KR20240086143A

KR20240086143A - Cable-driven revolute joint device for wearable robots

Info

Publication number: KR20240086143A
Application number: KR1020220171374A
Authority: KR
Inventors: 서정욱; 정혜인; 임승범; 최원태
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-06-18
Anticipated expiration: 2042-12-09
Also published as: WO2024122730A1; KR102782209B1

Abstract

본 발명은 하나의 모터만을 이용하여 관절의 양방향 케이블 구동을 가능하게 하고 구름 관절에 적용되는 반복적인 루팅을 통해 토크의 증폭이 가능하도록 개선된 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치에 관한 것이다.
본 발명은 베이스와; 상기 베이스에 설치된 관절부와; 상기 관절부에 링크되어 설치된 링크부재와; 일측이 상기 링크부재에 연결되어 상기 링크부재를 구동하게 하는 구동 케이블과; 상기 구동 케이블의 타측이 연결되어 상기 구동 케이블을 구동되게 하여 상기 링크부재를 구동시키는 케이블 구동부;를 포함하는 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치를 제공한다.The present invention relates to an improved cable-driven rotary joint device for a wearable robot that enables bi-directional cable driving of the joint using only one motor and amplifies torque through repetitive routing applied to the rolling joint.
The present invention includes a base; a joint installed on the base; A link member installed and linked to the joint portion; a drive cable on one side of which is connected to the link member to drive the link member; It provides a cable-driven rotary joint device for a wearable robot, including a cable drive unit that is connected to the other side of the drive cable and drives the drive cable to drive the link member.

Description

Cable-driven rotary joint device for wearable robots {CABLE-DRIVEN REVOLUTE JOINT DEVICE FOR WEARABLE ROBOTS}

본 발명은 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 모터만을 이용하여 관절의 양방향 케이블 구동을 가능하게 하고 구름 관절에 적용되는 반복적인 루팅을 통해 토크의 증폭이 가능하도록 개선된 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cable-driven rotary joint device for a wearable robot. More specifically, the present invention relates to a cable-driven rotary joint device for a wearable robot, and more specifically, to enable two-way cable driving of the joint using only one motor and to enable amplification of torque through repetitive routing applied to the rolling joint. This relates to an improved cable-driven rotary joint device for wearable robots.

일반적으로 로봇 기술 및 로봇 산업 분야는 산업 현장에서 이용되는 산업용 로봇과 의료 현장에서 이용되는 의료용 로봇 등으로 연구 및 개발되고 있다.In general, the field of robot technology and the robotics industry is being researched and developed into industrial robots used in industrial settings and medical robots used in medical settings.

이러한 로봇은 인체의 관절 움직임과 유사한 관절 운동이 가능하도록 복수개의 관절 조립체로 구성되며, 복수개의 관절 조립체를 갖는 로봇 관절 와이어(또는 케이블)가 연결되어 와이어를 잡아당기는 등의 동작으로 복수의 관절 조립체에 회전운동을 작동시킬 수 있다.These robots are composed of a plurality of joint assemblies to enable joint movements similar to the joint movements of the human body, and robot joint wires (or cables) having a plurality of joint assemblies are connected to form a plurality of joint assemblies through actions such as pulling the wire. Rotational movement can be activated.

또한, 상기 와이어에 각각 모터를 연결하여 모터의 작동에 따라 관절 조립체 사이에 회전운동을 작동시키는 방식이 이용될 수 있다.In addition, a method of connecting a motor to each of the wires and operating a rotational movement between the joint assemblies according to the operation of the motor may be used.

한편, 기존의 웨어러블 로봇의 회전관절은 일반적으로 감속기, 센서 등을 포함한 모터가 직접 연결되어 관절부의 부피가 커져 거동에 제한이 생기고, 관성모멘트가 커져 가볍고 빠른 움직임이 어렵다는 문제점이 있었다. Meanwhile, the rotary joints of existing wearable robots generally have problems in that motors, including reducers and sensors, are directly connected, which increases the volume of the joints, causing limitations in movement, and increases the moment of inertia, making it difficult to move lightly and quickly.

이와 같은 기존의 문제점을 해결하기 위해, 베이스(또는 웨어러블 로봇의 몸체)에 설치된 모터와 해당 작동관절 케이블(또는 와이어)로 연결하여 원격 구동시키는 방법이 있었다.To solve this existing problem, there was a method of remotely driving the robot by connecting the motor installed on the base (or the body of the wearable robot) with the corresponding actuating joint cable (or wire).

하지만, 관절의 형태에 따라 큰 단점이 존재한다. However, there are major disadvantages depending on the type of joint.

즉, 일반적인 회전관절의 경우, 해당 관절에서 별도의 감속기가 없다면, 정확한 구동을 위해 케이블의 높은 강성이 필요하다. In other words, in the case of a general rotary joint, if there is no separate reducer in the joint, high rigidity of the cable is required for accurate operation.

다른 한편으로, 최근 수술로봇과 휴머노이드 로봇 등에 도입되고 있는 구름(rolling) 관절의 경우, 구동 케이블의 반복적인 루팅이 가능하여 토크의 증폭과 함께 높은 구동 정확도를 기대할 수 있다. On the other hand, in the case of rolling joints that have recently been introduced in surgical robots and humanoid robots, repetitive routing of the drive cable is possible, so high driving accuracy can be expected along with amplification of torque.

그러나 구름 관절은 인체 관절과 구조적인 차이로 인해 웨어러블 로봇에 적용이 어렵다.However, rolling joints are difficult to apply to wearable robots due to structural differences from human joints.

1. 공개특허공보 제10-2015-0080050호(2015년 07월 09일, 공개)의 다관절로봇의 충돌 감지 장치 및 이를 이용한 충돌 감지 방법1. Collision detection device for an articulated robot and collision detection method using the same in Publication No. 10-2015-0080050 (published on July 9, 2015)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 하나의 모터만을 이용하여 관절의 양방향 케이블 구동을 가능하게 하고 구름 관절에 적용되는 반복적인 루팅을 통해 토크의 증폭이 가능하도록 한 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and is a wearable robot that enables two-way cable driving of joints using only one motor and amplification of torque through repetitive routing applied to rolling joints. The purpose is to provide a cable-driven rotary joint device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, The cable-driven rotary joint device for a wearable robot of the present invention to achieve the above object,

베이스와;with base;

상기 베이스에 설치된 관절부와;a joint installed on the base;

상기 관절부에 링크되어 설치된 링크부재와;A link member installed and linked to the joint portion;

일측이 상기 링크부재에 연결되어 상기 링크부재를 구동하게 하는 구동 케이블과;a drive cable on one side of which is connected to the link member to drive the link member;

상기 구동 케이블의 타측이 연결되어 상기 구동 케이블을 구동되게 하여 상기 링크부재를 구동시키는 케이블 구동부;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.It is characterized in that it includes a cable driving part that is connected to the other side of the driving cable and drives the driving cable to drive the link member.

본 발명에 있어서, 상기 케이블 구동부는, 상기 베이스에 고정 설치된 고정부재와; 상기 고정부재와 연동되며 작동되게 설치된 작동부재와; 상기 고정부재에 설치된 구동모터;를 포함하고, 상기 구동모터에 결합된 풀리와; 일측이 상기 풀리에 설치되고, 양단부가 상기 작동부재에 설치되어 상기 작동부재가 작동되게 하는 모터 케이블;을 더 포함한다.In the present invention, the cable driving unit includes a fixing member fixed to the base; an operating member installed to operate in conjunction with the fixing member; a drive motor installed on the fixing member; and a pulley coupled to the drive motor; It further includes a motor cable, one side of which is installed on the pulley, and both ends of which are installed on the operating member to operate the operating member.

본 발명에 있어서, 상기 구동 케이블의 양단부는 상기 작동부재에 고정 설치되고. 상기 고정부재와 상기 작동부재는 서로 맞닿아 구름 운동이 이루어지도록 하는 구름면이 형성되며, 상기 구름면 사이의 거리를 유지하기 위해 상기 고정부재와 상기 작동부재의 중심에는 중간 링크가 구비되며, 상기 중간 링크는 상기 구동모터에 의해 회전된다.In the present invention, both ends of the drive cable are fixedly installed on the operating member. The fixing member and the operating member are in contact with each other to form a rolling surface that allows rolling movement, and an intermediate link is provided at the center of the fixing member and the operating member to maintain the distance between the rolling surfaces. The intermediate link is rotated by the drive motor.

본 발명에 있어서, 상기 작동부재와 상기 고정부재의 중심에는 맞물려 구동되는 한 쌍의 기어를 더 포함한다.In the present invention, the center of the operating member and the fixing member further includes a pair of gears that are engaged and driven.

본 발명에 있어서, 상기 고정부재의 중앙에 설치된 선기어와; 상기 작동부재의 중앙에 설치되어 상기 선기어와 치합되는 유성기어와; 상기 유성기어와 치합되어 상기 유성기어가 회전되게 하는 링기어;를 더 포함한다.In the present invention, a sun gear installed at the center of the fixing member; a planetary gear installed at the center of the operating member and engaged with the sun gear; It further includes a ring gear that meshes with the planetary gear and causes the planetary gear to rotate.

본 발명에 있어서, 상기 케이블 구동부는, 상기 베이스에 고정 설치된 고정부재와; 상기 고정부재에 설치된 구동모터와; 상기 구동모터에 의해 구동되는 한 쌍의 비원형 회전체와; 상기 비원형 회전체에 각각 설치된 풀리;를 포함하되, 상기 구동 케이블의 양단부는 상기 풀리에 각각 설치되어 구동된다.In the present invention, the cable driving unit includes a fixing member fixed to the base; a drive motor installed on the fixing member; a pair of non-circular rotating bodies driven by the driving motor; Pulleys each installed on the non-circular rotating body; wherein both ends of the drive cable are respectively installed on the pulleys and driven.

본 발명에 있어서, 상기 비원형 회전체는, 비원형 기어 및 캠 중 어느 하나로 이루어진다.In the present invention, the non-circular rotating body is made of one of a non-circular gear and a cam.

본 발명에 있어서, 상기 구동 케이블은 2개의 제1,2 케이블로 구분되어 설치되되, 상기 제1,2 케이블의 일단부는 상기 링크부재에 연결 설치되되, 토크 증폭을 위해 왕복 루팅된 케이블로 연결 설치되고, 상기 제1,2 케이블의 타단부는 상기 작동부재에 연결 설치되되, 속도 증폭을 위해 왕복 루팅된 케이블로 연결 설치된다.In the present invention, the drive cable is installed separately into two first and second cables, and one end of the first and second cables is connected to the link member, and is connected by a reciprocating routed cable for torque amplification. The other ends of the first and second cables are connected to the operating member and are connected to each other by a reciprocating routed cable for speed amplification.

본 발명에 있어서, 상기 베이스에는 기계적인 중력보상을 위한 중력보상 스프링이 설치되되, 상기 제1 중력보상 스프링의 일단부는 상기 링크부재에 연장 설치되어 중력보상 케이블을 형성하고, 상기 중력보상 케이블은 왕복 루팅된 케이블로 이루어진다.In the present invention, a gravity compensation spring for mechanical gravity compensation is installed in the base, and one end of the first gravity compensation spring is extended to the link member to form a gravity compensation cable, and the gravity compensation cable reciprocates. It consists of routed cables.

본 발명에 있어서, 상기 관절부는 회전관절, 연속체관절 및 구름관절 중 어느 하나로 이루어진다.In the present invention, the joint part is made of one of a rotary joint, a continuum joint, and a rolling joint.

본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 모터만을 이용하여 관절의 양방향 케이블 구동이 가능하고, 구름 관절에 적용되는 반복적인 루팅 케이블을 통해 토크의 증폭이 가능하고, 단일 회전축을 기준으로 회전 가능하다.According to an embodiment of the present invention, bidirectional cable driving of the joint is possible using only one motor, torque can be amplified through repetitive routing cables applied to the rolling joint, and rotation is possible based on a single rotation axis.

또한, 직렬로 연결된 복수의 연결된 관절에 적용하더라도 관절 간의 운동 간섭을 제거하여 독립적인 관절의 구동이 가능하며, 회전 관절의 특성을 그대로 구비하여 기계적인 중력보상 메커니즘의 적용에 적합하다.In addition, even when applied to a plurality of joints connected in series, it is possible to drive independent joints by eliminating motion interference between joints, and it retains the characteristics of a rotary joint, making it suitable for the application of a mechanical gravity compensation mechanism.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 케이블 구동부의 상세도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부의 구성도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부의 구성도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부의 구성도.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부의 구성도.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a detailed view of the cable driving part of Figure 1.
Figure 3 is a configuration diagram of a cable driving part of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a second embodiment of the present invention.
Figure 4 is a configuration diagram of a cable driving part of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a third embodiment of the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram of a cable driving part of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a fourth embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram of the cable driving part of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the fifth embodiment of the present invention.
Figure 7 is a configuration diagram of the cable driving part of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the sixth embodiment of the present invention.
Figure 8 is a configuration diagram of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a seventh embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 구성도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a configuration diagram of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a first embodiment of the present invention.

도 2에는 도 1의 케이블 구동부의 상세도가 도시되어 있다.Figure 2 shows a detailed view of the cable drive part of Figure 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 하나의 베이스(120)와, 이 베이스(120)의 일측에 회전 또는 구동 가능하게 설치된 제1 관절부(120a)와, 이 제1 관절부(120a)를 구동하기 위해 베이스(120)에 설치된 케이블 구동부(1)와, 이 케이블 구동부(1)에 연결되어 케이블 구동부(1)에 의해 구동되는 구동 케이블(121,123)과, 상기 제1 관절부(120a)에 연결(또는 링크)되어 설치된 링크부재(140)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the first embodiment of the present invention includes one base 120 and a rotatable or driveable installation on one side of the base 120. A first joint 120a, a cable drive unit 1 installed on the base 120 to drive the first joint 120a, and a cable drive unit 1 connected to the cable drive unit 1 and driven by the cable drive unit 1. It is configured to include drive cables 121 and 123 and a link member 140 installed and connected to (or linked to) the first joint portion 120a.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치를 인체(human body)에 비유하자면, 상기 베이스(120)는 위팔(upper arm)에 해당하고, 제1 관절부(120a)는 팔꿈치(elbow)에 해당하며, 링크부재(140)는 아래팔(forearm)에 해당할 수 있다.When comparing the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the first embodiment of the present invention configured as described above to a human body, the base 120 corresponds to the upper arm, and the first joint portion ( 120a) may correspond to the elbow, and the link member 140 may correspond to the forearm.

또한, 상기 케이블 구동부(1)는 어깨(shoulder)에 해당할 수 있다.Additionally, the cable driving unit 1 may correspond to a shoulder.

그리고 상기 케이블 구동부(1)는, 보다 상세하게 도시한 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(120)에 고정 설치된 고정부재(20a)와, 이 고정부재(20a)와 연동되며 작동되게 설치된 작동부재(20)와, 상기 고정부재(20a)에 설치된 액추에이터 또는 구동모터(M)와, 스풀 또는 풀리(105)와, 일측이 풀리(105)에 설치되고 양단부가 작동부재(20)에 설치되어 작동부재(20)를 작동하게 하는 모터 케이블(111)을 포함하여 구성된다.And, as shown in more detail in FIG. 2, the cable drive unit 1 includes a fixing member 20a fixed to the base 120 and an operating member installed to operate in conjunction with the fixing member 20a. (20), an actuator or drive motor (M) installed on the fixing member (20a), and a spool or pulley (105), one side of which is installed on the pulley (105) and both ends of which are installed on the operating member (20) for operation. It is configured to include a motor cable 111 that operates the member 20.

그리고 구동 케이블(121,123)은 2개의 제1,2 케이블(121,123)로 구분되어 설치되되, 제1,2 케이블(121,123)의 일단부는 케이블 구동부(1)의 작동부재(20)에 고정 설치된다.The drive cables 121 and 123 are installed separately into two first and second cables 121 and 123, and one end of the first and second cables 121 and 123 is fixedly installed on the operating member 20 of the cable drive unit 1.

또한, 제1,2 케이블(121,123)의 타단부는 링크부재(140)에 연결 설치되어 링크부재(140)가 구동되게 설치된다.In addition, the other ends of the first and second cables 121 and 123 are connected to the link member 140 and installed to drive the link member 140.

즉, 구동 케이블(121,123) 중 제1 케이블(121)의 타단부는 링크부재(140)의 일측에 루팅 케이블(192)의 형태로 연장 형성될 수 있고, 제2 케이블(123)의 타단부는 링크부재(140)의 타측에 마찬가지로 루팅 케이블(191)의 형태로 연장 형성될 수 있다.That is, the other end of the first cable 121 of the drive cables 121 and 123 may be extended in the form of a routing cable 192 on one side of the link member 140, and the other end of the second cable 123 may be Similarly, on the other side of the link member 140, it may be formed to extend in the form of a routing cable 191.

그리고 고정부재(20a)와 작동부재(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 맞닿아 구름 운동이 이루어지도록 하는 구름면(21)이 형성될 수 있다.And, as shown in FIG. 2, the fixing member 20a and the operating member 20 may be in contact with each other to form a rolling surface 21 that allows rolling movement.

즉, 모터 구동측 관절에 해당되는 케이블 구동부(1)는 구름 관절의 형태로 이루어질 수 있다. 이로 인해, 구름면(21)으로 형성된 고정부재(20a)와 작동부재(20)가 맞대어진 부분을 통해 구름 운동(rolling motion)을 할 수 있다.That is, the cable drive unit 1 corresponding to the motor drive side joint may be formed in the form of a rolling joint. Because of this, a rolling motion can be performed through the portion where the fixing member 20a formed as the rolling surface 21 and the operating member 20 come into contact with each other.

또한, 베이스(120)에는 기계적인 중력보상을 위한 중력보상 스프링(122)이 설치되되, 이 중력보상 스프링(122)의 일단부는 링크부재(140)에 연장 설치되어 중력보상 케이블(193)을 형성할 수 있다.In addition, a gravity compensation spring 122 is installed on the base 120 for mechanical gravity compensation, and one end of the gravity compensation spring 122 is extended and installed on the link member 140 to form a gravity compensation cable 193. can do.

그리고 중력보상 케이블(193)은 왕복 루팅된 케이블로 이루어져 토크(torque) 증폭이 가능하다.And the gravity compensation cable 193 is made up of a reciprocating routed cable, enabling torque amplification.

도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부가 도시되어 있다.Figure 3 shows a cable driving unit of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a second embodiment of the present invention.

설명에 앞서, 후술하는 실시예들의 도면번호 중 도 1의 제1 실시예의 도면번호와 동일한 도면번호는 동일한 부재를 나타내 보인 것이므로, 후술하는 실시예의 도면에서 제1 실시예와 동일한 도면번호의 부재에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.Prior to the description, among the drawing numbers of the embodiments described later, the same drawing numbers as those of the first embodiment of FIG. 1 indicate the same members, so in the drawings of the embodiments described later, the members with the same drawing numbers as those of the first embodiment are indicated. We will omit the explanation.

다만, 후술하는 도 3과 도 5에서는 구성이 보다 명료하게 보일 수 있도록 편의상 구동모터(M)를 생략하여 도시하였다.However, in FIGS. 3 and 5 described later, the drive motor (M) is omitted for convenience so that the configuration can be seen more clearly.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는 케이블 구동부(3)의 제1,2 케이블(121a,123a)의 타단부를 작동부재(20)에 연결 설치하되, 속도 증폭을 위해 왕복 루팅된 케이블로 연결 설치할 수 있다.Referring to FIG. 3, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the second embodiment of the present invention connects the other ends of the first and second cables 121a and 123a of the cable drive unit 3 to the operating member 20. It can be installed connected, but can be installed connected with a round-trip routed cable to amplify speed.

이때, 제1,2 케이블(121a,123a)이 왕복 루팅된 케이블로 감기도록 하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 롤러, 풀리 또는 아이들러(idler)(11)가 설치될 수 있다.At this time, as shown in FIG. 3, a roller, pulley, or idler 11 may be installed to wind the first and second cables 121a and 123a into a reciprocating routed cable.

또한, 도 4에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부가 도시되어 있다.In addition, Figure 4 shows a cable driving unit of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a third embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는 케이블 구동부(4)의 구름면(21) 사이의 거리를 유지하기 위해 고정부재(20a)와 작동부재(20)의 중심에 중간 링크(carrier)(41)를 구비하며, 이 중간 링크(41)는 구동모터(M)에 의해 회전될 수 있다.Referring to FIG. 4, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the third embodiment of the present invention includes a fixing member 20a and an operating member to maintain the distance between the rolling surface 21 of the cable driving unit 4. An intermediate link (carrier) 41 is provided at the center of (20), and this intermediate link (41) can be rotated by a drive motor (M).

또한, 도 5에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부가 도시되어 있다.In addition, Figure 5 shows a cable driving unit of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a fourth embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부(5)의 경우에는 작동부재(20)와 고정부재(20a)의 중심에 맞물려 구동되는 한 쌍의 기어(42)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of the cable driving unit 5 of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the fourth embodiment of the present invention, as long as it is driven while engaging with the center of the operating member 20 and the fixing member 20a. It may further include a pair of gears 42.

이러한 도 5의 제4 실시예의 케이블 구동부(5)의 경우는, 전술한 도 4의 제3 실시예에 상기 한 쌍의 기어(42)를 추가하여 일정한 또는 안정적인 회전이 이루어질 수 있도록 한 구성일 수 있다.In the case of the cable driving unit 5 of the fourth embodiment of FIG. 5, the pair of gears 42 may be added to the above-described third embodiment of FIG. 4 to enable constant or stable rotation. there is.

또한, 도 6에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부가 도시되어 있다.In addition, Figure 6 shows a cable driving unit of a cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to a fifth embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부(6)의 경우에는 고정부재(20a)의 중앙에 설치된 선기어(sun gear)(93)와, 작동부재(20)의 중앙에 설치되어 선기어(93)와 치합되는 유성기어(92)와, 이 유성기어(92)와 치합되어 유성기어(92)가 일정 원운동을 가능하게 하는 링기어(91)를 포함하여 구성한다.Referring to FIG. 6, in the case of the cable drive unit 6 of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the fifth embodiment of the present invention, a sun gear 93 installed at the center of the fixing member 20a and , a planetary gear 92 installed in the center of the operating member 20 and meshed with the sun gear 93, and a ring gear meshed with the planetary gear 92 to enable the planetary gear 92 to perform a certain circular motion ( 91) is included.

이와 같은 구성으로 작동부재(20)가 일정한 구름 운동을 하게 한다.With this configuration, the operating member 20 makes a constant rolling motion.

상기와 같은 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부(3,4,5,6)의 경우에는 제1 실시예와의 차이는 풀리(105)와 모터 케이블(111) 대신에 다른 구성을 적용하여 안정적인 운동이 이루어지도록 한 것이다.In the case of the cable driving units 3, 4, 5, and 6 of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the second to fifth embodiments of the present invention as described above, the difference from the first embodiment is the pulley 105. Instead of the motor cable 111, a different configuration was applied to ensure stable movement.

그리고 도 7에는 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부가 도시되어 있다.And Figure 7 shows the cable driving unit of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the sixth embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 케이블 구동부(7)는, 베이스(120)에 고정 설치된 고정부재(80)와, 이 고정부재(80)에 설치된 구동모터(M)와, 이 구동모터(M)에 의해 회전 구동되는 한 쌍의 비원형 회전체(82)와, 이 비원형 회전체(82)에 각각 설치된 풀리 또는 롤러(81)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 7, the cable drive unit 7 of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the sixth embodiment of the present invention includes a fixing member 80 fixed to the base 120, and this fixing member 80. ), a driving motor (M) installed in the drive motor (M), a pair of non-circular rotating bodies (82) rotationally driven by the driving motor (M), and a pulley or roller (81) each installed on the non-circular rotating bodies (82) It is composed including.

또한, 상기 구동 케이블(121,123)의 양단부는 풀리(81)에 각각 설치되어 구동된다.In addition, both ends of the drive cables 121 and 123 are respectively installed on the pulley 81 and driven.

그리고 상기 비원형 회전체(82)는 비원형 기어 또는 캠으로 형성될 수 있다.And the non-circular rotating body 82 may be formed of a non-circular gear or cam.

한편, 도면에서 설명되지 않은 도면번호 11은 케이블을 안내하는 롤러, 풀리 또는 아이들러를 나타내 보인 것이다.Meanwhile, drawing number 11, which is not explained in the drawing, indicates a roller, pulley, or idler that guides the cable.

그리고 도 8에는 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 제2 관절부가 도시되어 있다.And Figure 8 shows the second joint of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the seventh embodiment of the present invention.

설명에 앞서, 도 8의 제7 실시예는 도 1의 제 1실시예와 후술하는 제2 관절부의 요부 구성에만 차이가 있고 그 외의 구성은 동일하며, 여기에서는 동일한 구성의 설명은 생략하기로 한다.Prior to description, the seventh embodiment of FIG. 8 differs from the first embodiment of FIG. 1 only in the configuration of the main portion of the second joint, which will be described later, and other configurations are the same, and description of the same configuration will be omitted here. .

도 8을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치의 제2 관절부(120b)는, 연속체 관절로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the second joint portion 120b of the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the seventh embodiment of the present invention may be configured as a continuum joint.

즉, 베이스(120)와 링크부재(140a)를 플렉시블한 또는 소프트한 소재로 이루어진 연결부재(61)로 연결하여, 상기 링크부재(140a)가 구동(또는 운동)이 되도록 한 것이다.That is, the base 120 and the link member 140a are connected with a connecting member 61 made of a flexible or soft material, so that the link member 140a is driven (or moved).

그리고 상기 연결부재(61)의 소재는 신축성과 내구성이 구비되어 있는 소재(예컨대, 폴리우레탄 등)이면, 특정한 소재로 한정되지 않는다.Additionally, the material of the connecting member 61 is not limited to a specific material as long as it is elastic and durable (eg, polyurethane, etc.).

한편, 도 1의 제1 관절부(120a)는 링크 형식의 회전관절이며, 상기 제2 관절부(120b)는 연속체 관절이다.Meanwhile, the first joint 120a of FIG. 1 is a link-type rotary joint, and the second joint 120b is a continuum joint.

이러한 제1,2 관절부(120a,120b) 관절 형식 이외에도 위에서 이미 설명한 여러 실시예들의 케이블 구동부와 같이 구름 운동할 수 있는 구름 관절부를 구성할 수 있는 것은 물론이고, 상기 구름 관절부에 기어, 중간 링크, 또는/및 왕복 루팅 케이블을 더 구성할 수도 있다.In addition to the joint types of the first and second joints 120a and 120b, it is possible to configure a rolling joint capable of rolling movement like the cable drive unit of the various embodiments already described above, and the rolling joint includes a gear, an intermediate link, Or/and a reciprocating routing cable may be further configured.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 케이블 구동이 가능한 경량 회전관절 구성으로 이루어져 웨어러블 로봇에 적용 가능하고, 산업용 매니퓰레이터(manipulator), 보행 로봇, 서비스 로봇 등 다양한 형태의 로봇에 쉽게 적용할 수 있다.The cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the present invention as described above is composed of a lightweight rotary joint configuration capable of cable driving and can be applied to wearable robots, and is used in various types of industrial manipulators, walking robots, service robots, etc. It can be easily applied to robots.

또한, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 웨어러블 로봇에서 직렬로 연결된 2개의 관절과 이를 구동하기 위한 케이블 구동장치 및 중력보상 장치를 구비되어 있고, 하나의 구동모터(또는 액추에이터)(M) 만을 이용하여 관절의 양방향 케이블 구동이 가능하다. In addition, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the present invention is equipped with two joints connected in series in a wearable robot, a cable drive device and a gravity compensation device for driving them, and one drive motor (or actuator). Bidirectional cable operation of the joint is possible using only (M).

그리고 본 발명에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 일반적인 구름 관절에 적용되는 반복적인 루팅 케이블을 통해 토크 또는 속도의 증폭이 가능하고, 단일 회전축을 기준으로 회전하여 웨어러블 로봇에 매우 적합하다. In addition, the cable-driven rotary joint device for wearable robots according to the present invention can amplify torque or speed through repetitive routing cables applied to general rolling joints, and rotates about a single rotation axis, making it very suitable for wearable robots.

또한, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 직렬로 연결된 복수의 연결된 관절에 적용하더라도 관절 간의 운동 간섭을 제거하여 독립적인 관절의 구동이 가능하다. In addition, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the present invention can operate independent joints by eliminating motion interference between joints even when applied to a plurality of joints connected in series.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇용 케이블 구동 회전 관절 장치는, 일반적인 회전 관절의 특성을 그대로 구비되어 있어 기계적인 중력보상 메커니즘의 적용에도 적합하다.In addition, the cable-driven rotary joint device for a wearable robot according to the present invention has the characteristics of a general rotary joint and is therefore suitable for the application of a mechanical gravity compensation mechanism.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is merely illustrative, and various modifications and equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. You will understand.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

1,3,4,5,6,7. 케이블 구동부
20. 작동부재
20a. 고정부재
41. 중간 링크
42. 기어
61. 연결부재
80. 고정부재
82. 비원형 회전체
91. 링기어
92. 유성기어
93. 선기어
105. 풀리
111. 모터 케이블
120. 베이스
120a. 제1 관절부
120b. 제2 관절부
121,121a,123,123a. 구동 케이블
122. 제1 중력보상 스프링
140. 링크부재1,3,4,5,6,7. cable drive unit
20. Operating member
20a. fixing member
41. Middle link
42. Gear
61. Connecting members
80. Fixing members
82. Non-circular rotating body
91. Ring gear
92. Planetary gear
93. Sungear
105. Pulley
111. Motor cable
120. Bass
120a. first joint
120b. second joint
121,121a,123,123a. drive cable
122. First gravity compensation spring
140. Absence of link

Claims

with base;
a joint installed on the base;
A link member installed and linked to the joint portion;
a drive cable on one side of which is connected to the link member to drive the link member;
A cable drive rotary joint device for a wearable robot, comprising: a cable drive unit connected to the other side of the drive cable to drive the drive cable to drive the link member.

According to paragraph 1,
The cable driving unit,
a fixing member fixedly installed on the base;
an operating member installed to operate in conjunction with the fixing member;
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, comprising a drive motor installed on the fixing member.

According to paragraph 2,
a pulley coupled to the drive motor;
A motor cable with one side installed on the pulley and both ends installed on the operating member to operate the operating member. Cable-driven rotary joint device for a wearable robot, further comprising:

According to paragraph 2,
Cable driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that both ends of the drive cable are fixedly installed on the operating member.

According to paragraph 2,
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, wherein the fixing member and the operating member come into contact with each other to form a rolling surface that allows rolling movement.

According to clause 5,
An intermediate link is provided at the center of the fixing member and the operating member to maintain the distance between the rolling surfaces,
The intermediate link is a cable-driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that the rotation by the drive motor.

According to clause 6,
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, further comprising a pair of gears driven in engagement at the centers of the operating member and the fixing member.

According to clause 5,
a sun gear installed at the center of the fixing member;
a planetary gear installed at the center of the operating member and engaged with the sun gear;
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, further comprising a ring gear that engages with the planetary gear and causes the planetary gear to rotate.

According to paragraph 1,
The cable driving unit,
a fixing member fixedly installed on the base;
a drive motor installed on the fixing member;
a pair of non-circular rotating bodies driven by the driving motor;
Including a pulley installed on each of the non-circular rotating bodies,
A cable driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that both ends of the drive cable are respectively installed on the pulley and driven.

According to clause 9,
The non-circular rotating body is a cable-driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that it consists of one of a non-circular gear and a cam.

According to paragraph 1,
The driving cable is installed separately into first and second cables,
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, wherein one end of the first and second cables are connected to the link member and connected to each other by a reciprocating routed cable for torque amplification.

According to clause 11,
The other ends of the first and second cables are connected to the operating member, and are connected to each other by a reciprocating routed cable for speed amplification.

According to paragraph 1,
A gravity compensation spring is installed in the base for mechanical gravity compensation,
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that one end of the first gravity compensation spring is extended and installed on the link member to form a gravity compensation cable.

According to clause 13,
The gravity compensation cable is a cable-driven rotary joint device for a wearable robot, characterized in that it consists of a reciprocating routed cable.

According to paragraph 1,
A cable-driven rotary joint device for a wearable robot, wherein the joint portion is made of one of a rotary joint, a continuum joint, and a rolling joint.