KR101935461B1

KR101935461B1 - Joint module and motor assembly using thereof

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Publication number: KR101935461B1
Application number: KR1020170062451A
Authority: KR
Inventors: 구자춘; 최혁렬; 문형필; 이경하; 이윤행; 이혁진; 김백철; 이혜진
Original assignee: 성균관대학교 산학협력단
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-01-04
Also published as: KR20180127088A

Abstract

본 발명은 조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체에 관한 것이다.
본 발명에 의한 조인트 모듈은, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 중심을 지나는 소정 축을 기준으로 회전하는 회전체, 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 회전체 상의 위치에 핀결합하는 제1바아, 및 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 베이스 플레이트 상의 위치에 핀결합하고 타단부가 상기 제1바아에 핀결합하는 제2바아로 구성되는 선형화 수단; 및 일단부가 상기 제1바아의 타단부에 연결되고, 타단부가 상기 베이스 플레이트의 가장자리에 연결되는 제1코일스프링;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1바아의 타단부가, 상기 베이스 플레이트와 상기 회전체의 회전각 차에 의해 선형적으로 이동하도록 상기 제1바와 상기 제2바가 배치되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 단순한 구성으로 보행 로봇에 가해지는 외력을 용이하게 측정하는 것이 가능하다.The present invention relates to a joint module and a motor assembly using the same.
A joint module according to the present invention comprises: a base plate; A first bar that is coupled to a position of the rotary body at one end thereof spaced apart from the predetermined axis, and a second bar that has one end thereof spaced apart from the predetermined axis, And a second bar having a first end coupled to the first bar and a second bar having the other end pin-coupled to the first bar; And a first coil spring having one end connected to the other end of the first bar and the other end connected to an edge of the base plate, wherein the other end of the first bar is connected to the base plate, And the first bar and the second bar are disposed so as to linearly move by the difference in rotation angle of the rotating body.
Thereby, it is possible to easily measure the external force applied to the walking robot in a simple configuration.

Description

조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체{Joint module and motor assembly using thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a joint module and a motor assembly using the same,

본 발명은 로봇의 관절 부분에 사용되는 조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단순한 구성으로 로봇에 가해지는 외력을 용이하게 측정하는 것이 가능한 조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a joint module used in a joint part of a robot and a motor assembly using the joint module. More particularly, the present invention relates to a joint module capable of easily measuring an external force applied to the robot, .

보행 로봇이 원활하게 보행하기 위하여 충족되어야 할 조건 중의 하나는 보행 로봇의 다리가 불특정한 형상의 지면에 닿았을 때 발생하는 충격에 대응하는 것이다.One of the conditions that a walking robot must satisfy in order to walk smoothly corresponds to the impact that occurs when the leg of the walking robot touches the ground of an unspecified shape.

SEA(Series Elastic Actuator) 모듈은 보행 로봇의 다리에 가해지는 외력에 의해 변형되는 스프링의 변형 정도를 측정함으로써 외력을 계산할 수 있으며, 스프링의 완충 작용에 의해 보행 로봇에 가해지는 충격을 완화시켜줄 수 있다.The SEA (Series Elastic Actuator) module can calculate the external force by measuring the degree of deformation of the spring deformed by the external force applied to the legs of the walking robot, and can relieve the shock applied to the walking robot by the buffering action of the spring .

공개번호 제10-2016-0083387호의 '관절 토크제어 탄성체 및 이를 적용한 회전형 관절로봇'은 상기한 SEA 모듈과 관련된 종래기술 중의 하나이다. 상기 종래기술에 의한 관절 토크제어 탄성체에서는 나선형상의 평판 스프링을 사용한다.Open No. 10-2016-0083387 entitled 'Joint Torque Control Elastomer and Rotary Joint Robot Applying It' is one of the prior art related to the SEA module described above. In the articulated torque control elastic body according to the related art, a spiral flat plate spring is used.

그런데 나선형상의 평판 스프링은 규격화되지 않았기 때문에 다양한 로봇을 제작하기 위해서는 평판 스프링을 새로이 가공하여야 하고, 이에 따라 로봇의 제작비가 증가하게 되는 문제점이 발생한다.However, since the helical flat spring is not standardized, a flat spring must be newly formed to manufacture various robots, thereby increasing the production cost of the robots.

규격화된 선형 스프링에 추가적인 기구를 부착하여 SEA 모듈을 제작하기도 하는데, 외력에 대하여 선형 스프링의 변형 정도가 선형적이지 않아 외력의 계산과 제어가 쉽지 않다.The SEA module is manufactured by attaching an additional mechanism to the standardized linear spring. The degree of deformation of the linear spring relative to the external force is not linear, so calculation and control of the external force are not easy.

KRKR 10-2016-008338710-2016-0083387 AA

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로봇의 관절 부분에 사용되는 조인트 모듈의 구성이 단순하여 로봇 제작의 경제성을 높일 수 있는 조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a joint module and a motor assembly using the same, which can improve the economical efficiency of robot manufacture by simplifying the structure of a joint module used in a joint portion of a robot have.

또한, 외력에 대하여 조인트 모듈이 선형적으로 변형될 수 있도록 하여 외력의 계산과 대응을 용이하게 할 수 있는 조인트 모듈 및 이를 이용한 모터조립체를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a joint module capable of linearly deforming a joint module with respect to an external force, thereby facilitating calculation and correspondence of external forces, and a motor assembly using the same.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 중심을 지나는 소정 축을 기준으로 회전하는 회전체, 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 회전체 상의 위치에 핀결합하는 제1바아, 및 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 베이스 플레이트 상의 위치에 핀결합하고 타단부가 상기 제1바아에 핀결합하는 제2바아로 구성되는 선형화 수단; 및 일단부가 상기 제1바아의 타단부에 연결되고, 타단부가 상기 베이스 플레이트의 가장자리에 연결되는 제1코일스프링;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1바아의 타단부가, 상기 베이스 플레이트와 상기 회전체의 회전각 차에 대해 비례적인 이동량을 가지고 곧은 선형 구간을 따라 이동하도록 상기 제1바와 상기 제2바가 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈에 의해 달성된다.This object is achieved according to the present invention by providing a base plate, A first bar that is coupled to a position of the rotary body at one end thereof spaced apart from the predetermined axis, and a second bar that has one end thereof spaced apart from the predetermined axis, And a second bar having a first end coupled to the first bar and a second bar having the other end pin-coupled to the first bar; And a first coil spring having one end connected to the other end of the first bar and the other end connected to an edge of the base plate, wherein the other end of the first bar is connected to the base plate, And the first bar and the second bar are disposed so as to move along a straight line section with a proportional amount of movement with respect to the rotational angle difference of the rotating body.

상기 제2바아의 타단부는 상기 제1바아의 중간점에 핀결합하며, 상기 제1바아는 4 ~ 6단위의 길이를 가지고 일단부가 상기 소정 축에서 0.7 ~ 1.3단위 이격되며, 상기 제2바아는 2 ~ 3단위의 길이를 가지고 일단부가 상기 소정 축에서 1.5 ~ 2.5단위 이격되는 것이 바람직하다.And the other end of the second bar is coupled to a midpoint of the first bar, the first bar having a length of 4 to 6 units and one end spaced from the predetermined axis by 0.7 to 1.3 units, Has a length of 2 to 3 units and one end is spaced 1.5 to 2.5 units apart from the predetermined axis.

상기 제1코일스프링은, 상기 선형화 수단을 기준으로 상기 제1코일스프링의 반대편에 배치되며, 일단부가 상기 제1바아의 타단부에 연결되고, 타단부가 상기 베이스 플레이트의 가장자리에 연결되는 제2코일스프링에 의해 긴장되는 것이 바람직하다.Wherein the first coil spring is disposed on the opposite side of the first coil spring with respect to the linearizing means and has one end connected to the other end of the first bar and the other end connected to the edge of the base plate, It is preferable to be tensioned by a coil spring.

상기 제1코일스프링의 축과 상기 제2코일스프링의 축은 180도 미만의 각을 이루며 배치되는 것이 바람직하다.The axis of the first coil spring and the axis of the second coil spring may be disposed at an angle of less than 180 degrees.

상기 베이스 플레이트에는 상기 제1코일스프링의 연장선을 일 접선으로 갖는 풀리가 부착되며, 상기 제2코일스프링은, 상기 풀리를 경유하여 상기 제1바아에 연결되는 텐던을 통해 상기 제1바아에 연결될 수 있다.Wherein the base plate is provided with a pulley having a tangential extension of the first coil spring and the second coil spring is connected to the first bar via a tension connected to the first bar via the pulley have.

상기 선형화 수단과 상기 제1코일스프링은 상기 소정 축을 기준으로 각각 2개가 점대칭을 이루며 배치될 수 있다.The linearization means and the first coil spring may be arranged in two point symmetry with respect to the predetermined axis.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기의 조인트 모듈; 및 상기 회전체를 회전시키는 모터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터조립체가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, the above-described joint module; And a motor for rotating the rotating body.

상기 베이스 플레이트의 회전량을 측정하는 절대형 엔코더와, 상기 모터의 축의 회전량을 측정하는 증분형 엔코더를 더 포함하는 것이 바람직하다.An absolute encoder for measuring a rotation amount of the base plate, and an incremental encoder for measuring an amount of rotation of the shaft of the motor.

상기 절대형 엔코더는, 상기 베이스 플레이트를 따라 회전하는 스케일부, 상기 스케일부의 회전량을 측정하는 센서부, 및 상기 센서부에서의 측정값과 상기 증분형 엔코더에서의 측정값으로 상기 제1코일스프링의 변형량을 계산하는 회로부를 구비하는 것이 바람직하다.Wherein the absolute encoder includes a scale part rotating along the base plate, a sensor part measuring a rotation amount of the scale part, and a sensor coil part measuring the measurement value at the sensor part and the measurement value at the incremental encoder, It is preferable to include a circuit portion for calculating the amount of deformation of the electrode.

상기 스케일부는 상기 베이스 플레이트에 고정되고, 상기 센서부와 상기 회로부는 상기 모터의 하우징에 고정되는 것이 바람직하다.Preferably, the scale unit is fixed to the base plate, and the sensor unit and the circuit unit are fixed to the housing of the motor.

상기 모터와 상기 회전체는 하모닉 드라이브를 통해 연결되는 것이 바람직하다.The motor and the rotating body are preferably connected through a harmonic drive.

본 발명에 의한 조인트 모듈은 외력에 따라 제1코일스프링의 길이가 선형적으로 변화하므로, 제1코일스프링의 길이 변화량을 통해 외력을 용이하게 계산할 수 있고, 계산된 값을 이용하여 외력에 적절하게 대응할 수 있다.Since the length of the first coil spring linearly changes according to the external force, the joint module according to the present invention can easily calculate the external force through the change in length of the first coil spring, Can respond.

그리고 본 발명에 의한 조인트 모듈은 충격을 완충해줄 수 있다.The joint module according to the present invention can cushion the shock.

또한, 본 발명에 의한 모터조립체는 고장의 염려가 적다.Further, the motor assembly according to the present invention is less prone to failure.

도 1은 본 발명에 의한 조인트 모듈의 평면도,
도 2는 상기 조인트 모듈의 결합 사시도,
도 3은 상기 조인트 모듈의 분해 사시도,
도 4는 상기 조인트 모듈을 구성하는 선형화 수단의 동작 매커니즘에 관한 설명도,
도 5는 본 발명에 의한 모터조립체의 단면도이다.1 is a plan view of a joint module according to the present invention,
FIG. 2 is a perspective view of the joint module,
3 is an exploded perspective view of the joint module,
4 is an explanatory diagram of an operation mechanism of the linearization means constituting the joint module,
5 is a cross-sectional view of a motor assembly according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에 의한 모터조립체는 보행 로봇의 다리 부분 관절에 배치되어 보행 로봇의 다리를 동작하게 하는 것과 관련되며, 본 발명에 의한 조인트 모듈(1)은 보행 로봇이 움직일 때 발생하는 충격을 완충하는 동시에 로봇의 다리에 작용하는 외력을 용이하고 정확하게 측정할 수 있도록 하는 역할을 한다.The motor assembly according to the present invention is disposed in the joint part of the leg part of the walking robot to operate the leg of the walking robot. The joint module 1 according to the present invention cushions the impact generated when the walking robot moves And to easily and accurately measure the external force acting on the legs of the robot.

본 발명에 의한 조인트 모듈(1)은 크게, 베이스 플레이트(10), 선형화 수단(20) 및 제1코일스프링(30)을 포함하여 이루어진다. 도 1에는 본 발명에 의한 조인트 모듈(1)의 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기 조인트 모듈(1)의 결합 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 상기 조인트 모듈(1)의 분해 사시도가 도시되어 있다.The joint module 1 according to the present invention largely comprises a base plate 10, a linearizing means 20 and a first coil spring 30. Fig. 1 is a plan view of the joint module 1 according to the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing the joint module 1, Fig. 3 is an exploded perspective view of the joint module 1, .

선형화 수단(20)은 모터와 같은 구동수단에 의하여 소정 축(a)을 기준으로 회전하며, 제1코일스프링(30)과 베이스 플레이트(10)는 상기 선형화 수단(20)에 연결되어 선형화 수단(20)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 참고로, 도 3에는 선형화 수단(20)에 연결되는 구동수단의 회전축(A) 부분이 함께 도시되어 있다.The linearization means 20 is rotated about a predetermined axis a by a driving means such as a motor and the first coil spring 30 and the base plate 10 are connected to the linearization means 20, 20 rotate together. 3, a portion of the rotating shaft A of the driving means connected to the linearizing means 20 is also shown.

선형화 수단(20), 제1코일스프링(30) 및 베이스 플레이트(10)는 모두 함께 회전하지만 상기 베이스 플레이트(10)를 통해 가해지는 외력에 의하여 선형화 수단(20)의 구성 부재 중 구동수단의 회전축(A)에 연결된 부분과 베이스 플레이트(10)의 회전각에 차이가 발생하게 되어 선형화 수단(20)을 구성하는 부재들 사이의 각도와 제1코일스프링(30)의 길이가 변화한다. 즉, 선형화 수단(20)이나 제1코일스프링(30)의 변화 정도를 측정함으로써 외력을 계산해내는 것이 가능하다.The linearization means 20, the first coil spring 30 and the base plate 10 all rotate together, but by the external force exerted through the base plate 10, among the constituent members of the linearization means 20, There arises a difference in the rotation angle of the base plate 10 and the angle between the members constituting the linearizing means 20 and the length of the first coil spring 30. That is, it is possible to calculate the external force by measuring the degree of change of the linearization means 20 and the first coil spring 30. [

베이스 플레이트(10)는 전체적인 형상이 원판 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 가장자리를 따라 형성되는 짧은 보호관(11)을 구비한다. 상기 보호관(11) 내의 공간에는 선형화 수단(20)과 제1코일스프링(30)이 배치되어 이물질이나 예기치 못한 외력이 선형화 수단(20)이나 제1코일스프링(30)에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.The base plate 10 has a disc shape as a whole, and preferably has a short protective tube 11 formed along the edge. The linearizing means 20 and the first coil spring 30 are disposed in the space in the protective pipe 11 to prevent foreign matter or unexpected external force from affecting the linearizing means 20 or the first coil spring 30 .

선형화 수단(20)은 보다 자세하게, 회전체(21), 제1바아(22) 및 제2바아(23)로 이루어진다. 회전체(21)는 구동수단의 회전축(A)과 직접 연결되는 부분으로, 도 1 등에서와 같이 반지름이 0.7 ~ 1.3단위 이상인 원판형으로 이루어지거나 길이가 0.7 ~ 1.3단위 이상인 막대형으로 이루어진다.The linearization means 20 comprises a rotating body 21, a first bar 22 and a second bar 23 in more detail. The rotating body 21 is directly connected to the rotating shaft A of the driving means and is formed of a disk having a radius of 0.7 to 1.3 units or more as shown in Fig. 1, etc., or a rod having a length of 0.7 to 1.3 units or more.

참고로, 선형화 수단(20)을 구성하는 부재의 길이나 부재들 사이의 거리를 나타내는 데 사용된 '1단위', '2.5단위' 또는 '5단위'의 표현은 특정한 물리량을 나타내기 위한 것이 아니라, 물리량들 간의 비율을 나타내기 위한 것이다. 예를 들어, 길이가 1단위인 제1부재의 실제 길이가 5cm인 경우, 길이가 5단위인 제2부재의 실제 길이는 제1부재 길이의 5배가 되는 25cm이다.For reference, the expression of '1 unit', '2.5 units' or '5 units' used for expressing the distance of the members constituting the linearizing means 20 is not intended to indicate a specific physical quantity , And the ratio between physical quantities. For example, if the actual length of the first member, which is one unit in length, is 5 cm, the actual length of the second member, which is five units in length, is 25 cm, which is five times the length of the first member.

제1바아(22)는 4 ~ 6단위, 바람직하게는 5단위의 길이를 가지며, 일단부가 상기 회전체(21) 상에서 상기 소정 축(a)과 0.7 ~ 1.3단위, 바람직하게는 1단위 이격된 위치에 핀결합한다. 제2바아(23)는 2 ~ 3단위, 바람직하게는 2.5단위의 길이를 가지며, 일단부가 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 상기 소정 축(a)과 1.5 ~ 2.5단위, 바람직하게는 2단위 이격된 위치에 핀결합하고 타단부가 상기 제1바아(22)의 중간점에 핀결합한다.The first bar 22 has a length of 4 to 6 units, preferably 5 units, and one end thereof is spaced from the predetermined axis (a) by 0.7 to 1.3 units, preferably 1 unit, on the rotating body 21 Pin in position. The second bar 23 has a length of 2 to 3 units, preferably 2.5 units, and one end is spaced from the predetermined axis (a) by 1.5 to 2.5 units, preferably 2 units, on the base plate 10 And the other end is pin-coupled to the midpoint of the first bar 22. [0034]

이러한 선형화 수단(20)은 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 그 형상이 변화할 수 있다. 도 4에서 선형화 수단(20)의 구성 부재들은 단순한 도형으로 나타내었으며, 제1바아(22)의 일단부 및 타단부와 만나는 점선은 선형화 수단(20)이 변형됨에 의해 제1바아(22)의 일단부 및 타단부가 이동하는 경로를 나타내고, 상기 점선을 구성하는 점들은 특정 각도, 즉 선형화 수단(20)의 구성 부재 중 구동수단의 회전축(A)에 연결된 부분과 베이스 플레이트(10)의 회전각 차이에 따른 제1바아(22) 일단부 및 타단부 위치를 나타낸다.The shape of the linearization means 20 can be changed as shown in Fig. 4, dashed lines connecting one end and the other end of the first bar 22 indicate that the linearization means 20 is deformed, The points constituting the dashed line represent a certain angle, that is, a portion of the constituent members of the linearizing means 20, which is connected to the rotational axis A of the driving means, And the positions of one end and the other end of the first bar 22 according to the differences.

제1바아(22)의 일단부는 외력에 의하여 상기 회전체(21)와 상기 베이스 플레이트(10)의 회전각에 차이가 발생함에 따라 원형 경로 상에서 위치가 변화한다. 그리고 제1바아(22)의 타단부는 점들 사이의 간격이 일정한 곧은 선형 구간(S) 내에서 이동한다.The position of the one end of the first bar 22 changes on the circular path due to the difference in rotation angle between the rotating body 21 and the base plate 10 due to the external force. And the other end of the first bar 22 moves within a straight linear section S having a constant interval between the points.

제1코일스프링(30)은 일단부가 제1바아(22)의 타단부에 연결되고, 타단부가 베이스 플레이트(10)의 가장자리에 연결된다. 제1코일스프링(30)의 타단부는 보다 정확하게 도 1에서와 같이 보호관(11)의 내주면에 고정된다.One end of the first coil spring 30 is connected to the other end of the first bar 22 and the other end is connected to the edge of the base plate 10. The other end of the first coil spring 30 is fixed more accurately to the inner circumferential surface of the protective pipe 11 as shown in Fig.

이러한 본 발명의 조인트 모듈(1)은, 베이스 플레이트(10)에 가해지는 외력에 따라 구동수단에 직접 연결된 선형화 수단(20)의 회전체(21)와 구동수단에 간접적으로 연결된 베이스 플레이트(10)의 회전 각도가 서로 달라지게 되어 선형화 수단(20)의 형상이 변화하게 된다. 즉, 베이스 플레이트(10)에 대하여 회전체(21)가 상대적으로 회전하면서 제1바아(22)의 일단부는 회전체(21)의 회전 경로를 따라 이동하고 제1바아(22)의 타단부는 곧은 선형 경로(S)를 따라 이동한다. 이에 따라, 제1코일스프링(30)은 제1바아(22)의 타단부가 이동하는 곧은 선형 경로 상이나 곧은 선형 경로의 연장선상에서 신축된다.The joint module 1 of the present invention comprises a base plate 10 connected to the rotating body 21 of the linearizing means 20 and a driving means indirectly connected to the driving means in accordance with an external force applied to the base plate 10, The shape of the linearizing means 20 is changed. That is, one end of the first bar 22 moves along the rotation path of the rotating body 21 while the rotating body 21 relatively rotates with respect to the base plate 10, and the other end of the first bar 22 And moves along a straight linear path S. Accordingly, the first coil spring 30 is stretched on the straight line path on which the other end of the first bar 22 moves, or on the extension line of the straight line path.

다시 말해, 외력의 크기에 따라 제1코일스프링(30)의 길이가 변화하게 되므로 제1코일스프링(30)의 길이 변화를 측정하여 외력을 용이하게 계산하는 것이 가능하다. 또한, 제1코일스프링(30)의 완충 작용에 의해 베이스 플레이트(10) 측에서의 충격이 구동수단으로 바로 전달되거나 구동수단 측에서의 충격이 베이스 플레이트(10)로 바로 전달되는 것을 방지할 수 있다.In other words, since the length of the first coil spring 30 changes according to the magnitude of the external force, it is possible to easily calculate the external force by measuring the change in the length of the first coil spring 30. It is also possible to prevent the impact from the base plate 10 side from being directly transmitted to the driving means by the buffering action of the first coil spring 30 or the impact from the driving means side being directly transmitted to the base plate 10. [

상기 제1코일스프링(30)은 인장스프링이며, 이러한 제1코일스프링(30)은 제2코일스프링(40)에 의해 긴장된 상태로 제1바아(22) 및 베이스 플레이트(10)에 연결되는 것이 바람직하다.The first coil spring 30 is a tension spring and the first coil spring 30 is connected to the first bar 22 and the base plate 10 in a state of being tensed by the second coil spring 40 desirable.

외력의 작용에 따라 회전체(21)는 베이스 프레이트(10)에 비하여 더 회전하거나 덜 회전하고, 제1바아(22)의 타단부는 곧은 선형 경로(S)의 일단부 또는 타단부로 이동한다.Depending on the action of the external force, the rotating body 21 rotates more or less than the base plate 10 and the other end of the first bar 22 moves to one end or the other end of the straight path S .

인장스프링인 제1코일스프링(30)을 미리 긴장시킨 상태로 본 발명에 의한 조인트 모듈(1)에 설치하는 경우 제1바아(22) 타단부가 어느 방향으로 이동하더라도 제1코일스프링(30)의 길이가 변화하게 되므로, 외력의 방향에 관계없이 본 발명에 의한 조인트 모듈(1)이 작동할 수 있다.When the first coil spring 30, which is a tension spring, is installed in the joint module 1 according to the present invention in a pre-tensioned state, the first coil spring 30, The joint module 1 according to the present invention can be operated regardless of the direction of the external force.

제2코일스프링(40)은 선형화 수단(20)을 기준으로 제1코일스프링(30)의 반대편에 배치되며, 일단부가 제1바아(22)의 타단부에 연결되고, 타단부가 베이스 플레이트(10)의 가장자리에 연결된다. 즉, 제2코일스프링(40)은 제1코일스프링(30)을 신장되게 하는 방향으로 제1바아(22)의 타단부에 힘을 가함으로써 제1코일스프링(30)을 미리 긴장시킨다.The second coil spring 40 is disposed on the opposite side of the first coil spring 30 with respect to the linearizing means 20 and has one end connected to the other end of the first bar 22 and the other end connected to the base plate 10). That is, the second coil spring 40 pre-tightens the first coil spring 30 by applying a force to the other end of the first bar 22 in a direction to extend the first coil spring 30.

제1코일스프링(30)의 축과 제2코일스프링(40)의 축은 180도 미만의 각을 이루며 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the axis of the first coil spring 30 and the axis of the second coil spring 40 are arranged at an angle of less than 180 degrees.

제1바아(22)의 타단부에 연결되는 제1코일스프링(30)은 자연스럽게 베이스 플레이트(10)의 중심에서 벗어난 위치에 배치되므로, 제1코일스프링(30)과 제2코일스프링(40)이 일직선으로 배치되는 경우 제1코일스프링(30)과 제2코일스프리을 배치하기 위하여 큰 공간이 필요하다.Since the first coil spring 30 connected to the other end of the first bar 22 is naturally disposed at a position deviated from the center of the base plate 10, the first coil spring 30 and the second coil spring 40 A large space is required for disposing the first coil spring 30 and the second coil spring.

그러나 제1코일스프링(30)의 축과 제2코일스프링(40)의 축을 180도 미만의 각도, 보다 바람직하게는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 90도에 가까운 각도로 배치하는 경우에는 보호관(11) 내의 작은 공간에 제1코일스프링(30)과 제2코일스프링(40)을 공간 효율적으로 배치할 수 있다.However, when the axis of the first coil spring 30 and the axis of the second coil spring 40 are disposed at an angle of less than 180 degrees, more preferably at an angle close to 90 degrees as shown in FIG. 1, The first coil spring 30 and the second coil spring 40 can be arranged in a small space in the space 11 efficiently.

제1코일스프링(30)의 축과 제2코일스프링(40)의 축이 180도 미만의 각을 이루며 배치되는 경우, 본 발명에 의한 조인트 모듈(1)은 풀리(51)와 텐던(52)을 더 구비한다.The joint module 1 according to the present invention has the pulley 51 and the tendon 52 in the case where the axis of the first coil spring 30 and the axis of the second coil spring 40 are disposed at an angle of less than 180 degrees, Respectively.

풀리(51)는 제1코일스프링(30)의 연장선을 일 접선으로 가지도록 베이스 플레이트(10)에 부착되고, 텐던(52)은 상기 풀리(51)를 경유하여 제1바아(22)의 타단부와 제2코일스프링(40)을 연결한다.The pulley 51 is attached to the base plate 10 so that the extension line of the first coil spring 30 is one tangent line and the tension 52 is transmitted to the first bar 22 via the pulley 51 And the second coil spring 40 is connected.

풀리(51)를 기준으로 꺾이는 텐던(52)은 제1바아(22)의 타단부와 풀리(51) 사이의 구간에서 제1코일스프링(30)의 연장선상에 위치하므로, 제1코일스프링(30)과 180도 미만의 각도를 가지는 제2코일스프링(40)이 제1코일스프링(30)의 탄성력과 완전히 반대되는 방향의 힘을 제1코일스프링(30)에 가하여 제1코일스프링(30)을 긴장시킬 수 있다. 이에 따라, 제1코일스프링(30)의 축과 경사진 방향의 힘에 의해 외력 측정의 정확성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.The tension 52 bent on the basis of the pulley 51 is located on the extension of the first coil spring 30 in the section between the other end of the first bar 22 and the pulley 51, 30 and the second coil spring 40 having an angle of less than 180 degrees applies a force in a direction opposite to the elastic force of the first coil spring 30 to the first coil spring 30, ). &Lt; / RTI > Accordingly, it is possible to prevent the accuracy of the external force measurement from being deteriorated by the force of the first coil spring 30 in an inclined direction.

선형화 수단(20)과 제1코일스프링(30)은 상기 소정 축(a)을 기준으로 각각 2개가 점대칭을 이루며 배치되는 것이 바람직하며, 조인트 모듈(1)이 제2코일스프링(40)을 더 구비하는 경우에는 제2코일스프링(40) 또한 상기 소정축을 기준으로 2개가 점대칭을 이루며 배치된다.It is preferable that the linearization means 20 and the first coil spring 30 are arranged symmetrically with respect to the predetermined axis a and that the joint module 1 is provided with the second coil spring 40 The second coil springs 40 are arranged in point symmetry with respect to the predetermined axis.

제1코일스프링(30) 2개를 점대칭을 이루도록 배치하는 것은 제1코일스프링(30)을 병렬적으로 연결하는 것과 같은 효과를 발휘한다. 즉, 조인트 모듈(1)에 일정한 외력이 가해졌을 때 제1코일스프링(30)이 1개 배치되는 경우에 비하여 제1코일스프링(30)의 길이 변화 정도가 적다. 이에 따라, 조인트 모듈(1)이 보다 큰 외력에 대응할 수 있고, 조인트 모듈(1)에 의한 충격의 완충 효과 또한 증가하게 된다.Arranging the two first coil springs 30 so as to form point-symmetric effects has the same effect as connecting the first coil springs 30 in parallel. That is, the degree of change of the length of the first coil spring 30 is small compared with a case where the first coil spring 30 is disposed when a constant external force is applied to the joint module 1. Thus, the joint module 1 can cope with a larger external force, and the buffering effect of the impact by the joint module 1 also increases.

선형화 수단(20), 제1코일스프링(30) 및 제2코일스프링(40)은 상기 소정 축(a)을 기준으로 3개 이상이 배치될 수 있음은 당연하다.It is a matter of course that three or more linearizing means 20, first coil spring 30 and second coil spring 40 can be arranged based on the predetermined axis a.

이하에서는 조인트 모듈(1)을 이용한 모터조립체에 대하여 설명한다. 도 5에는 본 발명에 의한 모터조립체의 단면도가 도시되어 있다.Hereinafter, the motor assembly using the joint module 1 will be described. 5 is a cross-sectional view of a motor assembly according to the present invention.

본 발명에 의한 모터조립체는 상기한 조인트 모듈(1)과 모터(2)를 포함하여 이루어진다.The motor assembly according to the present invention comprises the joint module (1) and the motor (2).

상기했던 바와 같이 본 발명에 의한 모터조립체는 보행 로봇의 다리 관절 부분에 배치된다. 모터(2)는 구동수단으로서, 보행 로봇의 바디에 고정되며 조인트 모듈(1)의 회전체(21)에 연결되어 회전체(21)를 포함한 조인트 모듈(1)의 구성부재들을 회전시킨다. 조인트 모듈(1)의 베이스 플레이트(10)에는 보행 로봇의 다리가 연결되어, 보행 로봇의 다리는 조인트 모듈(1)을 통해 모터(2)의 구동력을 전달받게 된다.As described above, the motor assembly according to the present invention is disposed at the leg joint portion of the walking robot. The motor 2 is fixed to the body of the walking robot and connected to the rotating body 21 of the joint module 1 as the driving means to rotate the constituent members of the joint module 1 including the rotating body 21. The legs of the walking robot are connected to the base plate 10 of the joint module 1 so that the legs of the walking robot receive the driving force of the motor 2 through the joint module 1. [

이러한 모터조립체는 제1코일스프링(30)의 길이 변화를 측정함으로써 보행 로봇의 다리에 가해지는 외력을 측정하여 외력에 대응할 수 있다. 그리고 조인트 모듈(1)에 의하여 보행 로봇의 바디에 가해진 충격이 그대로 다리에 전달되는 것을 방지하고, 지면의 반작용 등에 의해 다리에 가해진 충격이 그대로 바디에 전달되는 것을 방지한다.The motor assembly measures the external force applied to the leg of the walking robot by measuring the change in the length of the first coil spring 30, so that it can respond to the external force. The shock applied to the body of the walking robot is prevented from being transmitted to the legs by the joint module 1 as it is, and the impact applied to the legs is prevented from being transmitted to the body by the reaction of the ground.

본 발명에 의한 모터조립체는 절대형 엔코더(3)와 증분형 엔코더(4)를 포함한다.A motor assembly according to the present invention includes an absolute encoder (3) and an incremental encoder (4).

절대형 엔코더(3)는 베이스 플레이트(10)의 회전량을 측정하고, 증분형 엔코더(4)는 모터 축(2d)의 회전량을 측정한다.The absolute encoder 3 measures the rotation amount of the base plate 10 and the incremental encoder 4 measures the rotation amount of the motor shaft 2d.

상기 절대형 엔코더(3)는 보다 자세하게 스케일부(3a), 센서부(3b) 및 회로부(3c)를 구비한다. 스케일부(3a)는 베이스 플레이트(10)를 따라 회전하는 부분이며, 센서부(3b)는 상기 스케일부(3a)의 회전량을 측정하는 부분이다. 회로부(3c)는 상기 센서부(3b)에서의 측정값과 증분형 엔코더(4)에서의 측정값으로 제1코일스프링(30)의 변형량을 계산한다.The absolute encoder 3 has a more detailed scale part 3a, a sensor part 3b and a circuit part 3c. The scale portion 3a is a portion rotating along the base plate 10 and the sensor portion 3b is a portion for measuring the rotation amount of the scale portion 3a. The circuit portion 3c calculates the deformation amount of the first coil spring 30 from the measured value at the sensor portion 3b and the measured value at the incremental encoder 4. [

상기 센서부(3b)에서 측정한 스케일부(3a), 즉 베이스 플레이트(10)의 회전량은 모터 축(2d)의 회전량과 모터(2)의 외력에 의한 제1코일스프링(30)의 길이 변화량이 더해진 값이라고 할 수 있다. 그러므로 센서부(3b)의 측정값에서 증분형 엔코더(4)의 측정값을 차감하여 얻어진 값은 제1코일스프링(30)의 길이 변화량인 것을 알 수 있고, 이렇게 얻어진 제1코일스프링(30)의 길이 변화량을 통해 보행 로봇에 가해진 외력을 계산할 수 있다.The amount of rotation of the base plate 10 measured by the sensor unit 3b is determined by the amount of rotation of the motor shaft 2d and the amount of rotation of the first coil spring 30 by the external force of the motor 2. [ A value obtained by adding a length variation amount. Therefore, it can be seen that the value obtained by subtracting the measured value of the incremental encoder 4 from the measured value of the sensor portion 3b is the variation amount of the first coil spring 30, It is possible to calculate the external force applied to the walking robot.

절대형 엔코더(3)를 통해서는 베이스 플레이트(10)의 절대 각도를 알 수 있고, 이에 따라 베이스 플레이트(10)에 고정된 보행 로봇의 다리가 어느 각도로 위치하고 있는지도 알 수 있다.The absolute angle of the base plate 10 can be known through the absolute encoder 3 and the angle of the leg of the walking robot fixed to the base plate 10 can be determined.

상기 스케일부(3a)는, 절대형 엔코더(3)가 자기식인 경우에는 자성체로 이루어지며, 광전식인 경우에는 다수 개의 슬릿을 구비한다.The scale part 3a is made of a magnetic material when the absolute encoder 3 is a magnetic type, and has a plurality of slits when it is a photoelectric type.

상기 절대형 엔코더(3)의 스케일부(3a)는 베이스 플레이트(10)에 고정되고, 센서부(3b)와 회로부(3c)는 모터(2)의 하우징에 고정되는 것이 바람직하다.It is preferable that the scale portion 3a of the absolute encoder 3 is fixed to the base plate 10 and the sensor portion 3b and the circuit portion 3c are fixed to the housing of the motor 2. [

즉, 센서부(3b)와 회로부(3c)는 모터(2)의 구성 부재들 중에서도 보행 로봇의 바디에 고정된 상태로 움직이지 않는 하우징에 고정되므로, 센서부(3b)와 회로부(3c)에 연결되는 전선이 꼬일 염려가 없다. 센서부(3b)와 회로부(3c)는 모터(2)의 하우징에 직접 부착될 수도 있으나 다른 부재를 통해 간접적으로 부착되어 고정될 수도 있다.That is, since the sensor unit 3b and the circuit unit 3c are fixed to the housing which is fixed to the body of the walking robot among the constituent members of the motor 2, the sensor unit 3b and the circuit unit 3c There is no worry that the connected wires will twist. The sensor portion 3b and the circuit portion 3c may be directly attached to the housing of the motor 2, but indirectly attached and fixed via another member.

절대형 엔코더(3) 구성 부재들의 배치 방법과 유사하게, 상기 증분형 엔코더(4)의 스케일부(4a)는 모터(2)의 회전자(2a)에 고정되고 센서부(4b)와 회로부(4c)는 모터(2)의 하우징과 같이 움직이지 않는 부분에 고정된다.Scale part 4a of the incremental encoder 4 is fixed to the rotor 2a of the motor 2 and is connected to the sensor part 4b and the circuit part 4c are fixed to the stationary portion like the housing of the motor 2. [

상기 모터(2)의 회전축(2d)과 조인트 모듈(1)의 회전체(21)는 직접 연결되지 않고 하모닉 드라이브(5)를 통해 연결될 수 있다.The rotary shaft 2d of the motor 2 and the rotary body 21 of the joint module 1 may be connected through the harmonic drive 5 without being directly connected.

하모닉 드라이브(5)는 모터(2)를 감속하되 회전축과 동일한 축 상에 배치되어 감속을 할 수 있으므로 모터조립체가 차지하는 공간을 크게 증가시키지 않는다.The harmonic drive 5 decelerates the motor 2 but is disposed on the same axis as the rotation axis and can decelerate so that the space occupied by the motor assembly is not greatly increased.

참고로, 도 5에서는 절대형 엔코더(3)의 센서부(3b)와 회로부(3c)가 하모닉 드라이브(5)의 하우징(5a)을 통해 모터(2)의 하우징(2c)에 고정된 것을 볼 수 있다.5, the sensor unit 3b and the circuit unit 3c of the absolute encoder 3 are fixed to the housing 2c of the motor 2 through the housing 5a of the harmonic drive 5, .

본 발명에 의한 모터조립체는 상기한 바와 같이 보행 로봇의 몸체와 다리를 연결하는 관절에 적용될 수도 있으나, 보행 로봇의 무릎 부분 관절 또는 매니퓰레이터의 관절 등에도 적용될 수 있음은 당연하다.The motor assembly according to the present invention may be applied to a joint connecting the body and the leg of the walking robot as described above, but it is also applicable to the knee joint of the walking robot or the joint of the manipulator.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

1 : 조인트 모듈 2 : 모터
3 : 절대형 엔코더 3a : 스케일부
3b : 센서부 3c : 회로부
4 : 증분형 엔코더 5 : 하모닉 드라이브
10 : 베이스 플레이트 20 : 선형화 수단
21 : 회전체 22 : 제1바아
23 : 제2바아 30 : 제1코일스프링
40 : 제2코일스프링 51 : 풀리
52 : 텐던1: Joint module 2: Motor
3: absolute type encoder 3a: scale part
3b: sensor part 3c: circuit part
4: Incremental encoder 5: Harmonic drive
10: base plate 20: linearizing means
21: Rotor 22: 1st bar
23: second bar 30: first coil spring
40: second coil spring 51: pulley
52: Tendon

Claims

베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 중심을 지나는 소정 축을 기준으로 회전하는 회전체, 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 회전체 상의 위치에 핀결합하는 제1바아, 및 일단부가 상기 소정 축에서 이격된 상기 베이스 플레이트 상의 위치에 핀결합하고 타단부가 상기 제1바아에 핀결합하는 제2바아로 구성되는 선형화 수단; 및
일단부가 상기 제1바아의 타단부에 연결되고, 타단부가 상기 베이스 플레이트의 가장자리에 연결되는 제1코일스프링;을 포함하여 이루어지되,
상기 제1바아의 타단부가, 상기 베이스 플레이트와 상기 회전체의 회전각 차에 대해 비례적인 이동량을 가지고 곧은 선형 구간을 따라 이동하도록 상기 제1바와 상기 제2바가 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
A base plate;
A first bar that is coupled to a position of the rotary body at one end thereof spaced apart from the predetermined axis, and a second bar that has one end thereof spaced apart from the predetermined axis, And a second bar having a first end coupled to the first bar and a second bar having the other end pin-coupled to the first bar; And
And a first coil spring having one end connected to the other end of the first bar and the other end connected to an edge of the base plate,
Wherein the first bar and the second bar are disposed such that the other end of the first bar moves along a straight line section with a proportional movement amount with respect to a difference in rotation angle between the base plate and the rotating body. .

제1항에 있어서,
상기 제2바아의 타단부는 상기 제1바아의 중간점에 핀결합하며,
상기 제1바아는 4 ~ 6단위의 길이를 가지고 일단부가 상기 소정 축에서 0.7 ~ 1.3단위 이격되며,
상기 제2바아는 2 ~ 3단위의 길이를 가지고 일단부가 상기 소정 축에서 1.5 ~ 2.5단위 이격되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
The method according to claim 1,
And the other end of the second bar is pinned to a midpoint of the first bar,
Wherein the first bar has a length of 4 to 6 units and one end is spaced from the predetermined axis by 0.7 to 1.3 units,
Wherein the second bar has a length of 2 to 3 units and one end is spaced apart from the predetermined axis by 1.5 to 2.5 units.

제1항에 있어서,
상기 제1코일스프링은,
상기 선형화 수단을 기준으로 상기 제1코일스프링의 반대편에 배치되며, 일단부가 상기 제1바아의 타단부에 연결되고, 타단부가 상기 베이스 플레이트의 가장자리에 연결되는 제2코일스프링에 의해 긴장되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the first coil spring
And a second coil spring disposed on the opposite side of the first coil spring with respect to the linearizing means and having one end connected to the other end of the first bar and the other end connected to an edge of the base plate Features a joint module.

제3항에 있어서,
상기 제1코일스프링의 축과 상기 제2코일스프링의 축은 180도 미만의 각을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
The method of claim 3,
Wherein an axis of the first coil spring and an axis of the second coil spring are disposed at an angle of less than 180 degrees.

제4항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는 상기 제1코일스프링의 연장선을 일 접선으로 갖는 풀리가 부착되며,
상기 제2코일스프링은, 상기 풀리를 경유하여 상기 제1바아에 연결되는 텐던을 통해 상기 제1바아에 연결되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
5. The method of claim 4,
A pulley having a tangent line extending from the first coil spring is attached to the base plate,
Wherein the second coil spring is connected to the first bar via a tension connected to the first bar via the pulley.

제1항에 있어서,
상기 선형화 수단과 상기 제1코일스프링은 상기 소정 축을 기준으로 각각 2개가 점대칭을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the linearization means and the first coil spring are disposed symmetrically with respect to the predetermined axis.

제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 의한 조인트 모듈; 및
상기 회전체를 회전시키는 모터;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터조립체.
A joint module according to any one of claims 1 to 6; And
And a motor for rotating the rotating body.

제7항에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 회전량을 측정하는 절대형 엔코더와, 상기 모터의 축의 회전량을 측정하는 증분형 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터조립체.
8. The method of claim 7,
An absolute encoder for measuring an amount of rotation of the base plate; and an incremental encoder for measuring an amount of rotation of the shaft of the motor.

제8항에 있어서,
상기 절대형 엔코더는, 상기 베이스 플레이트를 따라 회전하는 스케일부, 상기 스케일부의 회전량을 측정하는 센서부, 및 상기 센서부에서의 측정값과 상기 증분형 엔코더에서의 측정값으로 상기 제1코일스프링의 변형량을 계산하는 회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터조립체.
9. The method of claim 8,
Wherein the absolute encoder includes a scale part rotating along the base plate, a sensor part measuring a rotation amount of the scale part, and a sensor coil part measuring the measurement value at the sensor part and the measurement value at the incremental encoder, And a circuit section for calculating a deformation amount of the motor assembly.

제9항에 있어서,
상기 스케일부는 상기 베이스 플레이트에 고정되고, 상기 센서부와 상기 회로부는 상기 모터의 하우징에 고정되는 것을 특징으로 하는 모터조립체.
10. The method of claim 9,
Wherein the scale portion is fixed to the base plate and the sensor portion and the circuit portion are fixed to the housing of the motor.

제7항에 있어서,
상기 모터와 상기 회전체는 하모닉 드라이브를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 모터조립체.
8. The method of claim 7,
Wherein the motor and the rotating body are connected through a harmonic drive.