KR101267324B1 - 매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1베이스에 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 선택적으로 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 가이드부를 개재하여, 상기 로드를 장착함으로써 조작구가 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 조작구가 동일한 중심에서 상이한 반경을 갖고서 회전되게 함과 동시에 편심된 중심에서 상이한 반경을 갖고서 회전되게 하여, 인간 견관절에 실질적으로 근접한 휴모노이드의 견관절로서 적용되는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라 종래보다 조작구가 다양한 궤적을 그리는 것을 가능하게 하여 다양한 조작을 수행하는 산업기기에 적용되는 것을 가능하게 할 수 있다.

Description

매니퓰레이터{manipulator}

본 발명은 관절구동장치인 매니퓰레이터에 관한 것이다.

사람의 팔은 상하, 좌우, 및 전후로 선회될 수 있고, 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에서 큰 반경 또는 소 반경으로 회전될 수 있는 기능을 가지고 있다.

이러한 기능을 가진 팔은 섬세한 조작시에, 예를 들면, 그림을 그리거나, 페인트를 칠하거나, 볼트를 조이거나 용접작업을 수행할 때에 매우 용이하게 활용되고 있다.

이러한 기능을 산업용 로봇에 적용시키기 위해 상기 기능을 가진 팔을 매니풀레이터로서 상기 로벗에 적용되고 있다.

상기 팔이 상기 기능을 수행하기 위해서는 복수 개의 관절부가 필요 되고, 그 관절부를 구동시키는 매니퓰레이터가 필요 된다.

지금까지 알려진 상기 매니퓰레이터는 X축, Y축, Z축에서 회전하는 모터와 병진운동하는 모터를 관절로서 구비하고서 팔과 유사한 궤적을 구현시키는 것으로 되어 있다.

이러한 매니퓰레이터는 팔이 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 팔이 항상 동일한 반경을 갖고서 회전되게 하기 때문에, 인간 견관절에 실질적으로 근접한 휴모노이드(humanoid) 로봇의 견관절로서 적용되기에는 아직 부족하여 섬세한 조작에 적용될 수 없다고 하는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 제1베이스에 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 선택적으로 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 가이드부를 개재하여, 상기 로드를 장착함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 조작구가 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 조작구가 동일한 중심에서 상이한 반경을 갖고서 회전되게 함과 동시에 편심된 중심에서 상이한 반경을 갖고서 회전되게 하여, 인간 견관절에 실질적으로 근접한 휴모노이드의 견관절로서 적용되는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라 종래보다 조작구가 다양한 궤적을 그리는 것을 가능하게 하여 다양한 조작을 수행하는 산업기기에 적용되는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따를 실시예의 개념도,
도 2는 제1회전부가 회전될 때의 상태를 도시한 도면,
도 3은 제2회전부가 회전될 때의 상태를 도시한 도면, 및
도 4는 도 1의 가이드부에 대한 변경 실시예의 도면.

이하, 본 발명에 따른 실시예가 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 실시예의 매니퓰레이터가 부호 100으로서 지시되어 있다.

상기 매니퓰레이터(100)는, 고정된 제1베이스(10); 및 조작부(11)가 하부에 장착된 상태에서 상기 제1베이스(10)에 둘레가 회전가능하게 내접되어 상반부와 하반부가 노출되어 있는 관절 볼(20)을 포함하고 있다.

또한, 상기 매니퓰레이터(100)는, 상기 제1베이스(10)에 Y중심축선 방향으로 일정 간격 이격되어 고정된 제2베이스(30); 및 상기 제2베이스(30)에 케이스(42)가 상기 관절 볼(20)의 중심축선인 Y중심축선(Y)을 중심으로 회전하게 장착된 제1회전부(40)를 포함하고 있다.

또한, 상기 매니퓰레이터(100)는, 상기 제1회전부(40)에 탑재되고 상기 Y중심축선(Y)에 수직한 방향에서 상기 Y중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제1병진부(50); 상기 제1병진부(50)에 탑재되어 선택적으로 상기 Y중심축선(Y)을 중심으로 회전하게 장착된 제2회전부(60); 및 상기 제2회전부(60)에 탑재되어 있고 상기 Y중심축선에 수직한 방향으로 가변가능한 제2병진부(70)를 포함하고 있다.

또한, 상기 매니퓰레이터(100)는 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 가이드부(90)를 포함하고 있다.

상기 가이드부(90)는, 그 중심이, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 및 제1 및 제2병진부(50, 70)가 모두 Y중심축선(Y) 상에 위치 결정될 때, 제2병진부(70)의 위치 결정에 따라 상기 Y중심축선 상에 위치되도록, 상기 제2병진부(70)에 고정되어 있다.

상기 제1 및 제2회전부(40, 60)는 공지된 회전모터가 될 수 있으며, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70)는 공지된 선형모터, 실린더, 볼스크류, 벨트가 될 수 있다.

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 회전모터의 구동축(41, 61)에, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 각각에 상당하는 몸체(51, 71)가 고정되게 하고, 그 몸체(51, 71)에 병진운동부(52, 72)가 배치되게 함으로써 가능하다.

특히, 상기 몸체(51, 71)는 Y중심축선(Y)을 가로지르게 뻗어 있다.

상기 제1병진부(50)와 상기 제2회전부(60) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제1병진부(50)에 상당하는 병진운동부(72) 상에 상기 제1회전부(60)에 상당하는 케이스(62)가 탑재됨으로써 가능하다.

상기 제2병진부(70)와 상기 로드(80) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제2병진부(70)에 상당하는 병진운동부(72)에, 상기 병진운동부(72)의 위치에 따라 상기 Y중심축선(Y)에 평행한 중심축선을 갖거나 상기 Y중심축선상에 중심축선을 갖는 모가이드부(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.

상기 가이드부(90)는 도 1에 도시된 바와 같이 모래시계형상부를 갖고 있으며, 상기 모래시계형상부에 Y축선방향으로 관통된 관통구멍(92)에 상기 로드(80)가 관통되어 있으며, 상기 병진운동부(72)와 상기 가이드부(90) 사이에는 상기 로드(80)의 직진, 회전 및 경사운동에 장애를 주지않게 브래킷(91)이 개재되어 상기 병진운동부(72)와 상기 가이드부(90)이 결합되어 있다.

또한, 상기 가이드부(90)는 도 4에 도시된 바와 같이, Y축선방향으로 관통된 관통구멍(92)이 형성된 구형상부를 가지고 있으며, 상기 구형상부의 상반부와 하반부가 노출된 상태에서 상기 구형상부의 둘레는 링시트부(93)에 회전가능하게 내접되어 있고, 상기 링시트부(93)와 상기 병진운동부(72) 사이에는 상기 로드(80)의 직진, 회전 및 경사운동에 장애를 주지않게 브래킷(91)이 개재되어 상기 병진운동부(72)와 상기 링시트부(93)가 결합되어 있다.

상기와 같이 구성된 매니퓰레이터(100)는 다음과 같이 작동될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60), 제1 및 제2병진부(50, 70)를 모두 Y중심축선(Y) 상에 배치한 상태에서는 상기 제1 제2회전부(40, 60) 중 어느 회전부가 회전되어도, 관절 볼(20)은 회전되지 않는다. 그 이유는 제1 및 제2회전부(40, 60)의 회전중심과 상기 로드(80)가 Y중심축선(Y) 상에 위치되어 있기 때문이다.

이 상태에서, 상기 제1회전부(40)의 회전축(41)을 회전시켜, 제 1병진부(50)의 병진운동부(52)가 이동될 방향을 설정한 후, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 중 어느 하나를 가동하여 병진운동부(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.

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.

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.

여기에서, 상기 제2병진부(70)를 가동하여 병진운동부(72)를 X축 방향 또는 Z축 방향으로 이동시켜, 임의의 위치에 위치결정시킴에 따라 상기 작은 반경의 크기가 조절될 수 있다.

이와 같은 조작으로 상기 관절 볼(20)에 장착된 조작부(예를 들면, 팔, 발, 목, 산업용기기의 조작부 등)의 운동궤적을 사람의 견관절, 대퇴부관절, 또는 목관절이 구현할 수 있는 운동궤적과 실질적으로 유사하게 구현시키는 것이 가능하게 된다.

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.

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.

10; 제1베이스, 20; 관절볼, 30; 제2베이스, 40; 제1회전부, 50; 제1병진부, 60; 제2회전부, 70; 제2병진부, 80; 로드, 90; 가이드부

Claims (10)

1. 고정된 제1베이스(10);
   조작부(11)가 하부에 장착된 상태에서 상기 제1베이스(10)에 둘레가 회전가능하게 내접되어 상반부와 하반부가 노출되어 있는 관절 볼(20);
   상기 제1베이스(10)에 Y중심축선 방향으로 일정 간격 이격되어 있는 제2베이스(30);
   상기 제2베이스(30)에 상기 관절 볼(20)의 중심축선인 Y중심축선(Y)을 중심으로 회전하게 장착된 제1회전부(40);
   상기 제1회전부(40)에 탑재되고 상기 Y중심축선(Y)에 수직한 방향에서 상기 Y중심축선(Y)을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제1병진부(50);
   상기 제1병진부(50)에 탑재되어 선택적으로 상기 관절 볼(20)의 중심축선인 Y중심축선(Y)을 중심으로 회전 가능하게 장착된 제2회전부(60);
   상기 제2회전부(60)에 탑재되어 있고 상기 Y중심축선(Y)에 수직한 방향으로 가변가능한 제2병진부(70);
   상기 조작부(11)가 장착된 관절 볼(20)의 부위에 대하여 등을 진 관절 볼(20)의 부위에 기단이 고정적으로 장착되어 선단이 상기 Y중심축선(Y) 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 가이드부(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드부(90)는, 그 중심이, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 및 제1 및 제2병진부(50)가 모두 Y중심축선 상에 위치 결정될 때, 제2병진부(70)의 위치 결정에 따라 상기 Y중심축선(Y) 상에 위치되도록, 상기 제2병진부(70)에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2회전부(40, 60)는 회전모터이고,
   상기 제1 및 제2병진부(50, 70)는 선형모터, 실린더, 볼스크류, 또는 벨트인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1회전부(40)와 상기 제1병진부(50) 간의 결합과, 상기 제2회전부(60)와 상기 제2병진부(70) 간의 결합을 위해, 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 각각에 상당하는 회전모터의 구동축(41, 61)에, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 각각에 상당하는 몸체(51, 71)가 고정되어 있고, 그 몸체(51, 71)에 병진운동부(52, 72)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 몸체(51, 71)는 Y중심축선(Y)을 가로지르게 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제1병진부(50)와 상기 제2회전부(60) 간의 결합을 위해, 상기 제1병진부(50)에 상당하는 병진운동부(52) 상에 상기 제1회전부(60)에 상당하는 케이스(62)가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 제2병진부(70)와 상기 로드(80) 간의 결합을 위해, 상기 제2병진부(70)에 상당하는 병진운동부(72)에, 상기 병진운동부(72)의 위치에 따라 상기 Y중심축선(Y)에 평행한 중심축선을 갖거나 상기 Y중심축선(Y) 상에 중심축선을 갖는 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 되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
8. 제 4항에 있어서,
   상기 가이드부(90)는 모래시계형상부를 갖고 있으며,
   상기 모래시계형상부에 Y축선방향으로 관통된 관통구멍(92)에 상기 로드(80)가 관통되어 있으며,
   상기 병진운동부(72)와 상기 가이드부(90) 사이에는 상기 로드(80)의 직진, 회전 및 경사운동에 장애를 주지않게 브래킷(91)이 개재되어 상기 병진운동부(72)와 상기 가이드부(90)가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
9. 제 4항에 있어서,
   상기 가이드부(90)는 Y축선방향으로 관통된 관통구멍(92)이 형성된 구형상부를 가지고 있으며,
   상기 구형상부의 상반부와 하반부가 노출된 상태에서 상기 구형상부의 둘레는 링시트부(93)에 회전가능하게 내접되어 있고,
   상기 링시트부(93)와 상기 병진운동부(72) 사이에는 상기 로드(80)의 직진, 회전 및 경사운동에 장애를 주지않게 브래킷(91)이 개재되어 상기 병진운동부(72)와 상기 링시트부(93)가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2베이스(30)의 뒤쪽에는 상기 로드(80)가 상기 제1병진부(50)의 가동에 의한 자세 변경함에 따라 동기화하여 상기 제2베이스(30)를 상기 로드(80)와 정면으로 마주하게 경사지게 하는 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.

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