KR100638078B1

KR100638078B1 - 관절부의 케이블 가이드

Info

Publication number: KR100638078B1
Application number: KR1020057012721A
Authority: KR
Inventors: 스스무 미야자키
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2006-10-24
Also published as: KR20050105981A; US20060230862A1; WO2004089581A1; EP1616675A4; CN100493860C; US7574942B2; CN1750908A; EP1616675B1; JP4315720B2; DE602004018298D1; EP1616675A1; JP2004299024A

Abstract

관절부의 대형화를 초래하지 않고 케이블을 더한층 짧게 할 수 있도록 개량된 로봇 등의 관절부의 케이블 가이드를 제공하기 위해서, 제 1 링크에 고정 부착된 중심 드럼(13)의 원형의 외주벽(16)의 제 1 링크에 정합되는 제 1 각도위치에는 구멍(28)을, 동 외주벽(16)의 제 2 각도위치에는, 제 1 링크에 대한 제 2 링크의 회전운동의 각도범위에 대응하도록 둘레 방향으로 긴 슬롯(17)을 설치함으로써, 케이블을 구멍으로부터 중심 드럼 내측을 향하여, 또 슬롯으로부터 중심 드럼 외측을 향하여 배선하도록 했다. 이것에 의해, 관절부 내측을 안정하게 최단 거리로 통과할 수 있으므로, 케이블 형상 부재의 길이를 더한층 단축할 수 있다.

로봇, 관절부, 케이블, 슬롯, 리브

Description

관절부의 케이블 가이드{CABLE GUIDE FOR JOINTS}

본 발명은 로봇 등의 관절부에서 동력원 또는 제어신호를 전달하는 케이블 형상 부재를 가이드 하기 위한 케이블 가이드에 관한 것이다.

다관절 암을 구비한 공업용 로봇 등에 있어서는, 어깨, 팔꿈치, 손목 등에 상당하는 관절부의 각각에 설치된 전동 모터나 각종 센서에 대하여, 동체에 설치된 제어회로로부터 전력 및 제어신호가 공급되도록 되어 있다. 그리고 각 전동 모터에 대한 전력공급이나 각종 센서에 대한 신호 수수를 행하기 위한 케이블은, 암을 따라서 배선되어 있는데, 각 관절부에는, 그 곡절 운동에 추종할 수 있도록, 적당한 느슨함이 주어지는 것이 일반적이다.

이러한 관절부에 대한 선 통과 수법으로서, 예를 들면 관절의 축받이 부분을 우회하는 배선통로를 설치하는 것(일본 특개소 63-288692호 공보 참조)이나, 관절부에 설치된 축을 중공으로 하고, 그 중공축내로 선을 통과시키는 것(일본 특개소 61-168478호 공보 참조) 등이 알려져 있다.

그런데, 일본 특개소 63-288692호 공보에 개시된 기술은, 케이블을 보호하는 배선용 덕트를 관절부의 외면에 설치하는 것이며, 케이블이 모두 은폐되므로 손상될 걱정은 없어지지만, 관절의 외부에 배선되는 점은 전혀 변함이 없으므로, 관절 부의 외형치수가 더한층 증대되지 않을 수 없다.

또, 일본 특개소 61-168478호 공보에 개시된 기술은, 관절을 구성하는 축의 중심에 설치한 관통구멍내로 선을 통과시키므로, 관절부분만으로 축길이와 동일한 케이블 길이를 필요로 하여, 팔의 유효 길이에 대한 소요 케이블 길이가 비교적 커지는 경향이 있고 또한, 관절부의 소형화에는 기여하지 않는다.

이러한 종래 기술의 과제를 감안하여, 본 발명의 주목적은, 관절부의 대형화를 초래하지 않고 케이블을 더한층 짧게 할 수 있도록 개량된 로봇 등의 관절부의 케이블 가이드를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 제 1 링크(2)와 제 2 링크(1)를 상대적으로 회전 자유롭게 연결한 관절부에 있어서 동력원 또는 제어신호를 전달하는 케이블 형상 부재(27)를 가이드 하기 위한 케이블 가이드로서, 대략 원형의 외주벽(16)을 갖고, 상기 제 1 링크에 부착된 중심 드럼(13)을 갖고, 상기 외주벽이, 상기 제 1 링크에 정합되는 제 1 각도위치에 형성된 구멍(28)과, 제 2 각도위치에 형성되고, 상기 제 1 링크에 대한 상기 제 2 링크의 회전운동의 각도범위에 대응하도록 둘레 방향으로 긴 슬롯(17)을 가짐으로써, 케이블을 상기 구멍으로부터 상기 중심 드럼 내측을 향하여, 또 상기 슬롯으로부터 상기 중심 드럼 외측을 향하여 배선하도록 한 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드를 제공한다.

특히, 상기 중심 드럼을 동축적으로 둘러싸고, 상기 제 2 링크에 고착된 대략 환형상의 드럼 홀더(14)를 또한 갖고, 상기 드럼 홀더가, 상기 중심 드럼 내측을 향하여 뻗어있는 케이블의 부분과의 간섭을 피하기 위한 절제부(26)를 갖는 것으로 하면 된다. 이렇게 하면, 관절부내를 최단 거리로 통과할 수 있으므로, 케이블 형상 부재의 길이를 더한층 단축할 수 있다.

상기 중심 드럼에 고정되고, 상기 중심 드럼내에서, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크 사이의 회전 운동의 중심에 인접하는 위치를 향하여 뻗어있는 케이블 지지부재(21)를 더 갖는 것으로 하면, 케이블 형상 부재의 최소 곡률 반경을 규정할 수 있다. 상기 중심 드럼이 끝벽을 갖는 것이면, 상기 케이블 지지부재를 상기 끝벽에 일체로 형성할 수 있다.

상기 슬롯을 선택적으로 개폐하기 위해서, 상기 중심 드럼에 의해 슬랑이딩 자유롭게 가이드 된 적어도 1매의 셔터판(23L)을 더 갖는 것으로 하면, 케이블 유지체내에 진애 등이 침입하는 것을 방지할 수 있고 또한, 케이블 유지체의 내부를 볼 수 없게 되도록 할 수 있다.

상기 셔터판은, 상기 슬롯을 열 때는 상기 케이블의 일부에 의해 구동되고, 상기 슬롯을 닫을 때는 상기 중심 드럼에 의해 구동되는 것으로 할 수 있다.

또, 상기 케이블이, 상기 구멍에 인접하는 위치에서 상기 중심 드럼에 유지되어 있는 것이면 좋다. 이것에 의해, 관절부의 운동에 수반되는 케이블의 불안정한 운동을 피할 수 있다.

또한 상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크가, 상기 중심 드럼의 양측부에서 서로 회전 가능하게 결합되어 있는 것으로 하면 좋다. 이것에 의해, 중심 드럼이 관절부내에 수용된 형태가 되므로, 관절부 자체가 컴팩트하게 구성되고, 중심 드럼도 보호된다. 또, 중심 드럼에 과도한 힘이 가해지는 것을 피할 수 있다.

도 1 은 본 발명이 적용된 로봇 암의 도 2중의 I-I선을 따르는 주요부측 단면도이다.

도 2 는 관절을 편 상태의 평단면도이다.

도 3 은 관절을 구부린 상태의 평단면도이다.

도 1 및 도 2는, 공업용 로봇의 암의 팔꿈치 관절, 또는 2족보행 로봇의 무릎관절 등에 적용할 수 있는 본 발명에 의한 관절부의 케이블 가이드의 개략 구조를 도시하고 있다. 이하, 편의적으로, 정위치에 고정된 고정 암(제 2 링크)에 대해 수직축, 또는 수평축 둘레에서 회전 자유롭게 연결된 선회 암(제 1 링크)의 관절부에 적용한 경우를 상정하여 설명한다.

선회 암(1)은, 고정 암(2)에 대해 너클조인트(3)를 통하여 굴신 자유롭게 연결되어 있다. 관절부를 구성하는 너클조인트(3)는, 양쪽 암(1·2) 모두, 선회 중심의 축선방향에 대해 이간된 한쌍의 연장부(4a·4b·5a·5b)로 이루어지고, 고정 암(2)의 연장부(5a·5b)에는 볼 베어링(6)이 장착되어 있다. 이 고정 암(2)의 한쌍의 연장부(5a·5b) 끼리의 사이에 선회 암(1)의 한쌍의 연장부(4a·4b)를 끼워 넣고, 고정 암(2)의 한쌍의 연장부(5a·5b)의 각각에 장착된 볼 베어링(6)의 각 이너 레이스에 축부재(7)를 끼워 부착하고, 양 축부재(7)를 선회 암(1)의 한쌍의 연장부(4a·4b)에 볼트(B)로 각각 고정함으로써, 고정 암(2)에 대해 선회 암(1)이 회 전 자유롭게 지지되어 있다.

고정 암(2)은, 예를 들면 중공의 각통 형상을 이루고, 그 내측에 있어서의 조인트 근방에는, 감속기 부착 전동 모터(8)가 탑재되어 있다. 전동 모터(8)의 출력축은 고정 암(2)의 바깥쪽으로 돌출해 있고, 그 축단에는 톱니붙이 구동풀리(9)가 고정되어 있다. 또 선회 암(1)의 한쌍의 연장부(4a·4b)에 고정된 축부재(7)의 중심부에는 톱니붙이 피동풀리(10)가 고정되어 있다. 그리고 양 톱니붙이 풀리(9·10)에는, 톱니붙이 무한벨트(11)가 걸쳐져 있다. 이것에 의해, 고정 암(2)과 일체를 이루는 전동 모터(8)를 회전구동하면, 고정 암(2)측 연장부(5a,·5b)의 볼 베어링(6)에 지지된 축부재(7)가 회전하고, 이것과 연장부(4a·4b)에서 일체 결합된 선회 암(1)이 수평면상에서 회전하게 된다. 또한, 감속기는 설계의 형편에 따라 너클조인트(3)측에 형성해도 좋다.

선회 암(1)의 한쌍의 연장부(4a·4b) 끼리의 사이에는, 케이블 가이드(12)가 장착되어 있다. 이 케이블 가이드(12)는 상대적으로 회전 자유롭게 조합된 중심 드럼(13)과 드럼 홀더(14)로 이루어져 있다.

중심 드럼(13)은, 축선방향의 양 단면과 외주면이 막힌 축선방향 치수의 비교적 짧은 북 형상을 이루고, 접선과 평행한 방향에 그 축선을 연장시킨 굴뚝 형상의 관형상 돌출부(15)가 외주벽(16)의 한쪽측에 형성되고, 그 반대측에, 선회 암(1)과 고정 암(2) 사이의 가동 각도에 따른 각도 범위(본 실시예에서는 대략 반주)에 걸치는 긴 구멍으로서의 슬릿(17)이 형성되어 있다.

중심 드럼(13)의 축선방향 양 단부벽(18)의 내면에는, 외주벽(16)과 협동하 여 원주홈(19)을 형성하기 위한 리브(20)가 형성되어 있다. 이 원주홈(19) 및 리브(20)는, 관형상 돌출부(15)의 밑동부분에 인접하는 부분만을 피하고 실질적으로 원주의 대부분에 형성되어 있고, 이들 원주홈(19) 및 리브(20)의 일방의 단부는, 중심 드럼(13)의 외주벽(16) 내면으로부터 중심을 향하여 말려들어간 태양의 돌출 라인으로서 형성된 달팽이형상 부분(21) 및 달팽이형상 부분에 오목 설치된 가이드홈(22)에 연속되어 있다.

원주홈(19)에는, 슬릿(17)의 중간부로부터 서로 반대 방향으로 연장된 장단 2종류의 셔터판(23L·23S)이 미끄럼접합 되어 있다. 이들 2개의 셔터판(23L·23S)은, 원주홈(19)을 따라 만곡하여 형성되어 있고, 특히 긴 셔터판(23L)은, 원주홈(19)보다도 곡률 반경이 작은 가이드홈(22)까지 자유롭게 들어갈 수 있도록, 구부러질 수 있는 얇은 합성수지판으로 형성되어 있다.

중심 드럼(13)의 축선방향 양 단부벽(18)의 외주부에는, 외주벽(16)으로부터 직경 축소되어 단차부(24)가 형성되어 있다. 이 단차부(24)는, 드럼 홀더(14)의 중심부에 반원주 이상의 각도범위에 걸쳐서 걸어맞추어져 있고, 드럼 홀더(14)에 유지된 상태에서, 어떤 한점을 중심으로 회전하도록 되어 있다.

드럼 홀더(14)는, 선회 암(1)의 너클조인트 측단부에 형성된 걸어맞춤편(25a·25b)에 걸어맞추어, 실질적으로 선회 암(1)에 일체적으로 결합되어 있다. 또 드럼 홀더(14)에는, 중심 드럼(13)의 통 형상 돌출부(15)와 간섭하지 않도록, 대략 반원주에 걸치는 클리어런스 홈(26)이 축방향 중간부에 형성되어 있다.

고정 암(2)측으로부터 중심 드럼(13)내에 케이블(27)이 끌어 넣어져 있다. 이 케이블(27)은, 고정 암(2)측에 그 개구를 향하고 있는 통 형상 돌출부(15)의 둥근 구멍(28)내에 삽입되고, 중심 드럼(13)내의 달팽이형상 부분(21)의 외주면의 근방을 경유하고, 슬릿(17)의 중간부에서 대향시킨 양 셔터판(23L·23S)의 단부(30·31) 사이로부터, 고정 암(2)과 동일하게 각통 형상을 이루는 선회 암(1)측으로 도출되어 있다.

전동 모터(8)를 구동하여 너클조인트(3)를 도 2중의 화살표 A방향으로 구부리면, 달팽이형상 부분(21)의 외주면으로 안내되어서 케이블(27)이 구부러진다. 여기에서 케이블(27)의 통형상 돌출부(15)의 둥근 구멍(28)내에 돌입한 부분은, 고정 암(2)과 함께 실질적으로 부동이므로, 케이블(27)의 고정 암(2)측 부분에 대해 통형상 돌출부(15)의 둥근 구멍(28)에서 걸어진 중심 드럼(13)은, 고정 암(2)과 실질적으로 일체의 관계에 있고, 항상 정지하고 있다. 다른 한편, 선회 암(1)에 걸어맞춘 드럼 홀더(14)는 선회 암(1)과 함께 회전한다.

케이블(27)의 선회 암(1)측 부분은, 선회 암(1)과 일정한 관계를 유지하도록, 선회 암(1)에 예를 들면 새들 등을 사용하여 그 적소가 고정 부착되어 있고, 선회 암(1)의 회전운동과 함께 도 2의 지면상을 화살표 A방향으로 이동한다. 이것에 의해, 긴 셔터판(23L)의 단부(31)이 밀린다. 그러면 긴 셔터판(23L)은, 달팽이형상 부분(21)에 원주홈(19)과 연속적으로 형성된 가이드홈(22)내에 들어가면서, 슬릿(17)의 선회 암(1)의 단부와의 대향면을 열어간다. 이때, 반대측의 짧은 셔터판(23S)은, 어떤 각도까지는 원주홈(19)과 일정한 관계를 유지한 상태이다.

이렇게 하여, 케이블(27)은 중심 드럼(13)의 외주벽(16)에 형성된 슬릿(17) 의 범위내에서 그 굽힘 각도를 바꾼다. 그리고 드럼 홀더(14)의 축선방향 중간부의 클리어런스 홈(26)과의 관계로, 통형상 돌출부(15)는 드럼 홀더(14)의 회전운동과 간섭하지 않는다.

선회 암(1)을 대략 90도 구부리면, 드럼 홀더(14)의 클리어런스 홈(26)의 대부분은 고정 암(2)측의 한쌍의 연장부(5a·5b) 사이에 들어가고, 너클조인트(3)의 외측(도 3의 화살표 C방향)으로부터는, 중심 드럼(13)의 외주벽(16)을 들여다 볼 수만 있게 된다. 또 케이블(27)의 중심 드럼(13)내에 연장된 부분은 달팽이형상 부분(21)의 외주면을 따라 굴곡되고, 그 최소 곡률 반경이 달팽이형상 부분(21)의 곡률로 규정되어, 가파른 각도로 구부릴 수 없게 된다. 게다가 긴 셔터판(23L)은 달팽이형상 부분(21)의 가이드홈(22)내에 들어가 있으므로, 통형상 돌출부(15)를 거쳐서 중심 드럼(13)내에 끌어 넣어져 있는 케이블(27)과 간섭하는 일이 없다.

도 3에 도시한 상태로부터, 선회 암(1)을 더욱 구부림에 따라서, 클리어런스 홈(26)의 일방의 둘레방향 단부벽(29)이 짧은 셔터판(23S)의 단부(30)에 맞닿아서 슬릿(17)을 닫게 되기 때문에, 도 3의 화살표 C방향으로부터 클리어런스 홈(26) 사이에 중심 드럼(13) 내측이 보이는 것이 방지된다.

선회 암(1)을 펴면, 드럼 홀더(14)에 걸어맞춘 선회 암(1)의 일방의 걸어맞춤편(25a)에 긴 셔터판(23L)의 단부(31)가 밀려서 슬릿(17)을 닫아 간다. 너클조인트(3)가 곧바로 뻗으면, 슬릿(17)은 긴 셔터판(23L)으로 완전히 닫히므로, 중심 드럼(13)내에 진애 등이 침입하는 것이 방지되는 동시에, 도 2의 화살표 B방향으로부터 클리어런스 홈(26) 사이에 중심 드럼(13) 내측이 보이는 것이 방지된다.

이상에서 설명한 본 발명에 의한 케이블 가이드는, 어깨 또는 손목 등, 다른 관절부분에도 동일하게 적용가능하다. 또 상기의 선회 암(1)과 고정 암(2)과의 관계도, 어디까지나 상대적인 것이며, 상기와는 역의 관계이어도 동일하게 실시할 수 있다. 또 각 암(1·2)과 케이블(27)과의 관계는, 적어도 어느 한쪽의 암과 케이블(27)이 실질적으로 일체로 이동하면, 중심 드럼(13)과 드럼 홀더(14)의 상대적으로 회전을 지장 없이 행할 수 있다. 또한, 상기와 같은 전선에 한하지 않고, 유압이나 공압을 공급하는 플랙시블 튜브 등의 가이드에도 적용가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 케이블의 관절부를 통과하는 부분의 치수를 최단화 할 수 있으므로, 경량화를 추진하고 또한 동력전달 손실의 저감에 기여하는 바가 크다. 게다가 케이블이 노출되지 않으므로, 외관이 손상되지 않는 것은 물론, 케이블이 보호되는 동시에, 관절부의 회전에 따르는 케이블의 굴곡부의 곡률이 규정되므로, 반복 굽힘으로 케이블에 미치는 데미지가 경감되어, 신뢰성을 향상하는데에도 효과적이다. 이것들과 더불어, 중심 드럼과 드럼 홀더와의 상대적으로 회전은 케이블의 움직임에 따라서 행해지므로, 동력을 필요로 하지 않아, 구조도 간략하다.

Claims

제 1 링크(2)와 제 2 링크(1)를 상대적으로 회전 자유롭게 연결한 관절부에 있어서 동력원 또는 제어신호를 전달하는 케이블(27)을 가이드 하기 위한 케이블 가이드로서,

원형의 외주벽(16)을 갖고 상기 제 1 링크에 부착된 중심 드럼(13), 및 상기 중심 드럼을 동축으로 둘러싸고 상기 제 2 링크에 고정된 환형상의 드럼 홀더(14)를 포함하고,

상기 외주벽은, 상기 제 1 링크에 정합되는 제 1 각도위치에 형성된 구멍(28), 및 제 2 각도위치에 형성되고 상기 제 1 링크에 대한 상기 제 2 링크의 회전운동의 각도범위에 대응하도록 둘레 방향으로 긴 슬롯(17)을 구비함으로써, 케이블을 상기 구멍으로부터 상기 중심 드럼 내측으로 통과하여 상기 슬롯으로부터 상기 중심 드럼 외측을 향하여 배선하도록 하고,

상기 드럼 홀더는, 상기 중심 드럼 내측을 향하여 뻗어 있는 케이블의 부분과의 간섭을 피하기 위한 절제부(26)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 중심 드럼에 고정 부착되고, 상기 중심 드럼내에서, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크 사이의 회전 운동의 중심에 인접하는 위치를 향 하여 뻗어 있는 케이블 지지부재(21)를 더 갖는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
제 3 항에 있어서, 상기 중심 드럼이 단부벽을 갖고, 상기 케이블 지지부재가 상기 단부벽에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
제 1 항에 있어서, 상기 슬롯을 선택적으로 개폐하기 위해서, 상기 중심 드럼에 의해 슬라이딩 자유롭게 가이드 된 적어도 1매의 셔터판(23L)을 더 갖는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
제 5 항에 있어서, 상기 셔터판이, 상기 슬롯을 열 때는 상기 케이블의 일부에 의해 구동되고, 상기 슬롯을 닫을 때는 상기 제 2 링크에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
삭제
삭제
제 8 항에 있어서, 상기 중심 드럼이 1쌍의 단부벽을 갖고, 상기 케이블 지지부재가 상기 양 단부벽으로부터 서로 근접하는 방향으로 돌출하는 1쌍의 리브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블이, 상기 구멍에 인접하는 위치에서 상기 중심 드럼에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크가, 상기 중심 드럼의 양측부에서 서로 회전 가능하게 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 관절부의 케이블 가이드.