KR101314320B1 - 로봇 관절 장치 - Google Patents

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Abstract

로봇 관절 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 로봇 관절 장치는 몸체부, 상기 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 작동부, 상기 몸체부로부터 돌출되는 제1 연결 부재, 상기 작동부로부터 돌출되는 제2 연결 부재, 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 개재되어, 상기 작동부가 상기 몸체부에 대해 회전 운동하도록 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 직선 구동력을 제공하는 직선 구동부를 포함하고, 상기 작동부의 최대 토크 발생 위치의 조절이 가능하도록, 상기 직선 구동부의 일단부는 상기 제1 연결 부재에 대해 슬라이딩 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

로봇 관절 장치{JOINT APPARATUS OF ROBOT}
본 발명은 로봇 관절 장치에 관한 것이다.
최근 각종 다양한 센서 및 제어 기술의 개발에 힘입어 반복적인 작업을 신속하게 처리하는 로봇 기술이 발전하고 있으며, 이와 같은 로봇 기술에 의해 생산된 로봇은 주로 대량 생산 체제에서 청정 환경 및 정밀한 제어를 요구하는 설비나, 인간이 적응하기 힘든 환경에서 각종 작업을 진행하게 된다. 로봇은 생산장비로써의 기능 뿐만 아니라, 인간이나 동물과 비슷한 동작을 수행하도록 전자제품이나 완구 등에 적용되는 등 그 적용범위가 무한히 확대되고 있으며, 이러한 로봇이 동적인 움직임을 수행하기 위해서는 작업 대상물을 이동시키거나, 로봇 자체의 이동 및 변형을 위한 로봇 암의 장착이 필수적이다. 로봇 암의 작동에 있어서, 직선형 구동기를 구동각에 따른 토오크를 분석하여 로봇 관절 장치에 배치하게 되는데, 관절 구동기 링크의 각도 또는 가반하중등에 의하여 관절 각도에 따른 소요 토크가 달라질 수 있다. 이와 같이 관절각에 따른 토오크 값이 달라짐에 따라 최초 설계값에 오차를 수반하게 된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0817865호(2008.03.24 등록)에 개시되어 있다.
본 발명은 직선형 구동기가 체결되는 부위에 길이 방향으로 위치가 조절될 수 있는 장치를 두어 관절각에 따라 원하는 각도에서 최대 토오크를 얻을 수 있는 로봇 관절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체부, 상기 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 작동부, 상기 몸체부로부터 돌출되는 제1 연결 부재, 상기 작동부로부터 돌출되는 제2 연결 부재, 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 개재되어, 상기 작동부가 상기 몸체부에 대해 회전 운동하도록 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 직선 구동력을 제공하는 직선 구동부를 포함하고, 상기 작동부의 최대 토크 발생 위치의 조절이 가능하도록, 상기 직선 구동부의 일단부는 상기 제1 연결 부재에 대해 슬라이딩 이동 가능한 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치가 제공된다.
제1 연결 부재에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이동 부재를 더 포함하고,
직선 구동부의 일단부는 상기 이동 부재에 결합될 수 있다.
직선 구동부의 일단부는 상기 이동 부재에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
제1 연결 부재에는 상기 제1 연결 부재의 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 홀이 형성되고, 이동 부재는 상기 가이드 홀에 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있다.
이동 부재는 상기 가이드 홀에 회전 및 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이동 샤프트이며, 직선 구동부의 일단부는 상기 이동 샤프트에 고정될 수 있다.
제1 연결 부재는 상기 몸체부로부터 수직하게 돌출될 수 있다.
제2 연결 부재는 상기 작동부로부터 수직하게 돌출될 수 있다.
제1 연결 부재 및 상기 제2 연결 부재는 상기 직선 구동부의 양단부에 각각 회전 가능하게 결합 될 수 있다.
직선 구동부는 유압실린더를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 관절 장치에 따르면 직선형 구동기가 마운팅되는 부위에 길이 방향으로 위치가 조절될 수 있는 장치를 두어 관절각에 따라 원하는 각도에서 최대 토오크를 얻을 수 있다.
도 1은 로봇 관절 장치에 직선형 구동기가 설치된 것을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 관절 장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 관절 장치를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 관절 장치를 나타낸 단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 로봇 관절 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 관절 장치는 몸체부(100), 작동부(200), 제1 연결 부재(300), 제2 연결 부재(400), 및 직선 구동부(500)를 포함할 수 있다.
작동부(200)는 몸체부(100)에 회전 가능하게 결합하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전 가능하며, 직선 구동부(500)에 의해 전달된 회전력에 의해, 작동부(200)와 몸체부(100)가 결합된 회전 중심축을 중심으로 작동부(200)가 회전 운동하게 된다. 이때, 작동부(200)가 회전 운동하게 되는 범위는 제1 연결 부재(300) 및 직선 구동부(500)의 길이에 따라 달라질 수 있다.
제2 연결 부재(400)의 길이가 짧고, 직선 구동부(500)의 길이가 길수록 작동부(200)가 회전 운동하게 되는 각도는 커지게 된다.
도 1에서와 같이, 제1 연결 부재(300)의 길이가 고정된 경우, 제1 연결 부재(300)의 일단에 결합된 직선 구동부(500)의 길이가 늘어나거나 줄어듦으로써, 직선 구동부(500)의 일단에 결합된 제2 연결 부재(400)가 회전하게 되고, 제2 연결 부재(400)에 고정 결합된 작동부(200)가 회전하게 된다.
이때, 작동부(200)에 전달되는 최대 토오크는 직선 구동부(500)와 직선 구동부(500)에 결합된 제2 연결 부재(400)가 직각을 이룰 때 발생하게 된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절 장치는 제1 연결 부재(300)의 길이를 조절함으로써, 직선 구동부(500)와 직선 구동부(500)에 결합된 제2 연결 부재(400)가 직각을 이루게 되는 위치가 조절되고, 이에 따라 최대 토오크가 발생되는 위치가 조절되게 된다.
[제1 실시예]
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 관절 장치는 몸체부(100), 제1 연결 부재(300), 제2 연결 부재(400), 및 직선 구동부(500)를 포함한다. 몸체부(100)는 작동부(200)의 회전 운동의 주축이 되는 것으로 일정 길이를 갖는다.
작동부(200)는 몸체부(100)의 일단에 회전 가능하게 결합할 수 있다. 후술할 직선 구동부(500)로부터 전달된 회전력을 통하여 몸체부(100)와 작동부(200)가 결합된 회전축을 중심으로 작동부(200)가 회전하게 된다.
제1 연결 부재(300)는 몸체부(100)로부터 돌출되게 형성되어 직선 구동부(500)의 일단부와 결합된다.
이때, 직선 구동부(500)의 일단부는 제1 연결 부재(300)에 대해 슬라이딩 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 직선 구동부(500)의 일단부가 제1 연결 부재(300)에 슬라이딩 이동 가능하도록 결합됨으로써, 제1 연결 부재(300)와 직선 구동부(500)가 결합되는 각도가 달라진다. 제1 연결부재와 직선 구동부(500)가 결합되는 각도가 달라짐으로써, 직선 구동부(500)와 제2 연결 부재(400)가 결합되는 각도도 달라지게 되고, 결국 작동부(200)에 전달되어 발생되는 최대 토오크의 위치도 달라지게 되는 것이다.
제2 연결 부재(400)는 작동부(200)로부터 돌출되게 형성되어 직선 구동부(500)의 타단부와 결합된다.
이때, 제1 연결 부재(300) 및 제2 연결 부재(400)는 직선 구동부(500)의 양단부에 각각 회전 가능하게 결합된다.
직선 구동부(500)는 제1 연결 부재(300)와 제2 연결 부재(400) 사이에 개재되어, 작동부(200)가 몸체부(100)를 중심축으로 회전 운동 가능하도록 제1 연결 부재(300) 및 제2 연결 부재(400) 사이게 직선 구동력을 제공하게 된다.
제1 연결 부재(300)는 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이동 부재(310)를 더 포함 할 수 있다. 이때, 직선 구동부(500)의 일단부는 이동 부재(310)에 결합되어, 이동 부재(310)가 슬라이딩 되어 길이가 조절됨에 따라, 직선 구동부(500)와 이동 부재(310)의 결합 각도도 달라지게 된다.
이동 부재(310)가 연결 부재의 길이 방향, 구체적으로 도면을 기준으로 좌측 방향으로 슬라이딩 이동되어, 이에 따라 이동 부재에 결합된 직선 구동부의 단부가 도면을 기준으로 좌측으로 이동되면, 직선 구동부(500)와 이동 부재(310)의 결합각은 둔각이 되고, 이 경우 직선 구동부(500)와 제2 연결 부재(400)가 직각이 될 때의 작동부(200)의 위치는 직선 구동부(500)와 이동 부재(310)가 직각이 될 때의 작동부(200)의 위치보다 우상향된 지점에 위치하게 된다.
반대로, 이동 부재(310)가 연결 부재의 길이 방향, 구체적으로 도면을 기준으로 우측 방향으로 슬라이딩 이동되어, 이에 따라 이동 부재에 결합된 직선 구동부의 단부가 도면을 기준으로 우측으로 이동되면, 직선 구동부(500)와 이동 부재(310)의 결합각은 예각이 되고, 이 경우 직선 구동부(500)와 제2 연결 부재(400)가 직각이 될 때의 작동부(200)의 위치는 직선 구동부(500)와 이동 부재(310)가 직각이 될 때의 작동부(200)의 위치보다 좌상향된 지점에 위치하게 된다.
이렇게 제1 연결 부재(300)의 이동 부재(310)를 슬라이딩 이동하여 제1 연결 부재(300)의 길이를 조절함으로써, 제1 연결 부재(300)와 이에 결합하는 직선 구동부(500)의 결합각이 조절되고, 결국 직선 구동부(500)와 제2 연결 부재(400)의 직각이 되는 위치가 달라짐으로써, 작동부(200)에 전달되는 최대 토오크가 발생되는 위치를 조절할 수 있게 된다.
제1 연결 부재(300)는 몸체부(100)로부터 수직하게 돌출 될 수 있고, 제2 연결 부재(400)는 작동부(200)로부터 수직하게 돌출 될 수 있다.
[제2 실시예]
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 조절 장치는 상기 제1 실시예와 제1 연결 부재(300)의 구성을 제외한 나머지 구성이 동일하다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 몸체부(100), 작동부(200), 제1 연결 부재(300), 제2 연결부재 및 직선 구동부(500)를 포함하되, 제1 연결 부재(300)는 제1 연결 부재(300)의 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 홀(330)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 연결 부재(300)에 형성된 이동 부재(320)는 가이드 홀(330)을 따라 슬라이딩 이동 한다.
이동 부재(320)가 가이드 홀(330)을 따라 슬라이딩 이동 함으로써, 이동 부재(320)에 회전 가능하게 일단부가 결합된 직선 구동부(500)의 제1 연결 부재(300)에 결합 각도가 달라지게 된다.
직선 구동부(500)와 제1 연결 부재(300)의 결합 각도가 달라짐에 따라 직선 구동부(500)의 구동력으로 발생된 회전력이 작동부(200)에 전달되어 발생하는 최대 토오크의 발생 위치도 달라지게 되고, 이에 대한 설명은 상기 제1 실시예와 같다.
이동 부재(320)가 가이드 홀(330)을 따라 원하는 위치로 이동될 수 있고, 원하는 위치에 이동된 이동 부재(320)를 고정할 수 있는 스톱퍼가 가이드 홀(330) 내에 설치될 수 있다.
[제3 실시예]
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로봇 관절 장치는 제1 연결부재의 구성이 제1 및 제2 실시예와 차이가 난다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 부재(340)는 이동 샤프트(340) 일 수 있다. 이동 샤프트(340)는 제1 연결 부재(300)에 슬라이딩 이동 가능하도록 제1 연결 부재(300)에 길이 방향을 따라 연장된 가이드 홀(350)이 형성되고, 이동 샤프트(340)는 가이드 홀(350)에 회전 및 슬라이딩 이동 가능하게 설치되며, 이때, 직선 구동부(500)의 일단부는 이동 샤프트(340)에 고정된다.
이동 샤프트(340)에 일단부가 고정된 직선 구동부(500)는 이동 샤프트(340)가 가이드 홀(350) 내에서 회전 및 슬라이딩 이동함으로써, 직선 구동부(500)도 제1 연결 부재(300)와의 결합 위치가 달라지게 되고, 결합 위치가 달라짐에 따라, 직선 구동부(500) 및 제1 연결 부재(300)의 결합 각도가 달라지게 된다.
직선 구동부(500) 및 제1 연결 부재(300)의 결합 각도가 달라짐에 따라 작동부(200)에 전달되는 토오크가 최대가 되는 위치가 달라지는 것은 상기 제1 실시예 및 제2 실시예와 같아 이하 생략한다.
상기 직선 구동부(500)는 유압실린더를 포함할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니고, 직선으로 구동력을 발생할 수 있는 모든 장치를 포함한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 몸체부
200: 작동부(200)
300: 제1 연결 부재
310, 320, 340: 이동 부재
330, 350: 가이드 홀
400: 제2 연결 부재
500: 직선 구동부

Claims (9)

  1. 몸체부;
    상기 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 작동부;
    상기 몸체부로부터 돌출되는 제1 연결 부재;
    상기 작동부로부터 돌출되는 제2 연결 부재; 및
    상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 개재되어, 상기 작동부가 상기 몸체부에 대해 회전 운동하도록 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재 사이에 직선 구동력을 제공하는 직선 구동부를 포함하고,
    상기 작동부의 최대 토크 발생 위치의 조절이 가능하도록, 상기 직선 구동부의 일단부는 상기 제1 연결 부재에 대해 슬라이딩 이동 가능한 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이동 부재를 더 포함하고,
    상기 직선 구동부의 일단부는 상기 이동 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직선 구동부의 일단부는 상기 이동 부재에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재에는 상기 제1 연결 부재의 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 홀이 형성되고,
    상기 이동 부재는 상기 가이드 홀에 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 가이드 홀에 회전 및 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이동 샤프트이며,
    상기 직선 구동부의 일단부는 상기 이동 샤프트에 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재는 상기 몸체부로부터 수직하게 돌출되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결 부재는 상기 작동부로부터 수직하게 돌출되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재 및 상기 제2 연결 부재는 상기 직선 구동부의 양단부에 각각 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 직선 구동부는 유압실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 보조 장치.
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