KR101021172B1 - Suspended-type parallel mechanism - Google Patents

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KR101021172B1 KR1020080100827A KR20080100827A KR101021172B1 KR 101021172 B1 KR101021172 B1 KR 101021172B1 KR 1020080100827 A KR1020080100827 A KR 1020080100827A KR 20080100827 A KR20080100827 A KR 20080100827A KR 101021172 B1 KR101021172 B1 KR 101021172B1
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이병주
임훈
이상헌
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 특이점을 감소시켜 작업공간이 증가되도록 구조가 개선된 매달린 형태의 병렬기구구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조는 6 자유도 운동을 구현하여 3차원 상의 위치 및 자세를 제어하기 위한 매달린 형태의 병렬기구구조에 있어서, 프레임과, 프레임에 대해 상대이동 가능하게 배치되는 주축과, 일단부는 프레임에 연결되되 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 주축의 일단에 연결되는 3개의 제1링크와, 일단부는 프레임에 연결되되 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 주축의 타단에 연결되는 3개의 제2링크를 포함하며, 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 1축직선이송관절, 1축회전관절, 2축회전관절 및 3축회전관절 중 세 개 이상의 관절을 가진다.The present invention relates to a parallel mechanism structure in which the structure is improved so that the work space is increased by reducing the singularity. Hanging parallel mechanism structure according to the present invention is a parallel mechanism structure of the hanging type for controlling the position and posture on the three-dimensional by implementing six degrees of freedom motion, the frame and the main axis which is disposed relative to the frame And, one end is connected to the frame is disposed between one end and the other end of the main shaft, the other end is connected to the first three links, one end is connected to the frame and one end is disposed between the one end and the other end of the main shaft, The other end includes three second links connected to the other end of the main shaft, wherein each of the first link and each of the second links includes one axis of linear joint, one axis of rotation joint, two axes of rotation joint, and three axes of rotation joint. Have three or more joints.
병렬기구, 1축회전관절, 2축회전관절, 3축회전관절 Parallel mechanism, 1 axis rotating joint, 2 axis rotating joint, 3 axis rotating joint

Description

매달린 형태의 병렬기구구조{Suspended-type parallel mechanism}Suspended-type parallel mechanism
본 발명은 3차원 상에서 위치 및 자세를 제어하기 위한 매달린 형태의 병렬기구구조에 관한 것이다.The present invention relates to a hanging mechanism for controlling position and posture in three dimensions.
3차원 상에서 위치 및 자세를 제어하기 위하여, 종래에는 직렬 기구구조가 널리 이용되었다. 그러나, 근래에 들어 직렬 기구구조에 대비되는 여러 종류의 병렬 기구구조가 개발 및 이용되고 있다. 이러한 병렬 기구구조는 스튜어트 플랫폼을 기반으로 하는 것으로, 도 1에는 스튜어트 플랫폼의 사시도가 도시되어 있다.In order to control position and posture in three dimensions, a serial mechanism is widely used in the past. However, in recent years, various kinds of parallel mechanism structures have been developed and used as compared to the serial mechanism structures. This parallel mechanism is based on the Stewart platform, which is a perspective view of the Stewart platform.
도 1을 참조하면, 스튜어트 플랫폼(9)은 주축(1)과, 베이스(2)와, 주축 및 베이스를 연결하는 6개의 링크(3)를 포함한다. 각 링크(3)는 신장 가능한 1축이송관절, 즉 리니어 액츄에에터와, 리니어 액츄에이터의 양 단부에 결합된 한 쌍의 3축회전관절, 즉 볼-소켓 관절을 포함한다. 각 링크에 구비된 한 쌍의 3축회전관절은 각각 주축(1) 및 베이스(2)에 연결되며, 리니어 액츄에이터의 신장됨에 따라 주축(1)이 베이스(2)에 대해 6자유도 운동을 하게 된다. Referring to FIG. 1, the Stewart platform 9 comprises a spindle 1, a base 2, and six links 3 connecting the spindle and the base. Each link 3 comprises an extensible one-axis feed joint, ie a linear actuator, and a pair of three-axis rotary joints, ie, ball-socket joints, coupled to both ends of the linear actuator. A pair of three-axis rotary joints provided at each link are connected to the main shaft 1 and the base 2, respectively, and allow the main shaft 1 to perform six degrees of freedom with respect to the base 2 as the linear actuator is extended. do.
상기한 스튜어트 플랫폼(9)과 같은 병렬 기구구조는 직렬 기구구조에 비하여 이동부의 관성 질량을 감소시킬 수 있어서 기계의 속도 및 가속도를 증가시킬 수 있다는 점, 주축과 베이스가 복수 개의 링크들로 연결되어 있고 각 링크들은 굽힘력 대신에 인장력과 압축력만을 받으므로 기계의 강성을 높일 수 있다는 점, 각 링크의 오차가 주축에 평균적으로 반영됨으로써 링크 오차가 누적되는 직렬 기구구조에 비하여 정확도가 향상된다는 점 등의 장점을 가진다.The parallel mechanism structure such as the Stuart platform 9 can reduce the inertia mass of the moving part as compared to the serial mechanism structure, thereby increasing the speed and acceleration of the machine, and the main shaft and the base are connected by a plurality of links. Each link receives only tensile and compressive forces instead of bending forces, so that the rigidity of the machine can be increased, and the accuracy of each link is reflected on the main axis to improve accuracy compared to the serial mechanism structure where link errors accumulate. Has the advantage of.
그러나, 상기 스튜어트 플랫폼은 그 작업공간이 협소하며, 작업공간 내에 수많은 특이점 즉 작업이 불가능한 위치 및 자세가 존재하여 기구의 동작을 제어하는데 한계가 존재하였다. 따라서, 특이점을 감소시켜 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있는 새로운 병렬기구구조의 개발이 필요하다.However, the Stewart platform is narrow in its workspace, and there are limitations in controlling the operation of the apparatus due to the presence of numerous singularities, i.e., positions and postures in which the task is impossible. Therefore, it is necessary to develop a new parallel mechanism structure that can reduce the singularity and secure a wider working space.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 특이점을 감소시켜 작업공간이 증가되도록 구조가 개선된 매달린 형태의 병렬기구구조를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a parallel mechanism structure of the hanging form is improved structure to reduce the singularity to increase the work space.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조는 6 자유도 운동을 구현하여 3차원 상의 위치 및 자세를 제어하기 위한 매달린 형태의 병렬기구구조에 있어서, 프레임과, 상기 프레임에 대해 상대이동 가능하게 배치되는 주축과, 일단부는 상기 프레임에 연결되되 상기 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 상기 주축의 일단에 연결되는 3개의 제1링크와, 일단부는 상기 프레임에 연결되되 상기 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 상기 주축의 타단에 연결되는 3개의 제2링크를 포함하며, 상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 1축직선이송관절, 1축회전관절, 2축회전관절 및 3축회전관절 중 세 개 이상의 관절을 가지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the parallel mechanism structure of the hanging form according to the present invention is a parallel mechanism structure of the hanging form for controlling the position and posture on the three-dimensional by implementing six degrees of freedom motion, the frame and the frame A main shaft disposed to be movable relative to the main shaft, one end of which is connected to the frame, and disposed between one end and the other end of the main shaft, the other end of which comprises three first links connected to one end of the main shaft, and one end of which is connected to the frame; Is connected but is disposed between one end and the other end of the main shaft, the other end includes three second links connected to the other end of the main shaft, wherein each of the first link and each second link is a one-axis linear transfer joint, It characterized in that it has three or more joints of one axis rotation joint, two axis rotation joint and three axis rotation joint.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 특이점이 감소되므로 주축의 작업공간이 증가되며, 따라서 효율적으로 주축의 위치 및 자세를 제어할 수 있다.According to the present invention of the above configuration, since the singularity is reduced, the working space of the main axis is increased, and thus the position and posture of the main axis can be efficiently controlled.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조의 사시도이 며, 도 3은 도 2에 도시된 제1링크 및 제2링크의 개념도이며, 도 4 및 도 5는 매달린 형태의 병렬기구구조의 작동과정을 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view of a parallel mechanism structure of the hanging form according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a conceptual diagram of the first link and the second link shown in Figure 2, Figures 4 and 5 are parallel in the hanging form A perspective view for explaining the operation of the mechanism structure.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬 기구구조(100)는 프레임(10)과, 주축(20)과, 제1링크(30)와, 제2링크(40)를 포함한다.2 to 5, the suspended parallel mechanism structure 100 according to the present embodiment includes a frame 10, a main shaft 20, a first link 30, and a second link 40. It includes.
프레임(10)은 후술할 제1링크(30) 및 제2링크(40)의 일단부를 고정시키기 위한 것이다. 따라서, 제1링크(30) 및 제2링크(40)의 일단부가 연결 가능하며, 위치고정된 것이라면 그 형상에 제한이 없다. 예를 들어, 병렬기구구조가 설치되는 건물의 벽에 제1링크 및 제2링크가 연결된다고 하면, 제1링크 및 제2링크의 일단부와 건물의 벽이 연결된 지점 또는 이 지점들을 포함하는 건물의 벽이 프레임의 역할을 수행하는 것이다. 본 실시예의 경우, 프레임(10)은 원환 형상으로 이루어지며, 프레임(10)의 중앙부에 관통공(11)이 형성되어 있다.The frame 10 is for fixing one ends of the first link 30 and the second link 40 to be described later. Therefore, one end of the first link 30 and the second link 40 can be connected, and if the position is fixed is not limited in shape. For example, if the first link and the second link is connected to the wall of the building in which the parallel mechanism structure is installed, the point where one end of the first link and the second link is connected to the wall of the building or the building including the points The wall is to play the role of the frame. In the present embodiment, the frame 10 has an annular shape, and a through hole 11 is formed in the center of the frame 10.
주축(20)은 3차원 상에서의 위치 및 자세가 제어되는 목적대상물로, 프레임(10)에 대해 상대이동 가능하게 배치된다. 주축(20)은 본체부(21)와, 제1연장부(22)와, 제2연장부(23)를 포함한다. 본체부(21)축은 일방향으로 길게 형성되며, 프레임의 관통공(11)에 삽입된다. 제1연장부(22)는 본체부(21)의 상단부로부터 본체부(21)의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장 형성된다. 제2연장부(23)는 본체부(21)의 하단부로부터 본체부의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장 형성된다. 특히, 본 실시예의 경우 제1연장부(22) 및 제2연장부(23)는 각각 본체부(21)의 상단부 및 하단부의 둘레를 따라 본체부의 길이방향과 직교하는 방향으로 연장되어 원판 형상으로 형성되며, 제1연장부(22) 및 제2연장부(23)는 서로 평행하게 배치된 다. The main shaft 20 is a target object whose position and posture in three dimensions are controlled, and is arranged to be relatively movable with respect to the frame 10. The main shaft 20 includes a main body portion 21, a first extension portion 22, and a second extension portion 23. The main body 21 shaft is formed long in one direction and is inserted into the through hole 11 of the frame. The first extension portion 22 extends from the upper end of the main body portion 21 in a direction crossing the longitudinal direction of the main body portion 21. The second extension part 23 extends from the lower end part of the main body part 21 in the direction crossing the longitudinal direction of the main body part. In particular, in the present embodiment, the first extension part 22 and the second extension part 23 extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the main body part along the periphery of the upper end part and the lower end part of the main body part 21 to have a disc shape. The first extension part 22 and the second extension part 23 are disposed in parallel to each other.
제1링크(30) 및 제2링크(40)는 주축(20)의 위치 및 자세를 제어하기 위한 것으로, 각 제1링크(30) 및 제2링크(40)는 1축직선이송관절, 1축회전관절, 2축회전관절 및 3축회전관절 중 적어도 3개 이상의 관절을 가진다. 여기서, 1축직선이송관절(Prismatic joint)은 1축 방향으로 신장 가능한 관절로, 리니어 액츄에이터(linear actuator)가 이용된다. 1축회전관절(Revolute joint)은 핀 관절로, 1개의 축을 회전축으로 하여 회전가능한 관절을 의미한다. 2축회전관절은 2개의 축을 회전축으로 하여 2방향으로 회전가능한 관절로, 유니버셜 조인트(Universal joint)가 이용된다. 3축회전관절(Spherical joint)는 3개의 축을 회전축으로 하여 3방향으로 회전가능한 관절로, 볼-소켓 조합으로 이루어진다. The first link 30 and the second link 40 to control the position and attitude of the main shaft 20, each of the first link 30 and the second link 40 is a one-axis linear transfer joint, 1 At least three or more joints of an axial rotation joint, a biaxial rotation joint, and a triaxial rotation joint. Here, the uniaxial linear transfer joint (Prismatic joint) is a joint that can extend in the uniaxial direction, a linear actuator (linear actuator) is used. Revolute joint is a pin joint, which means a joint rotatable with one axis as a rotation axis. A biaxial rotation joint is a joint rotatable in two directions using two axes as a rotation axis, and a universal joint is used. A spherical joint is a joint that can be rotated in three directions with three axes of rotation as a ball-socket combination.
본 실시예의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 제1링크(30) 및 제2링크(40)는 3축회전관절(31,41)-1축직선이송관절(32,42)-2축회전관절(33,43)로 이루어진다. 3축회전관절(31,41) 및 2축회전관절(33,43)은 수동 관절이다. 1축직선이송관절(32,42)은 구동 관절로, 1축직선이송관절을 신장시키기 위한 구동원, 예를 들어 모터 등이 연결되어 있으며, 후술하는 바와 같이 주축(20)의 자세 및 위치를 제어하기 위한 구동력을 제공한다.In the present embodiment, as shown in Figure 3, the first link 30 and the second link 40 is a three-axis rotary joint (31, 41) -1 axis linear transfer joint (32, 42)-two-axis rotation It consists of joints 33 and 43. The three-axis rotation joints 31 and 41 and the two-axis rotation joints 33 and 43 are passive joints. The uniaxial linear transfer joints 32 and 42 are driving joints, and a driving source for extending the uniaxial linear transfer joint, for example, a motor, is connected to each other. It provides a driving force for
상기한 구성의 제1링크(30)는 3개 구비된다. 각 제1링크(30)의 일단부, 즉 2축회전관절(33)은 프레임에 결합된다. 각 제1링크의 타단부, 즉 3축회전관절(31)은 주축의 일단 즉 제1연장부(22)에 결합된다. 이때, 3개의 2축회전관절(33)은 프레임의 내주면을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형태를 이룬다. 그리고, 3개 의 3축회전관절(31)은 제1연장부(22)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형태를 이룬다. Three first links 30 having the above-described configuration are provided. One end of each first link 30, ie, the biaxial rotation joint 33, is coupled to the frame. The other end of each first link, that is, the three-axis rotary joint 31, is coupled to one end of the main shaft, that is, the first extension portion 22. At this time, the three biaxial rotation joint 33 is arranged at equal intervals along the inner circumferential surface of the frame to form an equilateral triangle. In addition, the three triaxial rotation joint 31 is arranged at equal intervals along the circumferential direction of the first extension portion 22 to form an equilateral triangle.
제2링크(40)는 제1링크(30)와 동일하게 3개 구비된다. 각 제2링크(40)의 일단부, 즉 2축회전관절(43)은 프레임(10)에 결합된다. 각 제2링크의 타단부, 즉 3축회전관절(41)은 주축의 타단 즉 제2연장부(23)에 결합된다. 이때, 3개의 2축회전관절(43)은 제1링크의 2축회전관절(33)의 사이사이에 배치되며, 프레임(10)의 내주면을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형태를 이룬다. 그리고, 각 제1링크의 3축회전관절(31)이 결합된 지점 즉 제1연장부(22)와, 각 제2링크의 3축회전관절(41)이 결합된 지점 즉 제2연장부(23)는 서로 평행하게 배치된다.Three second links 40 are provided in the same manner as the first link 30. One end of each second link 40, ie, the biaxial rotary joint 43, is coupled to the frame 10. The other end of each second link, that is, the three-axis rotary joint 41, is coupled to the other end of the main shaft, that is, the second extension 23. At this time, the three biaxial rotation joints 43 are disposed between the biaxial rotation joints 33 of the first link, and are arranged at regular intervals along the inner circumferential surface of the frame 10 to form an equilateral triangle. And, the point that the three-axis rotary joint 31 of each first link is coupled, that is, the first extension portion 22, and the point where the three-axis rotary joint 41 of each second link is coupled, that is, the second extension portion ( 23 are arranged parallel to each other.
상기한 바와 같이 구성된 매달린 형태의 병렬기구구조에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 1축직선이송관절(32,42)이 조금씩 신장되어 주축(20)이 수직축을 중심으로 약 85도 정도 회전된 상태, 즉 주축(20)이 틀어진 상태가 초기상태로 세팅된다. 이는, 이 상태에서 특이점이 상대적으로 가장 작게 발생되는 바 가장 넓은 작업공간을 확보할 수 있기 때문이다. 도 2에 도시된 초기상태에서 제1링크(30) 및 제2링크(40)의 1축직선이송관절을 적절하게 신장시키면, 제1링크(30) 및 제2링크(40)의 상대적 길이변화에 따라 2축회전관절 및 3축회전관절이 회전하게 되며, 이에 따라 주축(20)이 3차원 상에서 6 자유도 운동을 하면서 주축의 자세 및 위치가 도 4 및 도 5에 도시된 상태로 변화된다. 즉, 1축직선이송관절을 적절히 신장함으로써 주축(20)의 위치 및 자세를 제어할 수 있다.In the suspended parallel mechanism structure configured as described above, as illustrated in FIG. 2, the linear axial transfer joints 32 and 42 are gradually extended so that the main shaft 20 is rotated about 85 degrees about the vertical axis. The state, that is, the state in which the main shaft 20 is twisted, is set to the initial state. This is because in this state, the singularity is relatively small and the widest workspace can be secured. In the initial state shown in FIG. 2, when the one-axis linear transfer joint of the first link 30 and the second link 40 is properly extended, the relative length change of the first link 30 and the second link 40 is changed. As the two-axis rotation joint and the three-axis rotation joint is rotated accordingly, the attitude and position of the main shaft is changed to the state shown in Figs. . That is, the position and attitude of the main shaft 20 can be controlled by appropriately extending the uniaxial linear transfer joint.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 경우 3개의 제1링크(30)는 프레임(10)과 주 축의 상단 즉 제1연장부(22)를 상호 연결하고, 3개의 제2링크(40)는 프레임(10)과 주축의 하단 즉 제2연장부(23)를 상호 연결하는 구조로 이루어지며, 제1링크(30) 및 제2링크(40)와 프레임(10)이 결합된 지점 즉 2축회전관절(33,43)이 결합된 지점은 제1연장부(22)와 제2연장부(23) 사이에 배치된다. 그리고, 이러한 구조는 종래 스튜어트 플랫폼(9)과 구별되는 본 발명의 특징 중 하나이다.As described above, in the present embodiment, the three first links 30 connect the frame 10 and the upper end of the main shaft, that is, the first extension part 22, and the three second links 40 connect the frame ( 10) and the lower end of the main shaft, that is, the second extension portion 23 is configured to interconnect, the first link 30 and the second link 40 and the point where the frame 10 is coupled, that is, the two-axis rotary joint The point where the 33 and 43 are coupled is disposed between the first extension 22 and the second extension 23. And, this structure is one of the features of the present invention that is distinguished from the conventional Stuart platform 9.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 스튜어트 플랫폼(9)은 베이스(2)의 상방에 주축(1)이 배치되어 있으며, 이에 따라 베이스(2)와 주축(1)을 연결하는 6개의 링크(3)는 모두 동일한 방향 즉 베이스(2)로부터 상방향으로 배치되었다. 그리고, 이와 같이 배치된 6개의 링크(3)가 모두 상방향으로만 신장 가능하기 때문에, 수많은 특이점이 발생하게 되고 그 결과 작업공간이 협소해지는 문제점이 있었다.That is, as shown in FIG. 1, the conventional Stewart platform 9 has a main shaft 1 disposed above the base 2, and thus six links connecting the base 2 and the main shaft 1. (3) were all arranged in the same direction, i.e., upward from the base 2. In addition, since all of the six links 3 arranged in this way can be stretched only in the upward direction, a number of singular points are generated, and as a result, the work space is narrowed.
하지만, 본 실시예의 경우, 주축(20)은 프레임(10)에 삽입된 형태로 배치되며, 주축의 제1연장부(22)는 프레임(10)의 상방에 위치되고 주축의 제2연장부(23)는 프레임(10)의 하방에 위치된다. 그리고, 프레임(10) 및 제1연장부(22)에 연결되는 3개의 제1링크(30)는 프레임(10)으로부터 상방향으로 배치되어 상방향으로 신장 가능하며, 프레임(10) 및 제2연장부(23)에 연결되는 3개의 제2링크(40)는 프레임(10)으로부터 하방향으로 배치되어 하방향으로 신장 가능하다. 이와 같이, 주축(20)과 프레임(10)을 연결하는 제1링크(30) 및 제2링크(40)가 서로 다른 방향으로 신장가능하도록 배치됨에 따라 주축으로 전달되는 힘 전달이 향상되게 되며, 또한 특이점이 감소되어 주축의 작업공간이 증가된다.However, in the present embodiment, the main shaft 20 is arranged in the form inserted into the frame 10, the first extension portion 22 of the main axis is located above the frame 10 and the second extension portion ( 23 is located below the frame 10. In addition, the three first links 30 connected to the frame 10 and the first extension part 22 are arranged upward from the frame 10 to extend upward, and the frame 10 and the second Three second links 40 connected to the extension part 23 are arranged downward from the frame 10 to extend downward. As such, as the first link 30 and the second link 40 connecting the main shaft 20 and the frame 10 are arranged to extend in different directions, the force transmission to the main shaft is improved. The singularity is also reduced, increasing the working space of the main axis.
도 6 및 도 7은 주축의 초기위치 및 자세 "U"에 따른 주축의 작업공간을 시 뮬레이터를 이용하여 3차원 형태로 표현한 것이다. 이때, 주축의 제1연장부의 중심점(O)을 기준점으로 하여, 이 기준점의 초기위치 및 자세 "U"에 따른 작업공간을 결과로 도시하였다. 그리고, "U"는 [X축 좌표, Y축 좌표, Z축 좌표, X축에 대한 회전각, Y축에 대한 회전각, Z축에 대한 회전각]의 6개의 원소로 이루어진 벡터이다.6 and 7 represent the working space of the main axis according to the initial position and the posture "U" of the main axis in a three-dimensional form using a simulator. At this time, with the center point O of the first extension portion of the main axis as a reference point, the working space according to the initial position and posture "U" of the reference point is shown as a result. "U" is a vector consisting of six elements: [X-axis coordinate, Y-axis coordinate, Z-axis coordinate, rotation angle about X axis, rotation angle about Y axis, rotation angle about Z axis].
도 6 및 도 7을 참조하면, 기준점(O)의 "U" 따라 작업공간 영역이 변화된다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 결과 작업공간의 내부에서는 특이점이 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.6 and 7, it can be seen that the workspace area is changed along the "U" of the reference point (O). In addition, the simulation results show that no singularity occurs inside the workspace.
한편, 제1링크 및 제2링크를 앞서 설명한 실시예와 다르게 구성할 수 있다. 도 8 내지 도 10은 다른 구성을 가지는 제1링크 및 제2링크의 개념도이다.Meanwhile, the first link and the second link may be configured differently from the above-described embodiment. 8 to 10 are conceptual diagrams of a first link and a second link having different configurations.
도 8을 참조하면, 각 제1링크(30A) 및 제2링크(40A)는 2축회전관절(33A,43A)-1축회전관절(32A,42A)-3축회전관절(31A,41A)을 가진다. 2축회전관절(33A,43A) 및 3축회전관절(31A,41A)은 수동 관절로서, 각각 프레임 및 주축에 연결된다. 1축회전관절(32A,42A)은 구동 관절로 1축회전관절을 회전시키기 위한 구동원, 예를 들어 모터 등이 연결되어 있으며, 모터의 구동시 회전함으로써 주축의 자세 및 위치를 제어하기 위한 구동력을 제공한다.Referring to Figure 8, each of the first link (30A) and the second link (40A) is a two-axis rotary joint (33A, 43A) -1 axis rotary joint (32A, 42A)-three-axis rotary joint (31A, 41A) Has The biaxial rotary joints 33A and 43A and the triaxial rotary joints 31A and 41A are passive joints and are connected to the frame and the main shaft, respectively. The single axis rotation joints 32A and 42A are connected to a drive source for rotating the one axis rotation joint with a drive joint, for example, a motor, and the driving force for controlling the attitude and position of the main shaft by rotating when the motor is driven. to provide.
도 9를 참조하면, 각 제1링크(30B) 및 제2링크(40B)는 3축회전관절(33B,43B)-1축직선이송관절(32B,42B)-3축회전관절(31B,41B)을 가진다. 한 쌍의 3축회전관절은 수동 관절로서, 각각 프레임 및 주축에 연결된다. 1축직선이송관절(32B,42B)은 구동 관절로 1축직선이송관절을 신장시키기 위한 구동원, 예를 들어 모터 등이 연결되어 있으며, 모터의 구동시 신장함으로써 주축의 자세 및 위치를 제어하기 위한 구동력을 제공한다.9, each of the first link (30B) and the second link (40B) is a three-axis rotary joint (33B, 43B) -1 axis linear transfer joint (32B, 42B)-three-axis rotary joint (31B, 41B) ) The pair of three-axis rotary joints are passive joints, respectively, connected to the frame and the main shaft. The single axis linear transfer joints 32B and 42B are connected to a drive source for extending the one axis linear transfer joint with a drive joint, for example, a motor, and the like to control the posture and the position of the main shaft by extending when the motor is driven. Provide driving force.
도 10을 참조하면, 각 제1링크(30C) 및 제2링크(40C)는 3축회전관절(33C,43C)-1축회전관절(32C,42C)-3축회전관절(31C,41C)을 가진다. 한 쌍의 3축회관절은 수동 관절로서, 각각 프레임 및 주축에 연결된다. 1축회전관절(32C,42C)은 구동 관절로 1축회전관절을 회전시키기 위한 구동원, 예를 들어 모터 등이 연결되어 있으며, 모터의 구동시 신장함으로써 주축의 자세 및 위치를 제어하기 위한 구동력을 제공한다.Referring to FIG. 10, each of the first link 30C and the second link 40C includes three-axis rotation joints 33C and 43C and one-axis rotation joints 32C and 42C and three-axis rotation joints 31C and 41C. Has A pair of triaxial joints are passive joints, each connected to a frame and a major axis. The single axis rotation joints 32C and 42C are connected to a drive source for rotating the one axis rotation joint with a drive joint, for example, a motor, and extends when the motor is driven to control the posture and position of the main shaft. to provide.
또한, 앞선 실시예에서는 프레임(10)이 위치고정되며, 제1링크(30) 및 제2링크(40)의 구동에 연동되어 주축(20)이 6 자유도 운동을 하도록 구성되었으나, 이와 다르게 구성할 수도 있다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조(100D)의 사시도이다.In addition, in the above embodiment, the frame 10 is fixed in position, and the main shaft 20 is configured to perform six degrees of freedom movement in connection with the driving of the first link 30 and the second link 40, but differently configured. You may. 11 is a perspective view of a hanging mechanism parallel structure 100D according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조(100D)의 구성은 앞서 설명한 실시예에서의 매달린 형태의 병렬기구구조의 구성과 대부분 동일하다. 다만, 앞서 설명한 실시예에서는 프레임(10)이 위치고정되었으나, 본 실시예의 경우에는 주축(20D)이 위치고정되며 프레임(10D)이 주축에 대해 상대이동 가능하게 배치된다. 이와 같이 구성된 상태에서, 제1링크 및 제2링크가 구동하면, 프레임은 제1링크 및 제2링크의 구동에 연동되어 6 자유도 운동을 하게 되며, 그 결과 프레임(10D)의 위치 및 자세가 변동된다. 그리고, 이러한 구성은 테마 파크의 모션 시뮬레이터 등으로 응용되어 이용될 수 있다.Referring to FIG. 11, the configuration of the suspended parallel mechanism structure 100D according to the present embodiment is mostly the same as that of the suspended parallel mechanism structure in the above-described embodiment. However, in the above-described embodiment, the frame 10 is fixed in position, but in this embodiment, the main shaft 20D is fixed in position and the frame 10D is disposed to be relatively movable with respect to the main axis. In this configuration, when the first link and the second link are driven, the frame is moved in six degrees of freedom in conjunction with the driving of the first link and the second link, and as a result, the position and posture of the frame 10D are changed. Fluctuate. Such a configuration may be applied and used as a motion simulator of a theme park.
한편, 제1링크 및 제2링크를 도 12에 도시된 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 12를 참조하면, 각 제1링크(30E) 및 제2링크(40E)는 2축회전관절-1축직선이송관절-3축회전관절을 구비한다. 2축회전관절 즉 유니버셜 조인트는 X축을 회전축으로 회전가능한 제1회전판(331)과, 제1회전판의 내부에 배치되며 Y축을 회전축으로 회전가능한 제2회전판(332)을 가진다. 그리고, 제2회전판(332)에는 관통공이 형성되어 있다. 1축직선이송관절 즉 리니어 액츄에이터는 하우징(321)과 스크류(322)를 가진다. 하우징(321)은 유니버셜 조인트의 제2회전판(332)에 결합된다. 스크류(322)는 하우징(321) 및 제2회전판(332)의 관통공에 삽입되며, 하우징에 설치되어 있는 모터(미도시)의 구동시 이에 연동되어 하우징(321)에 대해 직선이동된다. Meanwhile, the first link and the second link may be configured as shown in FIG. 12. Referring to FIG. 12, each of the first link 30E and the second link 40E includes a biaxial rotation joint-1 axis linear transfer joint-3axis rotation joint. The biaxial rotating joint, that is, the universal joint, has a first rotating plate 331 rotatable on the X axis and a second rotating plate 332 disposed inside the first rotating plate and rotatable on the Y axis. In addition, a through hole is formed in the second rotating plate 332. The uniaxial linear transfer joint, ie the linear actuator, has a housing 321 and a screw 322. The housing 321 is coupled to the second rotating plate 332 of the universal joint. The screw 322 is inserted into the through hole of the housing 321 and the second rotating plate 332 and is linearly moved with respect to the housing 321 in association with the driving of the motor (not shown) installed in the housing.
본 실시예에 따르면, 스크류(322)가 제2회전판(332)을 통과할 수 있으므로, 스크류(322)의 길이를 연장함으로써 리니어 액츄에이터가 신장 되는 길이를 증가시킬 수 있다. 즉, 앞선 실시예의 경우에는 하우징의 내부에 삽입되는 스크류의 길이만큼만 리니어 액츄에이터가 신장 가능하였으나, 본 실시예에 따르면 스크류가 제2회전판을 통과 가능하므로 스크류(322)의 길이를 연장함으로써 리니어 액츄에이터가 신장 되는 길이를 증가시킬 수 있으며, 따라서 주축의 이동변위를 증가시켜 작업공간을 확대할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, since the screw 322 may pass through the second rotating plate 332, the length of the linear actuator may be increased by extending the length of the screw 322. That is, in the previous embodiment, the linear actuator can be extended only by the length of the screw inserted into the housing, but according to the present embodiment, since the screw can pass through the second rotating plate, the linear actuator is extended by extending the length of the screw 322. The elongated length can be increased, thus increasing the movement displacement of the main axis, thereby increasing the working space.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
도 1은 종래 스튜어트 플랫폼의 사시도이다.1 is a perspective view of a conventional Stewart platform.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조의 사시도이다.Figure 2 is a perspective view of a parallel mechanism structure of the hanging form according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 제1링크 및 제2링크의 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual diagram of the first link and the second link shown in FIG. 2.
도 4 및 도 5는 매달린 형태의 병렬기구구조의 작동과정을 설명하기 위한 사시도이다.4 and 5 are perspective views for explaining the operation of the suspended parallel mechanism structure.
도 6 및 도 7은 주축의 초기위치 및 자세에 따른 주축의 작업공간을 시뮬레이터를 이용하여 3차원 형태로 표현한 것이다.6 and 7 show the working space of the main axis according to the initial position and posture of the main axis in a three-dimensional form using a simulator.
도 8 내지 도 10은 다른 실시예에 따른 제1링크 및 제2링크의 개념도이다.8 to 10 are conceptual diagrams of a first link and a second link according to another embodiment.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매달린 형태의 병렬기구구조의 사시도이다.11 is a perspective view of a hanging mechanism in parallel according to another embodiment of the present invention.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 제1링크 및 제2링크의 사시도이다.12 is a perspective view of a first link and a second link according to another embodiment.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100...매달린 형태의 병렬기구구조 10...프레임100 ... hanging parallel mechanism structure 10 ... frame
20...주축 30...제1링크20 ... spindle 30 ... first link
40...제2링크40.2nd Link

Claims (12)

  1. 6 자유도 운동을 구현하여 3차원 상의 위치 및 자세를 제어하기 위한 매달린 형태의 병렬기구구조에 있어서,In the parallel mechanism structure of the hanging type for controlling the position and posture of three-dimensional by implementing six degrees of freedom motion,
    프레임;frame;
    상기 프레임에 대해 상대이동 가능하게 배치되는 주축; A main shaft disposed to be movable relative to the frame;
    일단부는 상기 프레임에 연결되되 상기 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 상기 주축의 일단에 연결되는 3개의 제1링크; 및One end is connected to the frame and is disposed between one end of the main shaft and the other end, and the other end has three first links connected to one end of the main shaft; And
    일단부는 상기 프레임에 연결되되 상기 주축의 일단과 타단 사이에 배치되며, 타단부는 상기 주축의 타단에 연결되는 3개의 제2링크;를 포함하며,One end is connected to the frame and is disposed between one end and the other end of the main shaft, the other end comprises three second links connected to the other end of the main shaft,
    상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 1축직선이송관절, 1축회전관절, 2축회전관절 및 3축회전관절 중 세 개 이상의 관절을 가지며,Each of the first link and each second link has three or more joints of one axis linear transfer joint, one axis rotation joint, two axes rotation joint, and three axes rotation joint,
    상기 주축은 상기 3개의 제1링크 및 상기 3개의 제2링크의 구동에 연동되어 6 자유도로 일체로 이동하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.The main shaft is suspended parallel mechanism structure, characterized in that the movement in conjunction with the drive of the three first link and the three second link integrally in six degrees of freedom.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 제1링크의 일단부와 상기 프레임이 연결된 3개의 지점을 연결한 형상 및 상기 각 제2링크의 일단부와 상기 프레임이 연결된 3개의 지점을 연결한 형상은 각각 정삼각형 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.Shapes connecting one end of each first link and three points to which the frame is connected, and shapes connecting one end of each second link to three points to which the frame is connected, each form an equilateral triangle. Parallel mechanism structure.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 각 제1링크의 타단부와 상기 주축의 일단이 연결된 3개의 지점을 연결한 형상 및 상기 각 제2링크의 타단부와 상기 주축의 타단이 연결된 3개의 지점을 연결한 형상은 각각 정삼각형 형태를 이루며, 서로 평행한 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.Shapes connecting the other end of each of the first link and three points connected to one end of the main shaft, and shapes connecting the other end of each second link and the three points connected to the other end of the main shaft each have an equilateral triangle shape. Hanging form parallel mechanism structure, characterized in that parallel to each other.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 프레임에는 관통공이 관통 형성되어 있으며,Through-holes are formed in the frame,
    상기 주축은 상기 프레임에 대해 상대이동 가능하도록 상기 관통공에 삽입되는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.And the main shaft is inserted into the through hole so as to be movable relative to the frame.
  5. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 주축은,The main shaft,
    일방향으로 길게 형성되며 상기 프레임에 삽입되는 본체부와, A main body portion formed in one direction and inserted into the frame;
    상기 본체의 일단부로부터 상기 본체의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되며, 상기 제1링크의 타단부가 결합되는 제1연장부와,A first extension part extending from one end of the main body in a direction crossing the longitudinal direction of the main body, and the other end of the first link coupled thereto;
    상기 본체의 타단부로부터 상기 길이방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되며, 상기 제2링크의 타단부가 결합되는 제2연장부를 가지는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.Hanging form parallel mechanism structure characterized in that it extends from the other end of the main body in a direction crossing the longitudinal direction, and has a second extension portion coupled to the other end of the second link.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 각 제1링크의 일단부와 상기 프레임이 연결된 3개의 지점은 동일 원주 상에 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형상을 이루며, One end of each of the first link and the three points connected to the frame are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the same circumference to form an equilateral triangle shape,
    상기 각 제2링크의 일단부와 상기 프레임이 연결된 3개의 지점은 상기 각 제1링크의 일단부와 상기 프레임이 연결된 3개의 지점 사이사이에 상기 원주의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형상을 이루며,Three points connected to one end of each second link and the frame are arranged at regular intervals along the circumferential direction of the circumference between one end of each first link and three points connected to the frame to form an equilateral triangle. Make up,
    상기 주축의 제1연장부와 상기 제1링크의 타단부가 결합된 3개의 지점은 동일 원주 상에 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형상을 이루며, Three points where the first extension portion of the main shaft and the other end portion of the first link are combined are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the same circumference to form an equilateral triangle shape,
    상기 주축의 제2연장부와 상기 제1링크의 타단부가 결합된 3개의 지점은 동일 원주 상에 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 정삼각형 형상을 이루며,The three points where the second extension of the main shaft and the other end of the first link are coupled are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the same circumference to form an equilateral triangle shape,
    상기 제1연장부와 상기 제1링크의 타단부가 결합된 3개의 지점을 포함하는 평면과, 상기 제2연장부와 상기 제2링크의 타단부가 결합된 3개의 지점을 포함하는 평면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.The plane including three points where the first extension part and the other end of the first link are coupled, and the plane including three points where the second extension part and the other end of the second link are coupled to each other. Hanging type parallel mechanism structure, characterized in that the parallel.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 각각의 일단부로부터 차례로 2축회전관절-1축직선이송관절-3축회전관절로 이루어지며, Each of the first link and each of the second link is composed of a two-axis rotary joint-one axis linear transfer joint-three axis rotary joint in order from each end,
    상기 1축직선이송관절이 위치 및 자세 제어에 필요한 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조. And the uniaxial linear transfer joint provides a driving force necessary for position and posture control.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 각각의 일단부로부터 차례로 2축회전관절-1축회전관절-3축회전관절로 이루어지며, Each of the first link and each of the second link is composed of a two-axis rotation joint-one axis rotation joint-three axis rotation joint in order from each end,
    상기 1축회전관절이 위치 및 자세 제어에 필요한 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조. Hanging parallel mechanism structure characterized in that the one-axis rotational joint provides the driving force necessary for position and attitude control.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 각각의 일단부로부터 차례로 3축회전관절-1축직선이송관절-3축회전관절로 이루어지며, Each of the first link and each of the second link is composed of a three-axis rotary joint-one axis linear transfer joint-three axis rotary joint in order from each end,
    상기 1축직선이송관절이 위치 및 자세 제어에 필요한 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조. And the uniaxial linear transfer joint provides a driving force necessary for position and posture control.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 각 제1링크 및 상기 각 제2링크는 각각의 일단부로부터 차례로 3축회전관절-1축회전관절-3축회전관절로 이루어지며, Each of the first link and each of the second link is composed of a three-axis rotation joint-one axis rotation joint-three axis rotation joint in order from each end,
    상기 1축회전관절이 위치 및 자세 제어에 필요한 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조. Hanging parallel mechanism structure characterized in that the one-axis rotational joint provides the driving force necessary for position and attitude control.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10,
    상기 프레임은 위치고정되며, 상기 제1링크 및 제2링크의 구동시 상기 주축 이 6 자유도 운동을 하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.The frame is fixed in position, the parallel mechanism structure of the hanging type, characterized in that the main axis is six degrees of freedom movement when driving the first link and the second link.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10,
    상기 주축은 위치고정되며, 상기 제1링크 및 제2링크의 구동시 상기 프레임이 6 자유도 운동을 하는 것을 특징으로 하는 매달린 형태의 병렬기구구조.The main shaft is fixed in position, the parallel mechanism structure of the hanging type, characterized in that the frame is six degrees of freedom movement when the first link and the second link is driven.
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