KR0126869B1 - 6자유도 병렬다관절형 로봇기구 - Google Patents
6자유도 병렬다관절형 로봇기구Info
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- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
본 발명은 6자유도 로봇기구에 관한 것으로서, 임의의 작업장치가 고정되는 상부지지대(1)와, 임의의 구조물에 고정되는 하부지지대(2), 상기 하부지지대(2)의 상면에 수직으로 고정되는 3개의 선형수직능동조인트(6), 상기 선형수직능동조인트(6)에 수평으로 고정되는 3개의 선형수평능동조인트(5), 상기 선형수평능동조인트(5)에 고정되는 3개의 볼-소켓 수동조인트(4), 한쪽단이 상기 볼-소켓수동조인트(4)에 부착되고 반대쪽 끝단이 상기 상부지지대(1)의 선형수동조인트(3)에 연결되는 3개의 축(9)및 상기 6개의 능동조인트를 구동하는 모터(10)와 제어부(11)로 구성되어 기존의 6자유도 병렬 다관절 형 로봇기구에서 일반적으로 불가능했던 정기구학의 실시간 계산이 가능하고, 능률적인 등방성의 작업공간을 가지며, 작업공간내에서 로봇기구의 형태변화에 따른 부하하증이 적으며, 병렬관절간의 강호간섭이 없는 6자유로 병렬 다관절형 로봇기구이다.
Description
제1도는 및 제2도는 종래 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 개략적인 구성도.
제3도는 본 발명 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 전체구성도.
제4도는 카테시안(Cartesian)좌표계에서의 6자유도를 나타낸 도면.
제5도 (가)는 기존 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 작업공간을 보여주는 도면, (나)는 본 발명6자유도병렬 다관절형 로봇기구의 작업공간을 보여주는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 상부지지대, 2 : 하부지지대,
3: 선형수동조인트, 4: 볼-소켓수동조인트
5 : 성형수평능동조인트, 6 : 선형수직능동조인트
7 : 선형능동조인트 8 : 회전형 수동조인트,
9 : 축, 10 : 모터
11 : 제어부
본 발명은 6자유로 로봇기구에 관한 것으로서,특히 공간상에서 구조물의 위치와 자세를 정확하게 제어할 수 있는 기능을 가진 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구에 관한 것이다.
현재까지 산업용 로봇응용 분야에 적용되는 많은 로봇기구가 개발되어 왔다. 일반적으로 널리 알려진 직렬형 로봇은 조인트와 축이 교대로 직렬 연결된 구조를 가지며 넓은 작업공간과 다양한 위치, 자세구현이 가능하나, 가반하중이 작고 고정밀도를 실현하기에 부적합한 구조를 가지고 있다.
이에 반하여 조인트와 축 및 지지부가 병렬구조를 이루고 있는 병렬 다관절형 로봇기구는 비교적 작은 작업공간에서 고정밀도, 고속 및 큰 하중의 작업을 수행할 수있는 특성을 지닌다.
6자유도 병렬 다관절형 로봇기구로서 대표적인 것은 스튜어트플랫롬(Stewart Paltform)이 있으며, 제1도에 도시된 바와 같이 양단에 볼-소켓 수동조인트(4)(이하 수동조인트라 함은 외력으로 인하여 수동적으로 동작으로 조인트를 의미)가 부착되고 길이가 가변되는 선형능동조인트(7)(이하,능동조인트라함은 모터등의 구동장치에 의해 능동적으로 동작하는 조인트를 의미)를 가진 6개의 축(9)이 두개의 구조물을 병렬 연결하는 형태를 이루고 있다.이 때 6개의 축(9)의 길이가 가변됨에 따라 두 구조물 사이에 6자유도의 상대운동이 발생하게 된다.
그러나 구동부의 입력 즉, 선형능동조인트(7)의 길이 변화로부터 공간구조물간의 상대위치를 계산해내는 정기구학의 실시간 계산의 부재로 그 산업상의 적용에 있어서 아직도 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
그리고 또 다른 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구로서 제2도에 도시한 것은 파리보츠 베히(Faribortz Behi)가 개발한 것으로 볼-소켓 수동조인트(4), 선형능동조인트(7),회전형수동조인트(8), 선형능동조인트(7)가 직렬로 연결된 3쌍의 관절이 두개의 구조물을 병렬연결하여 상대위치를 제어하는 방식의 로봇기구이다.
그러나 이 로봇기구 또는 전술한 스튜어트 플랫폼과 마찬가지로 정기구학의 실시간 계산이 부재하다고 하는 결점이 있다.
이상 설명한 로봇기구는 작업공간내의 위치변화에 따른 기구적 형태 변화가 크므로 구동부에 걸리는 외력집중도의 변화가 심하며, 작업공간자체가 실제 산업상 응용에 필요한 작업영역과 비교하여 불합리한점 및 작업공간내에서 병렬 연결된 관절간에 간섭이 발생하는 경우 임의의 자세에서 제어할 수 없는 위치(singular point)가 존재하는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 종래 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 제반 문제점 및 결점등을 해결하고자 발명한 것으로서, 정기구학의 실시간 계산이 가능하고, 효율적이 등방성의 작업공간을 가지며, 작업공간내에서 구동부의 하중변화가 적은 특징을 갖는 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구는 임의의 작업장치가 고정되는 상부지지대(1)와, 임의의 구조물에 고정되는 하부지지대(2), 상기 하부지지대(2)의 상면에 수직으로 고정되는 3개의 선형수직능동조인트(6), 상기 선형수직능동조인트(6)에 수평으로 고정되는 3개의 선형 수평능동조인트(5), 상기 선형수평능동조인트(5)에 고정되는 3개의 볼-소켓수동조인트(4), 한쪽단이 상기 볼-소켓수동조인트(4)에 부착되고 반대쪽 끝단이 상기 상부지지대(1)의 선형수동조인트(3)에 연결되는 3개의 축(9) 및 상기 6개의 능동조인트를 구동하는 모터(10)와 제어부(11)로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
제3도는 본 발명 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 전체구성도로서, 상부 지지대(1)는 하부지지대(2)에 대하여 상방으로 일정거리 평행하게 떨어진 위치에 놓여져 있다.상부지지대(1)의 상면은 목적하는 임의의 작업장치를 취부하기 위한 구조로 형성되며 상부지지대(1)의 내면의 동일 수평면상에서 중앙으로부터 같은 위치에 120°간격을 이루며 각축(9)의 일단에는 선형수동조인트(3)가 형성되어 있다.
따라서 3개의 축(9)은 상부지지대(1)의 중앙에 대하여 반경방향을 따라 자유롭게 축방향의 움직음을 가질 수 있으며 상부지지대(1)의 위치와 각도가 변함에 따라 같은 평면상을 상대적인 각 변위없이 서로 120°의 구속된 각도로 상부지지대(1)의 평면을 따라 움직이게 된다.
축(9)의 알단은 상기한 설명과 같이 상부지지대(1)와 선형수동조인트(3)를 형성하고 있고 반대쪽 일단에는 볼-소켓 수동조인트(4)가 부착되어 있다. 볼-소켓 수동조인트(4)는 선형수평능동조인트(5)에 설치되어 선형수평능동조인트(5)의 변위를 따라 움직이게 되며, 선형수평능동조인트(5)는 선형수직능동조인트(6)에 설치되어 선형수직능동조인트(6)의 변위를 따라 움직이게 된다.
하부지지대(2)에는 3개의 선형수직능동조인트(6)가 중앙으로부터 일정하게 각각 120°의 각도에 설치되어 있다.이 때 선형수직능동조인트(6)와 선형수평능동조인트(5)의 결합된 운동영역인 3개의 사각평면운동영역의 중심의 법선은 하부지지대(2) 중앙에서 수직으로 세운 가상된 좌표축상에서 교차되며 축으로부터 임의의 거리를 반경으로 하는 동심원상에 하부지지대(2)의 수평면과 직각으로 형성되게 된다.
본 발명의 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구는 같은 형태로 배치된 3쌍의 선형수직능동조인트(6)와 선형수평능동조인트(5)가 구동됨에 따라 볼-소켓수동조인트(4)의 중심은 각각 상기 사각평면상에서 위치를 변화하게 되며, 이 때 볼-소켓수동조인트(4)를 이단에 부착하고 있는 축(9)은 상부지지대(1)의 선형수동조인트(3)의 기구적 구속조건을 따라 주어진 사각평면에 대한 각 변위와 동시에 상부지지대(1)에 대하여 선형범위를 가지게 된다. 이에 대한 결과로 상부지지대(1)는 공간상에서 목적하는 위치와 자세로 이동하게 된다.
다음에는 본 발명의 본 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구를 이용한 공간구조물의 6자유도 위치/자세제어의 기본원리에 대하여 설명한다.
로봇기구가 가지는 공간자유도(공간자유도란 일반적으로 특정구조물의 상호 상대운동에 대한 자유도 즉, 카테시안 좌표계(제5도)에서 X,Y,Z,Θx,Θy,Θz의 자유도를 칭한다)는 로봇기구를 구성하는 구조물의 갯수,연결부의 갯수 및 개별자유도의 함수이다.
본 로봇기구의 공간자유도를 일반적인 자유도 해석방법인 쿠츠바크법칙(Kutzbach theory)으로 구해보면 하기와 같다.
(쿠츠바크법칙)
공간자유도=λ×(구조물 갯수-연결부 갯수-1)+연결부 갯수×개별자유도
단 λ=6(3차원운동인 경우)
=3(2차원운동인 경우)
=6×(11-12-1)+18=6
위의 식으로부터 본 로봇기구는 카테시안 공간상에서 6자유도를 가짐을 알 수 있다.
일반적으로 로봇기구의 제어에 있어서 필요한 측정가능한 입력변수는 구동부의 위치나 각도이다. 따라서 구동부의 입력으로부터 공간구조물의 위치와 자세를 구하는 정기구학의 계산이 실시간으로 구현되어야 로봇의 실시간 제어가 가능하다. 본 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구는 구동부의 입력의 결과인 3개의 볼-소켓 수동조인트(4) 중심까지의 각도가 일정각도(120°)를 이루는 기구학적 특징이 있다.
따라서 볼-소켓 수동조인트(4)중심의 위치를 알게 되면 그 중심을 연결하는 가상된 삼각형의 변의 길이와 사잇각을 알게 되고 상기 구조조건에 따라 정기구학의 계산이 실시간으로 가능하게 됨으로 실시간 제어가 가능하다. 또한 목적하는 상부지지대(1)의 위치/자세로부터 구동부인 선형수직능동조인트(6)와 선형수평능동조인트(5)의 변위를 구하는 역기구학은 병렬 다관절형 로봇기구의 특성상 쉽게 계산이 된다.제5도는 제1도의 스튜어트 플랫폼의 작업공간과 비교하여 정오각기둥 형태를 가진 본 발명의 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구의 작업공간을 나타낸 것이다. 또한 본 발명의 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구는 상부지지대(1)와 이루는 선형수동조인트(3)간의 사잇각이 구속되어 있으므로 병렬 관절간의 간섭이 없게 되며 위치/자세 변화에 따라 구동부에 걸리는 하중변화가 적은 특성이 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 기존의 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구에서 일반적으로 불가능했던 정기구학의 실시간 계산이 가능하고, 능률적인 등방성의 작업공간을 가지며, 작업공간내에서 로봇기구의 형태 변화에 따른 부하하중의 변화가 적으며, 병렬관절 간의 상호간섭이 없는 장점이 있다.
Claims (1)
- 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구에 있어서, 임의의 공간구조물이 부착되는 상부지지대(1)와, 임의의 구조물에 고정되는 하부지지대(2),상기 하부지지대(2)의 상면에 각각수직하게 설치되어 평면운동 영역을 갖는 선형수직능동조인트(6), 상기 선형수직능동조인트(6)에 수평으로 고정되는 선형수평능동조인트(5) 일단에 상기 상부지지대(1)의 선형수동조인트(3)가 연결되고 일단에 상기 선형수평능동조인트(5)의 볼-소켓 수동조인트(4)가 연결되는 축(9) 및 능동조인트를 구동하는 모터(10)와 제어부(8)를 구비하여 직렬 연결된 3쌍의 관절이 상부지지대(1)와 하부지지대(2)를 병렬 연결함으로써 로봇기구의 기구학을 연산하는 알고리즘으로 위치/자세 제어입력을 산출하는 것을 특징으로 하는 6자유도 병렬 다관절형 로봇기구.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940019421A KR0126869B1 (ko) | 1994-08-06 | 1994-08-06 | 6자유도 병렬다관절형 로봇기구 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940019421A KR0126869B1 (ko) | 1994-08-06 | 1994-08-06 | 6자유도 병렬다관절형 로봇기구 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960007109A KR960007109A (ko) | 1996-03-22 |
| KR0126869B1 true KR0126869B1 (ko) | 1998-04-07 |
Family
ID=19389907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940019421A KR0126869B1 (ko) | 1994-08-06 | 1994-08-06 | 6자유도 병렬다관절형 로봇기구 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0126869B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200083020A (ko) * | 2018-12-31 | 2020-07-08 | 주식회사 롤랩스 | 로보틱 시스템 |
-
1994
- 1994-08-06 KR KR1019940019421A patent/KR0126869B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200083020A (ko) * | 2018-12-31 | 2020-07-08 | 주식회사 롤랩스 | 로보틱 시스템 |
| KR20210135970A (ko) * | 2018-12-31 | 2021-11-16 | 주식회사 롤랩스 | 로보틱 시스템과 이를 이용한 콘텐츠 서비스 제공 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960007109A (ko) | 1996-03-22 |
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