KR101312371B1

KR101312371B1 - Master arm with 7 degree of freedom

Info

Publication number: KR101312371B1
Application number: KR1020120042523A
Authority: KR
Inventors: 최형식; 이동준
Original assignee: 한국해양대학교 산학협력단
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-09-27

Abstract

PURPOSE: A seven degree of freedom master arm is provided to prevent damage of a robot caused by the overload generated to a slave arm by immediately delivering the load generated to the slave arm to an operator by using an electromagnet brake. CONSTITUTION: A seven degree of freedom master arm comprises a base frame (100), a control unit (200), a display unit (300), a first joint unit (400), a second joint unit (500), a third joint unit (600), a fourth joint unit (700), a fifth joint unit, a sixth joint unit, and a seventh joint unit. The control unit is installed inside the base frame. The control unit can communicate with a robot to exchange data. The display unit is installed at one side of the upper surface of the base frame. The first joint unit is mounted on the upper surface of the base frame. The second joint unit is connected on the first joint unit. The third joint unit is connected on the second joint unit. The fourth joint unit is connected on the third joint unit. The fifth joint unit is connected on the fourth joint unit.

Description

MASTER ARM WITH 7 DEGREE OF FREEDOM

본 발명은 로봇의 움직임을 제어하기 위한 것으로서 오퍼레이터가 마스터 암을 조정하면 로봇의 슬래이브 암이 마스터 암의 움직임에 연동되게 제어될 수 있도록 하는 기술이다.
The present invention is to control the movement of the robot and when the operator adjusts the master arm is a technique that allows the slave arm of the robot can be controlled to be linked to the movement of the master arm.

단순 반복적인 작업을 할 수 있는 산업용 로봇은 이미 많이 보급되어 생산성을 높이는데 기여하고 있으며, 점차 보다 복잡한 일을 수행할 수 있는 로봇이 개발되고 있다. 근래에는 직립 보행이 가능하며 인간과 기본적인 대화가 가능한 인간형 로봇들도 개발되고 있다.Industrial robots that can perform simple and repetitive tasks are already widespread, contributing to increase productivity, and robots that can perform more complex tasks are being developed. Recently, humanoid robots capable of walking upright and having basic dialogue with humans are also being developed.

특히, 인간이 접근하기 어렵고 고위험이 따르는 물속, 특히 심해와 같은 곳에서의 작업을 위한 로봇에 관심이 높아지고 있다. 바닷속은 여전히 인간에게 미지의 세계로 남아있으며 많은 미개발 자원들이 존재하는 것으로 알려져 있다. 따라서 머지않아 해양에 대한 연구와 개발은 더욱 가속될 것으로 예상되며, 자원이 부족한 대한민국의 경우 해양에 대한 집중적인 연구와 개발은 새로운 성장의 기회가 될 것으로 예상된다.In particular, there is a growing interest in robots for work in places where humans are inaccessible and at high risk, especially in deep seas. Undersea still remains unknown to humans and many undeveloped resources are known to exist. Therefore, in the near future, research and development of the ocean is expected to accelerate, and in Korea, where resources are scarce, intensive research and development of the ocean is expected to be a new growth opportunity.

원거리에 있는 로봇을 보다 정밀하게 제어하기 위한 방안으로 오퍼레이터가 조종장치를 신체에 착용하여 로봇을 제어할 수 있는 햅틱 기술이 알려져 있으나 아직까지는 많은 문제점이 있어 제대로 활용되지 않고 있다.Haptic technology that can be controlled by the operator to control the robot by wearing a control device on the body as a way to control the remote robot more precisely, but there are many problems so far not properly utilized.

도 1은 일반적인 햅틱 장치의 구성도를 나타낸 것이다.1 is a block diagram of a general haptic device.

햅틱 장치(100)에서는 사용자가 햅틱 장치(100)에 신체를 접촉하고 이를 조작함으로써, 사용자의 PC(140)에 신체의 움직임을 직관적으로 입력할 수 있다. 햅틱 장치의 몸체(120)는 일반적인 로봇과 같이 센서와 액추에이터가 부착된 형태이며, 로봇의 엔드이펙트(End effecter)에 해당하는 부분이 사용자가 접촉하여 조작하는 손잡이(110)가 된다.In the haptic device 100, the user contacts the body with the haptic device 100 and manipulates the body, thereby intuitively inputting the movement of the body to the user's PC 140. The body 120 of the haptic device has a form in which a sensor and an actuator are attached like a general robot, and a part corresponding to an end effecter of the robot becomes a handle 110 that a user contacts and manipulates.

햅틱 장치의 제어부(130)는 몸체(120)에 부착된 센서에서 감지된 정보로부터 기구학적 계산을 수행하고 그 결과를 PC(140)에 전달하는 역할과, PC(140)에서 생성한 힘의 명령을 받아들이고 역학적으로 해석하여 몸체(120)에 부착된 각 액추에이터를 제어하는 역할을 한다.The controller 130 of the haptic device performs a kinematic calculation from the information sensed by the sensor attached to the body 120 and transmits the result to the PC 140, and a command of the force generated by the PC 140. It serves to control each actuator attached to the body 120 by receiving and interpreting the dynamics.

그리고 햅틱 장치는 원격조종을 이용한 원격수술 또는 원격로봇제어에 활용될 수 있으며, 햅틱 장치를 마스터로 하여 원격수술도구 또는 원격로봇(160)과 햅틱 장치와 통신하고 원격수술도구 또는 원격로봇을 제어하는 전용 PC(10)로 구성되는 슬레이브 시스템(150)을 원격지에서 사용자의 의도에 따라 조작할 수 있다.In addition, the haptic device may be used for remote surgery or remote robot control using a remote control. The haptic device may be used as a master to communicate with a remote surgery tool or a remote robot 160 and a haptic device to control a remote surgery tool or a remote robot. The slave system 150 configured as the dedicated PC 10 can be operated remotely according to the intention of the user.

마스터-슬레이브간 원격제어를 통한 조종을 함에 있어서는 슬레이브 암에 작용하는 부하가 마스터 암으로 직감적으로 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In the master-slave remote control, it is desirable to allow the load acting on the slave arm to be intuitively transferred to the master arm.

그리고 정밀한 로봇 제어를 위해서는 높은 자유도를 갖도록 마스터 암을 설계해야 한다.And for precise robot control, the master arm must be designed to have high degrees of freedom.

7 자유도를 갖는 착용식 마스터 암이 알려져 있으며, 이것은 어깨 관절부터 손목관절까지 이어져 착용하도록 하며, 공압식 액추에이터를 이용하여 슬레이브 암에 작용하는 부하가 마스터 암으로 피드백되어 사용자가 직감적으로 슬레이브 암에 작용하는 부하를 느낄 수 있도록 하고 있다.A wearable master arm with 7 degrees of freedom is known, which is worn from the shoulder joint to the wrist joint, and the load acting on the slave arm is fed back to the master arm using a pneumatic actuator so that the user acts on the slave arm intuitively. I can feel the load.

하지만 공압식 액추에이터를 이용하는 경우 공압식이라는 특성상 비선형적인 밸브 제어 및 반응 시간지연이 발생된다는 문제점이 있다.However, when using a pneumatic actuator, there is a problem that nonlinear valve control and reaction time delay occur due to the pneumatic characteristics.

일본의 KAGAWA-KAWASIMA 그룹에서 개발한 의료용 로봇에 변형된 Stewart platform의 메카니즘이 적용된 마스터 암은 특수 목적으로 개발된 만큼 세밀하고 정밀한 제어가 가능한 구조이기는 하나 force-feedback과 같은 Master-Slave간의 데이터 교환없이 디스플레이를 통해서만 제어하기 때문에 특성상의 한계가 있다.
The master arm with a modified Stewart platform mechanism applied to a medical robot developed by the KAGAWA-KAWASIMA group in Japan has been developed for a special purpose, so it is possible to control precisely and precisely, but without data exchange between master-slaves such as force-feedback. There is a characteristic limitation because it is controlled only by the display.

1. 대한민국 등록특허번호 제10-0681768호(2007.02.06 등록)1. Republic of Korea Registered Patent No. 10-0681768 (Registered on February 6, 2007)

본 발명은 실질적으로 다양한 산업에 적용 가능하며, 유공압식의 비선형적 특성 및 시간 지연문제를 없애 마스터-슬레이브간 force feedback 특성이 우수하고, 모터와 감속기로 구성되는 액추에이터의 중량 및 크기 문제와 같은 단점을 극복할 수 있는 경량화된 마스터 암을 제공하고자 한다.The present invention is practically applicable to various industries, and eliminates the nonlinear characteristics and the time delay problem of the pneumatic type, and thus, has excellent force feedback characteristics between the master and the slave, and disadvantages such as weight and size problems of the actuator composed of the motor and the reducer. It is intended to provide a lightweight master arm that can overcome this problem.

그리고 본 발명은 오퍼레이터가 불편함없이 편안한 자세에서 마스터 암의 하중에 큰 영향을 받지 않으면서 슬레이브 암을 조종할 수 있는 마스터 암을 제공하고자 한다.
In another aspect, the present invention is to provide a master arm that can be operated by the slave arm without a large influence on the load of the master arm in a comfortable posture without the operator uncomfortable.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 7 자유도 움직임을 갖는 마스터 암은, 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 내부에 마련되는 콘트롤부; 상기 베이스 프레임의 상면 일측에 마련되는 디스플레이부; 상기 베이스 프레임의 상면에 마련되며, 수직한 제1축과 상기 제1축 상단에 결합되는 제1관절브라켓을 포함하여 상기 제1축이 회동하게 되는 제1관절부; 상기 제1관절브라켓과 수평한 제2축에 의해 연결되는 제2관절링크와 상기 제2관절링크 상단에 연결되는 제2관절커넥터를 포함하여 상기 제2축에 대해 상기 제2관절링크가 회동하게 되는 제2관절부; 상기 제2관절커넥터 상단에 마련되되 수직한 제3축에 의해 연결되는 제3관절커넥터와 상기 제3관절커넥터 상단에 연결되는 제3관절브라켓을 포함하고 상기 제3관절커넥터가 회동하게 되는 제3관절부; 상기 제3관절브라켓과 수평한 제4축에 의해 연결되는 제4관절링크와 상기 제4관절링크 상단에 연결되는 제4관절커넥터를 포함하고 상기 제4관절링크가 회동하게 되는 제4관절부; 상기 제4관절부의 일측면에 연결되되 수직한 제5축과 함께 회전되는 제5관절부; 상기 제4관절부의 상단 일측에 연결되되 수평한 제6축과 함께 회전되는 제6관절부; 상기 제4관절부의 상단 타측에 연결되되 수평한 제7축과 함께 회전되는 제7관절부;를 포함하며, 상기 제1관절부는 오퍼레이터의 상박부의 움직임에 따르고, 상기 제2관절부 및 상기 제3관절부는 하박부의 움직임에 따르고, 제4관절부는 손목부의 움직임에 따르고, 상기 제5관절부는 엄지손가락의 움직임에 따르고, 제6관절부와 제7관절부는 나머지 손가락 중 어느 하나의 움직임에 따라 동작되고, 상기 각 관절부의 회동에 따라 대응되는 상기 슬래이브 암의 종속관절부가 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.Master arm having a seven degrees of freedom movement of the present invention for achieving the object as described, the base frame; A control unit provided inside the base frame; A display unit provided at one side of an upper surface of the base frame; A first joint part provided on an upper surface of the base frame and including a first joint bracket coupled to an upper end of the first shaft and an upper end of the first shaft to rotate the first shaft; A second joint link connected to the first joint bracket by a second horizontal axis and a second joint connector connected to an upper end of the second joint link to rotate the second joint link with respect to the second axis. Being second joint portion; A third joint connector provided at an upper end of the second joint connector, the third joint connector connected by a vertical third axis, and a third joint bracket connected to an upper end of the third joint connector, and the third joint connector being rotated Joints; A fourth joint part including a fourth joint link connected to the third joint bracket by a fourth horizontal axis and a fourth joint connector connected to an upper end of the fourth joint link, and wherein the fourth joint link is rotated; A fifth joint part connected to one side of the fourth joint part and rotated along a vertical fifth axis; A sixth joint part connected to an upper end side of the fourth joint part and rotated together with a horizontal sixth axis; And a seventh joint part connected to the other upper end of the fourth joint part and rotating together with a horizontal seventh axis, wherein the first joint part is dependent on the movement of the upper and lower parts of the operator, and the second joint part and the third joint part According to the movement of the lower part of the hips, the fourth joint is in accordance with the movement of the wrist, the fifth joint is in accordance with the movement of the thumb, the sixth and seventh joint is operated according to any one of the remaining fingers, It characterized in that the slave joint of the slave arm corresponding to the movement of the joint portion to move.

그리고 본 발명에서 상기 제1관절부, 상기 제2관절부, 상기 제3관절부, 상기 제4관절부, 상기 제5관절부, 상기 제6관절부 및 상기 제7관절부 각각에는 하나씩의 엔코드가 마련되어 상기 오퍼레이터에 의한 각 관절부의 회전정도가 검출될 수 있고, 상기 각 관절부에는 하나씩의 전자석 브레이크가 마련되어 상기 슬래이브 암에 발생되는 부하에 따라 상기 전자석 브레이크가 작동되어 상기 오퍼레이터가 상기 부하를 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the first joint part, the second joint part, the third joint part, the fourth joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part is provided with one encoder. The degree of rotation of the joint portion can be detected, and each of the joint portion is provided with one electromagnet brake to operate the electromagnet brake according to the load generated in the slave arm to allow the operator to sense the load do.

그리고 본 발명에서 상기 제2관절부, 상기 제3관절부, 상기 제4관절부의 상기 엔코드와 상기 전자석 브레이크는 동축상으로 배치되고, 상기 제1관절부, 상기 제5관절부, 상기 제6관절부, 상기 제7관절부의 상기 엔코드와 상기 전자석 브레이크는 평행한 두 축상에 각각 배치되고 상기 두 축은 감아걸기수단으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the encoder and the electromagnet brake of the second joint part, the third joint part, and the fourth joint part are disposed coaxially, and the first joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the sixth joint part are disposed coaxially. The encoder and the electromagnetic brake of the seven joints are respectively disposed on two parallel axes, and the two axes are connected by a winding-up means.

그리고 본 발명에서 상기 제1관절부는, 상기 베이스 프레임의 상면에 고정되되 상기 제1축이 삽입될 수 있는 제1축 삽입홀이 형성되며, 상기 제1축 삽입홀과 이격되는 제1엔코더축홀이 형성되는 설치판; 상기 제1축 삽입홀에 끼워지되 상단부는 돌출된 플랜지로 이루어지는 제1축; 상기 플랜지와 상기 설치판 사이에 마련되는 베어링; 상기 제1축에 끼워져 상기 제1축과 함께 회전되며, 상기 설치판 하부면에 위치되는 제1구동풀리; 상기 제1구동풀리 하부에 위치되며 상기 제1축이 끼워지되 상기 설치판과 연결되는 지지브라켓에 의해 고정되는 제1전자석 브레이크; 상기 제1엔코더축홀에 끼워져 회전가능한 제1엔코더축; 상기 제1엔코더축에 연결되며 상기 제1구동풀리와 벨트로 연결되는 제1종동풀리; 상기 제1엔코더축의 회전을 감지하는 제1엔코더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And in the present invention, the first joint portion is fixed to the upper surface of the base frame is formed with a first shaft insertion hole into which the first shaft can be inserted, the first encoder shaft hole spaced apart from the first shaft insertion hole Mounting plate formed; A first shaft inserted into the first shaft insertion hole and having an upper end formed of a protruding flange; A bearing provided between the flange and the mounting plate; A first driving pulley fitted to the first shaft and rotating together with the first shaft and positioned on a lower surface of the installation plate; A first electromagnet brake positioned below the first drive pulley and fixed by a support bracket to which the first shaft is inserted and connected to the installation plate; A first encoder shaft inserted into the first encoder shaft hole and rotatable; A first driven pulley connected to the first encoder shaft and connected to the first driving pulley and a belt; And a first encoder for detecting rotation of the first encoder shaft.

그리고 본 발명에서 상기 제5관절부, 상기 제6관절부 및 상기 제7관절부 각각은, 상기 제5축과 연결되어 회동되는 제5핑거, 상기 제6축과 연결되어 회동되는 제6핑거, 상기 제7축과 연결되어 회동되는 제7핑거가 마련되며, 상기 제5축의 일단에는 제5구동풀리가 결합되고 제5축의 타단에는 제5엔코드가 연결되고, 상기 제6축의 일단에는 제6구동풀리가 결합되고 제6축의 타단에는 제6엔코드가 연결되고, 상기 제7축의 일단에는 제7구동풀리가 결합되고 제7축의 타단에는 제7엔코드가 연결되며, 상기 제5구동풀리와 벨트로 연결되는 제5종동풀리가 마련되며 상기 제5종동풀리와 일단이 결합되어 회전될 수 있는 제5종동축이 마련되고 상기 제5종동축의 타단은 제5전자석 브레이크와 연결되고, 상기 제6구동풀리와 벨트로 연결되는 제6종동풀리가 마련되며 상기 제6종동풀리와 일단이 결합되어 회전될 수 있는 제6종동축이 마련되고 상기 제6종동축의 타단은 제6전자석 브레이크와 연결되고, 상기 제7구동풀리와 벨트로 연결되는 제7종동풀리가 마련되며 상기 제7종동풀리와 일단이 결합되어 회전될 수 있는 제7종동축이 마련되고 상기 제7종동축의 타단은 제7전자석 브레이크와 연결되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each of the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part may include a fifth finger connected to the fifth shaft and a sixth finger connected to the sixth shaft and the seventh joint, and a seventh joint. A seventh finger which is connected to the shaft and rotated is provided, and a fifth driving pulley is coupled to one end of the fifth shaft, a fifth encoder is connected to the other end of the fifth shaft, and a sixth driving pulley is coupled to one end of the sixth shaft. And a sixth encoder connected to the other end of the sixth shaft, a seventh driving pulley coupled to one end of the seventh shaft, and a seventh encoder connected to the other end of the seventh shaft, and connected to the fifth driving pulley and the belt. A driven pulley is provided, and a fifth driven shaft, which is coupled with one end of the fifth driven pulley, is provided, and the other end of the fifth driven shaft is connected with a fifth electromagnet brake, and the sixth driving pulley and the belt A sixth driven pulley is provided to connect The sixth driven pulley and the sixth driven shaft which is coupled to one end is rotatable and the other end of the sixth driven shaft is connected to the sixth electromagnet brake, the seventh driven pulley connected to the seventh driving pulley and the belt A seventh driven shaft may be provided and the one end of the seventh driven pulley may be coupled to rotate, and the other end of the seventh driven shaft may be connected to a seventh electromagnet brake.

그리고 본 발명에서 상기 제2관절부는 상기 제2축의 일단에 제2엔코더가 연결되며 상기 제2축의 타단에 제2전자석 브레이크가 연결되고, 상기 제3관절부는 상기 제3축의 일단에 제3엔코더가 연결되며 상기 제3축의 타단에 제3전자석 브레이크가 연결되고, 상기 제4관절부는 상기 제4축의 일단에 제4엔코더가 연결되며 상기 제4축의 타단에 제4전자석 브레이크가 연결되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the second joint part is connected to a second encoder at one end of the second shaft, and the second electromagnet brake is connected to the other end of the second axis, and the third joint part is connected to a third encoder at one end of the third axis. A third electromagnetic brake is connected to the other end of the third shaft, and the fourth joint part is connected to a fourth encoder at one end of the fourth shaft and a fourth electromagnetic brake is connected to the other end of the fourth shaft. .

그리고 본 발명에서 상기 제5관절부, 상기 제6관절부, 상기 제7관절부는, 손가락을 고정할 수 있는 고정수단이 마련되는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part may be provided with fixing means for fixing a finger.

본 발명에 의한 7 자유도 움직임을 갖는 마스터 암은 탁상식으로 제공되기 때문에 오퍼레이터가 큰 힘을 들이지 않고 편안하게 앉은 자세로 조종이 가능하다는 효과가 있다.Since the master arm having the seven degrees of freedom movement according to the present invention is provided as a table type, the operator can operate in a comfortable sitting posture without applying great force.

그리고 전자석 브레이크를 이용하여 슬레이브 암에 발생되는 부하가 시간지연없이 즉각적으로 오퍼레이터에게 전달할 수 있도록 하기 때문에 슬레이브 암에 발생되는 과부하로 인한 로봇의 손상을 방지할 수 있다는 효과가 있다.In addition, since the load generated on the slave arm can be immediately transmitted to the operator without time delay by using the electromagnet brake, it is possible to prevent damage to the robot due to the overload generated on the slave arm.

그리고 본 발명은 오퍼레이터의 한쪽 팔만을 사용하여 7 자유도의 움직임을 갖도록 하기 때문에 정밀한 로봇 제어가 가능하다는 효과가 있다.
In addition, the present invention has an effect that precise robot control is possible because only one arm of the operator is used to have the movement of seven degrees of freedom.

도 1은 일반적인 햅틱 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 마스터 암에 의해 조종되는 로봇의 사시도.
도 3은 도 2의 로봇에 마련되는 슬래이브 암의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마스터 암의 사시도.
도 5는 마스터 암의 주요부에 대한 정면도.
도 6은 도 5에 대한 좌측면도.
도 7은 도 5에 대한 우측면도.
도 8은 제1관절부 및 제2관절부의 확대도.
도 9은 제3관절부 및 제4관절부의 확대도.
도 10은 제5관절부, 제6관절부, 제7관절부의 확대도.
도 11은 본 발명에 따른 마스터 암의 사용 상태도.
도 12는 마스터 암과 슬래이브 암 사이에서 이루어지는 상호 작용관계를 보여주는 블록 다이어그램.
도 13은 마스터 암의 제어 다이어그램.
도 14는 제1관절부에 대한 구성도.
도 15는 제2관절부 및 제3관절부에 대한 구성도.
도 16은 제4관절부, 제5관절부, 제6관절부, 제7관절부에 대한 구성도.
도 17 내지 도 24는 본 발명에 따른 마스터 암의 동작 상태를 보여주는 예시도.1 is a block diagram of a general haptic device.
2 is a perspective view of a robot steered by the master arm of the present invention.
3 is a perspective view of a slave arm provided in the robot of FIG.
4 is a perspective view of a master arm according to an embodiment of the present invention.
5 is a front view of an essential part of the master arm.
FIG. 6 is a left side view of FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a right side view of FIG. 5; FIG.
8 is an enlarged view of a first joint part and a second joint part;
9 is an enlarged view of a third joint portion and a fourth joint portion.
10 is an enlarged view of a fifth joint part, a sixth joint part, and a seventh joint part.
11 is a state diagram of use of the master arm according to the present invention;
12 is a block diagram showing an interaction relationship between a master arm and a slave arm.
13 is a control diagram of a master arm.
14 is a configuration diagram for the first joint part.
15 is a configuration diagram for the second joint portion and the third joint portion.
16 is a configuration diagram for a fourth joint, a fifth joint, a sixth joint, and a seventh joint.
17 to 24 are exemplary views showing an operating state of the master arm according to the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted, and like reference numerals are given to similar portions throughout the specification.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명의 실시예에 따른 7 자유도 움직임을 갖는 마스터 암은 다양한 산업분야에 실질적으로 적용이 가능하며, 특히 심해와 같이 사람이 접근하여 작업하는 것이 어려운 열악한 환경에서 운용되는 로봇의 조종을 위한 용도로 사용되기에 적합하다.Master arm having 7 degrees of freedom movement according to an embodiment of the present invention is practically applicable to a variety of industries, in particular for use in the control of a robot operating in a harsh environment difficult to access and work humans, such as the deep sea Suitable for use as

그리고 본 발명의 마스터 암은 원거리에 있는 로봇과 유무선으로 양방향으로 통신이 이루어지는 환경하에서 사용된다.In addition, the master arm of the present invention is used in an environment where communication is performed in both directions by a robot and a wired or wireless remotely.

도 2는 본 발명의 마스터 암에 의해 조종되는 로봇의 사시도이며, 도 3은 도 2의 로봇에 마련되는 슬래이브 암의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마스터 암의 사시도이고, 도 5는 마스터 암의 주요부에 대한 정면도이고, 도 6은 도 5에 대한 좌측면도이고, 도 7은 도 5에 대한 우측면도이다.2 is a perspective view of a robot controlled by the master arm of the present invention, Figure 3 is a perspective view of a slave arm provided in the robot of FIG. 4 is a perspective view of a master arm according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a front view of the main part of the master arm, FIG. 6 is a left side view of FIG. 5, and FIG. 7 is a right side view of FIG. 5.

도 8은 제1관절부 및 제2관절부의 확대도이며, 도 9은 제3관절부 및 제4관절부의 확대도이고, 도 10은 제5관절부, 제6관절부, 제7관절부의 확대도이다. 도 11은 본 발명에 따른 마스터 암의 사용 상태도를 나타낸 것이고, 도 12는 마스터 암과 슬래이브 암 사이에서 이루어지는 상호 작용관계를 보여주는 블록 다이어그램이고, 도 13은 마스터 암의 제어 다이어그램을 나타낸 것이다.8 is an enlarged view of the first joint part and the second joint part, FIG. 9 is an enlarged view of the third joint part and the fourth joint part, and FIG. 10 is an enlarged view of the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part. 11 is a diagram showing a state of use of the master arm according to the present invention, FIG. 12 is a block diagram showing an interaction relationship between the master arm and the slave arm, and FIG. 13 is a control diagram of the master arm.

도 14는 제1관절부에 대한 구성도이며, 도 15는 제2관절부 및 제3관절부에 대한 구성도이고, 도 16은 제4관절부, 제5관절부, 제6관절부, 제7관절부에 대한 구성도이다.14 is a configuration diagram for the first joint part, FIG. 15 is a configuration diagram for the second joint part and a third joint part, and FIG. 16 is a configuration diagram for the fourth joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part. to be.

도 17 내지 도 24는 본 발명에 따른 마스터 암의 동작 상태를 보여주는 예시도이다.17 to 24 are exemplary views showing an operating state of the master arm according to the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 마스터 암은 사각 박스 형태의 베이스 프레임(100), 콘트롤부(200), 디스플레이부(300), 제1관절부(400), 제2관절부(500), 제3관절부(600), 제4관절부(700), 제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)를 포함하여 이루어진다.As shown, the master arm according to the embodiment of the present invention has a rectangular frame-shaped base frame 100, a controller 200, a display 300, a first joint 400, a second joint 500, The third joint part 600 includes a fourth joint part 700, a fifth joint part 800, a fifth joint part 800, a sixth joint part 900, and a seventh joint part 1000.

본 발명의 마스터 암은 오퍼레이터가 의자에 앉아서 사용이 가능하도록 하며, 베이스 프레임(100)은 테이블 위에 놓여진다.The master arm of the present invention allows the operator to sit on a chair and use it, and the base frame 100 is placed on a table.

베이스 프레임(100)은 넓은 사각 판상 형태로 내부에 빈 공간이 마련되고, 베이스 프레임(100) 내부에 콘트롤부(200)가 마련된다. 콘트롤부(200)는 후술될 각 관절부와 전기적으로 연결되어 있고, 로봇(R)과 유무선으로 통신이 가능하여 데이타를 주고받을 수 있게 된다.The base frame 100 has an empty space therein in a wide rectangular plate shape, and the control unit 200 is provided inside the base frame 100. The control unit 200 is electrically connected to each of the joints to be described later, and can communicate with the robot (R) in a wired or wireless manner to exchange data.

베이스 프레임(100)의 상면 일측에 디스플레이부(300)가 마련되며, 디스플레이부(300)를 통해서 오퍼레이터는 원거리에 있는 로봇(R)의 영상을 확인할 수 있고, 슬래이브 암에 발생되는 부하에 따른 힘이 표시되도록 할 수 있다. 그 외 마스터 암의 작동에 관련된 다양한 정보들이 디스플레이부를 통해서 제공될 수도 있다.The display unit 300 is provided on one side of the upper surface of the base frame 100, and through the display unit 300, the operator can check an image of the robot R at a distance, and according to the load generated in the slave arm, Forces can be displayed. In addition, various information related to the operation of the master arm may be provided through the display unit.

베이스 프레임(100)의 상면에 제1관절부(400)가 장착되며, 제1관절부(400) 위에 제2관절부(500)가 연결되고, 제2관절부(500) 위에 제3관절부(600)가 연결되고, 제3관절부(600) 위에 제4관절부(700)가 연결되고, 제4관절부(700)에 제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)가 연결된다.The first joint part 400 is mounted on the upper surface of the base frame 100, the second joint part 500 is connected to the first joint part 400, and the third joint part 600 is connected to the second joint part 500. The fourth joint part 700 is connected to the third joint part 600, and the fifth joint part 800, the sixth joint part 900, and the seventh joint part 1000 are connected to the fourth joint part 700.

총 7개의 관절부를 갖는 본 발명의 마스터 암은 7 자유도를 갖게 되며, 슬래이브 암(10)에 각각의 관절부에 대응하는 7개의 종속관절부가 마련되어 슬래이브 암(10)은 정밀하게 조종될 수 있다.The master arm of the present invention having a total of seven joints has seven degrees of freedom, and the slave arm 10 is provided with seven subordinate joints corresponding to each joint, and the slave arm 10 can be precisely controlled. .

제1관절부(400), 제2관절부(500), 제3관절부(600), 제4관절부(700), 제5관절부(800), 제6관절부(900) 및 제7관절부(1000) 각각에는 하나씩의 엔코드가 마련되어 오퍼레이터에 의한 각 관절부의 회전정도가 검출될 수 있고, 각 관절부에는 하나씩의 전자석 브레이크가 마련되어 슬래이브 암에 발생되는 부하에 따라 전자석 브레이크가 작동되어 오퍼레이터가 부하를 감지할 수 있도록 한다.Each of the first joint 400, the second joint 500, the third joint 600, the fourth joint 700, the fifth joint 800, the sixth joint 900, and the seventh joint 1000 One encoder is provided so that the degree of rotation of each joint by the operator can be detected, and one electromagnet brake is provided at each joint to operate the electromagnet brake according to the load generated by the slave arm so that the operator can sense the load. do.

본 실시예에서 각 관절부에 하나씩의 전자석 브레이크가 마련되는 것으로 하나, 전자석 브레이크와 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 수단이 사용될 수도 있다. 예를 들어 전자석 브레이크를 대체하여 모터가 사용될 수 있으며, 슬래이브 암에 발생되는 부하에 따라 모터가 어느 일 방향으로 회전되게 함으로써 오퍼레이터가 부하를 감지할 수 있도록 구성될 수도 있다.In this embodiment, one electromagnet brake is provided in each joint part, but other means capable of performing the same function as the electromagnet brake may be used. For example, a motor may be used in place of an electromagnet brake, and may be configured to allow an operator to sense a load by causing the motor to rotate in one direction depending on the load generated on the slave arm.

그리고 제2관절부, 제3관절부, 제4관절부의 엔코드와 전자석 브레이크는 동축상으로 배치되는 것이 바람직하고, 제1관절부, 제5관절부, 제6관절부, 제7관절부의 엔코드와 전자석 브레이크는 평행한 두 축상에 각각 배치되고 두 축은 감아걸기수단으로 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 감아걸기수단은 통상의 벨트와 풀리 조합이 사용될 수 있고 그 외 공지의 기술이 채택될 수 있다.In addition, the encoder and the electromagnetic brake of the second joint part, the third joint part, and the fourth joint part may be disposed coaxially, and the encoder and the electromagnetic brake part of the first joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part may be disposed. It is preferably arranged on two parallel axes and the two axes connected by a winding means. As the winding means, a conventional belt and pulley combination may be used, and other known techniques may be adopted.

제1관절부(400)는 베이스 프레임(100)에 수직으로 설치되어 제1축(410)이 회동될 수 있도록 마련되며, 제1축(410) 상단에는 제1관절브라켓(420)이 결합된다.The first joint 400 is installed perpendicular to the base frame 100 so that the first shaft 410 can be rotated, and the first joint bracket 420 is coupled to the upper end of the first shaft 410.

보다 구체적으로 베이스 프레임(100) 상면에 고정되는 설치판(430)이 마련되며, 설치판(430)에는 후술될 제1축(410)이 삽입될 수 있는 제1축 삽입홀(431)과 제1엔코더를 설치하기 위한 제1엔코더축홀(432)이 형성된다. 제1축 삽입홀(431)과 제1엔코더축홀(432)은 소정의 이격거리를 두고 형성된다.More specifically, the mounting plate 430 fixed to the upper surface of the base frame 100 is provided, the mounting plate 430 and the first shaft insertion hole 431 and the first shaft 410 to be described later can be inserted The first encoder shaft hole 432 for installing one encoder is formed. The first shaft insertion hole 431 and the first encoder shaft hole 432 are formed at a predetermined distance.

제1축 삽입홀(431)에 제1축(410)이 끼워지게 되며 제1축(410)의 상단부는 원형으로 돌출된 플랜지(411)가 형성된다. 제1축(410) 상단부를 이루는 플랜지(411) 상면에서 제1관절브라켓(420)이 결합된다. 제1관절브라켓(420)은 후술될 제2관절부를 연결하기 위한 연결부가 된다.The first shaft 410 is inserted into the first shaft insertion hole 431, and the flange 411 protruding in a circular shape is formed at the upper end of the first shaft 410. The first joint bracket 420 is coupled to the upper surface of the flange 411 forming the upper end of the first shaft 410. The first joint bracket 420 is a connecting portion for connecting the second joint portion to be described later.

제1축(410)은 베이스 프레임(100)에 고정되는 설치판(430)에 대해 회동될 수 있어야 하기 때문에 제1축(410)의 상단부인 플랜지(411)의 하면에 베어링(B)이 마련된다. 즉, 베어링(B)은 플랜지(411)와 설치판(430) 사이에 마련된다.Since the first shaft 410 should be rotatable with respect to the mounting plate 430 fixed to the base frame 100, the bearing B is provided on the lower surface of the flange 411, which is the upper end of the first shaft 410. do. That is, the bearing B is provided between the flange 411 and the mounting plate 430.

제1축(410)에는 제1구동풀리(P1)가 결합되어 제1축(410)과 함께 회전되며, 제1구동풀리(P1)는 설치판(430)의 하부인 베이스 프레임(100)의 내부에 위치하게 된다.The first drive pulley P1 is coupled to the first shaft 410 to rotate together with the first shaft 410, and the first drive pulley P1 of the base frame 100 is lower than the mounting plate 430. It is located inside.

제1구동풀리(P1) 하부에 제1전자석 브레이크(M1)가 마련되되 제1전자석 브레이크(M1)는 설치판(430)과 고정 연결되는 지지브라켓(433)에 고정되고, 제1축(410)이 제1전자석 브레이크(M1) 내부로 삽입된다.The first electromagnetic brake M1 is provided below the first driving pulley P1, but the first electromagnetic brake M1 is fixed to the support bracket 433 fixedly connected to the installation plate 430, and the first shaft 410. ) Is inserted into the first electromagnet brake M1.

제1전자석 브레이크(M1)는 선택적으로 자화되어 제1축(410)의 회동에 방해를 주는 작용을 한다. 제1전자석 브레이크(M1)가 작동하면 소정의 패드가 제1축(410)에 접촉되어 제1축(410)이 회동되는 것을 방해하고, 결국 오퍼레이터는 직감적으로 그 저항을 몸으로 느낄 수 있게 된다.The first electromagnet brake M1 is selectively magnetized to interfere with the rotation of the first shaft 410. When the first electromagnet brake M1 is operated, a predetermined pad is in contact with the first shaft 410 to prevent the first shaft 410 from rotating, so that the operator can intuitively feel the resistance. .

후술될 각 관절부마다 하나씩의 전자석 브레이크가 마련되며, 그 기능은 제1전자석 브레이크(M1)와 동일하다. 제1관절부(400)에 대응하여 움직이게 될 슬래이브 암(10)의 종속제1관절부에 비정상적으로 높은 부하가 발생되는 경우 슬래이브 암(10)에 마련되는 소정의 센서(미도시)가 이를 감지하여 마스터 암의 콘트롤부(200)로 신호를 전송하며, 콘트롤부(200)에서는 이를 받아 제1전자석 브레이크(M1)가 작동되도록 명령하게 된다. 바람직하게 종속제1관절부에서 발생되는 부하의 크기에 비례하여 제1전자석 브레이크(M1)가 작동하도록 한다.One electromagnet brake is provided for each joint to be described later, and its function is the same as that of the first electromagnet brake M1. When an abnormally high load is generated in the subordinate first joint portion of the slave arm 10 to be moved in response to the first joint portion 400, a predetermined sensor (not shown) provided in the slave arm 10 detects this. The signal is transmitted to the control unit 200 of the master arm, and the control unit 200 receives the command to command the first electromagnet brake M1 to operate. Preferably, the first electromagnet brake M1 is operated in proportion to the magnitude of the load generated at the first joint part.

종속제1관절부에 비정상적인 부하가 발생되는 예란 로봇(R)이 작업하는 영역에 존재하는 암초 등에 슬래이브 암(10)이 부딪히게 되는 경우와 같은 것을 말한다. 제1관절부(400)를 일 방향으로 회전되게 조작하면 이에 상응하여 종속제1관절부도 동일한 방향으로 회전되어야 하는데, 암초에 걸려 종속제1관절부가 원활하게 회전되지 못하게되면 센서가 그 부하를 감지하여 마스터 암의 콘트롤부(200)로 정보를 제공하게 되는 것이다.An example in which an abnormal load is generated in the subordinate first joint part is the same as when the slave arm 10 hits the reef or the like existing in the area where the robot R works. When the first joint 400 is rotated in one direction, the corresponding first joint part should also be rotated in the same direction. When the first joint part does not rotate smoothly, the sensor senses the load. Information is provided to the control unit 200 of the master arm.

제1엔코더축홀(432)에 제1엔코더축(440)이 회전가능하도록 끼워지게 되며, 제1엔코더축(440)의 상단부에도 플랜지를 형성시키고 플랜지 하면에 베어링(B)을 두는 구조로 설치판(430)의 제1엔코더축홀(432)에 수직으로 끼워지도록 하는 것이 바람직하다.The first encoder shaft 440 is inserted into the first encoder shaft hole 432 so as to be rotatable, and a mounting plate is formed to form a flange on the upper end of the first encoder shaft 440 and to place a bearing B on the lower surface of the flange. It is preferable to fit vertically to the first encoder shaft hole 432 of (430).

제1엔코더축(440)에 제1종동풀리(Q1)가 연결되며 제1종동풀리(Q1)는 제1구동풀리(P1)와 벨트로 연결되어 동시에 회전 가능한 상태가 된다.The first driven pulley Q1 is connected to the first encoder shaft 440, and the first driven pulley Q1 is connected to the first driving pulley P1 by a belt to be rotatable at the same time.

제1엔코더축(440)의 하단에 제1엔코더(E1)가 결합되며, 제1엔코더(E1)는 제1엔코더축(440)이 회전되는 것을 검출하여 제1관절부(400)의 회동각을 센싱하여 콘트롤부(200)로 제공하는 역할을 한다.The first encoder E1 is coupled to the lower end of the first encoder shaft 440, and the first encoder E1 detects the rotation of the first encoder shaft 440 to determine the rotation angle of the first joint 400. Sensing serves to provide to the control unit 200.

콘트롤부(200)로 제공된 제1관절부(400)의 회동각은 자동연산을 통해서 슬래이브 암(10)의 종속제1관절부가 회동될 수 있도록 신호를 제공한다.The rotation angle of the first joint part 400 provided to the control unit 200 provides a signal so that the subordinate first joint part of the slave arm 10 can be rotated through automatic operation.

제1관절부(400)와 연결되는 제2관절부(500)는 제2축(510)에 의해 제1관절부(400)와 연결되며, 제1관절브라켓(420)에 제2관절링크(520)가 제2축(510)에 의해 연결되고, 제2관절링크(520) 상단에 제2관절커넥터(530)가 결합되어 제2축(510)과 함께 제2관절링크(520)가 회동하게 된다.The second joint part 500 connected to the first joint part 400 is connected to the first joint part 400 by the second shaft 510, and the second joint link 520 is connected to the first joint bracket 420. The second shaft 510 is connected to each other, and the second joint connector 530 is coupled to the upper end of the second joint link 520 so that the second joint link 520 rotates together with the second shaft 510.

제2관절부(500)에서 제2축(510)은 수평방향으로 배치되며, 제2엔코더(E2)와 제2전자석 브레이크(M2)는 동축상으로 배치된다. 구체적으로 제2축(510)의 일단에는 제2엔코더(E2)가 연결되며 제2축(510)의 타단에는 제2전자석 브레이크(M2)가 연결되도록 하는 것이 바람직하다.In the second joint part 500, the second shaft 510 is disposed in the horizontal direction, and the second encoder E2 and the second electromagnet brake M2 are disposed coaxially. In detail, the second encoder E2 is connected to one end of the second shaft 510, and the second electromagnetic brake M2 is connected to the other end of the second shaft 510.

제2엔코더(E2)는 제2관절부(500)의 회동각을 측정하게 되고 제2전자석 브레이크(M2)는 슬래이브 암(10)의 종속제2관절부에 발생되는 부하에 비례하여 제2축(510)의 회동을 방해하는 저항을 발생시키게 된다.The second encoder E2 measures the rotation angle of the second joint part 500, and the second electromagnet brake M2 has a second axis in proportion to the load generated in the subordinate second joint part of the slave arm 10. It will generate a resistance that prevents the rotation of the 510.

제3관절부(600)는 제2관절커넥터(530) 상단에 연결되며 수직한 제3축(610)과 제3관절커넥터(620) 및 제3관절브라켓(630)을 포함한다. 제3관절부(600)는 제3축(610)이 제2관절부(500)에 대해 회동될 수 있도록 한다.The third joint part 600 is connected to the upper end of the second joint connector 530 and includes a vertical third axis 610, a third joint connector 620, and a third joint bracket 630. The third joint part 600 allows the third shaft 610 to be rotated with respect to the second joint part 500.

제3관절부(600)를 이루는 제3엔코더(E3) 및 제3전자석 브레이크(M3) 역시 동축상으로 배치되며, 바람직하게 제3축(610)의 일단에 제3엔코더(E3)가 연결되고 제3축(610)의 타단에 제3전자석 브레이크(M3)가 연결되는 것으로 한다.The third encoder E3 and the third electromagnet brake M3 constituting the third joint part 600 are also coaxially disposed. Preferably, the third encoder E3 is connected to one end of the third shaft 610 and is formed. It is assumed that the third electromagnetic brake M3 is connected to the other end of the three shafts 610.

제4관절부(700)는 제3관절브라켓(630)에서 연결되며, 제4축(710)과 제4관절링크(720) 및 제4관절커넥터(730)를 포함하고, 제4축(710)과 연결되는 제4관절링크(720)가 회동 동작한다.The fourth joint part 700 is connected to the third joint bracket 630, and includes a fourth shaft 710, a fourth joint link 720, and a fourth joint connector 730, and a fourth shaft 710. The fourth joint link 720 connected to the pivoting operation.

제4관절부(700)의 제4엔코더(E4) 및 제4전자석 브레이크(M4)도 동축상으로 배치되고, 제4축(710)의 일단에 제4엔코더(E4)가 연결되고 제4축(710)의 타단에 제4전자석 브레이크(M4)가 연결된다.The fourth encoder E4 and the fourth electromagnetic brake M4 of the fourth joint part 700 are also disposed coaxially, and the fourth encoder E4 is connected to one end of the fourth shaft 710 and the fourth shaft The fourth electromagnet brake M4 is connected to the other end of the 710.

제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)는 제4관절부(700)를 이루는 제4관절커넥터(730)에 회동 가능한 구조로 연결된다. 특히 제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)는 제1관절부(400)와 마찬가지로 엔코더와 전자석 브레이크가 평행한 두 축상에 하나씩 배치되고 두 축은 감아걸수단에 의해 연결되어 동시에 회전될 수 있는 구조가 된다.The fifth joint part 800, the sixth joint part 900, and the seventh joint part 1000 are connected to the fourth joint connector 730 that forms the fourth joint part 700 in a rotatable structure. In particular, like the first joint 400, the fifth joint 800, the sixth joint 900, and the seventh joint 1000 are arranged one on two axes in which the encoder and the electromagnetic brake are parallel, and the two axes are wound by the winding means. It is connected to the structure that can be rotated at the same time.

제5관절부(800)는 제5축(810), 제5핑거(820), 제5구동풀리(P5), 제5엔코드(E5), 제5종동풀리(Q5), 제5종동축(830), 제5전자석 브레이크(M5)를 포함하여 이루어진다.The fifth joint part 800 includes a fifth shaft 810, a fifth finger 820, a fifth driving pulley P5, a fifth encoder E5, a fifth driven pulley Q5, and a fifth driven shaft ( 830, the fifth electromagnet brake M5.

제5관절부(800)는 제4관절커넥터(730)의 일측면에 돌출되게 형성되는 제5핑거브라켓(731)에 수직방향으로 제5축(810)이 연결되며, 제5축(810)에 제5핑거(820)가 결합되어 제5핑거(820)는 회동 가능한 구조가 된다.The fifth joint part 800 is connected to the fifth shaft 810 in a vertical direction to the fifth finger bracket 731 which is formed to protrude on one side of the fourth joint connector 730, and to the fifth axis 810. The fifth finger 820 is coupled to the fifth finger 820 to be a rotatable structure.

제5축(810)의 일단에는 제5구동풀리(P5)가 결합되고 제5축(810)의 타단에는 제5엔코드(E5)가 연결된다. 제5구동풀리(P5)와 벨트로 연결되는 제5종동풀리(Q5)가 마련되며 제5종동풀리(Q5)는 제5종동축(830)의 일단과 결합되고 제5종동축(830)의 타단은 제5전자석 브레이크(M5)와 연결된다. 제5전자석 브레이크(M5)는 제4관절커넥터(730)와 고정된다.A fifth driving pulley P5 is coupled to one end of the fifth shaft 810 and a fifth encoder E5 is connected to the other end of the fifth shaft 810. The fifth driven pulley (P5) and the fifth driven pulley (Q5) connected to the belt is provided and the fifth driven pulley (Q5) is coupled to one end of the fifth driven shaft (830) and the fifth driven shaft (830) The other end is connected to the fifth electromagnet brake M5. The fifth electromagnet brake M5 is fixed to the fourth joint connector 730.

오퍼레이터가 제5핑거(820)를 회동되게 하면 제5축(810)이 회동하게 되어 제5엔코더(E5)에 의해 제5관절부(800)의 회동각이 검출되고, 이때 제5구동풀리(P5)와 제5종동풀리(Q5)는 동시에 회전하게 된다. 만약 슬래이브 암(10)의 종속제5관절부에 부하가 발생되는 경우에는 제5전자석 브레이크(M5)가 작동되어 제5종동축(830)의 회동을 방해하여 제5핑거(820)에 그에 상응하는 저항이 발생되게 함으로써 오퍼레이터는 직감적으로 슬래이브 암(10)의 부하를 느낄 수 있게 된다.When the operator rotates the fifth finger 820, the fifth shaft 810 is rotated, and the rotation angle of the fifth joint portion 800 is detected by the fifth encoder E5. In this case, the fifth drive pulley P5 is detected. ) And the fifth driven pulley Q5 are rotated at the same time. If a load is generated in the subordinate fifth joint portion of the slave arm 10, the fifth electromagnet brake M5 is operated to prevent rotation of the fifth driven shaft 830 to correspond to the fifth finger 820. By causing a resistance to be generated, the operator can intuitively feel the load of the slave arm 10.

제4관절부(700)의 상단 일측에 제6관절부(900)가 마련되며, 제6관절부(900)는 제6축(910), 제6핑거(920), 제6구동풀리(P6), 제6엔코드(E6), 제6종동풀리(Q6), 제6종동축(930), 제6전자석 브레이크(M6)를 포함한다.The sixth joint portion 900 is provided on one side of the upper end of the fourth joint portion 700, and the sixth joint portion 900 includes a sixth shaft 910, a sixth finger 920, a sixth driving pulley P6, and a sixth joint portion 900. The sixth encoder E6, the sixth driven pulley Q6, the sixth driven shaft 930, and the sixth electromagnet brake M6 are included.

제4관절부(700)를 이루는 제4관절커넥터(730)의 상단 일측에 제6핑거브라켓(732)이 돌출 형성되어 있고, 제6핑거브라켓(732)에 제6축(910)이 수평하게 삽입되고, 제6축(910)에 제6핑커(920)가 결합된다.The sixth finger bracket 732 protrudes from the upper end side of the fourth joint connector 730 constituting the fourth joint part 700, and the sixth shaft 910 is horizontally inserted into the sixth finger bracket 732. The sixth pinker 920 is coupled to the sixth shaft 910.

제6축(910)의 일단에 제6구동풀리(P6)가 결합되며 제6축(910)의 타단에 제6엔코드(E6)가 결합된다. 제6구동풀리(P6)와 벨트로 연결되는 제6종동풀리(Q6)가 마련되며 제6종동풀리(Q6)는 제6종동축(930)의 일단과 결합되고 제6종동축(930)의 타단에 제6전자석 브레이크(M6)가 연결된다.The sixth driving pulley P6 is coupled to one end of the sixth shaft 910 and the sixth encoder E6 is coupled to the other end of the sixth shaft 910. The sixth driven pulley (P6) and the sixth driven pulley (Q6) is connected to the belt is provided and the sixth driven pulley (Q6) is coupled to one end of the sixth driven shaft (930) and the sixth driven shaft (930) The sixth electromagnet brake M6 is connected to the other end.

제7관절부(1000)는 제4관절커넥터(730)의 상단 타측에 마련되며, 제7축(1001), 제7핑거(1002), 제7구동풀리(P7), 제7엔코드(E7), 제7종동풀리(Q7), 제7종동축(1003), 제7전자석 브레이크(M7)를 포함한다.The seventh joint part 1000 is provided on the other side of the upper end of the fourth joint connector 730, and includes the seventh shaft 1001, the seventh finger 1002, the seventh driving pulley P7, and the seventh encoder E7. And a seventh driven pulley Q7, a seventh driven shaft 1003, and a seventh electromagnet brake M7.

제4관절커넥터(730)의 상단에 제7핑거브라켓(733)이 형성되며, 제7핑거브라켓(733)에 제7축(1001)이 수평방향으로 끼워지고 제7축(1001)에 제7핑거(1002)가 결합되어 회동 가능한 구조가 된다. 제7축(1001)의 일단에 제7구동풀리(P7)가 결합되고 제7축(1001)의 타단에 제7엔코드(E7)가 연결된다. 그리고 제7구동풀리(P7)와 벨트로 연결되는 제7종동풀리(Q7)가 마련되며, 제7종동풀리(Q7)는 제7종동축(1003)의 일단과 결합되고 제7종동축(1003)의 타단에는 제7전자석 브레이크(M7)가 연결된다.A seventh finger bracket 733 is formed at the upper end of the fourth joint connector 730, and the seventh shaft 1001 is fitted in the seventh finger bracket 733 in the horizontal direction and the seventh shaft 1001 is placed on the seventh finger. Fingers 1002 are coupled to form a rotatable structure. The seventh driving pulley P7 is coupled to one end of the seventh shaft 1001, and the seventh encoder E7 is connected to the other end of the seventh shaft 1001. In addition, a seventh driven pulley (P7) and a seventh driven pulley (Q7) connected to the belt are provided, and the seventh driven pulley (Q7) is coupled to one end of the seventh driven shaft (1003) and the seventh driven shaft (1003). The other end of the) is connected to the seventh electromagnet brake (M7).

바람직하게 제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)의 제5핑거(820), 제6핑거(920), 제7핑거(1002)에는 오퍼레이터의 손가락을 끼워 고정시킬 수 있는 고정수단(T)이 마련될 수 있다.Preferably, the fifth finger portion 800, the sixth joint portion 900, and the fifth finger 820, the sixth finger 920, and the seventh finger 1002 of the seventh joint portion 1000 are fitted with an operator's finger. Fixing means (T) can be provided.

고정수단(T)은 벨크로를 갖는 밴드나 손가락을 끼워넣을 수 있는 끼움구와 같은 것이 사용될 수 있다.Fixing means (T) may be used, such as a band having a velcro or a fitting for inserting a finger.

본 발명의 마스터 암은 오퍼레이터가 의자에 앉은 자세에서 베이스 프레임(100) 상면에 팔꿈치를 올리고 손가락이 제5관절부(800), 제6관절부(900), 제7관절부(1000)에 위치되게 하여 조작할 수 있도록 한다.The master arm of the present invention is operated by raising the elbows on the upper surface of the base frame 100 in the posture of the operator sitting on the chair so that the fingers are positioned on the fifth joint part 800, the sixth joint part 900, and the seventh joint part 1000. Do it.

제1관절부(400)는 오퍼레이터의 상박부의 움직임에 의해 회동되며, 제2관절부(500) 및 제3관절부(600)는 하박부의 움직임에 따르고, 제4관절부(700)는 손목부의 움직임에 의해 회동되고, 제5관절부(800)는 엄지손가락의 움직임에 의해 회동되고, 제6관절부(900)와 제7관절부(1000)는 엄지손가락 외의 나머지 손가락 중 어느 하나의 움직임에 따라 회동된다.The first joint part 400 is rotated by the movement of the upper arm of the operator, the second joint part 500 and the third joint part 600 follow the movement of the lower part of the hip, and the fourth joint part 700 is rotated by the movement of the wrist part. The fifth joint part 800 is rotated by the movement of the thumb, and the sixth joint part 900 and the seventh joint part 1000 are rotated according to any one of the remaining fingers other than the thumb.

본 발명의 실시예에 의한 마스터 암은 오퍼레이터가 한쪽 팔만을 이용하여 7 자유도를 구현할 수 있게 되고 팔에 착용하는 것이 아닌 탁상식으로 제공되므로 마스터 암의 하중에 대한 부담을 덜 수 있다.The master arm according to the embodiment of the present invention enables the operator to implement 7 degrees of freedom using only one arm and is provided as a tabletop type rather than worn on the arm, thereby reducing the burden on the load of the master arm.

그리고 각 관절부마다 전자석 브레이크가 마련되어 슬래이브 암의 부하가 오퍼레이터에게 직감적으로 전달될 수 있도록 하기 때문에 보다 정밀하고 안전한 로봇의 제어 및 운용이 가능하다.In addition, an electromagnet brake is provided at each joint so that the load of the slave arm can be intuitively transmitted to the operator, thereby enabling more precise and safe robot control and operation.

이하 본 발명의 실시예에 따른 마스터 암의 전체적인 작동관계에 대해 개략적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the overall operating relationship of the master arm according to the embodiment of the present invention will be described in brief.

도 12에 도시된 바와 같이 로봇(R)의 슬래이브 암(10)을 조종하기 위해 마스터 암이 로봇과 쌍방향으로 통신하게 된다.As shown in FIG. 12, the master arm communicates bidirectionally with the robot to manipulate the slave arm 10 of the robot R. As shown in FIG.

오퍼레이터가 마스터 암의 각 관절부를 움직이게 되면 각 관절부마다 마련되는 해당 엔코드가 관절부의 회동각을 검출하여 콘트롤부로 제공하고 콘트롤부에서는 엔코드가 제공하는 정보를 로봇의 제어부로 전송하게 된다.When the operator moves each joint of the master arm, the corresponding encoder provided for each joint detects the rotation angle of the joint and provides the controller to the controller, and the controller transmits the information provided by the encoder to the controller of the robot.

로봇의 제어부에서는 해당 슬래이브 암이 움직일 수 있도록 명령하게 되고 슬래이브 암의 해당 종속관절부는 회동동작하게 된다.The controller of the robot commands the slave arm to move, and the slave joint of the slave arm rotates.

그리고 슬래이브 암에 부하가 발생되는 경우 슬래이브 암에 마련되는 센서가 부하를 감지하게 되고 감지된 부하에 대한 정보는 마스터 암의 콘트롤러부로 전송되어 해당 관절부의 전자석 브레이크를 작동시키게 된다.When a load is generated in the slave arm, a sensor provided in the slave arm detects the load, and information about the detected load is transmitted to the controller unit of the master arm to activate the electromagnetic brake of the corresponding joint unit.

전자석 브레이크가 작동되면 해당 관절부에 저항이 발생되어 오퍼레이터는 직감적으로 슬래이브 암에 비정상적인 부하가 발생되고 있음을 알 수 있게 되고 이에 대한 대책을 세우거나 조치를 취할 수 있게 된다.
When the electromagnet brake is activated, resistance is generated at the joint so that the operator can intuitively know that an abnormal load is being generated on the slave arm, and the countermeasure or action can be taken.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It is therefore to be understood that the embodiments described above are intended to be illustrative, but not limiting, in all respects. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

본 발명에 의한 마스터 암은 원거리에서 로봇의 슬래이브 암을 조종하는 용도로 사용될 수 있다.
The master arm according to the present invention can be used for controlling the slave arm of a robot at a long distance.

100 : 베이스 프레임 200 : 콘트롤부
300 : 디스플레이부 400 : 제1관절부
410 : 제1축 420 : 제1관절브라켓
430 : 설치판 500 : 제2관절부
510 : 제2축 520 : 제2관절링크
600 : 제3관절부 610 : 제3축
620 : 제3관절커넥터 630 : 제3관절브라켓
700 : 제4관절부 710 : 제4축
720 : 제4관절링크 730 : 제4관절커넥터
800 : 제5관절부 810 : 제5축
820 : 제5핑거 830 : 제5종동축
900 : 제6관절부 910 : 제6축
920 : 제6핑거 930 : 제6종동축
1000 : 제7관절부 1001 : 제7축
1002 : 제7핑거 1003 : 제7종동축
T : 고정수단 100: base frame 200: control unit
300: display unit 400: first joint
410: first axis 420: first joint bracket
430: mounting plate 500: second joint
510: second axis 520: second joint link
600: third joint 610: third axis
620: 3rd joint connector 630: 3rd joint bracket
700: fourth joint 710: fourth axis
720: 4th joint link 730: 4th joint connector
800: fifth joint 810: fifth axis
820: fifth finger 830: fifth driven shaft
900: 6th joint 910: 6th axis
920: sixth finger 930: sixth driven shaft
1000: 7th joint part 1001: 7th axis
1002: 7th finger 1003: 7th driven shaft
T: Fixing means

Claims

In the master arm for controlling the slave arm of the robot:
A base frame, a control unit provided inside the base frame, a display unit provided on one side of an upper surface of the base frame, a first joint provided on an upper surface of the base frame and coupled to an upper end of the first axis and the first axis A first joint part including the bracket to rotate the first shaft, a second joint link connected by a second axis parallel to the first joint bracket, and a second joint connector connected to an upper end of the second joint link. Including a second joint portion to rotate the second joint link with respect to the second axis, the second joint connector is provided on the upper end of the third joint connector and the third joint is connected by a vertical third axis A third joint bracket including a third joint bracket connected to the third joint part to be rotated by the third joint connector, and a fourth joint link connected to the third joint bracket by a fourth axis parallel to the fourth joint A fourth joint part including a fourth joint connector connected to an upper end of the link, and a fourth joint part to which the fourth joint link is rotated, a fifth joint part connected to one side of the fourth joint part and being rotated together with a fifth vertical axis; A sixth joint part connected to an upper end of the fourth joint part and being rotated together with the horizontal sixth axis, and a seventh joint part connected to the other end of the fourth joint part and being rotated together with the horizontal seventh axis;
The first joint part is in accordance with the movement of the upper arm of the operator, the second joint part and the third joint part is in accordance with the movement of the lower part, the fourth joint part is in accordance with the movement of the wrist part, and the fifth joint part is in accordance with the movement of the thumb. The sixth and seventh joints may be operated according to the movement of any one of the remaining fingers, and the slave joints of the corresponding slave arm may move according to the rotation of the respective joints.
One encoder is provided for each of the first joint part, the second joint part, the third joint part, the fourth joint part, the fifth joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part, and the degree of rotation of each joint part by the operator is provided. Can be detected, and each of the joints is provided with one electromagnet brake so that the electromagnet brake can be activated according to the load generated on the slave arm so that the operator can sense the load;
The encoder and the electromagnetic brake of the second joint part, the third joint part, and the fourth joint part are disposed coaxially, and the first joint part, the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part The encoder and the electromagnet brake are respectively disposed on two parallel axes, the two axes being connected by a winding means;
The first joint portion, the mounting plate is fixed to the upper surface of the base frame is formed with a first shaft insertion hole into which the first shaft can be inserted and spaced apart from the first shaft insertion hole, A first shaft inserted into the first shaft insertion hole and having an upper end formed by a protruding flange, a bearing provided between the flange and the mounting plate, and fitted to the first shaft to be rotated together with the first shaft; A first electromagnetic pulley positioned on a surface, a first electromagnet brake positioned under the first driving pulley and fixed by a support bracket connected to the mounting plate by the first shaft, and inserted into the first encoder shaft hole to rotate; A possible first encoder shaft, a first driven pulley connected to the first encoder shaft and connected to the first driving pulley and a belt, and a first encoder sensing a rotation of the first encoder shaft;
A master arm having seven degrees of freedom movement.

delete

The method of claim 1,
Each of the fifth joint part, the sixth joint part, and the seventh joint part,
A fifth finger pivoted in connection with the fifth shaft, a sixth finger pivoted in connection with the sixth shaft, and a seventh finger pivoted in connection with the seventh shaft, and a fifth finger at one end of the fifth shaft A driving pulley is coupled and a fifth encoder is connected to the other end of the fifth axis, a sixth driving pulley is coupled to one end of the sixth axis, a sixth encoder is connected to the other end of the sixth axis, and a seventh end of the seventh axis. The driving pulley is coupled and the seventh encoder is connected to the other end of the seventh shaft,
The fifth driven pulley and the fifth driven pulley connected to the belt is provided, the fifth driven pulley and the fifth driven shaft to be coupled to one end is provided and the other end of the fifth driven shaft is the fifth electromagnet brake Connected to the
A sixth driven pulley connected to the sixth driving pulley and a belt is provided, and a sixth driven shaft which is rotatably coupled with one end of the sixth driven pulley is provided, and the other end of the sixth driven shaft includes a sixth electromagnet brake. Connected to the
A seventh driven pulley connected to the seventh driving pulley and a belt is provided, and a seventh driven shaft to which one end of the seventh driven pulley is coupled and rotated is provided, and the other end of the seventh driven shaft is a seventh electromagnet brake. And a master arm having seven degrees of freedom movement.

The method of claim 1,
The second joint portion has a second encoder connected to one end of the second shaft and a second electromagnet brake connected to the other end of the second shaft,
The third joint portion is connected to a third encoder at one end of the third shaft and the third electromagnet brake is connected to the other end of the third shaft,
The fourth joint part has a seventh degree of freedom movement, characterized in that the fourth encoder is connected to one end of the fourth shaft and the fourth electromagnetic brake is connected to the other end of the fourth shaft.

The method of claim 1,
The fifth joint part, the sixth joint part, the seventh joint part,
Master arm having 7 degrees of freedom movement, characterized in that the fixing means for fixing the finger is provided.