KR20210059128A - Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom - Google Patents

Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a wrist-forearm underactuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom and to a driving method thereof, and more specifically, to a wrist-forearm underactuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, which comprises: a first reference joint part; a motion joint part installed on one side of the first reference joint part, rotatably installed in a multiaxial direction with respect to the first reference joint part, and having a semi-ellipsoidal or ellipsoidal shape; and a forearm part structure including a plurality of forearm parts having one end connected to the other side of the first reference joint part, and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearm parts, and being twisted and rotated based on the second reference joint part.

Description

각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법{Under­actuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fully­independent motion in each degrees of freedom}Underactuation mechanism of wrist and forearm which is capable of fullyindependent motion in each degrees of freedom}

본 발명은 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목-전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wrist-forearm short-actuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom and a driving method thereof.

인공 의수는 팔이나 손목 등 상체의 일부가 절단된 환자들의 신체를 대체해주는 보조기기이다. 로봇 인공 의수는 착용자의 움직임을 감지할 센서와 의도한 동작을 구현할 구동기가 추가된 인공 의수를 의미한다. Artificial prosthetics are auxiliary devices that replace the body of patients whose upper body parts such as arms or wrists have been amputated. The robot artificial prosthesis refers to an artificial prosthesis in which a sensor to detect the movement of the wearer and an actuator to implement the intended motion are added.

로봇 인공의수는 착용자의 의지를 운동으로 구현할 수 있다는 점에서 일반적인 인공 의수와 크게 구별되며, 착용자의 일상 생활에 있어 편의를 크게 증진시킬 수 있다. 현재 로봇 인공 의수의 개발은 국내외에서 활발히 이루어지고 있으며, 해외에서는 상용화 단계의 로봇 인공 의수들이 존재한다.Robot artificial prosthetics are largely distinguished from general artificial prostheses in that they can implement the wearer's will through motion, and can greatly enhance convenience in the wearer's daily life. Currently, the development of robotic artificial prostheses is being actively carried out at home and abroad, and there are robotic artificial prostheses in the commercialization stage abroad.

국내외 신체 절단 환자의 수는 증가하고 있으나, 로봇 인공 의수의 착용자 수는 적다. 사고 및 재해, 질병 등으로 인해 신체의 일부를 절단하게 되는 환자들은 국내에 약 15만 명이 있으며, 매년 약 오천 여 명씩 증가하는 추세이다. The number of patients with amputation at home and abroad is increasing, but the number of people wearing robot artificial prosthetics is small. There are about 150,000 patients in Korea who have part of the body amputated due to accidents, disasters, and diseases, and the number of patients is increasing by about 5,000 every year.

그러나, 대표적인 로봇 인공 의수 중 하나인 비바이오닉(Bebionic)의 사용자는 국내에 4명으로 극소수만 사용하고 있다.However, the number of users of Bebionic, one of the representative artificial prosthetics for robots, is 4 in Korea, and only a small number of them use it.

기존 로봇 인공 의수들의 사용자들은 무게, 자유도, 외형에서 불만을 호소한다. 사람의 팔에 비해 무거운 무게의 의수는 장기 착용 시 큰 불편함을 가져 온다. 자유도가 7개인 사람의 팔보다 적은 수의 자유도를 가진 로봇인공 의수는 의도한 운동을 충분히 구현할 수 없는 문제점이 있었다.Users of existing robotic artificial prosthetics complain about weight, degree of freedom, and appearance. A prosthetic that is heavier than a person's arm brings great discomfort when worn for a long time. The robot artificial prosthetic arm, which has fewer degrees of freedom than the arm of a person with 7 degrees of freedom, has a problem that it cannot sufficiently implement the intended motion.

절대 다수의 기존 로봇 인공 의수들은 직선 구동의 근육이 아닌 회전 구동의 모터를 사용하여 사람과 크게 다른 외형과 움직임을 가진다. 따라서, 신체를 잃은 환자들은 일반인과의 차이점이 드러나 보임에 대한 부담으로 착용을 지양하는 경향이 있었고, 로봇 인공 의수와 같이 로봇에 적용하기 위한 관절장치의 개발은 이러한 문제점들을 개선하기 위한 방향으로 진행되어 왔다.Absolutely many existing robot artificial prosthetics have a significantly different appearance and movement from humans by using a motor of rotational drive rather than a muscle of linear drive. Therefore, patients who lost their bodies tended to avoid wearing them due to the burden of being seen as differences from the general public were revealed, and the development of joint devices for application to robots, such as robot artificial prosthetics, proceeded in the direction of improving these problems. Has been.

로봇 팔에 있어, 손목 관절은 작은 부피에서 3개 자유도를 구현하는 아주 중요한 관절에 해당한다. 하지만 3개 자유도를 모두 독립적으로 구동하기 위해서는 3개의 회전 구동기, 혹은 6개의 선형 구동기가 필요하며, 많은 구동기의 수는 팔의 무게를 증가시키게 된다. For a robotic arm, the wrist joint is a very important joint that implements three degrees of freedom in a small volume. However, in order to independently drive all three degrees of freedom, three rotary actuators or six linear actuators are required, and the number of actuators increases the weight of the arm.

현재, 필요한 구동기의 수를 줄여 팔의 총 중량을 줄이려는 연구는 다수 있었다. 일반적으로, 두 개의 자유도를 하나의 구동기로 동시에 구동하는 부족구동 메커니즘이 대다수를 차지하고 있다. Currently, there have been many studies to reduce the total weight of the arm by reducing the number of actuators required. In general, the lack of driving mechanisms that simultaneously drive two degrees of freedom with one actuator occupy the majority.

그러나 그러한 메커니즘은 각 자유도를 독립적으로 구동할 수 없기에, 특정 상황에서만 사용이 허용된다는 단점이 존재한다. However, since such a mechanism cannot independently drive each degree of freedom, there is a disadvantage that it is allowed to be used only in certain circumstances.

또한, 로봇 팔은 무게중심이 몸체에 가까운 곳에 위치할수록, 모터에서 필요한 토크가 감소하게 된다. 그러한 관점에서, 기존에는 회전 구동기로 관절을 직접 구동하던 방식에서 변화하여, 최근에는 구동기를 몸체 쪽에 두고 와이어를 이용해 간접 구동하는 방식이 많아지고 있다. In addition, as the center of gravity of the robot arm is located closer to the body, the torque required by the motor decreases. From that point of view, it has changed from a method of directly driving a joint with a rotation actuator in the past, and recently, a method of indirectly driving a joint using a wire with the actuator on the body side is increasing.

다만 이 방식의 경우, 회전 자유도를 선형 와이어로 당기며 구동하므로, 각 자유도 당 2개의 선형 구동기가 필요하게 된다. However, in the case of this method, since the rotational degree of freedom is pulled by a linear wire and driven, two linear actuators are required for each degree of freedom.

즉, 3개 자유도를 구동하기 위해서는 6개의 선형 구동기가 필요하며, 많은 수의 구동기는 팔에서의 무게는 줄일 수 있더라도 로봇 전체의 무게는 증가하게 된다. That is, six linear actuators are required to drive three degrees of freedom, and although a large number of actuators can reduce the weight on the arm, the weight of the entire robot increases.

따라서 적은 수의 선형 구동기를 통한 와이어 간접구동을 적용하면서도, 독립적으로 다자유도 메커니즘이 가능한 새로운 형태의 다자유도 관절장치의 개발이 요구되었다. Therefore, it is required to develop a new type of multi-degree of freedom joint device capable of independently multi-degree of freedom mechanism while applying indirect wire drive through a small number of linear actuators.

등록특허 10-1949421Registered Patent 10-1949421 대한민국 등록특허 10-1693250Korean Patent Registration 10-1693250 대한민국 등록특허 10-1910889Korean Patent Registration 10-1910889 대한민국 일본등록특허 JP4659098Korea Japanese Patent Registration JP4659098

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 메커니즘을 제시할 수 있는, 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was conceived to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, even if six linear actuators are reduced to four, a mechanism capable of independent driving of three degrees of freedom can be presented. It is an object of the present invention to provide a wrist forearm deficient driving joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, and a driving method thereof.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은, 로봇에 적용이 가능하도록 관절 부위를 구현한 다자유도 관절장치에 있어서, 제1기준관절부; 상기 제1기준관절부의 일측에 설치되며, 상기 제1기준관절부에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상인 운동관절부; 및 일측 끝단이 상기 제1기준관절부의 타측에 연결되는 복수의 전완부와, 상기 복수의 전완부 타측 끝단에 연결되는 제2기준관절부를 포함하며, 상기 제2기준관절부를 기준으로 뒤틀림 회전되는 전완부구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is a multi-degree of freedom joint device that implements a joint portion so as to be applicable to a robot, comprising: a first reference joint; A motion joint portion installed on one side of the first reference joint portion, installed to be rotatable in a multiaxial direction with respect to the first reference joint portion, and having a semi-elliptical shape or an ellipsoid shape; And a plurality of forearm portions having one end connected to the other side of the first reference joint part, and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearm parts, the forearm structure being twisted and rotated based on the second reference joint part. It can be achieved as a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it comprises a.

그리고 전완부구조물은, 상부 끝단이 상기 제1기준관절부 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 상기 제2기준관절부의 제2회전축에 연결되는 제1전완부와, 하부 끝단이 상기 제2기준관절부 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 상기 제1기준관절부의 제1회전축에 연결되는 제2전완부를 포함하여, 상기 제1전완부와 상기 제2전완부는 상기 제1회전축과 상기 제2회전축을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the forearm structure, the upper end is connected to one side of the lower end of the first reference joint, the lower end is connected to the second rotation axis of the second reference joint, and the lower end is the other side of the upper end of the second reference joint. And a second forearm portion connected to and having an upper end connected to the first rotation shaft of the first reference joint part, the first forearm part and the second forearm part on one side and the other side based on the first rotation axis and the second rotation axis. It may be characterized in that it is configured to be twisted and rotated in the direction.

또한 상기 제1회전축의 연장선은 상기 제2회전축 방향과 일치되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the extension line of the first rotation shaft may be characterized in that it coincides with the direction of the second rotation shaft.

그리고 상기 제1기준관절부의 모서리부 각각에 형성되는 4개의 제1관통홀과, 상기 운동관절부 모서리부 각각에 형성되는 4개의 삽입홀과, 상기 제2기준관절부의 모서리 각각에 형성되는 4개의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And four first through holes formed in each corner of the first reference joint, four insertion holes formed in each of the corners of the motion joint, and four fourths formed at each of the corners of the second reference joint. It may be characterized in that it includes two through holes.

또한, 끝단 각각이 상기 삽입홀에 고정되며, 각각이 상기 삽입홀와 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 선형구동기에 연결되는 복수의 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, each end is fixed to the insertion hole, each of the plurality of wires passing through the insertion hole, the first through hole and the second through hole to be connected to the linear actuator; may be characterized in that it comprises a.

그리고 4개의 삽입홀 중 하나에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제1선형구동기에 연결되는 제1와이어와, 상기 제1와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제2선형구동기에 연결되는 제2와이어와, 상기 제2와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제3선형구동기에 연결되는 제3와이어와, 상기 제3와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제4선형구동기에 연결되는 제4와이어를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a first wire fixed to one of the four insertion holes and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the first linear actuator, and another adjacent one of the insertion holes in which the first wire is fixed. The second wire is fixed to the insertion hole and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the second linear actuator, and the second wire is fixed to another insertion hole adjacent in one direction of the fixed insertion hole. The first through hole is fixed to a third wire passing through the first through hole and the second through hole and connected to a third linear actuator, and another insertion hole adjacent in one direction of the insertion hole in which the third wire is fixed And a fourth wire passed through the second through hole and connected to a fourth linear actuator.

또한 상기 제1와이어와 상기 제3와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되고, 상기 제2와이어와 상기 제4와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the first wire and the third wire each pass through the first through hole, surround the forearm at a specific angle in a clockwise direction, pass through the second through hole, and pass through the first and third linear actuators. And the second wire and the fourth wire each pass through the first through hole, surround the forearm at a specific angle in a counterclockwise direction, and pass through the second through hole to form a second linear actuator and a fourth wire. It may be characterized in that it is connected to a linear actuator.

그리고 상기 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a control unit for controlling to drive a combination of a pair of linear actuators among the first to fourth linear actuators.

또한 상기 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit may be characterized in that it controls to drive three degrees of freedom by driving a combination of six pairs of linear actuators.

그리고 상기 제1기준 관절부의 일면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성되며, 상기 운동 관절부는, 상기 제1 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1 운동 관절부; 및 상기 제1 운동 관절부의 일면에 타원체 형상으로 함입된 제2 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하며, 상기 제1운동관절부와 상기 제2운동관절부 각각에 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a first contact groove recessed in an ellipsoid shape is formed on one surface of the first reference joint part, and the movement joint part is a first movement joint part capable of rotating in a multiaxial direction with one surface contacting or disengaging from the first contact groove. ; And a second motion joint portion that is in contact with or detaches from a second contact groove recessed in the shape of an ellipsoid on one surface of the first motion joint portion and is rotatable in a multiaxial direction, wherein the first motion joint portion and the second motion It may be characterized in that the insertion hole is formed in each of the joints.

본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 관절장치의 구동방법에 있어서, 제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어와 제2와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및 제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is in the method of driving a joint device according to the above-mentioned first object, the first wire and the second wire are pulled and driven by the control unit through the first linear driving unit and the second linear driving unit. Rotating the joint part about a first direction parallel to the planar direction of the first reference joint part with respect to the first reference joint part; And a step in which the third wire and the fourth wire are pulled and driven by the control unit through the third linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the motion joint unit is rotated on the other side about the first direction with respect to the first reference joint unit. It can be achieved as a driving method of a wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, comprising:

그리고 제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행하고 상기 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및 제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit pulls the second wire and the third wire through the second linear driving unit and the third linear driving unit, so that the motion joint unit is parallel to the plane direction of the first reference joint unit and is parallel to the first reference joint unit. Rotating one side around a second direction orthogonal to the first direction; And a step in which the first wire and the fourth wire are pulled and driven by the control unit through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the motion joint unit is rotated on the other side about the second direction with respect to the first reference joint unit. It may be characterized by including.

또한 제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 시계방향으로 회전되는 단계; 및 제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 반시계방향으로 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit pulls the first and third wires through the first and third linear drives, so that the forearm rotates clockwise with respect to the second reference joint, based on the first and second rotation axes. Step of becoming; And the control unit pulls the second wire and the fourth wire through the second linear drive unit and the fourth linear drive unit, so that the forearm is counterclockwise with respect to the second reference joint unit, based on the first rotation axis and the second rotation axis. It may be characterized in that it includes; rotating step.

본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치 및 그 구동방법에 따르면, 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 효과를 갖는다. According to the forearm undercarriage driving joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention and a driving method thereof, it is possible to independently drive three degrees of freedom even if six linear actuators are reduced to four.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 상태를 나타낸 사시도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어와 제3와이어가 구동되는 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어와 제4와이어가 구동되는 상태의 제1기준관절부와 운동관절부의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전완부 구조물의 사시도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어와 제3와이어가 구동되는 상태의 전완부 구조물의 사시도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 전완부 구조물이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어와 제4와이어가 구동되는 상태의 전완부 구조물의 사시도를 도시한 것이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention, so that the present invention is limited to the matters described in such drawings. It is limited and should not be interpreted.
1 is an exploded perspective view of a wrist forearm short-actuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention.
2A is a perspective view showing a state of a first reference joint part and a motion joint part in a state in which one side rotation is driven about a center in a first direction according to an embodiment of the present invention;
2B is a perspective view showing a state of a first reference joint part and a motion joint part in a state in which the other side rotation is driven about a center in a first direction according to an embodiment of the present invention;
3A is a perspective view showing a state of a first reference joint part and a motion joint part in a state in which one side rotation is driven about a second direction according to an embodiment of the present invention;
3B is a perspective view of a first reference joint part and a motion joint part in a state in which the other side rotation is driven in a second direction center according to an embodiment of the present invention;
4A is a first reference joint portion and a motion joint portion in a state in which the first and third wires are driven for a forearm structure to twist in a clockwise direction based on the first and second rotation axes according to an embodiment of the present invention. Perspective,
4B is a first reference joint portion and a motion joint portion in a state in which the second and fourth wires are driven for a counterclockwise twisting motion of the forearm structure based on the first and second rotation axes according to an embodiment of the present invention. Perspective view,
5 is a perspective view of a forearm structure according to an embodiment of the present invention,
6A is a perspective view of a forearm structure in a state in which the first and third wires are driven for a clockwise twisting motion of the forearm structure based on the first and second rotational axes according to an embodiment of the present invention;
6B is a perspective view of a forearm structure in a state in which the second and fourth wires are driven for a counterclockwise twisting motion of the forearm structure based on the first and second rotational axes according to an embodiment of the present invention. will be.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. For example, the area shown at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Accordingly, regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of regions illustrated in the drawings are for exemplifying a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another element. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader who has knowledge in this field enough to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)의 구성, 기능 그리고 구동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration, function, and driving method of the wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 1 is an exploded perspective view of a wrist forearm short-actuated joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)는 제1기준관절부(10), 운동관절부(20), 전완부 구조물(110), 제2기준관절부(50) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, FIG. 1 is a wrist forearm under-drive joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention. A first reference joint part 10, a motion joint part 20, It can be seen that it is configured to include the forearm structure 110, the second reference joint part 50, and the like.

제1기준관절부(10)의 모서리부 각각에 제1관통홀(12)이 형성되어 있다 즉, 4개의 제1관통홀(12)이 형성되며, 제1기준관절부(10)에는 제1접촉홈(11)이 형성된다. A first through hole 12 is formed at each corner of the first reference joint part 10. That is, four first through holes 12 are formed, and a first contact groove is formed in the first reference joint part 10. (11) is formed.

운동관절부(20)는, 제1기준관절부(10)의 상측에 설치되며, 제1기준관절부(10)에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상으로 구성된다. The motion joint part 20 is installed on the upper side of the first reference joint part 10, is installed to be rotatable in a multiaxial direction with respect to the first reference joint part 10, and is configured in a semi-elliptical shape or an ellipsoid shape.

보다 구체적으로, 제1기준 관절부의 상면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성된다. More specifically, a first contact groove recessed in an ellipsoid shape is formed on the upper surface of the first reference joint.

그리고 운동 관절부는, 제1접촉홈(11)에 하면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1운동관절부(21), 및 이러한 제1운동관절부(21)의 상면에 타원체 형상으로 함입된 제2접촉홈(22)에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하는 것을 할 수 있다. And the motion joint portion, the first motion joint portion 21 that is in contact with or detached from the first contact groove 11 and rotates in a multiaxial direction, and the first motion joint portion 21 is recessed in an ellipsoidal shape on the upper surface of the first contact groove 11. One surface of the second contact groove 22 is in contact or separation, and may include a second motion joint portion capable of rotating in a multiaxial direction.

또한, 제1운동관절부(21)의 모서리부 각각에 제1삽입홀(23)이 형성된다. 즉, 4개의 제1삽입홀(23)이 형성되어진다. 그리고 제2운동관절부(24)의 모서리부 각각에도 제2삽입홀(25)이 형성되어진다. In addition, a first insertion hole 23 is formed in each of the corners of the first motion joint 21. That is, four first insertion holes 23 are formed. In addition, a second insertion hole 25 is formed in each of the corners of the second motion joint 24.

본 발명의 실시예에 따른 전완부구조물(110)은, 척골부를 모사한 제1전완부(30)와, 요골부를 모사한 제2전완부(40)를 포함한다. The forearm structure 110 according to an embodiment of the present invention includes a first forearm part 30 that simulates an ulna part and a second forearm part 40 that simulates a radius part.

제1전완부(30)는 상부 끝단이 제1기준관절부(10) 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 제2기준관절부(50)의 제2회전축(51)에 연결된다. The first forearm part 30 has an upper end connected to one side of the lower surface of the first reference joint part 10 and a lower end connected to the second rotation shaft 51 of the second reference joint part 50.

그리고 제2전완부(40)는 하부 끝단이 제2기준관절부(50) 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 제1기준관절부(10)의 제1회전축(13)에 연결된다. In addition, the second forearm part 40 has a lower end connected to the other side of the top surface of the second reference joint part 50 and an upper end connected to the first rotation shaft 13 of the first reference joint part 10.

따라서 제1전완부(30)와 제2전완부(40)는 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성된다. 그리고 이러한 제1회전축(13)의 연장선은 상기 제2회전축(51) 방향과 일치되도록 구성된다. Accordingly, the first forearm portion 30 and the second forearm portion 40 are configured to be twisted and rotated in one direction and the other direction based on the first rotation shaft 13 and the second rotation shaft 51. In addition, the extension line of the first rotation shaft 13 is configured to coincide with the direction of the second rotation shaft 51.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 제1방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 2A is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the motion joint portion 20 in a state of being driven to rotate one side about the center in the first direction according to an embodiment of the present invention. And Figure 2b is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the motion joint portion 20 in a state in which the other side rotation is driven about the center in the first direction according to an embodiment of the present invention.

그리고 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 일측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제2방향 중심으로 타측회전 구동된 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이다. And Figure 3a is a perspective view showing the state of the first reference joint portion 10 and the motion joint portion 20 in a state driven by one side rotation about the second direction center according to an embodiment of the present invention, Figure 3b is the present invention It is a perspective view of the first reference joint portion 10 and the motion joint portion 20 in a state in which the other side rotation is driven about the second direction according to the embodiment of the present invention.

또한, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 구동되는 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 구동되는 상태의 제1기준관절부(10)와 운동관절부(20)의 사시도를 도시한 것이다. In addition, FIG. 4A shows the first wire 1-1 and the forearm structure 110 for a clockwise twisting motion based on the first rotation shaft 13 and the second rotation shaft 51 according to the embodiment of the present invention. It is a perspective view showing the first reference joint portion 10 and the motion joint portion 20 in a state in which the third wire 1-3 is driven, and FIG. 4B is a first rotation shaft 13 according to an embodiment of the present invention and The first reference joint in a state in which the second wire 1-2 and the fourth wire 1-4 are driven for a counterclockwise twisting motion of the forearm structure 110 based on the second rotation shaft 51 ( 10) and a perspective view of the motion joint portion 20 is shown.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100)는 복수의 와이어(1) 끝단 각각이 제2삽입홀(25)에 고정되며, 각각이 제1삽입홀(23)와 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 선형구동기에 연결되도록 구성된다. In addition, in the wrist forearm underpowered joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention, each end of a plurality of wires (1) is fixed to the second insertion hole (25), each It is configured to pass through the first insertion hole 23, the first through hole 12 and the second through hole 52 to be connected to the linear actuator.

즉, 제1와이어(1-1)는 4개의 제2삽입홀(25) 중 하나에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제1선형구동기에 연결되고, 제2와이어(1-2)는 제1와이어(1-1)가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제2선형구동기에 연결되게 된다. That is, the first wire 1-1 is fixed to one of the four second insertion holes 25 and passes through the first insertion hole 23, the first through hole 12 and the second through hole 52. Is connected to the first linear actuator, and the second wire (1-2) is fixed to another second insertion hole (25) adjacent in one direction of the insertion hole to which the first wire (1-1) is fixed, and the first insertion hole (23), it is passed through the first through hole 12 and the second through hole 52 to be connected to the second linear actuator.

또한, 제3와이어(1-3)는 제2와이어(1-2)가 고정된 제2삽입홀(25)의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제3선형구동기에 연결되고, 제4와이어(1-4)는 제3와이어(1-3)가 고정된 제2삽입홀(25)의 일방향으로 근접한 또 다른 제2삽입홀(25)에 고정되어 제1삽입홀(23), 제1관통홀(12)과 제2관통홀(52)에 통과되어 제4선형구동기에 연결되게 된다. In addition, the third wire 1-3 is fixed to another second insertion hole 25 adjacent in one direction of the second insertion hole 25 to which the second wire 1-2 is fixed, so that the first insertion hole ( 23), passed through the first through hole 12 and the second through hole 52 and connected to the third linear actuator, and the fourth wire 1-4 is a third wire 1-3 to which the third wire 1-3 is fixed. 2 It is fixed to another second insertion hole 25 adjacent in one direction of the insertion hole 25 and passes through the first insertion hole 23, the first through hole 12, and the second through hole 52, It is connected to the linear actuator.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 구동되는 상태의 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 전완부 구조물(110)이 반시계방향으로 뒤틀림 운동을 위해 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 구동되는 상태의 전완부 구조물(110)의 사시도를 도시한 것이다. 5 is a perspective view showing a forearm structure 110 according to an embodiment of the present invention. And Figure 6a shows the first wire (1-1) and the first wire (1-1) for the forearm structure 110 to twist clockwise based on the first rotation shaft (13) and the second rotation shaft (51) according to an embodiment of the present invention. It shows a perspective view of the forearm structure 110 in a state in which the three-wire (1-3) is driven, and FIG. 6B is based on the first rotation shaft 13 and the second rotation shaft 51 according to the embodiment of the present invention. The forearm structure 110 is a perspective view of the forearm structure 110 in a state in which the second wires 1-2 and the fourth wires 1-4 are driven for a counterclockwise twisting motion.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)는 각각이 제1관통홀(12)을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 제1전완부(30)와 제2전완부(40)를 감싸고, 제2관통홀(52)을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되게 된다. As shown in FIG. 5, after each of the first wire 1-1 and the third wire 1-3 passes through the first through hole 12, the first forearm 30 at a specific angle in the clockwise direction. ) And the second forearm 40, passes through the second through hole 52, and is connected to the first linear actuator and the third linear actuator.

또한, 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)는 각각이 제1관통홀(12)을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 제1전완부(30)와 제2전완부(40)를 감싸고, 제2관통홀(52)을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되게 된다. In addition, the second wire (1-2) and the fourth wire (1-4), after each passing through the first through hole (12), in a counterclockwise direction, the first forearm 30 and the second forearm It surrounds 40, passes through the second through hole 52, and is connected to the second linear actuator and the fourth linear actuator.

그리고 제어부는 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어한다. 즉, 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하게 된다. In addition, the control unit controls to drive a combination of a pair of linear actuators among the first to fourth linear actuators. That is, the control unit controls to drive three degrees of freedom by driving a combination of six pairs of linear actuators.

보다 구체적으로 도 2a에 도시된 바와 같이, 제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제2와이어(1-2)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1기준관절부(10)의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되게 된다. More specifically, as shown in Fig. 2A, the first wire 1-1 and the second wire 1-2 are pulled and driven by the control unit through the first linear driving unit and the second linear driving unit, so that the motion joint unit ( 20) is rotated on one side about the first reference joint portion 10 in a first direction parallel to the planar direction of the first reference joint portion 10.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어(1-3)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1방향을 중심으로 타측 회전되게 된다. In addition, as shown in Figure 2b, the control unit is driven by pulling the third wire (1-3) and the fourth wire (1-4) through the third linear drive unit and the fourth linear drive unit, the motion joint part 20 ) Is rotated on the other side about the first direction with respect to the first reference joint part 10.

그리고 도 3a에 도시된 바와 같이, 제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어(1-2)와 제3와이어(1-3)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 제1기준관절부(10)의 평면방향과 평행하고 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되게 된다. And, as shown in Figure 3a, the control unit through the second linear driving unit and the third linear driving unit, the second wire (1-2) and the third wire (1-3) is pulled and driven, the motion joint part 20 With respect to the first reference joint portion 10, the first reference joint portion 10 is rotated one side about a second direction parallel to the plane direction and orthogonal to the first direction.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되어, 운동관절부(20)가 제1기준관절부(10)에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되게 된다. In addition, as shown in FIG. 3B, the first wire 1-1 and the fourth wire 1-4 are pulled and driven by the control unit through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the motion joint unit 20 ) Is rotated on the other side about the second direction with respect to the first reference joint part 10.

그리고 제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어(1-1)와 제3와이어(1-3)가 당김구동되면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 운동관절부(20)는 회전되지 않고, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1전완부(30)와 제2전완부(40)가 제2기준관절부(50)에 대하여, 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 시계방향으로 회전되게 됨을 알 수 있다. And when the control unit pulls the first wire (1-1) and the third wire (1-3) through the first linear driving unit and the third linear driving unit, as shown in Fig. 4A, the motion joint unit 20 Is not rotated, and as shown in FIG. 6A, the first forearm 30 and the second forearm 40 are with respect to the second reference joint part 50, the first rotational shaft 13 and the second rotational shaft 51 It can be seen that it is rotated clockwise based on.

그리고 제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어(1-2)와 제4와이어(1-4)가 당김구동되면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 운동관절부(20)는 회전되지 않고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1전완부(30)와 제2전완부(40)가 제2기준관절부(50)에 대하여, 제1회전축(13)과 제2회전축(51)을 기준으로 반시계방향으로 회전되게 된다. And when the control unit pulls the second wire (1-2) and the fourth wire (1-4) through the second linear driving unit and the fourth linear driving unit, as shown in FIG. 4B, the motion joint part 20 Is not rotated, and as shown in FIG. 6B, the first forearm 30 and the second forearm 40 are with respect to the second reference joint part 50, the first rotational shaft 13 and the second rotational shaft 51 It is rotated counterclockwise based on.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 종래 6개의 선형 구동기를 4개로 줄여도, 3개 자유도의 독립적인 구동이 가능한 효과를 갖게 된다. Therefore, according to the forearm undercarriage driving joint device 100 capable of completely independent driving of each degree of freedom according to an embodiment of the present invention and its driving method, even if the conventional six linear actuators are reduced to four, independent driving of three degrees of freedom is possible. It will have the possible effect.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the above-described apparatus and method are not limitedly applicable to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made to the above embodiments. It can also be configured.

1:와이어
1-1:제1와이어
1-2:제2와이어
1-3:제3와이어
1-4:제4와이어
10:제1기준관절부
11:제1접촉홈
12:제1관통홀
13:제1회전축
20:운동관절부
21:제1운동관절부
22:제2접촉홈
23:제1삽입홀
24:제2운동관절부
25:제2삽입홀
30:제1전완부
40:제2전완부
50:제2기준관절부
51:제2회전축
52:제2관통홀
100:각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치
110:전완부 구조물
1: wire
1-1: the first wire
1-2: the second wire
1-3: 3rd wire
1-4: 4th wire
10: first reference joint
11: first contact groove
12: first through hole
13: 1st rotation shaft
20: motion joint
21: first motion joint
22: second contact groove
23: first insertion hole
24: second motion joint
25: second insertion hole
30: first forearm
40: second forearm
50: second reference joint
51: second rotation shaft
52: second through hole
100: Forearm short-actuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom
110: forearm structure

Claims (13)

로봇에 적용이 가능하도록 관절 부위를 구현한 다자유도 관절장치에 있어서,
제1기준관절부;
상기 제1기준관절부의 일측에 설치되며, 상기 제1기준관절부에 대하여 다축방향으로 회전이 가능하게 설치되고, 반타원체 또는 타원체 형상인 운동관절부; 및
일측 끝단이 상기 제1기준관절부의 타측에 연결되는 복수의 전완부와, 상기 복수의 전완부 타측 끝단에 연결되는 제2기준관절부를 포함하며, 상기 제2기준관절부를 기준으로 뒤틀림 회전되는 전완부구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
In a multi-degree of freedom joint device that implements a joint part to be applicable to a robot,
First reference joint;
A motion joint portion installed on one side of the first reference joint portion, installed to be rotatable in a multiaxial direction with respect to the first reference joint portion, and having a semi-elliptic or elliptical shape; And
A forearm structure including a plurality of forearm portions having one end connected to the other side of the first reference joint part, and a second reference joint part connected to the other end of the plurality of forearm parts, and being twisted and rotated based on the second reference joint part; A wrist forearm lack drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, comprising: a.
제 1항에 있어서,
상기 전완부구조물은,
상부 끝단이 상기 제1기준관절부 하단면 일측에 연결되고 하부 끝단이 상기 제2기준관절부의 제2회전축에 연결되는 제1전완부와, 하부 끝단이 상기 제2기준관절부 상단면 타측에 연결되고 상부 끝단이 상기 제1기준관절부의 제1회전축에 연결되는 제2전완부를 포함하여, 상기 제1전완부와 상기 제2전완부는 상기 제1회전축과 상기 제2회전축을 기준으로 일측, 타측 방향으로 뒤틀림 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 1,
The forearm structure,
The upper end is connected to one side of the lower end of the first reference joint, the lower end is connected to the second rotation axis of the second reference joint, and the lower end is connected to the other side of the upper end of the second reference joint, and the upper end Including a second forearm connected to the first rotation shaft of the first reference joint part, the first forearm part and the second forearm part to rotate in one direction and the other direction based on the first rotation axis and the second rotation axis. A wrist forearm lack drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it is configured.
제 2항에 있어서,
상기 제1회전축의 연장선은 상기 제2회전축 방향과 일치되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 2,
An extension line of the first rotation axis coincides with a direction of the second rotation axis, wherein the forearm undercarriage driving joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom.
제 2항에 있어서,
상기 제1기준관절부의 모서리부 각각에 형성되는 4개의 제1관통홀과, 상기 운동관절부 모서리부 각각에 형성되는 4개의 삽입홀과, 상기 제2기준관절부의 모서리 각각에 형성되는 4개의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 2,
Four first through holes formed at each corner of the first reference joint, four insertion holes formed at each of the corners of the motion joint, and four second holes formed at each of the corners of the second reference joint. Wrist forearm lack drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it comprises a through hole.
제 4항에 있어서,
끝단 각각이 상기 삽입홀에 고정되며, 각각이 상기 삽입홀와 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 선형구동기에 연결되는 복수의 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 4,
Each end is fixed to the insertion hole, each of which is passed through the insertion hole, the first through hole and the second through hole, and a plurality of wires connected to the linear actuator; completely independent driving of each degree of freedom, comprising: This is possible wrist forearm lack drive joint device.
제 5항에 있어서,
4개의 삽입홀 중 하나에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제1선형구동기에 연결되는 제1와이어와, 상기 제1와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제2선형구동기에 연결되는 제2와이어와, 상기 제2와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제3선형구동기에 연결되는 제3와이어와, 상기 제3와이어가 고정된 삽입홀의 일방향으로 근접한 또 다른 삽입홀에 고정되어 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀에 통과되어 제4선형구동기에 연결되는 제4와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 5,
A first wire fixed in one of the four insertion holes and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the first linear actuator, and another insertion close to one direction of the insertion hole in which the first wire is fixed A second wire fixed to the hole and passed through the first through hole and the second through hole to be connected to the second linear actuator, and the second wire is fixed to another insertion hole adjacent in one direction of the fixed insertion hole. A third wire passed through the first through hole and the second through hole and connected to the third linear actuator, and the third wire is fixed to another insertion hole adjacent in one direction of the fixed insertion hole, and the first through hole and And a fourth wire that is passed through the second through hole and is connected to a fourth linear actuator.
제 6항에 있어서,
상기 제1와이어와 상기 제3와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제1선형구동기와 제3선형구동기에 연결되고,
상기 제2와이어와 상기 제4와이어는 각각이 제1관통홀을 통과한 후, 반시계방향으로 특정 각도 상기 전완부를 감싸고, 상기 제2관통홀을 통과하여 제2선형구동기와 제4선형구동기에 연결되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 6,
The first wire and the third wire each pass through the first through hole, surround the forearm at a specific angle in a clockwise direction, pass through the second through hole, and connect to the first linear actuator and the third linear actuator. Become,
The second wire and the fourth wire each pass through the first through hole, surround the forearm at a specific angle in a counterclockwise direction, pass through the second through hole, and pass through the second and fourth linear actuators. A wrist forearm lack drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that it is connected.
제 7항에 있어서,
상기 제1선형구동기 내지 상기 제4선형구동기 중 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 7,
A control unit for controlling to drive a combination of a pair of linear actuators among the first linear actuators to the fourth linear actuators; a wrist underarm driving joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom.
제 8항에 있어서,
상기 제어부는 6개의 한 쌍의 선형구동기 조합을 구동함으로써, 3개 회전자유도를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 8,
The control unit drives a combination of six pairs of linear actuators, thereby controlling to drive three degrees of freedom of rotation.
제 1항에 있어서,
상기 제1기준 관절부의 일면에는 타원체 형상으로 함입되는 제1 접촉홈이 형성되며,
상기 운동 관절부는,
상기 제1 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제1 운동 관절부; 및 상기 제1 운동 관절부의 일면에 타원체 형상으로 함입된 제2 접촉홈에 일면이 접촉 또는 이탈되고, 다축 방향으로 회전이 가능한 제2 운동 관절부를 포함하며, 상기 제1운동관절부와 상기 제2운동관절부 각각에 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치.
The method of claim 1,
A first contact groove recessed in an ellipsoid shape is formed on one surface of the first reference joint part,
The motion joint part,
A first motion joint portion having one surface in contact with or detaching from the first contact groove and capable of rotating in a multiaxial direction; And a second motion joint portion that is in contact with or detaches from a second contact groove recessed in the shape of an ellipsoid on one surface of the first motion joint portion and is rotatable in a multiaxial direction, wherein the first motion joint portion and the second motion An insertion hole is formed in each of the joints, the forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom.
제 8항 또는 제 9항에 따른 관절장치의 구동방법에 있어서,
제어부가 제1선형구동부와 제2선형구동부를 통해, 제1와이어와 제2와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행한 제1방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및
제어부가 제3선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제3와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
In the method of driving a joint device according to claim 8 or 9,
The control unit is driven by pulling the first wire and the second wire through the first linear drive unit and the second linear drive unit, so that the motion joint unit is in a first direction parallel to the planar direction of the first reference joint unit, with respect to the first reference joint unit. Rotating one side around the; And
A step in which the third and fourth wires are pulled and driven by the control unit through the third and fourth linear driving units, so that the motion joint unit rotates the other side around the first direction with respect to the first reference joint unit. A driving method of a wrist forearm short-actuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that.
제 11항에 있어서,
제어부가 제2선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제2와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제1기준관절부의 평면방향과 평행하고 상기 제1방향과 직교되는 제2방향을 중심으로 일측 회전되는 단계; 및
제어부가 제1선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제1와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 운동관절부가 제1기준관절부에 대하여, 상기 제2방향을 중심으로 타측 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
The method of claim 11,
The control unit pulls the second wire and the third wire through the second linear drive unit and the third linear drive unit, so that the motion joint unit is parallel to the first reference joint unit in a plane direction and is parallel to the first reference joint unit. Rotating one side around a second direction orthogonal to the direction; And
A step in which the first wire and the fourth wire are pulled and driven by the control unit through the first linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the motion joint unit is rotated on the other side about the second direction with respect to the first reference joint unit. A driving method of a wrist forearm short-actuated joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, characterized in that.
제 12항에 있어서,
제어부가 제1선형구동부와 제3선형구동부를 통해, 제1와이어와 제3와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 시계방향으로 회전되는 단계; 및
제어부가 제2선형구동부와 제4선형구동부를 통해, 제2와이어와 제4와이어가 당김구동되어, 전완부가 제2기준관절부에 대하여, 제1회전축과 제2회전축을 기준으로 반시계방향으로 회전되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 자유도의 완전 독립 구동이 가능한 손목­전완 부족구동 관절장치의 구동방법.
The method of claim 12,
The control unit is driven by pulling the first wire and the third wire through the first and third linear driving units, so that the forearm rotates clockwise with respect to the second reference joint part with respect to the first rotation axis and the second rotation axis. step; And
The control unit is driven by pulling the second and fourth wires through the second linear driving unit and the fourth linear driving unit, so that the forearm rotates counterclockwise with respect to the second reference joint unit with respect to the first rotation axis and the second rotation axis. The driving method of the wrist forearm under-drive joint device capable of completely independent driving of each degree of freedom, comprising:
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