KR100774887B1 - Apparatus for 3-axis articulation of manipulator - Google Patents

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KR100774887B1
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김봉석
이종배
문찬우
김영욱
박창우
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전자부품연구원
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Abstract

A three-axis joint of a manipulator is provided to allow three-axis movement of the joint in a narrow space without increasing a load capacity. A three-axis joint of a manipulator includes a base frame(10), a first shaft(20), a first motor(30), a rotary frame(40), a second shaft(50), a pair of first slave gears(61,62), a second motor(70), a third motor(80), a third shaft(90), and a second slave gear(110). The first shaft is rotatably installed on the base frame. The first motor drives the first shaft. The rotary frame is fixed on one end of the first shaft and rotates together with the first shaft. The second shaft is secured in the rotary frame in an approximately vertical direction to the first shaft. The slave gears face the second shaft to be rotatable around the second shaft. The second motor is fixed onto the first shaft, and rotates one of the slave gears. The third motor is fixed onto the first shaft, and rotates the other one. The third shaft is arranged in an approximately vertical direction to the second shaft. The second slave gear is rotatable around the third shaft, and contacts with the first slave gears.

Description

매니퓰레이터의 삼축 관절장치{APPARATUS FOR 3-AXIS ARTICULATION OF MANIPULATOR}Triaxial joint device of manipulator {APPARATUS FOR 3-AXIS ARTICULATION OF MANIPULATOR}

도 1은 본 발명에 따른 매니퓰레이터의 삼축 관절장치의 일실시예의 분해사시도,1 is an exploded perspective view of an embodiment of a triaxial joint device of the manipulator according to the present invention;

도 2는 도 1의 실시예의 결합사시도,2 is a perspective view of the embodiment of FIG.

도 3은 도 2의 A-A선에서 바라본 단면도,3 is a cross-sectional view taken from the line A-A of FIG.

도 4는 도 1의 실시예의 작동상태를 도시한 사시도,4 is a perspective view showing an operating state of the embodiment of FIG.

도 5는 도 1의 실시예의 다른 작동상태를 도시한 사시도,5 is a perspective view showing another operating state of the embodiment of FIG.

도 6은 도 1의 실시예의 또다른 작동상태를 도시한 사시도.6 is a perspective view showing another operating state of the embodiment of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 고정프레임 20: 제1축10: fixed frame 20: first axis

30: 제1모터 40: 회전프레임30: first motor 40: rotation frame

50: 제2축 61, 62: 제1종동기어50: 2nd axis 61, 62: 1st driven gear

70: 제2모터 80: 제3모터70: second motor 80: third motor

90: 제3축 100: 연결블럭90: 3rd axis 100: connecting block

110: 제2종동기어110: second driven gear

본 발명은 매니퓰레이터에 관한 것으로, 특히 좁은 공간 내에서 3축 운동을 가능하도록 하는 매니퓰레이터용 관절장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to manipulators, and more particularly, to a manipulator joint device that enables three-axis movement in a narrow space.

매니퓰레이터는 사람의 팔에 상당하는 기능을 수행하기 위한 기계는 기계장치를 말하는데, 통상 복수의 링크(link)를 포함하며, 각 링크 사이에는 관절이 구비되어 어느 한 링크는 인접한 다른 링크에 대해 상대적으로 회동할 수 있게 되어 있다. 이런 매니퓰레이터는 복수의 관절을 구비하고 있으므로 산업용 로봇으로 사용될 때는 특히 다관절 로봇이라 칭하기도 한다.A manipulator is a machine for performing a function equivalent to a human arm. A manipulator generally includes a plurality of links, and joints are provided between each link so that one link is relatively relative to another adjacent link. It is possible to rotate. Since the manipulator has a plurality of joints, the manipulator may be called an articulated robot, especially when used as an industrial robot.

일반적으로 이들 복수의 관절은 직렬적으로 배치된다. 예를 들어, 4개의 링크를 구비한 매니퓰레이터는, 제1링크, 제1관절, 제2링크, 제2관절, 제3링크, 제3관절, 제4링크의 순으로 각 링크와 관절이 번갈아 배치되어 구성된다. 이 중 제1링크를 고정점, 즉 베이스(base)로 하면, 각 관절은 각각 3차원 상의 최소한 임의의 한 축을 중심으로 한 회전운동이 가능하게 하도록 설계되므로, 최종적인 제4링크는 베이스에 대해 3차원 좌표 상의 임의의 지점으로 인도될 수 있다.Generally these multiple joints are arranged in series. For example, a manipulator having four links is arranged alternately with each link and joint in the order of the first link, the first joint, the second link, the second joint, the third link, the third joint, and the fourth link. It is configured. If the first link is a fixed point, that is, a base, each joint is designed to allow rotational movement about at least one axis in three dimensions, respectively, so that the final fourth link is relative to the base. It can be guided to any point on three-dimensional coordinates.

각 관절에 배치되어 링크를 구동하기 위한 액츄에이터(actuator)로는 전기모터나 공압실린더 등이 선택적으로 사용된다.An electric motor, a pneumatic cylinder, or the like is selectively used as an actuator disposed at each joint to drive the link.

그런데, 위와 같은 예에서 제3관절을 구동하기 위한 액츄에이터에 비해 제1관절을 구동하기 위한 액츄에이터에는 더 큰 구동력을 낼 수 있어야 한다. 왜냐하면, 제1관절을 구동하는 액츄에이터는 제2링크 이하 다른 링크와 관절의 자중을 부 담하여야 하므로 더 큰 가반하중(load capacity)을 필요로 하기 때문이다. 이는 각 링크의 길이를 최소화함으로써 부분적으로 해결할 수는 있다. 그러나 제1관절을 구동하기 위한 액츄에이터의 구동력을 증대시킬 필요성은 여전히 남기 때문에 액츄에이터를 대형화하여야 하는 수밖에 없는데, 액츄에이터의 대형화는 각 링크 및 관절의 자중을 더 늘이게 되므로 액츄에이터에 가해지는 부하를 다시 증대시키는 악순환에 빠질 수 있는 문제점이 있다.However, in the above example, the actuator for driving the first joint should have a greater driving force than the actuator for driving the third joint. This is because the actuator driving the first joint needs to bear the weight of other links and joints below the second link and thus requires a larger load capacity. This can be partially solved by minimizing the length of each link. However, the necessity to increase the driving force of the actuator for driving the first joint remains, and the actuator must be enlarged. The enlargement of the actuator increases the weight of each link and joint, thereby increasing the load on the actuator again. There is a problem that can fall into a vicious cycle.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 복수의 관절을 구비한 다관절 매니퓰레이터에 있어서, 단일 관절에서 2축 이상 복합적인 운동이 가능하도록 함으로써 각 관절부의 자중에 의해 기단부로 갈수록 액츄에이터에 가해지는 부하의 증가 없이 다축운동이 가능하도록 한 관절장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, in the multi-joint manipulator having a plurality of joints, by allowing the combined movement of more than two axes in a single joint, the actuator toward the proximal end by the weight of each joint portion An object of the present invention is to provide an articulation device capable of multi-axis movement without increasing the load applied to it.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 매니퓰레이터의 삼축 관절장치는, 고정프레임과, 상기 고정프레임에 대해 회전가능하도록 설치된 제1축과, 상기 제1축을 회전구동하기 위한 제1모터와, 상기 제1축의 일단에 고정되어 제1축과 함께 회전하는 회전프레임과, 상기 제1축에 대해 실질적으로 수직이 되도록 상기 회전프레임에 설치된 제2축과, 각각 상기 제2축을 중심으로 회전가능하도록 상기 제2축에 마주보고 설치된 한 쌍 의 제1종동기어와, 상기 제1축에 고정되고 상기 한 쌍의 제1종동기어 중 어느 하나를 회전구동하기 위한 제2모터와, 상기 제1축에 고정되고 상기 한 쌍의 제1종동기어 중 다른 하나를 회전구동하기 위한 제3모터와, 상기 제2축에 대해 실질적으로 수직이 되도록 설치된 제3축과, 상기 제3축을 중심으로 회전가능하게 설치되고 상기 한 쌍의 제1종동기어에 각각 외접하는 제2종동기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.The triaxial joint device of the manipulator according to the present invention is fixed to a fixed frame, a first shaft rotatably installed with respect to the fixed frame, a first motor for rotating the first shaft, and one end of the first shaft. A rotating frame that rotates together with a first axis, a second axis installed on the rotating frame to be substantially perpendicular to the first axis, and installed to face the second axis so as to be rotatable about the second axis, respectively. A pair of first driven gears, a second motor fixed to the first shaft to drive one of the pair of first driven gears, and a pair of first fixed to the first shaft A third motor for rotating the other of the driven gear, a third shaft installed to be substantially perpendicular to the second axis, and rotatably installed about the third axis, and the pair of first driven drives On gear It characterized in that it comprises a respective outer facing the second driven gear.

본 발명에 따른 매니퓰레이터의 관절장치에 있어서, 연결블럭을 더 포함하고, 상기 제2축은 직렬적으로 배치되고 각각 외측 단부가 상기 회전프레임에 대해 회전가능하게 설치되고 내측 단부가 상기 연결블럭에 회전가능하게 설치된 두 개의 보조축을 포함하며, 상기 제3축은 상기 연결블럭에 회전가능하도록 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.In the joint device of the manipulator according to the invention, further comprising a connection block, the second axis is arranged in series, each outer end is rotatably installed relative to the rotation frame and the inner end is rotatable to the connection block It includes two auxiliary shafts, wherein the third shaft may be installed to be rotatable to the connection block.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 스터드 용접건의 리프팅 모듈의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the lifting module of the stud welding gun according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 매니퓰레이터 삼축 관절장치의 일실시예를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 결합사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A선에서 바라본 단면도이다.1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a manipulator triaxial joint apparatus according to the present invention, Figure 2 is a combined perspective view of Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view seen from the line A-A of FIG.

고정프레임(10)은 다른 구성을 지지하기 위한 것으로, 다축 관절 구동의 기준점이 된다. 도 1 및 2에는 고정프레임(10)이 한 쌍의 수직벽체(11)와, 이 수직벽체들(11)의 하단부를 연결하는 수평벽체(12)를 포함하여, 그 단면형상이 전체적으로 'U'자 형상인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이 형상에 한정되는 것은 아니 다.The fixed frame 10 is for supporting another configuration and serves as a reference point for the multi-axis joint drive. 1 and 2, the fixed frame 10 includes a pair of vertical walls 11 and horizontal walls 12 connecting lower ends of the vertical walls 11, the cross-sectional shape of which is generally 'U'. Although shown to be a child shape, it is not necessarily limited to this shape.

제1축(20)은 고정프레임(10)에 대해 회전가능하게 설치되며, x축 방향을 따라 배치된다. 이를 위해 고정프레임(10)의 한 쌍의 수직벽체(11)에 각각 관통구멍을 형성하고, 각 관통구멍에 베어링을 설치하여 베어링이 제1축(20)의 양단을 지지하도록 하는 것이 바람직하다.The first shaft 20 is rotatably installed with respect to the fixed frame 10 and disposed along the x-axis direction. To this end, it is preferable to form through holes in the pair of vertical walls 11 of the fixed frame 10, and to install bearings in each of the through holes so that the bearings support both ends of the first shaft 20.

제1모터(30)는 제1축(20)을 회전구동하기 위한 것으로, 고정프레임(10)에 고정되도록 설치되어 제1축(20)의 한 쪽 단부(20a)에 그 회전자가 결합되어 제1축(20)을 직접 회전시키도록 할 수 있다. 그러나, 제1모터(30)는 아래에서 설명할 회전프레임(40), 제2축(50), 제3축(90) 등 다른 구성들의 하중 또는 회전관성모멘트를 극복하고 구동시킬 수 있어야 하므로, 도 3에 도시한 바와 같이 벨트구동방식 등에 의해 제1축(20)을 간접적으로 회전구동하도록 하는 것이 바람직하다.The first motor 30 is for rotating the first shaft 20, is installed to be fixed to the fixed frame 10, the rotor is coupled to one end (20a) of the first shaft (20) One axis 20 can be rotated directly. However, since the first motor 30 must be able to drive and drive the load or rotational inertia moment of other components, such as the rotating frame 40, the second shaft 50, the third shaft 90 to be described below, As shown in FIG. 3, it is preferable to indirectly rotate the first shaft 20 by a belt driving method or the like.

회전프레임(40)은 제1축(20)의 다른 쪽 단부(20b)에 고정된다. 따라서 회전프레임(40)은 제1축(20)과 함께 고정프레임(10)에 대해 회전할 수 있다. 회전프레임(40)은 한 쌍의 세로바(bar)(41)와 이 세로바들의 일단부를 연결하는 가로바(42)를 포함하며, 고정프레임(10)과 마찬가지로 그 단면 형상이 전체적으로 'U'자 형상이 되도록 하고, 가로바(42)가 제1축(20)의 다른 쪽 단부(20b)에 고정되도록 배치한다. 회전프레임(40)이 제1축(20)에 고정된 채 고정프레임(10)에 대해 원활하게 회전하도록 하기 위해 보조원판(43)을 제1축(20)의 다른 쪽 단부(20b)에 고정한 후, 회전프레임(40)으로부터 연장된 연결프레임(44)이 이 보조원판(43)에 고정되도록 구성할 수 있다.The rotating frame 40 is fixed to the other end 20b of the first shaft 20. Therefore, the rotating frame 40 may rotate with respect to the fixed frame 10 together with the first shaft 20. The rotating frame 40 includes a pair of vertical bars 41 and horizontal bars 42 connecting one end of the vertical bars, and similarly to the fixed frame 10, the cross-sectional shape of the rotating frame 40 is generally 'U'. The horizontal bar 42 is fixed to the other end 20b of the first shaft 20 so as to have a shape of a child. The auxiliary disc 43 is fixed to the other end 20b of the first shaft 20 so that the rotation frame 40 is smoothly rotated with respect to the fixed frame 10 while being fixed to the first shaft 20. Then, the connecting frame 44 extending from the rotating frame 40 can be configured to be fixed to the secondary disk 43.

제2축(50)은 제1축(20)에 대해 실질적으로 수직이 되도록 회전프레임(40)에 설치된다. 즉, 제2축(50)은 회전프레임(40)의 한 쌍의 세로바(41) 사이에서 y축 방향을 따라 배치된다.The second shaft 50 is installed on the rotating frame 40 to be substantially perpendicular to the first shaft 20. That is, the second shaft 50 is disposed along the y-axis direction between the pair of vertical bars 41 of the rotating frame 40.

제2축(50)에는 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)가 설치된다. 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)는 각각 베벨기어인 것이 바람직하며, 기어면이 서로 마주보도록 배치된다. 도면에는 제1 종동기어들(61, 62)이 각각 2단의 기어를 가진 것으로 도시하였으나, 이는 아래에서 설명할 제2 종동기어(110)와의 기어비를 조절하기 위한 것이며, 기어가 1단으로만 형성되더라도 무방하다. 또한 이 제1종동기어들(61, 62)은 각각 제2축(50)을 중심축으로 하여 회전가능하도록 배치된다. 따라서 제1종동기어들(61, 62)이 제2축(50)에 대해 회전가능하게 설치될 수도 있고, 제1종동기어들(61, 62)은 제2축(50)에 고정된 채, 제2축(50)이 회전프레임(40)에 대해 회전가능하도록 설치될 수도 있다. 제작의 용이성을 고려하여 취사선택할 수 있으나 후자의 경우에는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 제2축(50)이 두 부분, 즉 두 개의 보조축(51, 52)으로 나뉘어 형성되고, 각 보조축(51, 52)의 외측 단부가 회전프레임(40)의 각 세로바(41)에 회전가능하게 결합되어, 각 보조축(51, 52)이 서로 반대방향으로도 회전할 수 있어야 한다. 이는 제2축(50)의 두 개의 보조축(51, 52)에 각각 제1종동기어(61, 62)가 고정되도록 하고, 각 제1종동기어(61, 62)가 서로 반대방향으로 회전할 수 있도록 하기 위함이다.The second shaft 50 is provided with a pair of first driven gears 61 and 62. Preferably, the pair of first driven gears 61 and 62 are bevel gears, respectively, and the gear surfaces face each other. In the drawing, the first driven gears 61 and 62 each have two gears, but this is for adjusting the gear ratio with the second driven gear 110 to be described below, and the gear is only in one gear. It may be formed. In addition, the first driven gears 61 and 62 are disposed to be rotatable about the second axis 50 as the center axis, respectively. Accordingly, the first driven gears 61 and 62 may be rotatably installed about the second shaft 50, and the first driven gears 61 and 62 are fixed to the second shaft 50. The second shaft 50 may be installed to be rotatable with respect to the rotating frame 40. In the latter case, as shown in FIGS. 1 to 3, the second shaft 50 may be divided into two parts, that is, the two auxiliary shafts 51 and 52, respectively. The outer ends of the auxiliary shafts 51 and 52 are rotatably coupled to the respective vertical bars 41 of the rotating frame 40, so that each of the auxiliary shafts 51 and 52 can also rotate in opposite directions. This allows the first driven gears 61 and 62 to be fixed to the two auxiliary shafts 51 and 52 of the second shaft 50, respectively, and the first driven gears 61 and 62 may rotate in opposite directions. To do so.

한 쌍의 제1종동기어(61, 62)를 각각 회전구동하기 위하여 한 쌍의 모터, 즉 제2모터(70) 및 제3모터(80)가 구비된다. 이들 제2모터(70) 및 제3모터(80)는 각 각 제1축(20)이나 회전프레임(40)에 선택적으로 고정될 수 있으며, 제1축(20)과 함께 회전할 수 있으면 된다. 또한 제2모터(70) 및 제3모터(80)는 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)를 각각 회전구동시키기 위한 것으로, 각각의 회전자에 피니언(71, 81)이 결합되고, 각 피니언(71, 81)이 제1종동기어(61, 62)에 각각 맞물리게 된다. 제1종동기어(61, 62)가 베벨기어이므로 이 피니언들(71, 81) 또한 베벨기어 형상인 것이 바람직하다. 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)는 각각 분리된 구동원을 가지고 있으므로, 각 구동원, 즉 제2모터(70) 및 제3모터(80)의 회전방향을 제어함으로써 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)의 회전이 동일방향 또는 반대방향이 되도록 할 수 있다. 나아가 필요하다면 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)의 회전 속도 또한 서로 다르게 조절할 수도 있다.A pair of motors, that is, a second motor 70 and a third motor 80, are provided to rotate the pair of first driven gears 61 and 62, respectively. The second motor 70 and the third motor 80 may be selectively fixed to the first shaft 20 or the rotation frame 40, respectively, and may rotate together with the first shaft 20. . In addition, the second motor 70 and the third motor 80 are for driving the pair of first driven gears 61 and 62, respectively, the pinions 71 and 81 are coupled to each rotor, Each pinion 71, 81 is engaged with the first driven gear 61, 62, respectively. Since the first driven gears 61 and 62 are bevel gears, these pinions 71 and 81 are also preferably bevel gears. Since the pair of first driven gears 61 and 62 have separate drive sources, the pair of first driven gears is controlled by controlling the rotation directions of the respective drive sources, that is, the second motor 70 and the third motor 80. The rotation of the gears 61 and 62 can be in the same or opposite directions. Furthermore, if necessary, the rotational speeds of the pair of first driven gears 61 and 62 may also be adjusted differently.

제3축(90)은 제2축(50)에 대해 실질적으로 수직이 되도록 설치된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제2축(50)이 두 보조축(51, 52)으로 나뉘어 형성된 경우, 제2축(50)의 두 보조축(51, 52)의 각 내측 단부 사이에 연결블럭(100)을 배치하고, 제3축(90)은 이 연결블럭(100)에 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 연결블럭(100)은 제2축(50)의 각 보조축(51, 52)의 내측 단부를 회전가능하도록 지지함과 동시에 제3축(90)을 회전가능하도록 지지한다. 제3축(90)에는 제2종동기어(110)가 고정되어 있으며, 이 제2종동기어(110)는 제2축(50)의 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)에 모두 접하도록 설치되어 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)의 회전방향 및 속도에 따라 제3축(90)이 운동되도록 한다. 따라서 제2종동기어(110) 또한 베벨기어인 것이 바람직하다.The third shaft 90 is installed to be substantially perpendicular to the second shaft 50. 1 to 3, when the second shaft 50 is formed by dividing the two auxiliary shafts 51 and 52, between each inner end of the two auxiliary shafts 51 and 52 of the second shaft 50. It is preferable that the connection block 100 is disposed at the third shaft 90, and the third shaft 90 is rotatably installed at the connection block 100. The connection block 100 rotatably supports the inner ends of the respective auxiliary shafts 51 and 52 of the second shaft 50 and rotatably supports the third shaft 90. The second driven gear 110 is fixed to the third shaft 90, and the second driven gear 110 contacts all of the pair of first driven gears 61 and 62 of the second shaft 50. The third shaft 90 moves in accordance with the rotation direction and the speed of the pair of first driven gears 61 and 62. Therefore, it is preferable that the second driven gear 110 is also a bevel gear.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조로 본 발명에 따른 매니퓰레이터 삼축 관절장치의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the manipulator triaxial joint device according to the present invention with reference to FIGS.

도 4는 도 2의 실시예에서 제3축(90)이 x축을 중심으로 하여 소정 각도 회전한 상태를 도시한 것이다. 제1모터(30)를 회전시키면 그 구동력에 의해 제1축(20)이 회전하는데, 제1축(20)은 x축 방향으로 배치되어 있으며, 이에 고정된 회전프레임(40)이 함께 회전된다. 제2모터(70) 및 제3모터(80)가 작동하지 않는 상황에서 이와 같이 제1모터(30)만 회전시킴으로써 제3축(90)이 x축을 중심으로 하여 회전하도록 할 수 있다.4 illustrates a state in which the third axis 90 is rotated by a predetermined angle about the x axis in the embodiment of FIG. 2. When the first motor 30 is rotated, the first shaft 20 is rotated by the driving force. The first shaft 20 is disposed in the x-axis direction, and the rotating frame 40 fixed thereto is rotated together. . In the situation where the second motor 70 and the third motor 80 do not operate, the third shaft 90 may rotate about the x axis by rotating only the first motor 30 as described above.

도 5는 도 2의 실시예에서 제3축(90)이 y축을 중심으로 하여 소정 각도 회전한 상태를 도시한 것이다. 제2모터(70)와 제3모터(80)를 각각 반대방향으로 회전시키면, 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)가 회전하면서 제2축(50)의 두 보조축(51, 52)을 동일한 방향으로 회전한다. 그러면 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)에 맞물린 제2종동기어(110)는 양측 제1종동기어(61, 62)에 의해 지지된 채로 제3축(90)이 제2축(50)을 중심으로 회전하도록 한다. 이때 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)의 회전속도가 동일하다면, 제2종동기어(110)는 각 제1종동기어(61, 62)에 대한 상대적인 회전이 전혀 없게 된다.FIG. 5 illustrates a state in which the third axis 90 is rotated by a predetermined angle about the y axis in the embodiment of FIG. 2. When the second motor 70 and the third motor 80 are rotated in opposite directions, respectively, the pair of first driven gears 61 and 62 rotates, so that the two auxiliary shafts 51 and 52 of the second shaft 50 are rotated. ) Rotate in the same direction. Then, as the second driven gear 110 engaged with the pair of first driven gears 61 and 62 is supported by both of the first driven gears 61 and 62, the third shaft 90 is connected to the second shaft 50. Rotate around. At this time, if the rotational speeds of the pair of first driven gears 61 and 62 are the same, the second driven gear 110 has no relative rotation with respect to each of the first driven gears 61 and 62.

도 6은 도 2의 실시예에서 제3축(90)이 z축을 중심으로 하여 소정 각도 회전한 상태를 도시한 것이다. 제2모터(70)와 제3모터(80)를 서로 동일한 방향으로 회전시키면, 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)가 회전하면서 제2축(50)의 두 보조축(51, 52)은 서로 반대 방향으로 회전한다. 그러면 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)에 맞물 린 제2종동기어(110)는 제자리에서 회전하게 되고, 특히 제3축(90)이 z축과 나란한 방향으로 배치되어 있는 상태라면, 제3축(90)은 z축을 중심으로 회전하게 된다. 이때 제2모터(70)와 제3모터(80)의 회전속도가 동일하다면 제3축(90)은 제2축(50)에 대해 상대적인 회전이 전혀 없게 된다.FIG. 6 illustrates a state in which the third axis 90 is rotated by a predetermined angle about the z axis in the embodiment of FIG. 2. When the second motor 70 and the third motor 80 are rotated in the same direction, the two auxiliary shafts 51, 52 of the second shaft 50 rotate while the pair of first driven gears 61, 62 rotate. ) Rotate in opposite directions. Then, the second driven gear 110 meshed with the pair of first driven gears 61 and 62 rotates in place, and in particular, if the third shaft 90 is arranged in a direction parallel to the z-axis, The third axis 90 is rotated about the z axis. At this time, if the rotation speeds of the second motor 70 and the third motor 80 are the same, the third shaft 90 has no rotation relative to the second shaft 50 at all.

즉, 제2모터(70)와 제3모터(80)의 회전속도 및 회전방향을 조절함으로써, 한 쌍의 제1종동기어(61, 62)와 하나의 제2종동기어(110) 만으로, 제3축(90)이 y축을 중심으로 한 회전운동, z축을 중심으로 한 회전운동, 또는 두 회전운동을 복합한 운동을 하도록 할 수 있다.That is, by adjusting the rotational speed and the rotational direction of the second motor 70 and the third motor 80, only the pair of first driven gear (61, 62) and one second driven gear 110, The three axes 90 may have a rotational motion about the y-axis, a rotational motion about the z-axis, or a combination of the two rotational motions.

요컨대, 고정프레임(10)에 대해 제3축(90)이 3개의 축에 대한 회전운동을 복합적으로 수행할 수 있으므로, 제3축(90)에 매니퓰레이터의 링크를 고정하면, 이 링크를 고정프레임(10)에 대해 3축 회전운동하도록 제어하는 것이 가능하다.In other words, since the third shaft 90 can perform the rotational motion about the three axes in combination with respect to the fixed frame 10, when the link of the manipulator is fixed to the third axis 90, the link is fixed to the fixed frame. It is possible to control three-axis rotational movement with respect to (10).

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 매니퓰레이터의 삼축 관절장치에 따르면 한 쌍의 제1종동기어와 하나의 제2종동기어 만으로 임의의 두 축을 중심으 로 한 회전운동을 하도록 할 수 있다. 또한 부가적으로 제1축을 회전시킴으로써 한 쌍의 제1종동기어 및 제2종동기어를 전체로써 회전시킬 수 있으므로 결과적으로 좁은 공간내에서 3축 운동이 가능한 관절장치를 구축할 수 있다. 따라서 복수의 관절이 직렬적으로 배치된 것과 달리 액츄에이터의 자중이 액츄에이터에 요구되는 가반하중을 증대시키지 않으며, 기단부로 갈수록 더 큰 가반하중을 가진 액츄에이터가 필요한 문제점을 해결할 수 있다.As described above, according to the triaxial joint device of the manipulator according to the present invention, only a pair of first driven gear and one second driven gear may be used to perform rotational movement about any two axes. Further, by additionally rotating the first axis, the pair of first driven gear and the second driven gear can be rotated as a whole, resulting in the construction of a joint device capable of three-axis movement in a narrow space. Therefore, unlike a plurality of joints arranged in series, the weight of the actuator does not increase the payload required for the actuator, and it is possible to solve the problem of an actuator having a larger payload toward the base end.

Claims (2)

고정프레임과,Fixed frame, 상기 고정프레임에 대해 회전가능하도록 설치된 제1축과,A first shaft rotatably installed relative to the fixed frame; 상기 제1축을 회전구동하기 위한 제1모터와,A first motor for rotating the first shaft, 상기 제1축의 일단에 고정되어 제1축과 함께 회전하는 회전프레임과,A rotating frame fixed to one end of the first shaft and rotating together with the first shaft; 상기 제1축에 대해 실질적으로 수직이 되도록 상기 회전프레임에 설치된 제2축과,A second shaft installed in the rotating frame to be substantially perpendicular to the first axis; 각각 상기 제2축을 중심으로 회전가능하도록 상기 제2축에 마주보고 설치된 한 쌍의 제1종동기어와,A pair of first driven gears facing the second shaft so as to be rotatable about the second shaft, 상기 제1축에 고정되고 상기 한 쌍의 제1종동기어 중 어느 하나를 회전구동하기 위한 제2모터와,A second motor fixed to the first shaft and configured to rotate one of the pair of first driven gears; 상기 제1축에 고정되고 상기 한 쌍의 제1종동기어 중 다른 하나를 회전구동하기 위한 제3모터와,A third motor fixed to the first shaft and for rotating the other of the pair of first driven gears; 상기 제2축에 대해 실질적으로 수직이 되도록 설치된 제3축과,A third axis installed to be substantially perpendicular to the second axis; 상기 제3축을 중심으로 회전가능하게 설치되고 상기 한 쌍의 제1종동기어에 각각 외접하는 제2종동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터용 삼축 관절장치.And a second driven gear rotatably installed about the third axis and circumscribed to the pair of first driven gears, respectively. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 연결블럭을 더 포함하고,Further includes a connection block, 상기 제2축은 직렬적으로 배치되고 각각 외측 단부가 상기 회전프레임에 대해 회전가능하게 설치되고 내측 단부가 상기 연결블럭에 회전가능하게 설치된 두 개의 보조축을 포함하며,The second shaft is disposed in series and each includes two auxiliary shafts whose outer ends are rotatably installed with respect to the rotating frame and whose inner ends are rotatably installed on the connecting block, 상기 제3축은 상기 연결블럭에 회전가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터의 삼축 관절장치.And the third shaft is rotatably installed on the connection block.
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