KR101252108B1 - 모션 비간섭 케이블 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 모션 비간섭 케이블 구동장치는, 구동케이블의 길이변화에 따른 장력의 변화를 차단하면서, 초기 중립위치의 정확한 배치 및 높은 내구성을 이루도록 구성된다.
구체적으로, 본 발명은 구동모터 및 구동모터와 연동하는 구동풀리가 구비된 구동부; 일단부가 상기 구동부에 결합된 제1 링크암; 상기 제1 링크암의 타단부에 조인트 결합되어 회동하는 제2 링크암; 상기 제2 링크암에 결합된 말단장치; 상기 제1 링크암과 제2 링크암의 연결부위에 구성되는 케이블보상부; 및 상기 구동부의 구동풀리에 권취되어 상기 케이블보상부를 통해 상기 말단장치까지 이어져 연결된 구동케이블;을 포함하며, 상기 케이블보상부에는 상기 구동케이블의 장력이 상기 제2 링크암의 회동시 일정하게 유지되도록, 랙-피니언 구조가 구성되며, 즉 상기 제2 링크암의 회동시 발생되는 상기 구동케이블의 장력 변화를 없애기 위해 상기 랙-피니언 구조를 통해 이동풀리를 상기 제1 링크암의 길이방향으로 이동시킬 수 있다.

Description

모션 비간섭 케이블 구동장치{Motion-decoupled Cable Transmission Apparatus}

본 발명은 모션 비간섭 케이블 구동장치로서, 두 링크암(link arm)이 회동 결합된 조인트에서 링크암의 회동시 조인트 축상에 설치된 풀리에 지지되어 동력을 전달하는 케이블의 장력이 변화하는 것을 보상하기 위해 이동풀리를 링크암의 길이방향으로 이동시킬 수 있는 정확하고 내구성이 높은 모션 비간섭 케이블 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 매니퓰레이터(manipulator)는 작업자가 직접 그 자리에서 작업을 하는 것이 곤란한 장소에서의 작업, 즉 에너지기기 등의 협애부의 보수작업 등에 적합하다. 매니퓰레이터의 치수(길이, 굵기, 크기 등)는 작업내용, 작업영역에 따라 설계된다.

매니퓰레이터를 비롯하여 로봇, 메카트로 기기에서는 액튜에이터(actuator)의 동력을 전달하는 동력 전달기구로서 케이블과 풀리에 의한 전달이 일반적으로 이용된다.

상기 케이블과 풀리에 의한 동력 전달기구에 있어서, 다회전의 동작 범위를 필요로 하는 경우, 통상은 풀리에 와이어를 권취하고, 마찰력에 의한 동력 전달을 행한다. 전달 토크를 크게 하기 위해서는 마찰력을 크게 하는 것이 필요하다.

방사선 환경에서 사용되는 힘반영(force-reflecting) 마스터-슬레이브 매니퓰레이터는 스틸 케이블(steel cable)이나 스틸 테이프(tape)와 같은 텐던(tendon) 요소를 이용하여 동력을 전달하는 것이 일반적이다.

이는 기어에 의한 동력 전달시 발생되는 백래쉬(backlash)와 마찰을 크게 줄임으로써 역구동성(backdrivability)을 크게 증가시키고, 이에 따라 힘반영 특성을 크게 개선시킬 수 있기 때문이다. 또한 액튜에이터(actuator)를 조인트 또는 링크로부터 멀리 떨어뜨려 설치할 수 있으므로 매니퓰레이터 암의 무게 또는 관성을 줄일 수 있어, 적은 용량의 액튜에이터를 사용하는 것이 가능하고 이에 따라 시스템의 동적 성능을 개선할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 케이블 구동 시스템의 케이블 조인트를 나타낸 동작도를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 케이블 조인트(cable joint; 1)는 제1 링크암(2) 및 제2 링크암(3)이 회전축(4)에 의해 회동 가능하게 결합되며, 상기 회전축(4)에 풀리(6)가 설치되고 말단장치(미도시)에 동력을 전달하는 케이블(5)이 상기 풀리(6)의 외주면에 지지된다. 도 1a에서와 같이 상기 제1 링크암(2) 및 상기 제2 링크암(3)이 직각을 이루는 경우 상기 케이블(5)이 상기 풀리(6)의 외주면에 접하는 각도는 90°가 된다.

상기와 같은 케이블 조인트(1)에 의하면, 상기 제1 링크암(2)에 대하여 상기 제2 링크암(3)이 도 1b에 도시된 것과 같이 시계방향으로 소정각도(θ) 회전하면 상기 풀리(6)의 외주면에 케이블이 접하는 각도는 90°-소정각도(θ)로 줄어들게 되며, 이에 따라 루프 텐션을 유지하기 위해 필요한 B에서 A까지의 케이블 길이가 풀리(6)의 반경(r)×소정각도(θ)만큼 줄어들게 되어 케이블이 이완된다. 이러한 케이블 이완에 의해 말단장치(미도시)가 작동력을 잃게 된다.

이와 반대로, 상기 제2 링크암을 반시계방향으로 회전시키는 경우에는 루프 텐션을 유지하기 위해 필요한 케이블 길이가 상기 풀리(6)의 반경(r)×소정각도(θ)만큼 더 필요하게 된다. 이에 따라 상기 케이블(5)은 과도한 인장력을 받게 되며, 이로 인해 케이블 및 말단장치가 취급하는 물체에 손상을 유발하거나 또는 역으로 상기 제2 링크암(3)의 회전을 방해하는 요인으로 작용한다.

도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터로, 구동모터(12) 및 상기 구동모터(12)와 연동하는 풀리(16)가 구비된 작동부(10)와, 상기 작동부(10)에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 제1 링크암(20)과, 상기 제1 링크암(20)의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 제2 링크암(30)과, 상기 제2 링크암(30)에 조인트 결합된 말단장치(40)와, 상기 작동부(10)에 구비된 풀리(16)에 권취되어 회동하는 조인트 상에 결합된 풀리들의 안내를 통해 상기 말단장치를 작동시키는 케이블(50)의 길이가 상기 제2 링크암(30)의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 제1 링크암(20)과 상기 제2 링크암(30) 사이에 설치된 케이블보상장치(80)를 포함하여 구성된다.

여기에서, 상기 케이블보상장치(80)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 링크암(20)과 상기 제2 링크암(30)이 조인트 결합된 제1축(89a) 상에서 상기 제1 링크암(20)에 제1풀리(83)가 설치되고, 상기 제2 링크암(30)과 연동되도록 상기 제1풀리(83)에 일체로 제1 회전체(86a)가 설치되고, 상기 제1 회전체(86a)에서 상기 제1 링크암(20)의 길이방향으로 수평하게 소정간격 이격되어 상기 제1 링크암(20)에 제3풀리(85)가 설치되고, 상기 제3풀리(85)에 제2 회전체(86b)가 일체로 설치되되 상기 제2 회전체(86b)와 상기 제1 회전체(86a)는 상호 연동되도록 링크(88)로 각각 피벗 연결된다.

또한, 상기 제1풀리(83)와 제3풀리(85) 사이에 형성된 슬롯(81a)에 끼워져 상기 제1 링크암(20)의 길이방향을 따라 이동이 가능한 제2축(89b) 상에 설치되어 좌/우로 이동이 가능하고, 상기 제1풀리(83) 및 제3풀리(85)와 각각 별개의 케이블로 권취되어 작동되는 이동풀리(84)가 배치된다.

이때, 상기 제1 회전체(86a)는 상기 제2 링크암(30)에 고정되어 있고, 상기 제2 링크암(30)의 회전과 동일한 각도로 회전하게 된다. 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)는 모두 동일한 반경을 가지며, 상기 풀리들(83)(84)(85)의 회전중심들은 일직선으로 배열될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 회전체(86a)는 그 일측이 상기 제2 링크암(30)에 결합되고 타측이 상기 제1축(89a)에 결합되어 연장된 플레이트로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 회전체(86b)는 상기 제3풀리(85)가 결합된 제3축(89c)에 회동되게 결합된 플레이트로 형성될 수 있다. 이때 상기 링크(88)는 상기 플레이트들에 각각 피벗 연결되어 이들을 연동시킨다.

이상의 실시예에서, 상기 제1 회전체(86a)와 상기 제2 회전체(86b)는 링크(88)로 상호연결되어 연동하고 있으나, 이밖에 상기 제1 회전체(86a)와 상기 제2 회전체(86b)가 하나의 케이블로 권취됨으로써 상호 연동되거나, 또는 상기 제1 회전체(86a)와 상기 제2 회전체(86b)가 스프라켓으로 형성되고 상기 제1 회전체(86a)와 상기 제2 회전체에 체인이 권취되어 상호 연동되도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 케이블보상장치(80)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1풀리(83)가 설치된 상기 제1축(89a) 상에는 제4풀리(70)가 설치되고, 상기 이동풀리(84)가 설치된 상기 제2축(89b) 상에는 상기 이동풀리(84)와 연동되는 제5풀리(81)가 설치된다. 한편 상기 제1 링크암(20)에는 적어도 하나 이상의 제6풀리(82)가 설치되는데, 상기 제6풀리(82)는 아이들(idle) 풀리로서 상기 제5풀리(81)에 권취된 케이블(50)이 제1 링크암(20)의 길이방향을 따라 수평을 유지하도록 배치된다.

상기 구동부(10)에 구비된 풀리(16)에 권취된 케이블(50)은 상기 제4,5,6풀리(70)(81)(82)의 외주면에 지지되어 말단장치(40)로 동력을 전달하게 된다. 이때 상기 제4,6풀리(70)(82)는 고정풀리이고, 상기 제2축(89b) 상에 설치된 제5풀리(81)는 제2 링크암(30)의 회전량에 비례하여 좌/우로 이동하는 이동풀리이다. 그리고 상기 제4,5풀리(70)(81)는 동일한 반경을 가지며, 또한 상기 제4,5풀리(70)(81)는 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)와 동일한 반경을 갖는다. 따라서 상기 제1∼5풀리(83)(84)(85)(70)(81)는 그 반경이 모두 동일하다.

위와 같은 구성을 가지는 케이블보상장치(80)는, 상기 제2 링크암(30)의 회전에 대응하여 상기 제2축(89b) 상에서 제1 링크암(20)에 설치된 이동풀리(84)가 좌/우로 이동하게 되고, 이에 따라 상기 제2축(89b) 상에서 제1 링크암(20)에 설치된 제5풀리(81)가 좌/우로 이동함으로써, 제2 링크암(30)의 회전에 의한 케이블(50)의 길이변화를 보상하게 된다.

즉, 상기 제1 회전체(86a)와 상기 제2 회전체(86b)는 링크(88)로 결합되어 있기 때문에 상기 제1,2회전체(86a)(86b)는 서로 동기된다. 예를 들어 상기 제2 링크암(30)이 시계방향으로 회전한다면, 위와 같은 기구적 구성에 의하여 상기 제1 회전체(86a)와 링크(88)로 연결된 상기 제2 회전체(86b) 역시 동일한 방향으로 회전하게 된다.

이때, 상기 제1 회전체(86a)가 설치된 제1축(89a) 상에 배치된 제1풀리(83)와 이동풀리(84)사이에 권취된 케이블은 풀리고, 상기 제2 회전체(86b)가 설치된 제3축(89c) 상에 배치된 제3풀리(85)와 이동풀리(84)사이에 권취된 케이블은 감기기 때문에, 결과적으로 이동풀리인 상기 이동풀리(84)는 오른쪽 방향으로 이동하게 된다. 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)의 직경이 동일하기 때문에, 상기 제1 회전체(86a)가 소정각도(θ)만큼 회전하는 경우에, 상기 이동풀리(84)는 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 오른쪽으로 선형이동하게 된다. 마찬가지로 상기 제2 링크암(30)이 반시계방향으로 회전하는 경우에는, 이동풀리인 상기 이동풀리(84)는 왼쪽으로 선형이동하게 된다.

그리고, 이와 같은 상기 이동풀리(84)의 선형이동은, 상기 이동풀리(84)와 동축(제2 축)상에 연결된 제5풀리(81)도 마찬가지로 선형이동시키게 된다. 상기 제1∼5풀리(83)(84)(85)(70)(81)는 그 반경이 모두 동일하기 때문에, 상기 제5풀리(81) 역시 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 선형이동하게 된다.

상기 제5풀리(81)가 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 선형이동하게 되면, 상기 제5풀리(81)에 권취되어 말단장치(40)에 연결된 케이블(50)이 두 군데(상기 케이블이 제5풀리에 대하여 들어오고 나가는 두 군데)에서 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 길이가 변화되기 때문에, 말단장치(40)에서의 케이블(50)의 길이는 최종적으로 반경(r)×소정각도(θ) 만큼 보상된다.

이와 같이, 케이블보상장치(80)를 도입하게 되면 상기 제2 링크암(30)이 제1 링크암에 대해 상대회전을 하더라도 케이블(50)의 길이를 일정하게 유지할 수 있어, 상기 매니퓰레이터의 작동에 따른 간섭현상을 제거할 수 있지만, 보상케이블(60)은 일반적인 강체와 같은 내구성을 확보할 수가 없기 때문에, 제1 링크암 회동에 따른 이동풀리(84)의 보상 동작을 안전하게 수행할 수가 없는 문제점이 있다.

또한, 상기 제5풀리(82)가 중립위치를 정확히 유지하기 위해서는 상기 이동풀리(84)에 권취된 2개의 보상케이블(60)의 장력이 항상 동일하여야 하는데, 종래기술에서는 시간이 지남에 따라 외력에 의해 2개의 보상케이블의 길이가 서로 다르게 변화됨으로써, 이동풀리(84) 및 제5풀리(82)의 중립위치 배치가 정확하게 이루어지지 않는 한계점이 있다.

이에 더하여, 보상케이블(60)이 감기는 풀리들(83)(85)과 이동풀리(84)가 동일한 반경을 가져야 하는 것과, 제1 링크암(20)의 길이방향으로 회전중심들이 동일선상에 위치되어야 하는 제약이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 제2 링크암의 동일각 회동에 대해 이동풀리를 동일한 거리만큼 제1 링크암의 길이방향으로 이동시킬 수 있는 정확하고 내구성이 높은 모션 비간섭 케이블 구동장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모션 비간섭 케이블 구동장치는, 구동케이블의 길이변화에 따른 장력의 변화를 차단하면서, 초기 중립위치의 정확한 배치 및 높은 내구성을 이루도록 구성된다.

구체적으로, 본 발명은 구동모터 및 구동모터와 연동하는 구동풀리가 구비된 구동부; 일단부가 상기 구동부에 결합된 제1 링크암; 상기 제1 링크암의 타단부에 조인트 결합되어 회동하는 제2 링크암; 상기 제2 링크암에 결합된 말단장치; 상기 제1 링크암과 제2 링크암의 연결부위에 구성되는 케이블보상부; 및 상기 구동부의 구동풀리에 권취되어 상기 케이블보상부를 통해 상기 말단장치까지 이어져 연결된 구동케이블;을 포함하며, 상기 케이블보상부에는 상기 구동케이블의 장력이 상기 제2 링크암의 회동시 일정하게 유지되도록, 랙-피니언 구조가 구성된다.

여기에서, 상기 케이블보상부는, 상기 제2 링크암의 상측 부위로서, 하단부가 상기 제2 링크암의 상부와 상기 제1 링크암의 타단부가 연결된 제1 회전축에 고정장착된 제1 회전로드; 상기 제1 회전축으로부터 상기 제1 링크암의 길이방향을 따라 이격되어 상기 제1 링크암에 장착된 제2 회전축에, 하단부가 고정장착된 제2 회전로드; 상기 제1 회전로드와 제2 회전로드의 각각의 상단부를 회전가능하게 연결하는 링크; 상기 제1 회전축에 고정장착된 제1 피니언기어; 상기 제2 회전축에 고정장착된 제2 피니언기어; 및 상기 제1 링크암의 길이방향을 따라 배치되면서 양단부 상면의 치차가 상기 제1 피니언기어와 제2 피니언기어에 맞물리도록, 상기 제1 링크암에 설치된 랙기어 로드;를 포함하며, 상기 제1 회전로드의 회동에 의한 상기 제1 피니언기어의 회전 및 상기 제2 회전로드의 회동에 의한 상기 제2 피니언기어의 회전에 의해 상기 랙기어 로드가 길이방향으로 이동가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 회전축에 회전가능하도록 장착된 제1 풀리; 상기 제2 회전축에 회전가능하도록 장착된 제2 풀리; 상기 제1 링크암에서 상기 제1 풀리와 제2 풀리 사이에 장착되며, 상기 랙기어 로드에서의 길이방향 중간에 형성된 이동축에 회전가능하도록 장착된 이동풀리; 및 상기 제1 링크암에서 상기 제2 풀리 후단에 회전가능하도록 장착된 아이들풀리;를 포함하며, 상기 구동케이블이 상기 말단장치로부터 제2 링크암을 지나 상기 제1 풀리 및 아이들 풀리에 감긴 후 방향을 바꿔 상기 제2 풀리 및 이동풀리에 감긴 다음, 다시 방향을 바꿔 상기 구동부로 이어져서, 상기 랙기어 로드의 이동에 의해 상기 이동풀리가 이동되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1 피니언기어 및 제2 피니언기어의 피치원 직경이 상기 제1 풀리에 감긴 상기 구동케이블의 직경의 1/2인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 제2 풀리로부터 상기 이동풀리까지 배치된 상기 구동케이블과 상기 이동풀리로부터 상기 구동부로 이어져서 배치된 상기 구동케이블이, 평행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 피니언기어가 설치된 상기 제1 회전축과 상기 제2 피니언기어가 설치된 상기 제2 회전축은 상기 제1 링크암의 축방향과 일직선 배열을 이루는 것이 바람직하다.

한편, 단부가 상기 제1 링크암에 통과하여 배치된 상기 이동축이, 이동가능하도록 상기 제1 링크암에는 길이방향으로 슬롯이 형성된 것이 바람직하다.

나아가, 상기 케이블보상부는, 이동되는 상기 랙기어 로드의 하면을 상방지지하도록 상기 제1 링크암에 구성되는 적어도 하나의 지지부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모션 비간섭 케이블 구동장치는, 케이블보상부에 내구성이 높은 랙기어 로드 및 제1 피니언기어와 제2 피니언기어가 구성됨에 따라, 시간이 지남에 따라 장력 및 그 내구성이 변화되는 보상케이블과는 달리 제2 링크암의 회동에 대해 이동풀리를 구동 케이블의 장력이 항상 유지되도록 제1 링크암의 길이방향으로 이동시킬 수 있다.

아울러, 상기 랙기어 로드 및 제1 피니언기어와 제2 피니언기어 구성은, 외력에 의한 소성 변형, 국부 손상 또는 파손 등으로 인해 이동풀리가 중립 위치를 정확히 유지하지 못하게 하는 보상케이블과는 달리 상기 이동풀리의 중립위치를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

이에 더하여, 상기 랙기어 로드 및 제1 피니언기어와 제2 피니언기어 구성은, 구동케이블이 감기는 풀리들과 이동풀리가 동일한 반경을 가져야 하는 것과, 제1 링크암의 길이방향으로 회전중심들이 동일선상에 위치되어야 하는 제약과 무관하게 구성될 수 있는 효과를 가진다.

도 1a 및 도 1b는 종래 케이블 구동 시스템의 케이블 조인트의 동작을 나타낸 도이다.
도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 케이블 구동 매뉴퓰레이터를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 케이블 구동 매뉴퓰레이터의 케이블보상장치에 의해 이동풀리가 선형이동하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 2의 케이블 구동 매뉴퓰레이터의 케이블보상장치를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모션 비간섭 케이블 구동장치에서의 케이블보상부 부위의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 이동풀리에 케이블보상부가 설치된 것을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 5의 케이블보상부에 체결된 이동풀리와 상기 이동풀리에 케이블이 배치된 것을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 8은 도 6 및 도 7의 케이블보상부와 케이블의 배치를 합하여 나타낸 개략도이다.
도 9는 도 8의 케이블보상부를 나타낸 평면도이다.

본 발명은 케이블이 두 링크암이 결합된 축상에 설치된 풀리에 지지되어 동력을 전달할 때, 링크암의 회동에 따른 케이블의 장력의 변화를 차단하면서, 초기 중심위치의 정확한 배치 및 높은 내구성을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모션 비간섭 케이블 구동장치에서의 케이블보상부 부위의 내부를 나타낸 사시도이다.

또한, 도 6은 도 5의 이동풀리에 케이블보상부가 설치된 것을 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 7은 도 5의 케이블보상부에 체결된 이동풀리와 상기 이동풀리에 구동케이블이 배치된 것을 개략적으로 나타낸 정면도이며, 도 8은 도 5 및 도 6의 케이블보상부와 구동케이블의 배치를 합하여 나타낸 개략도이다.

그리고, 도 9는 도 8의 케이블보상부를 나타낸 평면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 모션 비간섭 케이블 구동장치는 구동부(도 2의 10), 상기 구동부에 의해 구동되는 제1 링크암(120)과 제2 링크암(130) 및 말단장치(도 2의 40), 그리고 상기 제1 링크암(120)과 제2 링크암(130)의 연결부위에 설치된 케이블보상부(150), 및 상기 구성요소들에 배치된 구동케이블(170)을 포함한다.

상기 구동부는 구동모터 및 구동모터와 연동하는 구동풀리가 구비되며, 상기 제1 링크암(120)은 일단부가 상기 구동부에 결합되고, 상기 제2 링크암(130)은 상단부가 상기 제1 링크암(120)의 타단부에 조인트 결합되어 회동하도록 구성된다.

이러한 구동부의 구조는 제1 링크암과 제2 링크암에 구동력을 제공하면 될 뿐 한정되지 않으며, 아울러 제1 링크암(120)과 제2 링크암(130)의 기본적인 구성도 본 발명에 의해 한정되지 않으며, 상술된 종래기술과 동일한 구성을 지닐 수 있을 뿐만 아니라, 동일한 기능을 가진 어떠한 구성도 활용될 수 있다.

그리고, 상기 케이블보상부(150)는 제1 링크암(120)과 제2 링크암(130)의 연결부위에 구성되고, 상기 구동케이블(170)은 구동부의 구동풀리에 권취되어 케이블보상부(150)를 통해 말단장치까지 이어져 연결된다.

이때, 상기 케이블보상부(150)에는 구동케이블(170)의 장력이 제2 링크암(130)의 회동시 일정하게 유지되도록, 랙-피니언 구조가 구성된다.

여기에서, 상기 케이블보상부(150)를 구체적으로 살펴보면, 케이블보상부(150)는 제2 링크암(130)과 제1 링크암(120)을 연결하는 부위로부터 제1 링크암(120)의 길이방향을 따라 배치되는 제1 회전로드(152), 제2 회전로드(155), 링크(157), 제1 피니언기어(153), 제2 피니언기어(156), 및 랙기어 로드(158)를 포함한다.

여기에서, 상기 제1 회전로드(152)는 제2 링크암(130)의 상측 부위로서, 하단부가 제2 링크암(130)의 상부와 제1 링크암(120)의 타단부가 연결된 제1 회전축(151)에 고정장착된다.

즉, 제1 회전로드(152)는 제2 링크암(130)의 상측에 위치된 일부분으로서, 제2 링크암(130)의 회동시 함께 제1 회전축(151)을 축으로 회동하게 된다.

이때, 상기 제2 회전축(154)은 제1 회전축(151)으로부터 제1 링크암(120)의 길이방향을 따라 이격된 지점에 설치되며, 상기 제2 회전로드(155)는 하단부가 제2 회전축(154)에 고정장착된다.

이와 같이 구성되는 제1 회전로드(152)와 제2 회전로드(155)는 각각의 상단부가 링크(157)에 의해 연결되며, 이러한 연결은 회전가능하도록 조인트 체결방식을 취한다.

이에 따라, 제1 회전로드(152)가 제1 회전축(151)을 축으로 회동시 연동하여 제2 회전로드(155)가 제2 회전축(154)을 축으로 회동하게 된다.

그리고, 상기 제1 피니언기어(153)는 제1 회전축(151)에 고정장착되며, 상기 제2 피니언기어(156)는 제2 회전축(154)에 고정장착된다.

이에 의해, 제1 회전축(151)과 제2 회전축(154)이 회전하면, 이와 연동되어 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)도 회전하게 된다.

또한, 상기 랙기어 로드(158)는 제1 링크암(120)에 설치되는데, 상기 제1 링크암(120)의 길이방향을 따라 배치되면서 양단부 상면의 치차가 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)에 맞물리도록 구성된다.

이와 같이 구성됨에 따라, 제1 회전로드(152)의 회동에 의한 제1 피니언기어(153)의 회전 및 제2 회전로드(155)의 회동에 의한 제2 피니언기어(156)의 회전에 의해 랙기어 로드(158)가 길이방향으로 이동될 수 있다.

즉, 제1 회전로드(152)와 함께 제2 회전로드(155)가 회동하면 이에 고정장착된 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)도 함께 회전하게 된다.

한편, 본 발명은 상기 제1 회전축(151)에 회전가능하도록 장착된 제1 풀리(161)와, 상기 제2 회전축(154)에 회전가능하도록 장착된 제2 풀리(162)를 포함하며, 상기 제1 풀리(161)와 제2 풀리(162) 사이에는 이동풀리(163)가 장착되고, 제1 링크암(120)에서 제2 풀리(162) 후단에 회전가능하도록 아이들풀리(164)가 장착된다.

이때, 상기 이동풀리(163)는 상기 제1 풀리(161)와 제2 풀리(162) 사이의 제1 링크암(120)에 설치되며, 랙기어 로드(158)에서의 길이방향 중간에 형성된 이동축(163a)에 회전가능하도록 장착된다.

구동케이블(170)은 말단장치로부터 제2 링크암(130)을 지나 제1 풀리(161) 및 아이들 풀리(164)에 감긴 후 방향을 바꿔 제2 풀리(162) 및 이동풀리(163)에 감긴 다음, 다시 방향을 바꿔 구동부로 이어지는 배치구조를 이룬다.

결과적으로, 상기 랙기어 로드(158)의 제1 링크암(120)의 길이방향 이동에 의해 상기 이동풀리(163)도 함께 이동하게 된다.

이때, 상기 제1 피니언기어(153) 및 제2 피니언기어(156)의 피치원 직경이 상기 제1 풀리(161)에 감긴 상기 구동케이블(170)의 직경의 1/2인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 제2 풀리(162)로부터 상기 이동풀리까지 배치된 상기 구동케이블(170)과 상기 이동풀리(163)로부터 상기 구동부로 이어져서 배치된 상기 구동케이블(170)이, 평행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 피니언기어(153)가 설치된 상기 제1 회전축(151)과 상기 제2 피니언기어(156)가 설치된 상기 제2 회전축(154)은 상기 제1 링크암(120)의 축방향과 일직선 배열을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 랙기어 로드(158)에 형성된 상기 이동축(163a)은 단부가 제1 링크암(120)을 통과하여 배치되며, 이러한 이동축(163a)이 안정적으로 이동가능하도록 제1 링크암(120)에는 길이방향으로 슬롯(120a)이 형성된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 이동되는 랙기어 로드(158)의 하면을 상방지지하도록 제1 링크암(120)에 구성되는 적어도 하나의 지지부재(159)를 더 포함할 수 있다.

상기 지지부재(159)는 제1 링크암(120)에 고정된 부위를 제외한 부분에서 베어링 구조를 지님으로써, 제1 링크암(120)에 장착고정되면서 이동되는 랙기어 로드(158)를 회전하면서 안정하게 지지할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 케이블보상부(150)에 랙기어 로드(158) 및 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)가 구성됨에 따라, 이동풀리(163)를 안전하게 제1 링크암(120)의 길이방향으로 이동시킬 수 있다.

즉, 종래기술에서는 보상케이블(도 2의 60)의 장력 및 그 내구성에 한계가 있어서, 제1 링크암의 회동에 따른 보상을 위한 이동풀리의 정확한 이동을 보장할 수가 없는 문제점이 있었는데, 이를 본 발명의 내구성이 높은 랙기어 로드(158)와 제1,2 피니언기어(153)(156)의 구조로 인하여 극복할 수 있다.

다시 말해, 본 발명은 케이블보상부(150)에 내구성이 높은 랙기어 로드(158) 및 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)가 구성됨에 따라, 시간이 지남에 따라 장력 및 그 내구성이 변화되는 보상케이블과는 달리 제2 링크암(130)의 회동에 대해 이동풀리(163)를 구동 케이블의 장력이 항상 유지되도록 제1 링크암(120)의 길이방향으로 정확하게 이동시킬 수 있다.

아울러, 제2 링크암(130)의 중립위치에서 상기 이동풀리(163)가 중립위치에 정확히 위치되어야 하는데, 종래기술에서는 시간이 지남에 따라 구동케이블(170)의 장력에 의해 2개의 보상케이블이 불균형적인 소성변형, 국부 손상 또는 파손됨으로써, 이동풀리(163)의 중립위치 배치가 정확하게 이루어지지 않는 한계점이 있는데, 이를 본 발명의 랙기어 로드(158) 및 제1 피니언기어(153)와 제2 피니언기어(156)의 구조로 인하여 상기 이동풀리(163)의 중립위치 배치가 오차 없이 이루어질 수 있다.

이에 더하여, 종래기술에서는 구동케이블이 감기는 풀리들과 이동풀리가 동일한 반경을 가져야 하는 제약이 있는데, 본 발명은 그러한 제약과 무관하게 구성될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

120 : 제1 링크암 120a : 슬롯
130 : 제2 링크암 150 : 케이블보상부
151 : 제1 회전축 152 : 제1 회전로드
153 : 제1 피니언기어 154 : 제2 회전축
155 : 제2 회전로드 156 : 제2 피니언기어
157 : 링크 158 : 랙기어 로드
159 : 지지부재 161 : 제1 풀리
162 : 제2 풀리 163 : 이동풀리
163a : 이동축 164 : 아이들풀리
170 : 구동케이블

Claims (9)

1. 삭제
2. 구동모터 및 구동모터와 연동하는 구동풀리가 구비된 구동부;
   일단부가 상기 구동부에 결합된 제1 링크암;
   상기 제1 링크암의 타단부에 조인트 결합되어 회동하는 제2 링크암;
   상기 제2 링크암에 결합된 말단장치;
   상기 제1 링크암과 제2 링크암의 연결부위에 구성되는 케이블보상부; 및
   상기 구동부의 구동풀리에 권취되어 상기 케이블보상부를 통해 상기 말단장치까지 이어져 연결된 구동케이블;을 포함하며,
   상기 케이블보상부는,
   상기 제2 링크암의 상측 부위로서, 하단부가 상기 제2 링크암의 상부와 상기 제1 링크암의 타단부가 연결된 제1 회전축에 고정 장착된 제1 회전로드;
   상기 제1 회전축으로부터 상기 제1 링크암의 길이방향을 따라 이격되어 상기 제1 링크암에 장착된 제2 회전축에, 하단부가 고정장착된 제2 회전로드;
   상기 제1 회전로드와 제2 회전로드의 각각의 상단부를 회전가능하게 연결하는 링크;
   상기 제1 회전축에 고정장착된 제1 피니언기어;
   상기 제2 회전축에 고정장착된 제2 피니언기어; 및
   상기 제1 링크암의 길이방향을 따라 배치되면서 양단부 상면의 치차가 상기 제1 피니언기어와 제2 피니언기어에 맞물리도록, 상기 제1 링크암에 설치된 랙기어 로드;를 포함하며,
   상기 제1 회전로드의 회동에 의한 상기 제1 피니언기어의 회전 및 상기 제2 회전로드의 회동에 의한 상기 제2 피니언기어의 회전에 의해 상기 랙기어 로드가 길이방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 회전축에 회전가능하도록 장착된 제1 풀리;
   상기 제2 회전축에 회전가능하도록 장착된 제2 풀리;
   상기 제1 링크암에서 상기 제1 풀리와 제2 풀리 사이에 장착되며, 상기 랙기어 로드에서의 길이방향 중간에 형성된 이동축에 회전가능하도록 장착된 이동풀리; 및
   상기 제1 링크암에서 상기 제2 풀리 후단에 회전가능하도록 장착된 아이들풀리;를 포함하며,
   상기 구동케이블이 상기 말단장치로부터 제2 링크암을 지나 상기 제1 풀리 및 아이들 풀리에 감긴 후 방향을 바꿔 상기 제2 풀리 및 이동풀리에 감긴 다음, 다시 방향을 바꿔 상기 구동부로 이어져서, 상기 랙기어 로드의 이동에 의해 상기 이동풀리가 이동되는 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 피니언기어 및 제2 피니언기어의 피치원 직경이 상기 제1 풀리에 감긴 상기 구동케이블의 직경의 1/2인 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 풀리로부터 상기 이동풀리까지 배치된 상기 구동케이블과 상기 이동풀리로부터 상기 구동부로 이어져서 배치된 상기 구동케이블이, 평행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1 피니언기어가 설치된 상기 제1 회전축과 상기 제2 피니언기어가 설치된 상기 제2 회전축은 상기 제1 링크암의 축방향과 일직선 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
8. 제2항에 있어서,
   단부가 상기 제1 링크암에 통과하여 배치된 이동축이, 이동가능하도록 상기 제1 링크암에는 길이방향으로 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   
9. 제2항에 있어서,
   상기 케이블보상부는,
   이동되는 상기 랙기어 로드의 하면을 상방지지하도록 상기 제1 링크암에 구성되는 적어도 하나의 지지부재;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 비간섭 케이블 구동장치.
   

Images