KR0138696B1 - 래크 피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여러개의 슬라이딩 링크로 이루어진 접철식 매니퓨레이터에 있어서, 래크기어와 피니언 기어를 동력전달 매체로 하고, 한개의 모터를 구동하여 그 팔을 길게 뻗을 수 있게 하는 래크피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터 장치에 관한 것으로써, 한개의 구동모터(4)로 여러개의 링크를 뻗을 수 있는 텔리스코픽 매니퓨레이터에 있어서, 피니언 기어(18)를 구동시켜 래크 기어(9)가 가공될 슬라이딩 링크들을 순차적으로 이동시키는 것이며, 상기 래크 기어(9)를 이동시키는 구동 어셈블리(3)는 경사진 래크(9)를 따라 다음 슬라이딩 링크의 래크 기어열로 상하운동하는 것을 특징으로 한다.

Description

래크 피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터 장치

제1도는 래크피니언 기어 구동방식의 텔리스토픽 매니퓨레이터의 전체 구성도

제2도는 슬라이딩 링크와 베이스 링크의 형상

제3도는 슬라이딩 링크를 운동시키는 구동 어셈블리

제4도는 슬라이딩 링크들이 차례로 전진하여 팔을 뻗는 과정을 보여주는 설명도

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＊

1 : 베이스 링크부2 : 슬라이딩 링크부

3 : 구동 어셈블리4 : 구동 모터

5(5a,5b,5c,5d) : 슬라이딩 링크8 : 래크

9 : 래크 기어16 : 복합 기어 뭉치

17 : 워엄 기어18 : 피니언 기어

본 발명은 여러개의 슬라이딩 링크로 이루어진 접철식 매니퓨레이터에 있어서, 래크기어와 피니언 기어를 동력전달 매체로 하고, 한 개의 모터를 구동하여 그 팔을 길게 뻗을 수 있게 하는 래크피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로보트의 팔은 여러개의 링크로 이루어져 있는데, 각각의 링크는 회전운동(rotation)을 하거나 평행이동(translation)을 하도록 되어 있다.

평행이동을 하도록 연결된 여러개의 링크를 차례차례 뻗어서 자신의 길이보다 서너배 이상 길게 뻗는 장치를 호이스트(hoist) 혹은 텔리스코픽 매니퓨레이터(telescopic manipulator)라고 부른다.

예를 들어 자동차의 절첩식 라디오 안테나아 고가 사다리처럼 평상시에는 접어서 작은 크기로 두다가 필요시에는 필요한 길이 만큼 뻗어서 사용하는 장치를 말한다.

특히 중형 또는 소형 이동로보트가 어떤 제하된 작업 구역에서 로보트 팔을 자신의 몸체보다 서너배 이상 길게 뻗어야 하는 경우, 상기와 같은 텔리스코픽 매니퓨레이터를 많이 채택한다.

그런데 이와 같은 직선운동을 하는 텔리스코픽 매니퓨레이터의 경우 각각의 링크에 따로따로 구동장치를 부착하여 로보트를 제작하면 전체 시스템에 무겁고 부피가 너무 커진다.

그래서 한 개의 구동기(actuator)로 이러한 텔리스코픽 매니퓨레이터 구동하는 방법이 많이 사용되고 있다.

한 개의 구동기로 슬라이딩 링크들을 하나씩 순차적으로 이동시키는 방식으로서 상용화된 방식이 몇가지 있는데, 자동차의 라디오 안테나에 많이 사용되는 홈이 파인 프라스팁 벨트 방식을 이용하거나, 고가 사다리 구동에 많이 쓰이는 철선(wire)과 도르레 방식을 많이 이용한다.

또한 고가 크레인에서 사용되는 다중 유압실린더 방식도 현재까지 실용화된 방식 중의 하나이다.

그러나 크기가 작고 전체 중량을 가급적 줄여야 하는 소정 이동 로보트의 팔을 구동시키는데 에는 이러한 방법들이 적합하지 못하다.

다중 유압 실린더는 유압펌프등 부대장비가 커서 적합치 못하고, 철선과 도르레 방식은 이용 가능성이 있으나 역시 전체 장치의 부피가 커진다.

홈파인 플라스틱 벨트 방식은 구동력의 한계가 있고 위치 제어가 정확치 못한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 선행 기술의 문제점을 개선하여 구동 모터에 피니언 기어를 장착한 구동 어셈블리가 래크기어가 가공된 슬라이딩 링크를 하나씩 전진과 후진할 수 있도록 하여, 결국 매니퓨레이터의 손끝이 원하는 위치에 뻗을 수 있도록 하는 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 한 개의 구동모터(4)로 여러개의 링크를 뻗을 수 있는 텔리스코픽 매니퓨레이터에 있어서, 피니언 기어(18)를 구동시켜 래크 기어(9)가 가공된 슬라이딩 링크(5)들을 순차적으로 이동시키는 것이며, 상기 래크 기어(9)를 이동시키는 구동 어셈블리(3)는 경사진 래크(8)를 따라 다음 슬라이딩 링크의 래크 기어열로 상하운동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 한 개의 구동 모터로 여러개의 슬라이딩 링크들을 순차적으로 이동시켜 원하는 길이 만큼 뻗어서 희망하는 위치에 팔의 끝(endgripper)을 위치시킬 수 있도록 하는 장치로써, 이하 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 래크피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터의 전체 구성도이다.

본 장치는 도시한 바와 같이 기준 몸체가 되는 베이스링크부(1), 래크기어를 부착한 슬라이딩 링크부(2), 슬라이딩 링크를 이동시키는 구동 어셈블리(3)의 세가지 요소로 구성되어 있다.

베이스링크부(1)는 이 매뉴퓨레이터의 기준이 되는 고정된 링크이며, 슬라이딩 링크부(2)는 실제로 차례차례 뻗어 원하는 위치까지 도달하는 슬라이딩 링크(5)들의 집합이며, 구동어셈블리(3)는 구동 모터(4)를 구동하여 이 슬라이딩 링크(5)들은 움직이는 장치이다.

이하 각 요소별로 설명하기로 한다.

제2도는 슬라이딩 링크와 베이스 링크의 형상으로써, 도시한 바와 같이 슬라이딩 링크(5)의 상부에는 래크기어(9) 잇빨을 가공하고 슬라이딩 링크(5) 좌측부위의 기어는 경사진 래크(8) 형태로 가공한다.

슬라이딩 링크(5)의 좌측 끝부분에는 보올과 스프링으로 된 스토퍼(6)를 장치하여 이 링크가 우측으로 다 뻗어 나갔을 때 다음 링크에서 이탈되지 않도록 한다.

슬라이딩 링크의 외벽면에는 슬라이딩 레일(10)을 부착하고 안쪽 벽면에는 레일이 이동할 수 있는 긴 홈(터널)(13)을 가공한다.

베이스 링크(1)는 슬라이딩 링크(5d)가 이동할 수 있도록 슬라이딩 홈(13)을 가공하고 슬라이딩 링크(5d)가 멈출 수 있도록 스토퍼 홈을 출발점(7d)과 종착점(11d)에 가공한다. 베이스 링크부(1) 우측부분의 바깥벽면에는 구동어셈블리(3) 전체가 상하로 움직일 수 있도록 하기 위한 부시(12)와 스프링 고리(14)를 부착한다.

제3도와 제4도를 통하여 슬라이딩 링크들이 차레로 전진하여 최대 길이까지 팔을 뻗는 과저을 설명하기로 한다.

제3도는 슬라이딩 링크를 운동시키는 구동 어셈블리를 도시한 것으로써, 슬라이딩 링크(5)를 하나씩 차례차례 밀어 내보내고 다시 끌어 들이는 역할을 한다.

구동 모터(서보 혹은 스테핑 모터)(4)가 회전하면 모터축에 부착된 위엄(15)이 회전하게 되고, 복합기어뭉치(16)의 워엄기어(17)를 구동시켜 결국 복합기어 뭉치(16)가 회전하게 된다.

그런데 복합기어 뭉치(16)는 워엄 기어(17)과 피니언 기어(18)가 조합되어 한 몸체를 이루고 있어서 복합기어뭉치(16)가 회전하면 피니언기어(18)가 회전하게 된다.

이때 제4도에서 보는 바와 같이 피니언 기어(18)와 맞물려 있는 래크기어(9a)가 가동된 첫번째 슬라이딩 링크(5a)가 우측으로 전진하게 된다.

슬라이딩 링크(5a)이 전진하는 동안 나머지 링크들(5b, 5c, 5d)은 문턱(20)에 가로막혀 움직일 수가 없도록 되어 있다. 슬라이딩 링크(5a)이 전 스트로크를 전진하면 슬라이딩 링크(5a)의 스토퍼(6a)의 볼이 슬라이딩 링크(5b)의 내면에 파여 있는 스토퍼 홈(11a)에 걸려 더 이상 전진할 수 없게 되고, 구동 어셈블리(3) 전체는 경사 래크기어 부분(8a)을 밀어 내면서 슬라이딩 링크(5b)의 래크기어열(9b)로 수직하강하게 된다. 이때 수직하강하는 힘은 제3도에 도시된 구동어셈블리(3)에 고정된 스프링 홀더(14b, 14d)와 베이스링크(1)에 고정된 스프링 홀더(14a, 14c) 간에 연결된 코일 스프링(19a, 19b)에 의해 발생 한다.

이와 같은 동작 원리로 슬라이딩 링크(5b), 슬라이딩 링크(5c), 슬라이딩 링크(5d)가 차레로 전진하여 최대길이까지 팔을 뻗을 수 있게 된다.

슬라이딩 링크들은 후진시켜 팔을 접고자 할 때는 상기에서 기술한 동작의 역순으로 진행된다.

이와 같은 본 발명의 장치는 한 개의 구동기로 여러개의 슬라이딩 링크들을 순차적으로 이동시켜 원하는 길이 만큼 뻗어서 희망하는 위치에 팔의 끝을 위치시킬 수 있어, 제작비의 절감 부대시설의 감소 및 위치제어의 정확도를 기할 수 있어 여러 산업분야에서 그 효과가 기대되는 것이다.

Claims (2)

1. 한 개의 구동모터(4)로 여러개의 링크를 뻗을 수 있는 텔리스코픽 매니퓨레이터에 있어서, 각각의 링크에 경사진 래크 기어열을 가공하고, 구동모터(4)로 워엄기어(17)와 피니언 기어(18)를 조합한 구동어셈블리(3)를 장착 함으로서, 구동모터(4)로 피니언 기어(18)를 구동시켜 래크 기어(9)가 가공된 슬라이딩 링크(5)들을 순차적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 래크피니언 기어 구동방식의 텔리스코픽 매니퓨레이터 장치.
2. 제1항에 있어서, 래크 기어(9)를 이동시키는 구동 어셈블리(3)는, 구동어셈블리(3)에 고정된 스프링 홀더(14b, 14d)와 베이스링크(1)에 고정된 스프링 홀더(14a, 14c) 간에 연결한 코일스프링(19a, 19b)의 힘으로, 경사진 래크(8)를 따라 다음 슬라이딩 링크의 래크 기어열로 상하운동하는 것을 특징으로 하는 래크 피니언 기어 구동방식의 텔리스 코픽 매니퓨레이터 장치.