대한 입력 회전 축선(15')과 출력 회전 축선(16')의 피동적인 회전 자유도.

도 7에서의 특징적 부분에 대한 번호는 도 6 및 위의 설명에서의 특징적 부분에 대한 번호에 대응한다. 본 장치는 또한 초기 회전 위치로의 복귀를 위한 비틀림 스프링(66)을 포함하며, 이 비틀림 스프링은 출력 풀리(6') 대신에 입력 풀리(5')에 연결된다. 추가로, 입력 풀리 및 출력 풀리는 캠 프로파일을 포함하고, 토크 전달 부재(20)의 길이를 일정하게 유지시키도록 회전적으로 구성되어 있다. 이로써, 가변적인 전달이 가능하게 된다.

예 7: 가변적인 출력 강성을 갖는 실시예

도 8 및 9는, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(20) 및 이 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리(1, 2)를 지나 안내되는 힌지 요소를 포함하는 장치를 개략적으로 나타낸다. 힌지 요소는 제1 기부 요소(201') 및 제2 기부 요소(202')를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 제1 힌지 축선(10)을 포함한다. 제1 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(11)을 갖는 제1 안내 풀리(1)을 포함한다. 제2 기부 요소는, 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(12)을 갖는 제2 안내 풀리(2)을 포함한다. 제1 안내 풀리(1)는 원형 프로파일 및 제1 부재 안내 반경을 포함하며, 그래서 제1 안내 풀리(1)의 풀리 회전 축선(11)은, 본질적으로 제1 부재 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제1 기부 요소(201') 내에 위치된다. 제2 안내 풀리(2)는 원형 프로파일 및 제2 부재 안내 반경을 포함하며, 그래서 제2 안내 풀리(2)의 풀리 회전 축선(12)은, 본질적으로 제2 부재 안내 반경과 같은 거리로 제1 힌지 축선(10)으로부터 떨어져서 제2 기부 요소(202') 내에 위치된다. 그래서, 제1 기부 요소(201') 내의 제1 안내 풀리(1)의 위치와 제2 기부 요소(202') 내의 제2 안내 풀리(2)의 위치는, 토크 전달 부재(20)의 일부분(21)을 제1 힌지 축선(10)과 본질적으로 동축으로 안내하도록 정해진다. 제1 기부 요소(201')는 토크 전달 부재(20)가 부착되는 스프링(70)을 포함한다. 제2 기부 요소(202')는 토크 전달 부재(20)가 제2 부착부(67)에서 부착되는 출력 풀리(6, 6')를 포함한다. 출력 풀리는 출력 회전 축선(16, 16')을 포함한다. 출력 풀리는 원형 프로파일(도 8의 출력 풀리(6)) 또는 비원형 프로파일(도 9의 출력 풀리(6'))을 포함할 수 있다.

일 바람직한 실시예에서, 비원형 프로파일의 경우에, 비원형 프로파일은 캠 프로파일이다. 일 바람직한 실시예에서, 장치는 착용식 로봇이다. 바람직하게는, 이 착용식 로봇은 외골격이다.

본 실시예는 스프링(70)이 출력 회전 축선에서 가변적인 강성을 실현할 수 있으므로 유리하다. 추가로, 그 스프링에 의해 토크 전달 부재는 항상 인장된다.

Claims (15)

1. 착용식 로봇으로서, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(20) 및 이 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리를 지나 안내되는 힌지 요소를 포함하고, 상기 힌지 요소는 제1 기부 요소(201)와 제2 기부 요소(202)를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제1 힌지 축선(10)을 포함하며, 상기 제1 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(11)을 갖는 제1 안내 풀리(1)를 포함하고, 상기 제2 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(12)을 갖는 제2 안내 풀리(2)를 포함하며, 그래서, 상기 제1 기부 요소 내의 제1 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제2 안내 풀리의 위치는, 상기 토크 전달 부재의 일부분(21)을 상기 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해지는, 착용식 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 토크 전달 부재는 2개의 개별적인 부분에 걸쳐 상기 힌지 요소를 따라 2번 안내되며, 상기 제1 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(13)을 갖는 제3 안내 풀리(3)를 포함하고, 상기 제2 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(14)을 갖는 제4 안내 풀리(4)를 포함하며, 그래서, 상기 제1 기부 요소 내의 제3 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제4 안내 풀리의 위치는, 상기 토크 전달 부재의 제2 부분(22)을 상기 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해지는, 착용식 로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제3 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 제1 및 제3 안내 풀리의 풀리 회전 축선들은 본질적으로 서로 평행하며, 상기 제2 및 제4 안내 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 제2 및 제4 안내 풀리의 풀리 회전 축선들은 본질적으로 서로 평행한, 착용식 로봇.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 착용식 로봇은 상이한 기부 요소에 장착되는 입력 풀리(5)와 출력 풀리(6)를 포함하며, 그래서 상기 토크 전달 부재는 상기 입력 풀리와 출력 풀리 위에 결합되는, 착용식 로봇.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 기부 요소는 입력 풀리를 포함하고, 이 입력 풀리는 상기 제1 회전 축선에 본질적으로 수직인 입력 회전 축선(15)을 포함하는, 착용식 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 안내 풀리와 입력 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있고, 제1 안내 풀리와 입력 풀리의 회전 축선들은 본질적으로 서로 평행한, 착용식 로봇.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 기부 요소는 출력 풀리를 포함하고, 이 출력 풀리는 상기 제1 회전 축선에 본질적으로 수직인 출력 회전 축선(16)을 포함하는, 착용식 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 안내 풀리와 출력 풀리는 본질적으로 같은 평면 내에 있으며, 제2 안내 풀리와 출력 풀리의 회전 축선들은 본질적으로 서로 평행한, 착용식 로봇.
9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 토크 전달 부재는 상기 입력 풀리 및/또는 출력 풀리에 부착되는, 착용식 로봇.
10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 풀리와 입력 풀리는 1:1과 같거나 그와는 다른, 바람직하게는 다른 변속비를 포함하는, 착용식 로봇.
11. 제1항에 있어서,
    상기 착용식 로봇은, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(120) 및 이 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리를 지나 안내되는 힌지 요소를 포함하고, 힌지 요소는 제1 기부 요소(301), 제2 기부 요소(302), 및 제3 기부 요소(303)를 포함하고,
    - 상기 제1 및 제2 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제1 힌지 축선(100)을 포함하며,
    - 상기 제2 및 제3 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제2 힌지 축선(99)을 포함하고,
    - 상기 제1 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(113)을 갖는 제1 안내 풀리(103)를 포함하고, 상기 제2 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(114)을 갖는 제2 안내 풀리(104)를 포함하며, 그래서, 상기 제1 기부 요소 내의 제1 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제2 안내 풀리의 위치는, 상기 토크 전달 부재의 일부분(321)을 상기 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해지며,
    - 상기 제2 기부 요소는, 상기 제2 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(114, 118)을 갖는 제5 안내 풀리(104, 108)를 포함하고, 상기 제3 기부 요소는, 상기 제2 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(117, 119)을 갖는 제6 안내 풀리(107, 109)를 포함하며, 그래서, 상기 제2 기부 요소 내의 제5 안내 풀리의 위치와 제3 기부 요소 내의 제6 안내 풀리의 위치는, 상기 토크 전달 부재의 일부분(323, 324)을 상기 제2 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해지며,
    그래서, 바람직하게 상기 제1 힌지 축선과 제2 힌지 축선은 본질적으로 서로 수직인, 착용식 로봇.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제5 안내 풀리는 상기 제2 안내 풀리(104)이고, 그레서 제2 안내 풀리(104)는 상기 제1 및 제2 힌지 축선 둘 모두에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(114)을 포함하는, 착용식 로봇.
13. 장치로서, 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(20) 및 이 토크 전달 부재가 하나 이상의 안내 풀리를 지나 안내되는 힌지 요소를 포함하고, 상기 힌지 요소는 제1 기부 요소(201)와 제2 기부 요소(202)를 포함하고, 이들 기부 요소는 힌지식으로 부착되고 또한 제1 힌지 축선(10)을 포함하며, 상기 제1 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(11)을 갖는 제1 안내 풀리(1)를 포함하고, 상기 제2 기부 요소는, 상기 제1 힌지 축선에 본질적으로 수직인 풀리 회전 축선(12)을 갖는 제2 안내 풀리(2)를 포함하며, 그래서, 상기 제1 기부 요소 내의 제1 안내 풀리의 위치와 제2 기부 요소 내의 제2 안내 풀리의 위치는, 상기 토크 전달 부재의 일부분(21)을 상기 제1 힌지 축선과 동축으로 안내하도록 정해지는, 장치.
14. 특히 착용식 로봇에서 토크를 입력 회전 축선(15, 115)으로부터 기다랗고 휘어질 수 있는 토크 전달 부재(20, 120)를 통해 평행한 또는 비평행, 바람직하게는 비평행 출력 회전 축선(16, 116)에 전달하기 위한 방법으로서,
    - 적어도 하나의 힌지 축선(10, 10a, 10b, 100, 90)을 중심으로 상기 입력 회전 축선 및 출력 회전 축선을 상대적으로 회전시키는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 힌지 축선의 각 힌지 축선에 대해 상기 토크 전달 부재의 일부분을 힌지 축선과 동축으로 안내하는 단계를 동시에 포함하는 토크 전달 방법.
15. 제14항에 있어서,
    - 입력 회전 축선을 포함하는 입력 풀리로부터 상기 적어도 하나의 힌지 축선 중의 한 힌지 축선까지 상기 토크 전달 부재의 일부분을 상기 입력 회전 축선에 본질적으로 수직하게 안내하는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 힌지 축선 중의 한 힌지 축선으로부터 출력 회전 축선을 포함하는 출력 풀리까지 상기 토크 전달 부재의 일부분을 상기 출력 회전 축선에 본질적으로 수직하게 안내하는 단계를 포함하는 토크 전달 방법.

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