KR101072818B1 - 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터 - Google Patents

분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터 Download PDF

Info

Publication number
KR101072818B1
KR101072818B1 KR1020090022316A KR20090022316A KR101072818B1 KR 101072818 B1 KR101072818 B1 KR 101072818B1 KR 1020090022316 A KR1020090022316 A KR 1020090022316A KR 20090022316 A KR20090022316 A KR 20090022316A KR 101072818 B1 KR101072818 B1 KR 101072818B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
link
linear
movable
manipulator
respect
Prior art date
Application number
KR1020090022316A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100104125A (ko
Inventor
김경수
신영준
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020090022316A priority Critical patent/KR101072818B1/ko
Priority to US12/512,050 priority patent/US8091448B2/en
Publication of KR20100104125A publication Critical patent/KR20100104125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101072818B1 publication Critical patent/KR101072818B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B25J9/144—Linear actuators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20329—Joint between elements

Abstract

본 발명은 매니퓰레이터의 성능을 극대화시키기 위한 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제1 링크와, 제2 링크와,
상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 선형 커넥터와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는, 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터에 관한 것이다.
매니퓰레이터, 분산 구동

Description

분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터{Manipulators with Distributed Actuation Mechanism}
본 발명은 각 관절에 1개 또는 2개의 구동기를 사용함으로써, 입력토크를 생성하는 힘의 작용점을 이동시킬 수 있도록 하여, 속도, 힘 등 매니퓰레이터의 성능을 극대화시키기 위한 매니퓰레이터의 구동 메커니즘에 관한 것이다.
일반적으로 로봇은 여러 산업 분야에서 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 로봇 기술의 발달로 인해 현재는 산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있을 만큼의 자유도가 높은 다목적의 원격 조정 로봇 및 휴먼 로봇의 필요성이 대두되고 있으며, 이에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
로봇의 다양한 움직임을 구현하기 위해, 링크와 관절로 이루어지는 다관절 팔이라 일컫는 매니퓰레이터(Manipulator)가 일반적으로 사용된다.
로봇에 공급되는 에너지는 상기 매니퓰레이터에서 실제적인 움직임으로 구현되는데, 이때 매니퓰레이터의 움직임을 실현시키는 매체가 필요하며, 이를 구동기라고 한다.
시스템의 자유도보다 구동 입력수가 높은 경우의 메커니즘을 여유 구동 메커니즘이라고 하며, 이러한 여유 구동 메커니즘은 기구학적 특이점(singularity) 회피, 속도 및 입력 속도의 제한 극복, 외부환경과 접촉시 충격력 완화, 장애물 회피 등 비 여유 구동 메커니즘에 비해 여러가지 강점을 가지고 있다. 즉, 그 응용목적과 환경을 고려하여 선택적으로 적합한 최적해를 구함으로써 앞서 언급한 특성을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같은 여유 구동에 관한 연구들을 살펴보면, 매니퓰레이터의 말단 장치(End Effector)에서 최대하중용량, 최대속도, 최대가속도를 비 여유 구동 메커니즘과 비교하여 여유구동 메커니즘이 작업 성능을 향상시킴을 보인 연구(이상헌, 이병주, 곽윤근, '여유구동 인체형 로봇 모듈의 성능해석 및 구동장치 최적설계', 대한기계학회 논문집, Vol. 19, No. 1, pp.181-192, 1995)와 여유 구동을 통한 매니퓰레이터의 작업 성능 향상에 대한 연구(Sungbok Kim, 'Operational quality analysis of parallel manipulators with actuation redundancy', IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.2651-2656, 1997)가 있었다.
그리고 힘의 분배에 있어서 구동기의 위치, 사용된 구동기의 수가 작업 성능에 미치는 영향에 관한 연구(Byung-Ju Yi, Sang-Rok Oh, Il Hong Suh, 'A five-bar finger mechanism involving redendant actuators: Analysis and its applications', IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.15, No.6, pp.1001-1010, 1999)와 여유구동의 5축 핑거 메커니즘으로 힘의 분배기법 가중의사 역행렬을 이용한 여유구동 시스템의 힘 분배 기법에 관한 연구(박동일, 김수현, 곽윤근, '가중의사역행렬을 이용한 여유 구동의 힘분배 기법에 관한 연구', 대한기계학회, 2002), 구동입력을 효율적으로 분배시켜 최대구동토크를 낮추려는 연구(이상문, 심호석, 이재원, '여유구동 3RRR 병렬로봇의 힘분배 제어에 관한 연구', 한국정밀공학회지, Vol.25, No.2, pp.72-79, 2008)가 있었다.
구조적인 측면에서 볼 때, 여유구동 메커니즘을 구현하기 위해서는 닫힌 체인구조 등으로 인해 다수의 링크와 조인트가 사용되어서 구조적으로 복잡해지고 크기가 커지며 무게가 증가하기 때문에, 여유구동 메커니즘은 그 크기 대비 출력이 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.
구동기의 위치를 요구되는 작업의 종류 또는 상황에 맞게 최적화 시킬 수 있는 메커니즘이 개발되지 못한 상황이다. 또한 매니퓰레이터의 작업 성능은 여유구동을 통한 힘(또는 토크)의 분배와 구동기의 위치(또는 힘의 작용점)의 이동을 통해서 향상시킬 수 있지만, 이러한 두가지 특성이 동시에 반영된 메커니즘은 아직 개발되지 못하고 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 극복하기 위하여, 기존의 여유구동 메커니즘과 새롭게 분산구동 메커니즘을 동시 적용하여 부피대비 매니퓰레이터의 작업 성능을 극대화시키는 데에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 제1 링크와, 제2 링크와, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합 하고, 상기 제2 링크에 대하여 회전 운동이 가능한 고정식 절점이 형성된 선형 커넥터와, 상기 이동식 절점의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 이동식 절점의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터를 제안한다. 또한, 상기 구동기가 상기 제1 링크에 제공되고, 상기 가이드가 상기 제1 링크에 제공될 수 있다.
또한, 제1 링크와, 제2 링크와, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 선형 커넥터와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터를 제안한다. 이때, 상기 구동기가 상기 제1 링크와 상기 제2 링크에 모두 제공되고, 상기 가이드가 상기 제1 링크와 상기 제2 링크에 모두 제공될 수 있다.
상기 매니퓰레이터에서 사용되는 선형 커넥터는 상기 선형 커넥터는 유공압기의 특성을 갖는 선형 커넥터일 수 있다.
제1 링크와, 제2 링크와, 제3 링크와, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 제1 선형 커넥터와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드와, 상기 제2 링크와 상기 제3 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 일단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제3 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제3 링크와 결합하고, 상기 제3 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제4 이동식 절점이 형성된 제2 선형 커넥터와, 상기 제3 및 제4 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 제3 및 제4 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는, 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터를 제안한다.
또한, 지면에 대하여 고정된 베이스부와, 제1 링크와, 제2 링크와, 상기 베이스부와 상기 제1 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와, 상기 제2 링크의 끝단부에 제공되는 종말 작동체(end effector)와, 일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 선형 커넥터와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와, 상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는, 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터를 제안한다.
분산구동 메커니즘이 적용되면 토크를 생성하는 힘의 작용점이 분산되어 각 관절당 두 개의 구동기만으로도 다수의 구동기 효과가 가능하기 때문에, 소형의 고출력 매니퓰레이터 개발이 가능하다. 3관절 매니퓰레이터에 본 발명에 제시한 메커니즘을 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과, 여유구동에 의해서는 매니퓰레이터가 낼 수 있는 힘이 약 150% 증가하며, 분산구동에 의해서는 추가적으로 52%가 더욱 증대되었다. 그리하여 발명된 메커니즘에 의해서 총 매니퓰레이터가 낼 수 있는 힘은 최대 3.3 배로 증대되는 효과가 있다.
따라서 본 발명에서 제안된 분산구동 메커니즘을 이용한 매니퓰레이터는 산업용 매니퓰레이터, 군사용 로봇, 수술용 로봇 등 다양한 분야의 매니퓰레이터에 응용 기능하며, 힘의 가용범위가 넓기 때문에 섬세한 동작이 필요한 응용분야에 특히 유용한 효과를 제공할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 1개의 구동기를 사용한 분산구동 메커니즘을 갖는 매 니퓰레이터의 실시 예이다.
제1 링크(10)와 제2 링크(20)는 회전결합부재(120)를 매개로 하여 상호 회전 운동 가능하게 결합된다. 제1 링크(10)와 제2 링크(20)의 중간 부분은 선형 커넥터(100)로 연결된다. 선형 커넥터(100)의 양 끝은 이동식 절점(16)과 고정식 절점(27)을 포함한다 이동식 절점(16) 및 고정식 절점(27)은 상기 제1 링크 또는 제2 링크 상에 회전 가능하게 결합된다.
이동식 절점(16)에는 이를 작동시키기 위한 구동기(12)가 설치되어 연결된다. 구동기는 이동식 절점(16)에 선형 구동력을 가할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 좋다. 선형적인 움직임이 가능한 구동기로는 선형초음파모터, 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 유공압 구동기 등을 고려할 수 있으며, 선형적인 동작이 가능한 구동기라면 무엇이든지 힘의 작용점을 이동시키는 분산 구동 메커니즘이 가능하다.
이동식 절점(16)은 선형으로 제공되는 가이드(14)와 연결되고, 가이드(14)는 구동기(12)와 연결되어, 구동기의 힘 또는 토크를 이동식 절점에 전달하고, 이동식 절점의 선형 운동을 안내하는 기능을 수행한다.
상기 구동기(12)와 상기 가이드(14)는 제1 링크(10)에 제공된다.
상기 구동기(12)가 상기 이동식 절점(16)을 끌어당기는 방향으로 힘을 제공하면, 상기 선형 커넥터에 작용되는 힘에 의해 제2 링크(20)가 제1 링크(10) 방향으로 이동하게 되어, 관절이 굽어지는 운동을 하게 된다.
상기 고정식 절점(27)은 회전부재 등으로 제2 링크에 대하여 회전운동만 가 능하게 결합된다.
도 2는 본 발명에 의한 2개의 구동기를 사용한 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터의 실시 예이다.
도 1에서의 실시예와 구분하기 위해 제1 링크 및 제2 링크의 도면 부호를 변경하여 설명하기로 한다.
제1 링크(30)와 제2 링크(40)는 회전결합부재(120)를 매개로 하여 상호 회전 운동 가능하게 결합된다. 제1 링크(30)와 제2 링크(40)의 중간 부분은 선형 커넥터(100)로 연결된다. 선형 커넥터(100)의 양 끝은 제1 링크(30)와 결합하는 제1 이동식 절점(36), 제2 링크(40)와 결합하는 제2 이동식 절점(46)을 포함한다.
상기 두 개의 이동식 절점(36, 46)은 상기 제1 링크 또는 제2 링크 상에 회전 가능하게 결합된다.
상기 두 개의 이동식 절점(36, 46)에는 이를 작동시키기 위한 각각의 구동기(32, 42)가 설치되어 연결된다. 구동기는 상기 각각의 이동식 절점(36, 46)에 선형 구동력을 가할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 좋다.
상기 각각의 이동식 절점(36, 46)은 선형으로 제공되는 각각의 가이드(34, 44)와 연결되고, 상기 각각의 가이드(34, 44)는 상기 각각의 구동기(32, 42)와 연결되어, 구동기의 힘 또는 토크를 각각의 이동식 절점에 전달하고, 상기 각각의 이동식 절점의 선형 운동을 안내하는 기능을 수행한다.
상기 구동기(32, 42)와 상기 가이드(34, 44)는 제1 링크(30)와 제2 링크(40) 에 각각 하나씩 제공된다.
도 1 및 도 2에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 특징은 매니퓰레이터 각 관절 당 1개 또는 2개의 구동기를 이용하여 힘의 작용점(본 발명에서는 이동식 절점)을 이동시키는 것에 있다. 즉, 선형 커넥터의 양 끝이 각 절점과 연결되어 가이드를 따라 선형적으로 이동할 수 있으며, 이로 인하여 힘의 작용점이 분산되어 관절의 토크를 최적화시킬 수 있는 방식이다.
본 발명에 따른 분산 구동 메커니즘의 힘의 작용점 분배 방법은 도 2와 같이 선형적인 움직임이 가능한 구동기를 사용하여 선형 커넥터의 끝을 링크의 가이드에 따라 이동시키는 것이다. 따라서 관절에 연결된 제1 링크 및 제2 링크에 선형 구동기를 각각 내장시키고 구동기의 이동식 절점을 선형 커넥터 양 끝에 연결시킨다면 이동식 절점의 위치에 따라 토크를 생성하는 힘의 작용점이 이동하게 된다.
도 3은 분산구동 메커니즘의 개략적인 관계식을 도시하고 있다. 여기에서 확인할 수 있듯이, 토크(τ)는 입력파워(전압, 전류 등)에 의해서 결정되는 F1과 F2의 함수일 뿐만 아니라, 구동기에 연결된 이동식 절점의 위치에 대한 함수이기도 하다. 이러한 토크에 대한 함수는 수학식 1로 주어진다.
수학식 1
Figure 112009015842665-pat00001
여기서 θ1과 θ2는 구동기에 연결된 이동식 절점의 위치에 의해서 결정되는 각으로 다음의 수학식2를 만족한다. 또한 Ls1과 Ls2는 관절(본 발명에서는 제1 링크와 제2 링크를 결합하는 회전결합부재의 위치)로부터 각각의 이동식 절점까지의 거리이며, Lc는 커넥터의 길이이다.
수학식2
θ = θ1 + θ2
여기에서 θ는 관절의 회전각을 의미한다.
결과적으로 다수의 구동기를 사용해서 매니퓰레이터를 구동하기 위한 입력토크를 분배하는 기존 방식과는 다르게, 힘의 작용점을 이동(또는 분산)시키는 방법이기 때문에 기존 방식보다 적은 양의 구동기로 메커니즘 구현이 가능하며, 다수의 구동기를 위한 추가적인 링크과 조인트가 필요 없기 때문에 소형으로 제작가능하다.
또한 관절의 토크는 구동기가 낼 수 있는 최대한의 출력을 내더라도 이동식 절점의 위치에 따라서도 조절가능하기 때문에, 제안된 분산구동은 그 힘의 조절 범 위가 넓다는 특징이 있으며, 작은 사이즈에도 큰 힘을 낼 수 있는 메커니즘이다.
도 4는 도 2에서 제시된 실시예 두개가 서로 결합된 실시예를 보여준다.
본 실시예에서는 제1 링크(50), 제2 링크(60) 및 제3 링크(70)의 세 개의 링크가 사용된다.
제1 링크(50)와 제2 링크(60)는 회전결합부재(121)를 매개로 하여 상호 회전 운동 가능하게 결합된다. 제1 링크(50)와 제2 링크(60)의 중간 부분은 선형 커넥터(101)로 연결된다. 선형 커넥터(101)의 양 끝은 제1 링크(50)와 결합하는 제1 이동식 절점(56), 제2 링크(60)와 결합하는 제2 이동식 절점(66)을 포함한다.
상기 두 개의 이동식 절점(56, 66)은 상기 제1 링크 또는 제2 링크 상에 회전 가능하게 결합된다.
상기 두 개의 이동식 절점(56, 66)에는 이를 작동시키기 위한 각각의 구동기(52, 62)가 설치되어 연결된다. 구동기는 상기 각각의 이동식 절점(56, 66)에 선형 구동력을 가할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 좋다.
상기 각각의 이동식 절점(56, 66)은 선형으로 제공되는 각각의 가이드(54, 64)와 연결되고, 상기 각각의 가이드(54, 64)는 상기 각각의 구동기(52, 62)와 연결되어, 구동기의 힘 또는 토크를 각각의 이동식 절점에 전달하고, 상기 각각의 이동식 절점의 선형 운동을 안내하는 기능을 수행한다.
상기 구동기(52, 62)와 상기 가이드(54, 64)는 제1 링크(50)와 제2 링크(60)에 각각 하나씩 제공된다.
또한, 제2 링크(60)와 제3 링크(70)는 회전결합부재(122)를 매개로 하여 상호 회전 운동 가능하게 결합된다. 제2 링크(60)와 제3 링크(70)의 중간 부분은 선형 커넥터(102)로 연결된다. 선형 커넥터(102)의 양 끝은 제2 링크(60)와 결합하는 제3 이동식 절점(67), 제3 링크(70)와 결합하는 제4 이동식 절점(76)을 포함한다.
상기 두 개의 이동식 절점(67, 76)은 상기 제2 링크 또는 제3 링크 상에 회전 가능하게 결합된다.
상기 두 개의 이동식 절점(67, 76)에는 이를 작동시키기 위한 각각의 구동기(63, 72)가 설치되어 연결된다. 구동기는 상기 각각의 이동식 절점(67, 76)에 선형 구동력을 가할 수 있는 것이면 어느 것을 사용해도 좋다.
상기 각각의 이동식 절점(67, 76)은 선형으로 제공되는 각각의 가이드(65, 74)와 연결되고, 상기 각각의 가이드(65, 74)는 상기 각각의 구동기(63, 72)와 연결되어, 구동기의 힘 또는 토크를 각각의 이동식 절점에 전달하고, 상기 각각의 이동식 절점의 선형 운동을 안내하는 기능을 수행한다.
상기 구동기(63, 72)와 상기 가이드(65, 74)는 제2 링크(60)와 제3 링크(70)에 각각 하나씩 제공된다.
최종적으로 제2 링크(60)에는 두 개의 구동기와 두개의 가이드, 그리고 두개의 이동식 절점이 제공된다.
도 5는 본 발명의 분산구동 메커니즘이 복수개 적용된 소형 로봇 손가락의 예시도이다.
분산구동 메커니즘을 활용하면 섬세한 작업이 가능한 소형 로봇 손가락을 구현할 수 있다. 우선 각각의 링크에는 구동기에 연결된 이동식 절점이 선형운동이 가능하도록 가이드가 형성되어 있으며, 선형운동이 가능한 구동기(리니어모터 또는 리드스크류가 장착된 회전형 모터)가 내장되어 구동기에 연결된 이동식 절점이 가이드라인을 따라 이동할 수 있는 구조이다. 끝으로 각 링크에 내장된 이동식 절점은 선형 커넥터로 구속된다. 여기서 로봇손가락과 같은 소형의 매니퓰레이터에는 리니어 모터보다는 회전형모터에 리드스크류를 장착하여 선형운동을 얻는 방법이 크기면에서 더 효과적일 수 있다. 실제적으로는 하나의 링크에 두개의 구동자가 제공되는 경우 가이드도 두개가 제공되어야 하나, 편의상 도면에는 이를 함께 표시하였다.
도 6은 본 발명의 분산구동 메커니즘이 적용된 유공압 매니퓰레이터의 예시도이다.
분산구동 메커니즘을 유공압 매니퓰레이터에 적용하면 고출력의 특성을 얻을 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이 관절에 연결된 링크에는 이동식 절점이 선형운동이 가능하도록 가이드를 설치하고 두 이동식 절점을 선형 커넥터로 연결하도록 한다. 이때, 커넥터를 유공압기로 대체한다면 힘의 가용범위는 한층 더 늘어나게 되어 고출력 매니퓰레이터 개발이 가능하며, 매니퓰레이터의 소형화가 가능하다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명에 의한 1개의 구동기를 사용한 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터의 실시예.
도 2는 본 발명에 의한 2개의 구동기를 사용한 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터의 실시예.
도 3은 분산구동 메커니즘의 개략적인 관계식의 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 3개의 링크를 갖는 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터의 실시예.
도 5는 본 발명의 분산구동 메커니즘이 복수개 적용된 소형 로봇 손가락의 실시예.
도 6은 본 발명의 분산구동 메커니즘이 적용된 유공압 매니퓰레이터의 실시예.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 제1 링크와,
    제2 링크와,
    상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와,
    일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 선형 커넥터와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는,
    분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 선형 커넥터는 유공압기의 특성을 갖는 선형 커넥터인,
    분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동기가 상기 제1 링크와 상기 제2 링크에 모두 제공되고,
    상기 가이드가 상기 제1 링크와 상기 제2 링크에 모두 제공되는,
    분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터.
  6. 제1 링크와,
    제2 링크와,
    제3 링크와,
    상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와,
    일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 제1 선형 커넥터와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드와,
    상기 제2 링크와 상기 제3 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와,
    일단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제3 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제3 링크와 결합하고, 상기 제3 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제4 이동식 절점이 형성된 제2 선형 커넥터와,
    상기 제3 및 제4 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와,
    상기 제3 및 제4 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는,
    분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터.
  7. 지면에 대하여 고정된 베이스부와,
    제1 링크와,
    제2 링크와,
    상기 베이스부와 상기 제1 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와,
    상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 서로에 대하여 회전 운동이 가능하게 결합시키는 회전결합부재와,
    상기 제2 링크의 끝단부에 제공되는 종말 작동체(end effector)와,
    일단부는 상기 제1 링크와 결합하고, 상기 제1 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제1 이동식 절점이 형성되고, 타단부는 상기 제2 링크와 결합하고, 상기 제2 링크에 대하여 선형 운동과 회전 운동이 가능한 제2 이동식 절점이 형성된 선형 커넥터와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 위한 힘을 제공하는 구동기와,
    상기 제1 및 제2 이동식 절점들의 선형 운동을 안내하는 가이드를 포함하는,
    분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터.
KR1020090022316A 2009-03-16 2009-03-16 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터 KR101072818B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090022316A KR101072818B1 (ko) 2009-03-16 2009-03-16 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터
US12/512,050 US8091448B2 (en) 2009-03-16 2009-07-30 Manipulator with distributed actuation mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090022316A KR101072818B1 (ko) 2009-03-16 2009-03-16 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100104125A KR20100104125A (ko) 2010-09-29
KR101072818B1 true KR101072818B1 (ko) 2011-10-14

Family

ID=42729604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090022316A KR101072818B1 (ko) 2009-03-16 2009-03-16 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8091448B2 (ko)
KR (1) KR101072818B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340294B1 (ko) 2012-07-04 2013-12-11 한국과학기술원 관절 잠금 장치를 구비하는 불충분 구동 로봇 핑거

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5532760B2 (ja) 2009-08-31 2014-06-25 株式会社安川電機 搬送システム，ロボット装置及びワークの製造方法
WO2011155957A1 (en) * 2010-06-10 2011-12-15 Carefusion 2200, Inc. Flexible wrist-type element
KR101316429B1 (ko) * 2012-03-19 2013-10-08 주식회사 포스코 관절장치 및 이를 포함한 로봇
ITTO20120425A1 (it) * 2012-05-11 2013-11-12 Dalmec Spa Manipolatore pneumatico bilanciato
DE102012211886A1 (de) * 2012-07-06 2014-01-09 Technische Universität Berlin Medizinisches Instrument und Verfahren zum Verschwenken eines solchen medizinischen Instruments
KR101359053B1 (ko) * 2012-08-14 2014-02-06 정창욱 관절 구조를 고정시키기 위한 장치
WO2014171642A1 (ko) * 2013-04-19 2014-10-23 서울대학교 산학협력단 여유구동형 기구 형성 방법 및 구동기 힘 분배 시스템
TWI580541B (zh) * 2013-05-15 2017-05-01 台達電子工業股份有限公司 並聯式機器人及線性並聯式機構
CN103273478A (zh) * 2013-05-31 2013-09-04 安徽省巢湖铸造厂有限责任公司 弹条成型机的送料机械手
WO2014207872A1 (ja) * 2013-06-27 2014-12-31 株式会社安川電機 ロボット
CN104858891B (zh) * 2015-05-26 2016-08-24 宁波韦尔德斯凯勒智能科技有限公司 一种水下三自由度机械臂
DE102015015772A1 (de) * 2015-12-08 2017-06-08 Schölly Fiberoptic GmbH Instrument und Verwendung eines Instruments
CN107255926B (zh) * 2017-06-27 2019-08-20 华南理工大学 一种快速求解冗余度机械臂关节角偏移问题的方法
US11813747B2 (en) * 2018-08-08 2023-11-14 Sony Corporation Link structure
JP2020049550A (ja) * 2018-09-21 2020-04-02 オークマ株式会社 ロボットユニット
CN113320948B (zh) * 2021-05-28 2022-11-15 江苏焜驰汽车制造有限公司 一种汽车吸能块生产用翻转装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10217158A (ja) * 1997-01-30 1998-08-18 Sony Corp ロボツト装置
JP2003103480A (ja) 2001-09-27 2003-04-08 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボットの脚体関節アシスト装置
JP2005169062A (ja) 2003-12-08 2005-06-30 Renbao Computer Industry Co Ltd 画像データを用いてオブジェクトおよびオブジェクトタイプを変更する方法（関連出願の相互参照）本願においては、２００３年１２月８日付け台湾特許出願第９２１３４５１０号の優先権の特典を主張する。
WO2008136402A1 (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Thk Co., Ltd. ロボットの関節構造及びロボットフィンガ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5060532A (en) * 1990-08-23 1991-10-29 Barker Sidney L Universal joint boom
GB9221127D0 (en) * 1992-10-07 1992-11-18 Atomic Energy Authority Uk A hydraulic manipulator
US5692412A (en) * 1993-11-15 1997-12-02 Ross-Hime Designs, Incorporated Robotic manipulator
JP2003170381A (ja) * 2001-11-30 2003-06-17 Seiko Epson Corp 操作装置
WO2009158708A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-30 Allegiance Corporation Flexible wrist-type element and methods of manufacture and use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10217158A (ja) * 1997-01-30 1998-08-18 Sony Corp ロボツト装置
JP2003103480A (ja) 2001-09-27 2003-04-08 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボットの脚体関節アシスト装置
JP2005169062A (ja) 2003-12-08 2005-06-30 Renbao Computer Industry Co Ltd 画像データを用いてオブジェクトおよびオブジェクトタイプを変更する方法（関連出願の相互参照）本願においては、２００３年１２月８日付け台湾特許出願第９２１３４５１０号の優先権の特典を主張する。
WO2008136402A1 (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Thk Co., Ltd. ロボットの関節構造及びロボットフィンガ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340294B1 (ko) 2012-07-04 2013-12-11 한국과학기술원 관절 잠금 장치를 구비하는 불충분 구동 로봇 핑거

Also Published As

Publication number Publication date
US20100229669A1 (en) 2010-09-16
US8091448B2 (en) 2012-01-10
KR20100104125A (ko) 2010-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101072818B1 (ko) 분산구동 메커니즘을 갖는 매니퓰레이터
Hannan et al. Analysis and experiments with an elephant's trunk robot
Tavakoli et al. A hybrid pole climbing and manipulating robot with minimum DOFs for construction and service applications
Ma et al. Design and experiments for a coupled tendon-driven manipulator
JP5212797B2 (ja) 力覚提示マニピュレータ
JP5521674B2 (ja) ロボット
KR20110139839A (ko) 형상기억합금 구동 방식의 소형 점핑 이동로봇
EP2999572A1 (en) Compact parallel kinematics robot
Lambert et al. A novel parallel haptic device with 7 degrees of freedom
JP5503702B2 (ja) シリアルロボットのための低ストローク作動
JP6180618B2 (ja) マニピュレータ機構
KR101862654B1 (ko) 컴플라이언트 핑거유닛을 포함하는 로봇 핸드 어셈블리
JP4729745B2 (ja) ロボットの駆動機構及びロボットハンド
Haraguchi et al. Development of a pneumatically-driven robotic forceps with a flexible wrist joint
RU164091U1 (ru) Пространственный механизм с шестью степенями свободы
Li et al. Design and analysis of a new 3-DOF compliant parallel positioning platform for nanomanipulation
CN113305874B (zh) 一种三指多自由度灵巧手机构
CN105291135A (zh) 一种超冗余机械臂
Li et al. Kinematic design of a novel 3-DOF compliant parallel manipulator for nanomanipulation
Yang et al. A hyper-redundant continuous robot
Contreras-Esquen et al. Modeling and Validation of Compliant Mechanisms and Soft Robots in MATLAB Simscape
KR101776818B1 (ko) 리스트유닛을 포함하는 로봇 핸드 어셈블리
O'Brien et al. 3D force control system design for a hydraulic parallel bellows continuum actuator
Xu et al. Mechanical design of compliant parallel micromanipulators for nano scale manipulation
Dudorov et al. Construction of Anthropomorphic Grippers with Adaptive Control

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140930

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 8