KR101201725B1

KR101201725B1 - manipulator

Info

Publication number: KR101201725B1
Application number: KR1020120021810A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 이춘우
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-11-21

Abstract

PURPOSE: A manipulator is provided to accurately fix a manipulation unit to a desired position even if a rotation motor is stopped. CONSTITUTION: A manipulator comprises first and second fixed bases(10,30), a joint ball(20), first and second rotation units(40,60), and first and second translation units(50,70). The circumference of the joint ball is inscribed to the first fixed base to be rotatable. The second fixed base is separated from the first base in the direction of a Y-axis(Y). The first rotation unit is installed in the second fixed base and is rotated around the Y-axis. The first translation unit is rotated concentrically with the first rotation unit and is moved across the Y-axis. The second translation unit is loaded on the second rotation unit, and the center thereof is eccentric from the Y-axis. The second translation unit is moved in a direction vertical to the Y-axis.

Description

Manipulator

본 발명은 매니퓰레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a manipulator.

사람의 팔은 상하, 좌우, 및 전후로 선회될 수 있고, 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에서 회전될 수 있는 기능을 가진다.The arm of a person can be pivoted up, down, left and right, and back and forth, and has the function of being able to rotate in any position pivoted up, down, left, or front and back.

이러한 기능을 가진 팔은 섬세한 조작시에, 예를 들면, 그림을 그리거나, 페인트를 칠하거나, 볼트를 조이거나 용접작업을 수행할 때에 매우 용이하게 활용되고 있다.Arms with this function are very easily utilized in delicate operations, for example, when painting, painting, bolting or welding.

이러한 기능을 산업용 로봇에 적용시키기 위해 상기 기능을 가진 팔을 매니퓰레이터로서 상기 로봇에 적용되고 있다. In order to apply such a function to an industrial robot, an arm having the function is applied to the robot as a manipulator.

상기 팔이 상기 기능을 수행하기 위해서는 복수 개의 관절부가 필요 되고, 그 관절부를 구동시키는 매니퓰레이터가 필요 된다.In order for the arm to perform the function, a plurality of joints are required, and a manipulator for driving the joints is required.

지금까지 알려진 상기 매니퓰레이터는 X축, Y축, Z축에서 회전하는 모터와 병진운동하는 모터를 관절로서 구비하고서 팔과 유사한 궤적을 구현시키는 것으로 되어 있다. The manipulator known so far has an arm-like trajectory by including a motor rotating in the X-axis, Y-axis, and Z-axis as a joint and a motor which translates.

이러한 매니퓰레이터에 구비된 조작부는 모터의 구동방향에 따라 운동하게 되며, 모터의 정지시에 조작부의 운동방향으로 일정 크기의 관성력을 갖으며, 그 관성력은 시간이 경과 함에 따라 점점 약화되어 결국 소실된다.The manipulator provided in the manipulator moves in accordance with the driving direction of the motor, and when the motor is stopped, the manipulator has a certain amount of inertia in the direction of movement of the manipulator.

이러한 관성력으로 인하여, 상기 조작부는 원하는 시간에 원하는 위치로 이동될 수 없다고 하는 문제가 발생하게 된다.Due to this inertial force, a problem arises that the operation portion cannot be moved to a desired position at a desired time.

이러한 문제를 극복하기 위해, 상기 모터를 상기 구동방향의 역방향으로 구동하여 상기 발생된 관성력을 소실시킬 수 있지만, 상기 모터가 정역으로 전환되는 시간이 존재하게 되어, 여전히 원하는 시간에 원하는 위치로 상기 조작부를 위치이동시킬 수 없고, 상기 조작부에 진동이 발생하게 된다.In order to overcome this problem, the motor can be driven in the reverse direction of the driving direction to dissipate the generated inertial force, but there is a time when the motor is switched to normal and reverse, so that the operation unit is still in a desired position at a desired time. Cannot be moved, and vibration occurs in the operation unit.

또한, 다른 관절을 구동시키는 다른 모터를 이용하여 상기 관성력을 소실시킬 수 있지만, 상기 다른 모터의 운동궤적과 상기 관성력의 운동궤적이 상이하여 상기 관성력을 소실시키기 위한 상기 다른 모터의 운동궤적을 산출하는 복잡한 연산프로그램이 필요하게 되고, 이러한 연산프로그램에 조력하는 각종 센서도 필요하게 되어, 매니퓰레이터의 제조비용을 증대시킨다고 하는 문제가 발생 될 뿐만 아니라, 여전히 상기 모터가 정시 시점에서 상기 다른 모터를 구동하여 상기 관성력을 소실시키기 때문에 진동이 야기된다고 하는 문제가 발생하게 된다.In addition, although the inertia force can be lost by using another motor for driving other joints, the motion trajectory of the other motor and the motion trajectory of the inertia force are different to calculate the motion trajectory of the other motor for dissipating the inertia force. A complicated calculation program is required, and various sensors for assisting the calculation program are also required, which not only increases the manufacturing cost of the manipulator, but also causes the motor to drive the other motor at the time point. Since the inertia force is lost, a problem occurs that vibration is caused.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.The present invention has a problem in solving the above problems.

본 발명은, 제1베이스에 팔과 같은 조작부가 장착된 볼을 회전가능하게 장착하고, 제1베이스에 Y축 방향으로 일정 간격 이격된 제2베이스를 마련하고, 상기 제2베이스에 볼의 중심축선인 Y축선을 중심으로 회전하는 제1회전부를 장착하고, 상기 제1회전부에 X축방향으로 병진운동하는 제1병진부를 장착하고, 상기 제1병진부에 Y축선을 중심으로 회전하는 제2회전부를 장착하고, 상기 제2회전부에 X축방향으로 병진운동하는 제2병진부를 장착하고, 상기 조작부가 장착된 볼의 부위에 대하여 등을 진 볼의 부위에 상기 중심축선인 Y축선 방향으로 뻗은 로드를 장착하고, 상기 제2병진부에, 상기 로드가 상기 로드의 길이방향을 따라 직진이동가능하게, 회전가능하게 그리고 경사가능하게 하는 모래시계모양의 가이드부를 개재하여, 상기 로드를 장착하고, 상기 제1 및 제2 회전부로 하여금, 정역방향으로 회전시키는 한 쌍의 회전모터를 구비하게 하고, 상기 한 쌍의 회전모터들 중 하나의 회전모터의 출력축에 상기 다른 하나의 회전모터의 기부를 외접시켜 이들 출력축들의 중심축선이 동축선 상에 있도록 상기 한 쌍의 회전모터들을 직렬로 결합시키고, 상기 조작부의 이동시에 상기 한 쌍의 회전모터들을 서로 반대방향으로 회전시키되, 상기 조작부를 원하는 방향으로 이동시키는 상기 하나의 회전모터와 그리고 상기 다른 하나의 회전모터가 상기 조작구의 원하여지는 위치에 도달되기 전에 동일한 증감속도비로 회전되었다가, 상기 한 쌍의 회전모터들이 동시에 정시시키거나 또는 상기 하나의 회전모터만이 정지되게 함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다.The present invention rotatably mounts a ball equipped with an operation unit such as an arm on a first base, provides a second base spaced at regular intervals in the Y-axis direction on the first base, and provides a center of the ball on the second base. A first rotating part rotating about an Y axis, which is an axis, and a first translation part translating in the X axis direction, and a second rotating part about the Y axis in the first translation part. And a second translation part for translating in the X-axis direction on the second rotating part, and extending in the Y axis direction, which is the central axis, to the part of the ball which has the back against the part of the ball on which the operation part is mounted. A rod is mounted, and the rod is mounted to the second translational portion via an hourglass-shaped guide portion which allows the rod to move, rotate and incline along the longitudinal direction of the rod, remind The first and second rotary parts include a pair of rotary motors for rotating in the forward and reverse directions, and the base of the other rotary motor is circumscribed on an output shaft of one of the pair of rotary motors. Combining the pair of rotary motors in series so that the center axis of these output shafts are on the coaxial line, and rotates the pair of rotary motors in opposite directions when the operation unit is moved, but moves the operation unit in the desired direction The one rotational motor and the other rotational motor are rotated at the same increase and decrease speed ratio before reaching the desired position of the operating tool, and the pair of rotational motors simultaneously display or the one rotational motor. By only stopping this, the said subject can be solved.

본 발명은, 팔이 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 팔이 상이한 반경을 갖고서 회전되게 하여, 인간 견관절에 실질적으로 근접한 휴모노이드 로봇의 견관절로서 적용되는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라, 상기 하나의 회전모터에 의해 이동방향으로 상기 조작부가 이동되었다가 상기 조작부가 원하는 위치에 도달되면, 상기 하나의 회전모터가 정지되어도, 상기 조작부의 상기 이동방향으로의 관성력이 상기 다른 하나의 회전모터에 의해 소멸되어, 상기 조작부가 원하는 위치에 정확하게 그리고 진동없이 위치결정될 수 있으며, 또한, 상기 조작부가 동작의 끊어짐 없이 연속적으로 반대방향으로도 이동하는 것을 가능하게 할 수 있다.The present invention allows the arm to be rotated with a different radius while the arm is positioned at any position pivoted up, down, left or right, back and forth, making it possible to be applied as a shoulder joint of a humanoid robot substantially close to the human shoulder joint. In addition, when the operation unit is moved in the movement direction by the one rotation motor and the operation unit reaches a desired position, even if the one rotation motor is stopped, the inertial force in the movement direction of the operation unit is different from the other. It can be extinguished by one rotary motor, so that the operation portion can be accurately positioned at the desired position and without vibration, and it is also possible to allow the operation portion to move continuously in the opposite direction without interruption of operation.

도 1은 본 발명에 따를 실시예의 개념도,
도 2는 도 1의 제1회전부가 회전될 때를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 제2회전부가 회전될 때를 도시한 도면 및
도 4는 도 1의 회전부의 관성력 소멸을 위한 제어방법을 설명한 도면.1 is a conceptual diagram of an embodiment according to the present invention,
FIG. 2 is a view illustrating when the first rotating part of FIG. 1 is rotated;
3 is a view illustrating when the second rotating part of FIG. 1 is rotated;
4 is a view for explaining a control method for extinction of inertia of the rotating unit of FIG.

이하, 본 발명에 따른 실시예가 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명될 것이다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1에는 실시예의 매니퓰레이터가 개념적으로 사시도로서 도시되어 있다.In Figure 1 the manipulator of the embodiment is conceptually shown in perspective view.

상기 매니퓰레이터는 고정된 제1베이스(10); 및 팔과 같은 조작부(11)가 하부에 장착된 상태에서 상기 제1베이스(10)에 둘레가 회전가능하게 내접되어 상반부와 하반부가 노출되어 있는 관절 볼(20)을 포함하고 있다.The manipulator includes a fixed first base (10); And a joint ball 20 in which a circumference of the first base 10 is rotatably inscribed in a state in which an operation unit 11 such as an arm is mounted at a lower portion thereof, and an upper half and a lower half are exposed.

또한, 상기 매니퓰레이터는, 상기 제1베이스(10)에 Y중심축선 방향으로 일정 간격 이격되어 고정된 제2베이스(30); 및 상기 제2베이스(30)에 상기 관절 볼(20)의 중심축선인 Y중심축선(Y)을 중심으로 자전하게 장착된 제1회전부(40)를 포함하고 있다.The manipulator may include: a second base 30 fixed to the first base 10 at a predetermined interval spaced in a Y center axis direction; And a first rotating part 40 rotatably mounted to the second base 30 about the Y center axis line Y, which is the center axis line of the joint ball 20.

또한, 상기 매니퓰레이터는, 상기 제1회전부(40)의 자전중심과 동심을 갖고서 자전되게 상기 제1회전부(40)에 탑재되고 상기 Y중심축선(Y)에 수직한 방향에서 상기 Y중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제1병진부(50); 상기 제1병진부(50)에 탑재되어 상기 관절 볼(20)의 중심축선인 Y중심축선(Y)을 중심으로 자전 및 공전 가능하게 그리고 상기 Y중심축선에 평행한 Y편위축선(Y')을 중심으로 자전가능하게 장착된 제2회전부(60); 및 중심이 상기 Y중심축선(Y)에 편심된 상태에서 상기 제2회전부(60)에 탑재되어 있고 상기 Y중심축선에 수직한 방향으로 가변가능한 제2병진부(70)를 포함하고 있다.In addition, the manipulator is mounted on the first rotation part 40 so as to be rotated concentrically with the rotation center of the first rotation part 40 and crosses the Y center axis line in a direction perpendicular to the Y center axis line Y. A first translation unit 50 that is variable in the feeding direction; Y deflection axis Y 'mounted on the first translation part 50 to be rotated and revolved about Y center axis Y, which is the center axis of the articulation ball 20, and parallel to the Y center axis. A second rotating unit 60 rotatably mounted about the center; And a second translation part 70 mounted on the second rotation part 60 in a state in which a center thereof is eccentric to the Y center axis Y, and variable in a direction perpendicular to the Y center axis line.

또한, 상기 매니퓰레이터는 상기 조작부(11)가 장착된 관절 볼(20)의 부위에 대하여 등을 진 관절 볼(20)의 부위에 기단이 고정적으로 장착되어 선단이 상기 Y중심축선 방향으로 뻗은 로드(80); 및 상기 제2병진부(70)와 상기 로드(80) 사이에 개재되어 상기 로드가 상기 로드의 길이방향을 따라 직진이동가능하게, 회전가능하게 그리고 경사가능하게 하는 모래시계모양의 가이드부(90)을 포함하고 있다.In addition, the manipulator is a rod with a proximal end fixedly mounted to a portion of the articulation ball 20 which is oriented with respect to the portion of the articulation ball 20 on which the operation part 11 is mounted (the rod extending in the Y center axis direction ( 80); And an hourglass-shaped guide part 90 interposed between the second translation part 70 and the rod 80 to allow the rod to move linearly, rotatably and inclined along the longitudinal direction of the rod. ) Is included.

상기 가이드부(90)는, 그 중심이, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 및 제1병진부(50)가 모두 Y중심축선(Y) 상에 위치 결정될 때, 제2병진부(70)의 위치 결정에 따라 상기 Y중심축선 상에 위치되도록, 상기 제2병진부(70)에 고정되어 있다. The guide portion 90 has a center thereof when the first and second rotational portions 40, 60 and the first translation portion 50 are both positioned on the Y center axis Y. It is fixed to the 2nd translation part 70 so that it may be located on the Y center axis line according to the positioning of 70.

상기 제1 및 제2회전부(40, 60)들 각각은 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 공지된 회전모터가 될 수 있으며, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70)들 각각은 공지된 선형모터, 실린더, 또는 볼스크류가 될 수 있다.Each of the first and second rotary parts 40 and 60 may be a pair of known rotary motors connected in series with each other, and each of the first and second translation parts 50 and 70 may be a known linear motor. It may be a motor, a cylinder, or a ball screw.

상기 제1 및 제 2회전부(40, 60)들 각각은 제1몸체(B1)와 제1출력축(S1)을 포함하는 제1회전모터(M1)와 그리고 제2몸체(B2)와 제2출력축(S2)을 포함하는 제2회전모터(M2)을 포함하고 있다.Each of the first and second rotating parts 40 and 60 may include a first rotating motor M1 including a first body B1 and a first output shaft S1, and a second body B2 and a second output shaft. A second rotary motor M2 including S2 is included.

상기 제1회전모터(M1)의 상기 제1출력축(S1)에는 상기 제2회전모터(M2)의 상기 제2몸체(B2)를 외접시켜 이들 제1 및 제2출력축(S1, S2)들의 중심축선이 동축선 상에 있도록 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)들이 직렬로 결합되어 있다.The center of the first and second output shafts S1 and S2 is formed by externally enclosing the second body B2 of the second rotation motor M2 to the first output shaft S1 of the first rotation motor M1. The first and second rotary motors M1 and M2 are coupled in series so that the axis is coaxial.

상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)들은 상기 조작부(11)의 이동시에 서로 반대방향으로 회전되게 되어 있다.The first and second rotary motors M1 and M2 are rotated in opposite directions when the operation unit 11 moves.

즉, 상기 제2회전모터(M2)와 그리고 상기 조작부(11)를 원하는 방향으로 이동시키기 위해 정방향으로 회전하고 있는 상기 제1회전모터(M1)는 상기 조작부(11)의 원하여지는 위치에 도달되기 전에, 서로 동일한 절대 비율로 제1회전모터의 정방향 감속과 제2회전모터의 역방향 증속으로 회전되었다가, 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)들이 동시에 정지되거나 또는 상기 제1회전모터(M1)만이 정지되게 되어 있다.That is, the second rotary motor M2 and the first rotary motor M1 rotating in the forward direction to move the operation unit 11 in a desired direction reach a desired position of the operation unit 11. Before rotation, the motor rotates in the forward deceleration of the first rotary motor and the reverse acceleration of the second rotary motor at the same absolute ratio, and the first and second rotary motors M1 and M2 are simultaneously stopped or the first rotation is performed. Only the motor M1 is to be stopped.

이를 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail with reference to FIG. 4 as follows.

상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)의 증감속지점(A)은 상기 조작부(11)의 원하여지는 이동거리(D)로부터 상기 이동거리(D)의 절반보다 작은 증분길이(L1) 만큼 더 전진된 증분지점(X)에서 상기 증분길이(L1)의 2배의 길이로 후퇴된 D-L1의 위치에 상기 조작부(11)가 도달된 지점이다. .The incremental deceleration point A of the first and second rotary motors M1 and M2 is an incremental length L1 smaller than half of the movement distance D from a desired movement distance D of the operation unit 11. It is the point where the operation unit 11 reaches the position of D-L1, which is retracted by the length of twice the incremental length L1 from the incremental point X further advanced by). .

상기 제1회전모터(M1)의 정방향 감속비는 일정 시간(T1) 동안에 상기 증감속지점(A)에서의 제1회전모터(M1)의 절대속도(V1)에서 상기 증분지점(X)에서의 제1회전모터(M1)의 0의 속도(V0)로 감속되어야 하는 감속비이고, 그리고 상기 제2회전모터(M2)의 역방향 증속비는 상기 일정 시간(T1) 동안에 상기 증감속지점(A)에서의 제2회전모터(M2)의 0의 속도(V0)에서 상기 증분지점(X)에서의 제2회전모터(M2)의 속도로서 상기 증감속지점(A)에서의 상기 제1회전모터(M1)의 절대속도(V1)로 증속되어야 하는 증속비이다.The forward deceleration ratio of the first rotary motor M1 is the first at the incremental point X at the absolute speed V1 of the first rotary motor M1 at the increase / deceleration point A for a predetermined time T1. It is a reduction ratio which should be decelerated at zero speed V0 of one rotation motor M1, and the reverse acceleration ratio of the second rotation motor M2 is at the acceleration / deceleration point A during the predetermined time T1. The first rotation motor M1 at the increase / deceleration point A as the speed of the second rotation motor M2 at the incremental point X at the zero speed V0 of the second rotation motor M2. This is the gear ratio that should be accelerated to the absolute speed of V1.

또한, 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2) 또는 상기 제1회전모터(M1)의 오프시점(t1)은 상기 제1회전모터(M1)의 절대속도와 상기 제2회전모터(M2)의 절대속도가 동일하게 되는 시점이다.In addition, the off time t1 of the first and second rotary motors M1 and M2 or the first rotary motor M1 is an absolute speed of the first rotary motor M1 and the second rotary motor M2. ) Is the point at which the absolute speeds are the same.

따라서, 상기 조작부(11)는 오프시점(t1)에서 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)가 동시에 오프되면, 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)에 의해 상기 조작부(11)에 부가된 정/역방향의 관성력이 소멸되어, 원하여 지는 이동거리(D)에 상당하는 목표지점(D1)에 정확하게 도달되게 된다.Therefore, when the first and second rotary motors M1 and M2 are simultaneously turned off at the off time t1, the operation unit 11 may be operated by the first and second rotary motors M1 and M2. The forward / reverse inertial forces added to 11) are dissipated so that the target point D1 corresponding to the desired moving distance D is reached accurately.

상기 오프시점(t1)은 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)의 회전속도가 검출됨으로써 인식할 수 있으며, 상기 일정 시간(T1)은 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)의 사양에 맞추어서 설계적으로 설정된 임의의 값이다.The off time t1 may be recognized by detecting rotation speeds of the first and second rotation motors M1 and M2, and the predetermined time T1 may be recognized by the first and second rotation motors M1 and M2. It is an arbitrary value that is set by design according to the specification of.

상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)의 가동과 정지는 제1 및 제2회전모터(M1, M2) 각각에 구비된 엔코더로부터 수신된 회전속도정보와 자체적으로 설정된 상기 일정 시간 정보를 상기 매뉴퓰레이터에 구비된 도시되지 않은 제어장치의 연산프로그램에 의해 제어될 수 있다.The start and stop of the first and second rotary motors M1 and M2 are based on the rotational speed information received from encoders provided in the first and second rotary motors M1 and M2 and the predetermined time information set by itself. It may be controlled by an operation program of a control device (not shown) provided in the manipulator.

상기와 같은 제1 및 제2회전모터(M1, M2) 간의 결합과 제어방법에 의해, 상기 조작부는 상기 제1회전모터(M1)에 의해 이동방향으로 상기 조작부(11)가 이동거리(D)만큼 이동되어 상기 조작부(11)가 원하는 위치에 도달되어서, 상기 제1회전모터(M1)가 정지되어도, 상기 조작부(11)가 상기 이동방향으로의 관성력이 상기 제2회전모터(M2)에 의해 소멸되어, 상기 조작부(11)가 원하는 위치에 정확하게 그리고 진동 없이 위치결정될 수 있다.By the method of coupling and controlling the first and second rotary motors M1 and M2 as described above, the operation unit 11 is moved by the first rotary motor M1 in the moving direction in the moving distance D. Even if the operation unit 11 reaches a desired position and the first rotation motor M1 is stopped, the inertial force of the operation unit 11 in the moving direction is caused by the second rotation motor M2. By being extinguished, the operation part 11 can be accurately positioned at the desired position and without vibration.

이 상태에서, 제2회전모터(M2)을 역방향으로 계속 회전시키면, 상기 조작부(11)가 동작의 끊어짐 없이 연속적으로 반대방향으로도 이동하는 것이 가능하게 된다.In this state, when the second rotation motor M2 is continuously rotated in the reverse direction, the operation portion 11 can continuously move in the opposite direction without interruption of operation.

상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)간의 제어방법은, 상기 제1 및 제2회전모터(M1, M2)가 정역방향으로 회전가능한 모터일 경우에, 상기 설명의 제어방법과 반대로 구현될 수 있다.The control method between the first and second rotary motors M1 and M2 is implemented in the opposite manner to the control method of the above description when the first and second rotary motors M1 and M2 are rotatable motors in the forward and reverse directions. Can be.

상기 제1회전부(40)와 상기 제1병진부(50) 간의 결합과, 상기 제2회전부(60)와 상기 제2병진부(70) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 각각에 상당하는 제2회전모터(M2)의 제2출력축(S2, S2)에, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 각각에 상당하는 선형모터의 직선형 고정자(51, 71)가, 고정적으로 외접되게 하고, 그 고정자(51, 71) 위에 직선형 회전자(52, 72)가 배치되게 함으로써 가능하다.Coupling between the first rotating part 40 and the first translation part 50 and coupling between the second rotating part 60 and the second translation part 70 are, for example, the first and second parts. The linear stator of the linear motor corresponding to each of the first and second translation units 50 and 70 on the second output shafts S2 and S2 of the second rotary motor M2 corresponding to each of the rotary units 40 and 60. It is possible by letting 51 and 71 be fixedly circumscribed, and arrange | positioning the linear rotors 52 and 72 on the stator 51 and 71.

특히, 상기 직선형 고정자(51)는 Y중심축선(Y)을 가로지르게 뻗어 있고, 상기 직선형 고정자(71)은 그 중심이 Y중심축선(Y)에서 벗어나 상기 직선형 고정자(51)에 대하여 평행하게 또는 수직하게 뻗어 있다.In particular, the straight stator 51 extends across the Y center axis Y, and the straight stator 71 has its center out of the Y center axis Y in parallel to the straight stator 51 or It extends vertically.

상기 제1병진부(50)와 상기 제2회전부(60) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제1병진부(50)에 상당하는 선형모터의 직선형 회전자(52) 상에, 상기 제2회전부(60)에 상당하는 제1회전모터(M1)의 제1몸체(B1)가 장착됨으로써 가능하다.Coupling between the first translation unit 50 and the second rotation unit 60, for example, on the linear rotor 52 of the linear motor corresponding to the first translation unit 50, the second The first body B1 of the first rotating motor M1 corresponding to the rotating part 60 can be mounted.

상기 제2병진부(70)와 상기 로드(80) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제2병진부(70)에 상당하는 선형모터의 직선형 회전자(72)의 일측에, 상기 직선형 회전자(72)의 위치에 따라 상기 Y중심축선(Y)에 평행한 중심축선을 갖거나 상기 Y중심축선상에 중심축선을 갖는 모래시계모양의 가이드부(90)를 고정시키고, 상기 가이드부(90)에 상기 로드(80)를 관통시켜, 상기 로드(80)가 상기 로드(80)의 길이방향을 따라 직진이동 가능하게, 회전 가능하게 그리고 경사 가능하게 함으로써 가능하다.Coupling between the second translation unit 70 and the rod 80 is, for example, on one side of the linear rotor 72 of the linear motor corresponding to the second translation unit 70, the linear rotor According to the position of 72, the hourglass shaped guide portion 90 having a central axis parallel to the Y center axis line Y or having a center axis line on the Y center axis line is fixed, and the guide portion 90 The rod 80 through the rod 80 so that the rod 80 can move, rotate and incline in the longitudinal direction of the rod 80.

상기와 같이 구성된 상기 매니퓰레이터는 다음과 같이 작동될 수 있다.The manipulator configured as described above may be operated as follows.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 및 제1병진부(50)와 그리고 가이드부(90)를 모두 Y중심축선(Y) 상에 배치한 상태에서는 상기 제1 제2회전부(40, 60) 중 어느 회전부가 회전되어도, 관절 볼(20)은 회전되지 않는다.As shown in FIG. 1, the first and second rotating parts 40 and 60, the first translation part 50, and the guide part 90 are both disposed on the Y center axis line Y. The joint ball 20 does not rotate even when any of the first and second rotation parts 40 and 60 is rotated.

그 이유는 제1 및 제2회전부(40, 60)의 회전중심과 상기 로드(80)가 Y중심축선(Y) 상에 위치되어 있기 때문이다. This is because the center of rotation of the first and second rotating parts 40 and 60 and the rod 80 are located on the Y center axis line Y.

이 상태에서, 상기 제1회전부(40)를 회전시켜, 제 1병진부(50)의 회전자(52)가 이동될 방향을 설정한 후, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 중 어느 하나를 가동하여 회전자(52, 72) 중 어느 하나를 X축 방향 또는 Z축 방향으로 이동시켜 임의의 위치에 위치결정시키면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로드(80)가 상기 Y중심축선(Y)에 대하여 임의의 예각을 갖는 자세로 변환된다.In this state, the first rotation part 40 is rotated to set the direction in which the rotor 52 of the first translation part 50 is to be moved, and then the first and second translation parts 50 and 70 are rotated. When any one of the rotors 52 and 72 is moved to move in the X-axis direction or Z-axis direction and positioned at an arbitrary position, as shown in FIG. It is converted into a posture having an acute angle with respect to the Y center axis line Y.

이 상태에서, 제1회전부(40)가 회전되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로드(80)가 상기 Y중심축선(Y)에 대하여 상기 임의의 예각을 갖고서 상기 Y중심축선(Y)을 중심으로 원추형으로 상기 관절 볼(20)과 함께 회전되게 된다. In this state, when the first rotation part 40 is rotated, as shown in FIG. 2, the rod 80 has the arbitrary acute angle with respect to the Y center axis Y and the Y center axis line Y. It will be rotated with the joint ball 20 in a conical shape about.

그리고 상기 제1회전부(40)를 정지시키고 제2회전부(60)를 회전시키면, 도 3에 도시된 바와 같이, 관절 볼(20)이 상기 임의의 예각으로 방향전환된 상태에서, 제2회전부(60)의 회전중심과 가이드부(90)의 중심축선 간의 이격거리를 회전반경으로 갖고서, 즉, 제1회전부(40)가 회전시키는 반경보다 작은 반경을 갖고서, 상기 로드(80)가 경사진 원추형으로 그리고 상기 제2회전부(60)의 회전중심과 관절 볼(20)의 중심을 이은 중심축선을 중심으로 관절 볼(20)과 함께 회전하게 된다.When the first rotating part 40 is stopped and the second rotating part 60 is rotated, as shown in FIG. 3, in the state in which the articulation ball 20 is turned to the arbitrary acute angle, the second rotating part ( The distance between the center of rotation of the center of rotation 60 and the central axis of the guide portion 90 as the radius of rotation, that is, having a radius smaller than the radius that the first rotation part 40 rotates, the rod 80 is inclined conical And it rotates with the joint ball 20 about the center axis of the center of rotation of the second rotation unit 60 and the center of the joint ball 20.

여기에서, 상기 제2병진부(70)를 가동하여 회전자(72)를 X축 방향 또는 Z축 방향으로 이동시켜, 임의의 위치에 위치결정시킴에 따라 상기 작은 반경의 크기가 조절될 수 있다.Here, by operating the second translation unit 70 to move the rotor 72 in the X-axis direction or Z-axis direction, the size of the small radius can be adjusted by positioning at any position. .

이와 같은 조작으로 상기 관절 볼(20)에 장착된 조작부(예를 들면, 팔, 발, 목 등)의 운동궤적을 사람의 견관절, 대퇴부관절, 또는 목관절이 구현할 수 있는 운동궤적과 실질적으로 유사하게 구현시키는 것이 가능하게 된다.By this operation, the motion trajectory of the operation unit (for example, arm, foot, neck, etc.) mounted on the articulation ball 20 is substantially similar to the motion trajectory that a human shoulder, thigh joint, or neck joint can implement. Can be implemented.

따라서, 본 실시예의 매니퓰레이터는, 사람의 팔이 구현할 수 있는 운동궤적과 유사한 운동궤적으로 제공함으로써, 산업 로봇에 적용된다면, 사람이 수동으로 수행하게 되는 작업을 그대로 구현하는 것을 가능하게 할 수 있다.Therefore, the manipulator of the present embodiment can provide a motion trajectory similar to the motion trajectory that can be implemented by the human arm, so that, if applied to an industrial robot, it is possible to implement a work that a human manually performs.

상기 실시예에서 상기 제2베이스(30)가 고정되어 있는 것으로 설명되었지만, 변경실시예로서, 상기 제2베이스(30)의 뒤쪽에 상기 로드(80)가 상기 제1병진부(50)의 가동에 의한 자세 변경함에 따라 동기하여 상기 제2베이스(30)를 상기 로드(80)와 정면으로 마주하게 경사지게 하는 수단, 예를 들면, 상기 제2베이스(30)에 일정간격 이격된 제3베이스(도시되지 않음)에 장방형으로 배치된 4개의 실린더(도시되지 않음)를 고정적으로 장착하고 상기 4개의 실린더의 로드에 상기 제2베이스(30)를 결합하고 있는 수단, 탄성수단 등이 적용되면, 관절 볼에 대한 보다 더 많은 운동궤적을 구현시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.Although the second base 30 has been described as being fixed in the above embodiment, as an alternative embodiment, the rod 80 behind the second base 30 is movable of the first translation unit 50. Means for inclining the second base 30 in front of the rod 80 in synchronization with the posture change by, for example, a third base spaced at a predetermined interval from the second base 30 ( (Not shown) is fixedly mounted to the four cylinders (not shown) arranged in a rectangular shape, and the means, the elastic means, etc. for coupling the second base 30 to the rod of the four cylinders is applied, It is desirable in that it can realize more motion trajectories for the ball.

10; 제1베이스, 20; 관절볼, 30; 제2베이스, 40; 제1회전부, 50; 제1병진부, 60; 제2회전부, 70; 제2병진부, 80; 로드, 90; 가이드부10; First base, 20; Articulated ball, 30; Second base, 40; A first rotating part 50; First translation, 60; A second rotating part 70; Second translation, 80; Rod, 90; Guide part

Claims

A fixed first base 10;
A joint ball 20 in which a circumference of the first base 10 is inscribed rotatably in a state where the operation unit 11 is mounted at a lower portion thereof, and an upper half and a lower half thereof are exposed;
A second base 30 spaced apart from the first base 10 in a Y center axis direction by a predetermined distance;
A first rotating part 40 rotatably mounted to the second base 30 about a Y center axis line Y, which is a center axis line of the joint ball 20;
It is mounted on the first rotation part 40 to be rotated concentrically with the rotation center of the first rotation part 40 in a direction crossing the Y center axis line Y in a direction perpendicular to the Y center axis line Y. A variable first translational section 50;
A Y deflection axis mounted on the first translation part 50 so as to be able to rotate and revolve around a Y center axis line Y, which is a central axis of the articulation ball 20, and parallel to the Y center axis line Y; A second rotating part 60 rotatably mounted about Y) ';
A second translation part 70 mounted on the second rotation part 60 in a state in which a center thereof is eccentric to the Y center axis Y and variable in a direction perpendicular to the Y center axis Y;
A rod 80 having a proximal end fixedly mounted to a portion of the articulation ball 20 oriented with respect to the portion of the articulation ball 20 on which the operation unit 11 is mounted, and the tip extending in the Y center axis line Y direction. ; And
A guide portion (90) interposed between the second translation (70) and the rod (80) to allow the rod to move linearly, rotatable and incline along the longitudinal direction of the rod,
Each of the first and second rotating parts 40 and 60 includes a first body B1 and a first output shaft S1, and includes a first rotating motor M1 and a second body B2 that can be rotated forward and backward. And a second rotating motor M2 including a second output shaft S2 and rotatable in forward and reverse directions.
The second body B2 of the second rotary motor M2 is circumscribed to the first output shaft S1 of the first rotary motor M1 to form a center of the first and second output shafts S1 and S2. The first and second rotary motors M1 and M2 are coupled in series so that the axis is coaxial.
The first and second rotary motors M1 and M2 are rotated in opposite directions when the operation unit 11 is moved.
The second rotary motor M2 and the first rotary motor M1 are any one of the first and second rotary motors in the same absolute ratio before reaching the desired position of the operation unit 11. When the first and second rotary motors M1 and M2 have the same absolute speed as each other, the first and second rotary motors M1 are rotated by the forward deceleration of the motor and the reverse speed of the other motor. Manipulator, characterized in that the M2) is stopped at the same time or only the first rotary motor (M1).

The method of claim 1,
The incremental deceleration point A of the first and second rotary motors M1 and M2 is an incremental length L1 smaller than half of the movement distance D from a desired movement distance D of the operation unit 11. Is a point where the operation unit 11 reaches a position retracted by the length of twice the incremental length L1 from the incremental point X further advanced by),
The forward deceleration ratio of the first rotary motor M1 is the first at the incremental point X at the absolute speed V1 of the first rotary motor M1 at the increase / deceleration point A for a predetermined time T1. It is a reduction ratio which should be decelerated at zero speed V0 of one rotation motor M1, and the reverse acceleration ratio of the second rotation motor M2 is at the acceleration / deceleration point A during the predetermined time T1. The first rotation motor M1 at the increase / deceleration point A as the speed of the second rotation motor M2 at the incremental point X at the zero speed V0 of the second rotation motor M2. The gear ratio is to be speeded up to the absolute speed of V1,
The off-time t1 of the first and second rotary motors M1 and M2 or the first rotary motor M1 is the absolute speed of the first rotary motor M1 and the second rotary motor M2. A manipulator, wherein the absolute speed is the same point.

3. The method according to claim 1 or 2,
The guide portion 90 has a center thereof, when the first and second rotating portions 40 and 60 and the first translation portion 50 are both positioned on the Y center axis, the second translation portion 70. Manipulator, characterized in that fixed to the second translation portion (70) so as to be located on the Y center axis (Y) in accordance with the positioning of the.

The method of claim 3, wherein
Coupling between the first rotating part 40 and the first translation part 50, and coupling between the second rotating part 60 and the second translation part 70, the first and second rotating part 40, 60) Linear stators 51 and 71 of linear motors corresponding to the first and second translation units 50 and 70 respectively on the second output shafts S2 and S2 of the second rotary motor M2 corresponding to the respective ones. ), And the linear rotor (52, 72) is arrange | positioned on the stator (51, 71), and the manipulator characterized by the above-mentioned.

The method of claim 4, wherein
The straight stator 51 extends across the Y center axis line Y,
The straight stator (71) is a manipulator, characterized in that its center extends parallel to or perpendicular to the straight stator (51) out of the Y center axis (Y).

The method of claim 4, wherein
Coupling between the first translation unit 50 and the second rotation unit 60 is, on the linear rotor 52 of the linear motor corresponding to the first translation unit 50, the second rotation unit 60 And a first body (B1) of a first rotating motor (M1) corresponding to the manipulator.

The method of claim 4, wherein
In order to couple between the second translation unit 70 and the rod 80, on one side of the linear rotor 72 of the linear motor corresponding to the second translation unit 70, the linear rotor 72 Fixing the guide portion 90 having a central axis parallel to the Y center axis (Y) or having a center axis on the Y center axis (Y) according to the position of, and the rod to the guide portion 90 (80) through the manipulator, characterized in that the rod (80) is rotatable and inclined so as to be able to move straight along the longitudinal direction of the rod (80).

3. The method according to claim 1 or 2,
The guide unit 90 is a manipulator, characterized in that it has an hourglass shape.

3. The method according to claim 1 or 2,
At the rear of the second base 30, the rod 80 is synchronized with the posture change due to the operation of the first translation unit 50 to synchronize the second base 30 with the rod 80 in front. Manipulator, characterized in that it is provided with a means for inclined facing.