KR100882920B1 - 모듈형 로봇 구동부의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2자유도(2DOF; 2 Degress of Freedom) 이상의 로봇에 구비되는 모듈의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 모듈의 외관이 되는 고정하우징과, 상기 고정하우징에 연결되어 회전하는 회전하우징의 각각의 외측에 케이블이 접속되는 입력 커넥터와, 출력 커넥터를 구비하여 상기 입력 커넥터와 출력 커넥터의 연결은 고정하우징과 회전하우징의 내부를 통하여 이루어지고, 상기 회전하우징의 출력 커넥터에 연결된 케이블은 상기와 동일한 또 다른 모듈의 외관이 되는 고정하우징과 회전하우징 중 고정하우징의 입력 커넥터에 연결함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조에 관한 것이다.

로봇, 케이블, 중공형 모터, 모듈

Description

모듈형 로봇 구동부의 구조{Structure of modular robot actuation system}

본 발명은 적어도 2자유도(2DOF; 2 Degress of Freedom) 이상의 로봇에 구비되는 모듈의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 모듈의 외관이 되는 고정하우징과, 상기 고정하우징에 연결되어 회전하는 회전하우징의 각각의 외측에 케이블이 접속되는 입력 커넥터와, 출력 커넥터를 구비하여 상기 입력 커넥터와 출력 커넥터의 연결은 고정하우징과 회전하우징의 내부를 통하여 이루어지고, 상기 회전하우징의 출력 커넥터에 연결된 케이블은 상기와 동일한 또 다른 모듈의 외관이 되는 고정하우징과 회전하우징 중 고정하우징의 입력 커넥터에 연결함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조에 관한 것이다.

일반적인 2자유도 이상의 교육용 또는 연구용 모듈 구조를 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 모듈의 구성을 크게 고정되는 고정부(3)와 회전되는 회전부(4)로 구분하고, 이와 같은 모듈을 다수개 구비하여 원하는 방향으로 모듈을 서로 결합함으로써 최소 2자유도 이상의 교육용 또는 연구용 로봇을 구성한다.

이하, 상기의 구성을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 상기 모듈의 고정부(3)는 내부에 모터 및 감속기 등이 구비되고, 상기 고정부(3)의 외측은 케이블 입력커넥터(3a)와 출력 커넥터(3b)를 각각 구비한다. 또한, 모듈의 회전부(4)는 상기 고정부(3)와 결합되어 고정부(3)의 모터 및 감속기의 구동과 연동된다.

여기서, 모터 및 감속기는 입력 커넥터(3a)와 연결되고, 입력 커넥터(3a)는 외부(컨트롤러와 전원공급부)(미도시)와 연결된 케이블과 접속된다. 따라서, 모터 및 감속기는 컨트롤러의 제어신호와 전원공급부의 전원을 통하여 동작이되고, 이와 연동되는 회전부(4) 또한 상기 전원 및 제어신호에 영향을 받는다.

한편, 2자유도 이상의 로봇을 구성하기 위해서는 이와 같은 모듈을 하나 더 구비함으로써 이루어지는데 모듈간 결합 구조는 첫번째 모듈의 회전부(3)와 두번째 모듈의 고정부(5)가 결합함으로써 이루어진다. 구체적으로는 첫번째 모듈의 고정부(3)의 입력 커넥터(3a)는 외부와 연결된 케이블과 연결되고, 출력 커넥터(3b)는 별도의 케이블(9)을 구비하여 두번째 모듈의 고정부(5)의 입력 커넥터(5a)에 연결한다. 이때 별도의 케이블(9)은 첫번째 모듈의 회전부(4)의 회전으로 첫번째 모듈의 고정부(3)의 출력 커넥터(3b), 또는 두번째 모듈의 고정부(5)의 입력 커넥터(5a)로부터의 이탈을 방지하기 위해 길이가 넉넉한 구성이어서 미관상 좋지 않고, 케이블의 꼬임 및 다른 모듈과의 간섭으로 로봇의 작동을 저해하는 요소로 작용하였으며, 심할 경우 기계적 손실까지도 감수해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2자유도 이상의 교육용 또는 연구용 로봇을 제작함에 있어 각각의 모듈에 전원 및 전기적신호를 공급하기 위한 케이블의 간소화를 이루기 위해 모듈의 구조를 본 발명과 같이 개선하여 상기 케이블로 인한 문제점을 해소한 2자유도 이상의 로봇 모듈의 구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 모듈의 외관이 되는 고정하우징과, 상기 고정하우징에 연결되어 회전하는 회전하우징의 각각의 외측에 케이블이 접속되는 입력 커넥터와, 출력 커넥터를 구비하여 상기 입력 커넥터와 출력 커넥터의 연결은 고정하우징과 회전하우징의 내부를 통하여 이루어지고, 상기 회전하우징의 출력 커넥터에 연결된 케이블은 상기와 동일한 또 다른 모듈의 외관이 되는 고정하우징과 회전하우징 중 고정하우징의 입력 커넥터에 연결함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조에 의해 달성된다.

여기서, 본 발명은 상기 모듈의 회전하우징의 출력 커넥터에 연결된 케이블을 또 다른 모듈의 외관이 되는 고정하우징과 회전하우징 중 고정하우징의 입력 커넥터에 연결하는 과정을 필요에 따라 소정의 수만큼 반복 구성하는 것이 특징이다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 고정하우징은 외관의 일측에 구비된 케이블 접속용 입력 커넥터와; 상기 고정하우징의 내부에 구비되며, 상기 입력 커넥터와 접속되는 중공의 앰프(AMP)와; 상기 앰프의 일측에 연결되는 연결케이블과; 상기 앰프의 일측에 구비되며 앰프로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 모터와; 상기 모터의 일측에 구비되며 앰프로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 감속기를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 회전하우징은 고정하우징과 연결되어 고정하우징의 모터와 감속기에 의해 회전되고, 유입된 연결케이블의 전원 및 전기적 신호를 외부로 송출하도록 회전하우징의 일측에 구비된 출력 커넥터에 연결하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 발명의 실시를 위한 구체적인 내용란의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조에 의하면, 2자유도 이상의 교육용 또는 연구용 로봇을 제작함에 있어 각각의 모듈에 전원 및 전기적신호를 공급하기 위한 케이블의 간소화를 이룰 수 있어, 모듈간 동작이 유연해지고, 외관상 보기 좋으며, 기계적 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요 소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 하며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 2자유도(2DOF; 2 Degress of Freedom) 이상의 로봇에 구비되는 모듈의 구조에 관한 것으로, 상기 모듈(100)의 외관이 되는 고정하우징(10)과, 상기 고정하우징(10)에 연결되어 회전하는 회전하우징(20)의 각각의 외측에 케이블(1,2)이 접속되는 입력 커넥터(11)와, 출력 커넥터(21)를 구비하여 상기 입력 커넥터(11)와 출력 커넥터(21)의 연결은 고정하우징(10)과 회전하우징(20)의 내부를 통하여 이루어지고, 상기 회전하우징(20)의 출력 커넥터(21)에 연결된 케이블(2)은 상기와 동일한 또 다른 모듈(200)의 외관이 되는 고정하우징(30)과 회전하우징(40) 중 고정하우징(30)의 입력 커넥터(31)에 연결함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 입력 커넥터(11)와 출력 커넥터(21)의 연결은 고정하우징(10)과 회전하우징(20)의 내부를 통하여 이루어진다 함은 도 5에 도시한 바와 같이 중공형 앰프(12), 모터(14), 감속기(15), 연결케이블(13)의 구성으로 입력커넥터(11)와 연결된 중공형 앰프(12)에 연결케이블(13)이 연결되고, 이 연결케이블(13)이 상 기 중공형 앰프(12), 모터(14), 감속기(15)를 관통하여 회전하우징(20)의 출력커넥터(21)에 연결하는 것일 수 있다.

입력커넥터(11)는 상기 고정하우징(10)의 외관의 일측에 구비된 것으로, 외부전원 및 전기적 신호를 입력받는다.

앰프(12)는 상기 고정하우징의 내부에 구비되며, 상기 입력 커넥터(11)와 접속되는 것으로 중공이고, 외부전원을 증폭하여 모터(14) 및 감속기(15)에 전원을 공급한다.

연결케이블(13)은 상기 앰프(12)와 출력커넥터(21)에 연결되는 것으로 전원을 전달하는 회선과, 전기적신호(모터 속도, 토그 명령신호 등)를 전달하는 회선으로 구성된다.

모터(14)는 상기 앰프(12)의 일측에 연결되며 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는다. 또한, 감속기(15)도 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받으며 상기 모터(14)와 연결된다. 여기서, 상기 앰프(12)와 모터(14)와 감속기(15)는 중공의 중심점이 동일 수평상에 위치한다.

상기 회전하우징(20)은 고정하우징(10)에 구비되며 감속기(15)와 연결된 베어링(18)의 내륜(18b)과 연결되고, 모터(14)와 감속기(15)에 의해 회전되며, 유입된 연결케이블(13)의 전원 및 전기적 신호를 외부로 송출하도록 일측에 출력 커넥터(21)를 구비한다.

여기서, 상기 베어링(18)은 회전하우징(20)의 하중 및 모멘트를 지지하기 위한 베어링으로써 크로스롤러 베어링이나 레이디얼 베어링일 수 있다.

한편, 본 발명은 고정하우징(10)의 일측과 회전하우징(20)의 일측에 연결케이블(13)을 가이드하는 가이드축(16)을 더 구비할 수 있는데 이는 연결케이블(13)을 가이드축(16)에 감게 함으로써 연결케이블(13)의 길이를 길게 구비하여, 회전하우징(20)의 회전수를 늘리기 위함이다.

또한, 상기 가이드축(16)은 도 8에 도시된 바와 같이 외주면에 나선(spiral)을 형성하고, 상기 가이드축(16)의 외주면과, 모터(14) 및 감속기(15) 사이에 중공의 원통형 가드(17)를 더 구비할 수 있는데 이는 연결케이블(13)을 안내하여 모터(14)와 감속기(15)에 간섭을 일으키지 않도록 하기 위함이다.

한편, 상기 모듈(100)의 회전하우징(20)의 출력 커넥터(21)에 연결된 케이블(2)을 또 다른 모듈(200)의 외관이 되는 고정하우징(30)과 회전하우징(40) 중 고정하우징(30)의 입력 커넥터(31)에 연결하는 과정을 필요에 따라 소정의 수만큼 반복 구성할 수 있는데, 이는 2자유도 이상의 로봇을 구성하기 위한 것으로, 모듈 2개를 구비하여 구성하면 2자유도의 로봇을 구성할 수 있고, 3개를 구비하여 구성하면 3자유도의 로봇을 구성할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명은 고정하우징(10)의 모터(14)의 회전방향 중심점으로부터 수평인 회전하우징(20)의 일측에 구비된 제2 베어링의 내륜(22b)에 출력커넥터(21)를 구비하여 회전하우징(20)의 회전으로 연결케이블(13)이 회전되지 않도록 구성할 수 있고, 앰프(12)의 중공측에 두개의 슬립링(19)을 연결하여 입력커넥터(11)로부터 인가받은 전원은 상기 슬립링(19)을 통하여 출력커넥터(21)에 전원케이블(13b)로써 직접 연결하고, 전기적 신호는 신호케이블(13a)로써 상기와 같이 출력커넥 터(21)에 연결한다. 이는 신호케이블(13a)의 두께를 감소할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 로봇 모듈 구조로 2자유도 이상의 로봇을 구성한 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조로 2자유도 이상의 로봇을 구성한 도면,

도 3은 도 2의 동작 일예를 나타낸 도면,

도 4는 도 2의 다른 동작 일예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조의 단면을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조의 단면을 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조의 단면을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조의 단면을 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모듈형 로봇 구동부의 구조의 단면을 나타낸 도면,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 회전하우징 20: 고정하우징

11: 입력커넥터 21: 출력커넥터

12: 앰프 13: 연결케이블

13a: 신호케이블 13b: 전원케이블

14: 모터 15: 감속기

16: 가이드축 17: 원통형 가드

19: 슬립링

Claims (12)

1. 적어도 2자유도(2DOF; 2 Degress of Freedom) 이상의 로봇에 구비되는 모듈의 구조에 있어서,

   상기 모듈(100)의 외관이 되는 고정하우징(10)과, 상기 고정하우징(10)에 연결되어 회전하는 회전하우징(20)의 각각의 외측에 케이블(1,2)이 접속되는 입력 커넥터(11)와, 출력 커넥터(21)를 구비하여 상기 입력 커넥터(11)와 출력 커넥터(21)의 연결은 고정하우징(10)과 회전하우징(20)의 내부를 통하여 이루어지고, 상기 회전하우징(20)의 출력 커넥터(21)에 연결된 케이블(2)은 상기와 동일한 또 다른 모듈(200)의 외관이 되는 고정하우징(30)과 회전하우징(40) 중 고정하우징(30)의 입력 커넥터(31)에 연결함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 모듈(100)의 회전하우징(20)의 출력 커넥터(21)에 연결된 케이블(2)을 또 다른 모듈(200)의 외관이 되는 고정하우징(30)과 회전하우징(40) 중 고정하우징(30)의 입력 커넥터(31)에 연결하는 과정을 필요에 따라 소정의 수만큼 반복 구성하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 고정하우징(10)은 외관의 일측에 구비된 케이블 접속용 입력 커넥터(11)와;

   상기 고정하우징(10)의 내부에 구비되며, 상기 입력 커넥터(11)와 접속되는 중공의 앰프(AMP)(12)와;

   상기 앰프(12)의 일측에 연결되는 연결케이블(13)과;

   상기 앰프(12)의 일측에 구비되며 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 모터(14)와;

   상기 모터(14)의 일측에 구비되며 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 감속기(15)를 포함하며,

   상기 회전하우징(20)은 고정하우징(10)과 연결되어 고정하우징(10)의 모터(14)와 감속기(15)에 의해 회전되고, 유입된 연결케이블(13)의 전원 및 전기적 신호를 외부로 송출하도록 회전하우징의 일측에 구비된 출력 커넥터(21)에 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 2자유도 이상의 로봇 모듈의 구조는 고정하우징(10)의 일측과 회전하우징(20)의 일측에 연결케이블(13)을 가이드하는 가이드축(16)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가이드축(16)은 외주면에 나선(spiral)이 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 가이드축(16)의 외주면과, 모터(14) 및 감속기(15) 사이에 중공의 원통형 가드(17)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 회전하우징(20)과 고정하우징(10)의 연결은 모터(14) 또는 감속기(15)와 연결된 제1 베어링(18)의 내륜(18b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 고정하우징(10)은 외관의 일측에 구비된 케이블 접속용 입력 커넥터(11)와;

   상기 고정하우징(10)의 내부에 구비되며, 상기 입력 커넥터(11)와 접속되는 중공의 앰프(AMP)(12)와;

   상기 앰프(12)의 일측에 연결되는 신호연결케이블(13a)과;

   상기 앰프(12)의 일측에 구비되며 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 모터(14)와;

   상기 모터(14)의 일측에 구비되며 앰프(12)로부터 전원 및 전기적 신호를 인가받는 중공형 감속기(15)를 포함하며,

   상기 회전하우징(20)은 고정하우징(10)과 연결되어 고정하우징(10)의 모터(14)와 감속기(15)에 의해 회전되고, 유입된 신호연결케이블(13a)의 전기적 신호를 외부로 송출하도록 회전하우징(20)의 일측에 구비된 출력 커넥터(21)에 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하되,

   상기 출력 커넥터(21)는 고정하우징(10)의 모터(14)의 회전방향 중심점으로부터 수평인 회전하우징(20)의 일측의 제2 베어링의 내륜(22b)에 구성하고, 상기 앰프(12)의 중공측에 두개의 슬립링(19)을 구비하여 앰프(12)에 유입된 전원을 슬립링(19)으로 인가받고, 상기 슬립링(19)과 회전하우징(20)의 출력커넥터(21)에 전원케이블(13b)을 직접연결함으로써 전원은 상기 앰프(12)로부터 출력커넥터(21)에 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 2자유도 이상의 로봇 모듈의 구조는 고정하우징(10)의 일측과 회전하우징(20)의 일측에 신호연결케이블(13b)을 가이드하는 가이드축(16)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 가이드축(16)은 외주면에 나선(spiral)이 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 가이드축(16)의 외주면과, 모터(14) 및 감속기(15) 사이에 중공의 원통형 가드(17)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.
12. 제 8항에 있어서,

    상기 회전하우징(20)과 고정하우징(10)의 연결은 모터(14) 또는 감속기(15)와 연결된 제1 베어링(18)의 내륜(18b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈형 로봇 구동부의 구조.

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