KR101316523B1

KR101316523B1 - 근력지원 관절구동장치

Info

Publication number: KR101316523B1
Application number: KR1020120028238A
Authority: KR
Inventors: 유호; 최일섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20130106586A

Abstract

본 발명은 장치프레임과 상기 장치프레임의 일측 단부에 장착되고 일정각도로 회동 가능하게 설치된 관절부와 상기 관절부와 연결되고 사람이 손으로 움켜질 수 있도록 제공된 그립부 및 상기 장치프레임에 장착되고 상기 관절부와 연계되며, 상기 관절부가 일정각도로 회동 가능토록 동력을 발생시키는 관절회동수단을 포함하는 근력지원 관절구동장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 인간이 로봇에 탑승하여 큰 하중의 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 섬세한 작업을 용이하게 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

근력지원 관절구동장치{Joint apparatus for assisting muscular strength}

본 발명은 근력지원 관절구동장치에 관한 것으로, 구체적으로 인간이 탑승하는 로봇에 장착되며 큰 하중의 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 섬세한 작업을 수행할 수 있도록 구성된 근력지원 관절구동장치에 관한 것이다.

철강 및 중공업 분야에서, 인간의 힘으로 다루기 힘든 고부하의 하중을 다루거나, 프로그램화되어진 기계의 동작으로 수행하기 힘든 비정형화된 반복 작업을 처리할 때 근력지원 로봇이 사용된다. 근력지원 로봇은 3D 작업 기피화 현상과 생산인력 감소에 따른 작업 생산성 향상을 목적으로 하고, 아울러 위험한 작업환경으로부터 작업자를 보호하는 역할도 한다.

기본적으로, 근력증강 로봇은 상지로봇과 하지로봇으로 나누어진다. 상지로봇은 팔관절과 어깨관절이 연계되어 작업자의 직접적인 동작을 수행하고, 하지로봇은 상지 로봇과 무거운 하중을 지지하고, 로봇을 이동시키는 역할을 한다.

로봇의 상지는 크게 허리로부터 시작되는 관절과 어깨 관절 그리고 팔꿈치 관절로 이루어진다. 고부하의 하중을 들어올리기 위해서는 이 세 곳의 관절 동작이 중요하다. 팔꿈치, 어깨, 그리고 허리 관절은 고부하의 하중을 다루면서 비교적 빠르고 큰 범위를 움직이기 때문에 빠른 회전속도와 큰 토크를 발생시키는 동력장치가 필요하고 그에 따른 적절한 감속기도 요구된다. 그에 비하여 손목관절은 큰 범위를 움직이지는 않지만 고부하의 하중을 섬세하게 동작할 수 있는 장치가 필요하다.

이와 관련된 종래 기술로는 특허 공개번호 2009-0128878호, 특허 공개번호 2010-0092225호가 있으며, 양 발명은 모두 로봇용 관절구동장치에 관한 것이다. 종래 기술의 내용을 살펴보면, 양 발명 모두 와이어 및 풀리 구조를 이용하여 로봇의 관절구동을 제어하고 있다.

그런데, 상기와 같은 와이어를 사용하는 방식은 큰 힘을 제어할 수 없는 문제가 있다. 와이어의 경우 장력 제어의 어려움이 있으므로 고하중의 물체를 다루는 로봇에서는 부적절한 측면이 있다.

또한, 와이어를 이용하여 연결된 풀리 구조는 고하중의 물체를 다루는 경우 상기 풀리 구조에서 슬립현상이 발생되어 제대로 힘이 전달되지 않는 문제 또한 있다. 즉 이러한 구조는 휴머노이드 로봇 자체의 관절을 구동하는 경우에만 의미가 있으며, 사람이 탑승하여 3D 작업 등을 수행하게 될 로봇에는 적당하지 못한 측면이 있다.

그리고, 양 발명은 기어 구동방식을 택하고 있기 때문에 백래쉬(back-lash) 현상을 피할 수 없다. 이러한 백래쉬 현상은 특히 손목 관절 등의 경우 정확인 위치 제어를 할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 인간이 로봇에 탑승하여 큰 하중의 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 섬세한 작업을 용이하게 수행할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 근력지원 관절구동장치를 제공한다.

본 발명인 근력지원 관절구동장치는 로봇암에 장착되는 장치프레임의 일측 단부에 일정 각도로 회동 가능하게 설치되는 관절부 및 상기 장치프레임에 장착되고 상기 관절부와 연계되며, 상기 관절부를 회동케 하는 관절회동수단이 제공되되, 상기 관절회동수단은, 상기 장치프레임에 설치된 지지블럭에 장착되고 정,역회전 가능토록 제공된 구동부재로부터 회전력을 전달받는 풀리구조의 동력전달부재 및 상기 관절부와 동력전달부재간에 연결되고, 상기 동력전달부재의 회전력에 의해 작동되며 상기 관절부를 회동케 하는 볼스크류유닛를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 볼스크류유닛은 상기 지지블럭에 설치된 볼하우징 및 일측은 상기 관절부와 연결되고 타측은 스크류부로 형성되어 상기 볼하우징 내부를 관통하여 배치되고, 상기 볼하우징이 회전함에 따라 상기 관절부 방향으로 전,후진토록 제공된 스크류바를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 동력전달부재는 상기 지지블럭의 중앙부에 설치되고 상기 구동부재의 회전축에 연결된 중심하우징의 외측에 배치된 제1 풀리부와 상기 볼하우징의 외측 둘레에 따라 설치된 제2 풀리부 및 상기 제1,2 풀리부간에 연계되어 배치되고, 상기 제1 풀리부의 회전을 상기 제2 풀리부로 전달토록 제공된 구동벨트를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 관절부와 연결되고, 상기 관절부의 구동에 따라 일정 각도를 회동하는 그립부가 더 포함되되, 상기 그립부는 힘감지센서를 구비하며, 상기 힘감지센서에 의해 감지된 힘의 방향, 크기에 따라 상기 구동부재의 회전방향, 회전속도가 결정되도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 관절부는 상기 장치프레임의 일측 단부에 장착된 회동암 및 상기 회동암과 상기 그립부간에 연결되고, 상기 회동암의 움직임을 상기 그립부로 전달하는 연결암를 포함하되, 상기 회동암은 단부가 상기 스크류바와 연결되며 상기 스크류바가 전,후진하는 정도에 비례하여 일정각도로 회동되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 볼스크류유닛은 상기 지지블럭 양측에 한 쌍으로 배치되고, 상기 힘감지센서에 의해 회전 방향이 결정된 상기 구동부재의 동력을 상기 동력전달부재로부터 전달받아, 일측의 스크류바가 전진하면 타측의 스크류바는 후진토록 구성되어, 상기 한 쌍의 스크류바와 연결된 상기 관절부가 일정 범위를 회동하도록 구성될 수 있다.

더하여, 상기 근력지원 관절구동장치와 상기 근력지원 관절구동장치가 장착된 로봇암 및 상기 로봇암이 설치되는 로봇몸체를 포함하는 로봇이 제공될 수 있다.

본 발명인 근력지원 관절구동장치의 일 실시예는 위와 같은 구성을 통하여, 인간이 로봇에 탑승하여 무거운 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 원활히 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

그리고, 스텝핑모터와 볼스크류유닛간의 풀리방식을 구동됨에 따라 정밀한 손목움직임을 통제할 수 있어, 실제 작업환경에서 큰 하중의 물체라도 섬세한 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 기어방식으로 동력이 전달되는 경우 정,역회전 과정에서 백래쉬(back-lash)문제가 발생되나, 본 발명은 풀리방식으로 동력이 전달되므로 상기 백래쉬의 문제도 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명인 근력지원 관절구동장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발명에서 그립부의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발명에서 관절회동수단의 사시도이다.
도 4는 손목힘의 방향에 따라 스텝핑모터의 회전방향이 결정되어 그립부가 상측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이다.
도 5는 손목힘의 방향에 따라 스텝핑모터의 회전방향이 결정되어 그립부가 하측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 근력지원 관절구동장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 인간이 로봇에 탑승하여 큰 하중의 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 섬세한 작업을 용이하게 수행토록 하는 것을 기초로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명인 근력지원 관절구동장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발명에서 그립부의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 발명에서 관절회동수단의 사시도이다.

도 1 내지 도 3를 참고하면, 본 발명인 근력지원 관절구동장치(100)의 구성은 장치프레임(110)과 상기 장치프레임(110)의 일측 단부에 장착되고 일정각도로 회동 가능하게 설치된 관절부(130)와 상기 관절부(130)와 연결되고 사람이 손으로 움켜질 수 있도록 제공된 그립부(150) 및 상기 장치프레임(110)에 장착되고 상기 관절부(130)와 연계되며, 상기 관절부(130)가 일정각도로 회동 가능토록 동력을 발생시키는 관절회동수단(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 장치프레임(110), 관절부(130), 그립부(150) 및 관절회동수단(200)의 재질은 스틸 재료로 구성될 수 있으며, 또는 강도유지 및 무게 경량을 위해 알루미늄, 티탄늄 등의 다른 재료로도 구성될 수 있다.

상기 장치프레임(110)은 로봇에 장착될 수 있으며, 특히 본 발명의 취지상 로봇암의 손목관절 부분에 장착될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 로봇 장착시에는 용접에 의하거나 또는 볼트, 너트 등의 체결구에 의해 장착될 것이며, 이 경우 상기 장치프레임(110)은 상기 체결구 관련 구성이 추가될 수 있다.

상기 장치프레임(110)은 로봇암에 장착되므로, 로봇의 동작시 무게로 인한 간섭을 최소화하기 위해 다수의 관통홀(113)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀(113)은 무게경량을 위함이며, 다만 상기 장치프레임(110)의 강도에 영향을 주지 않는 범위내에서만 허용될 것이다. 본 발명의 실시예에서는 상기 장치프레임(110)의 길이방향으로 6개의 관통홀(113)이 형성되어 상기 장치프레임(110)의 무게를 감소시키나, 상기 관통홀(113)의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 장치프레임(110)은 직사각 형태의 플레이트로 제공될 수 있다. 그리고 상기 관통홀(113)은 상기와 같이 직사각형의 큰 길이방향으로 일렬로 균일간격으로 배치될 수 있다. 이 경우 상기 관통홀(113)이 형성되더라도 상기 장치프레임(110)의 무게는 경감되더라도, 강도는 전반적으로 유지될 수 있다.

다음으로, 상기 장치프레임(110)의 일측 단부(117)에는 상기 관절부(130)가 설치된다. 상기 관절부(130)는 ㄴ 자형 회동암(131)과 연결암(137)으로 구성된다. 우선 ㄴ 자형 회동암(131)의 중심은 상기 장치프레임(110)의 일측 단부의 중앙부(117)에 핀조인트에 의해 연결된다. 상기 핀조인트을 회전축으로 하여 상기 ㄴ 자형 회동암(131)은 상기 장치프레임(110)에 대해 일정 각도를 회동하게 된다.

그리고, 상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 돌출부에는 상기 연결암(137)이 역시 핀조인트에 의해 연결된다. 상기 연결암(137)은 일자형 바 형태로 되어 있으며, 상기 그립부(150)와 핀조인트에 의해 연결된다. 상기 연결암(137)은 상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 움직임에 따라 일정 각도를 움직이며, 상기 그립부(150)에 동작을 전달하게 된다.

상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 양측단은 연결홀(132,133)이 형성되어 있으며, 상기 연결홀(132,133)에 상기 관절회동수단(200)이 연계되어 상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 동작을 제어하게 된다.

여기서, 상기 관절회동수단(200)은 상기 장치프레임(110)에 장착된 지지블럭(210)의 중앙부에 배치되고 정,역회전 가능토록 제공된 구동부재(220)와 상기 지지블럭(210)의 양측부에 배치되고 상기 관절부(130)와 연계된 볼스크류유닛(230) 및 상기 구동부재(220)와 볼스크류유닛(230)간에 연계되고, 상기 구동부재(220)에 의해 발생된 회전력을 상기 볼스크류유닛(230)에 전달토록 제공되는 동력전달부재(250)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 지지블럭(210)은 상기 장치프레임(110)의 일측단에 장착된다. 엄밀하게는 로봇에 탑승한 사람의 손이 위치하는 부분의 반대측의 상기 장치프레임(110)상에 장착될 수 있으며, 이때 용접 또는 볼트,너트 등의 체결구에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 용접에 의해 상기 지지블럭(210)이 상기 장치프레임(110)의 일측(115)에 설치된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 지지블럭(210)은 3개의 부분으로 되어 있다. 먼저 상기 관절부(130)측을 기준으로 첫번째 지지블럭과 두번째 지지블럭 사이에는 상기 구동부재(220)가 배치될 수 있다. 상기 구동부재(220)는 스텝핑모터(220)로 제공될 수 있으며, 이 경우 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 스텝핑모터(220)는 전류 제어를 통해 정,역회전이 모두 가능하도록 제공될 수 있다. 이는 상기 ㄴ 자형 회동암(131)을 일정 각도로 자유롭게 움직이게 하기 위함이다.

다음으로 두번째 지지블럭과 세번째 지지블럭간에는 상기 동력전달부재(250)가 배치될 수 있다. 상기 두번째 지지블럭과 세번째 지지블럭의 중앙부에는 중심하우징(260)이 배치될 수 있으며, 상기 중심하우징(260) 내부에는 감속부가 설치될 수 있다.

상기 감속부는 상기 스텝핑모터(220)의 회전축에 결합되는 썬기어와 상기 썬기어와 상기 중심하우징의 내측 둘레에 따라 배치된 링기어부간에 맞물려 배치되고, 상기 썬기어의 회전속도를 감속하여 상기 중심하우징에 전달토록 상기 썬기어와 서로 다른 기어개수로 이뤄진 하나 이상의 유성기어를 포함하여 구성될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 스텝핑모터(220)의 회전축과 연결된 하나의 썬기어와 상기 썬기어와 맞물려 있는 세 개의 유성기어로 구성될 수 있다. 그리고 상기 유성기어는 상기 중심하우징(260) 내측 둘레에 따라 형성된 링기어부에 맞물려 있을 수 있다. 다만, 상기 유성기어의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 스텝핑모터(220)가 회전하게 되면, 상기 스텝핑모터(220)의 회전축에 연결된 상기 썬기어가 회전하게 되며, 이때 상기 썬기어와 다른 기어개수를 가진 유성기어가 상기 썬기어의 주위를 회전하며 상기 링기어부에 회전력을 전달하게 된다. 이때 기어개수의 차이로 인해 상기 스텝핑모터(220)의 회전수보다 더 적은 회전이 상기 링기어부에 전달되게 되고, 이에 따라 감속이 이뤄지게 된다.

상기 회전수의 감속 정도는 전류 제어를 통한 상기 스텝핑모터(220)의 회전속도 조절 또는 상기 유성기어와 썬기어의 기어개수를 변경함으로써, 조절이 가능할 것이다.

다음으로, 상기 중심하우징(260)의 외측 둘레에는 제1 풀리부(251)가 배치된다. 상기 중심하우징(260)은 내측에는 상기 감속부가 구성될 수 있으며, 외측에는 상기 제1 풀리부(251)가 구성되어, 상기 중심하우징(260) 내측에서의 회전력이 외측으로 전달되며 상기 제1 풀리부(251)를 회전토록 한다.

상기 중심하우징(260)의 외측 둘레에는 구동벨트(257)가 장착된다. 물론 상기 중심하우징(260)은 상기 구동벨트(257)의 구동이 좀 더 안정적으로 이뤄지도록 구동벨트(257)용 홈이 구비될 수 있으며, 상기 구동벨트(257)는 강화 고무 또는 체인 형태의 스틸 등의 금속 재질로 타이밍 벨트로 제공될 수 있다.

상기 중심하우징(260) 외측에는 두 개의 구동벨트(257)가 배치되며, 상기 두 개의 구동벨트(257)는 각각 상기 지지블럭 양측에 배치된 제2 풀리부(255)와 연결된다. 상기 제2 풀리부(255)는 볼스크류유닛(230)의 볼하우징(231)의 외측 둘레에 따라 설치된다.

여기서, 상기 볼스크류유닛(230)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 지지블럭(210)에 설치된 볼하우징(231) 및 일측은 상기 관절부(130)와 연결되고 타측은 스크류부(235a)로 형성되어 상기 볼하우징(231) 내부를 관통하여 배치되고, 상기 볼하우징(231)이 회전함에 따라 상기 관절부(130) 방향으로 전,후진토록 제공된 스크류바(235)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 볼하우징(231)은 상기 지지블럭(210)의 양측단에 설치되며, 외측에는 상기 제2 풀리부(255)가 배치되고, 내측으로는 복수의 볼을 구비하고 상기 스크류바(235)와 맞물려 있다. 그리고 상기 볼하우징(231)의 내부를 관통하여 상기 스크류바(235)가 제공되는데, 상기 스크류바(235)는 상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 연결홀(132,133)에 일측이 장착되어 있다. 상기 스크류바(235)는 상기 볼하우징(231)과의 상호작용을 통해 전,후진하며 상기 관절부(130)의 회동을 이끌게 된다.

상기 제2 풀리부(255)는 각각 상기 중심하우징(260)의 외측에 배치된 상기 제1 풀리부(251)와 상기 구동벨트(257)에 의해 연결되어 상기 제1 풀리부(251)에 의한 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 이에 따라 상기 볼스크류유닛(230)을 구동하여 상기 관절부(130)를 회동토록 하는 것이다.

이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 풀리부(251)의 회전방향에 따라 상하단에 각각 위치하는 상기 제2 풀리부(255)도 상기 제1 풀리부(251)와 같은 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상단에 위치하는 제2 풀리부(255)의 볼하우징(231)과 하단에 위치하는 제2 풀리부(255)의 볼하우징(231) 내부의 스크류방향이 반대로 형성되어야 한다. 상하단의 볼하우징(231) 스크류 방향이 반대로 형성되어야 상기 제1 풀리부(251)의 회전방향에 따라 일측의 스크류바(235)가 전진함에 따라 타측의 스크류바(235)는 후진할 수 있기 때문이다.

다음으로 상기 그립부(150)는 로봇에 탑승한 사람이 편하게 잡을 수 있도록 일측으로 돌출된 손잡이(155)를 포함한다. 상기 손잡이(155)는 상기 관절부(130)의 연결암(137)과 핀조인트에 의해 연결되어 상기 연결암(137)의 움직임에 따라 움직임이 결정된다.

그리고, 상기 그립부(150)는 상기 손잡이(155)에 장착되는 힘감지센서(157)를 더 포함할 수 있다. 상기 힘감지센서(157)는 사람의 손의 힘의 방향, 크기 등을 측정하여 이를 제어부(C)에 전달하게 되고 상기 제어부(C)를 상기 정보를 바탕으로 상기 스텝핑모터(220)에 신호를 주어 회전방향을 결정하고 상기 관절부(130)의 움직임 방향을 결정하게 된다.

이상에서는 본 발명의 구성을 살펴보았고, 이하에서는 본 발명에 의한 작동과정을 살펴보기로 한다.

도 4는 손목힘의 방향에 따라 스텝핑모터(220)의 회전방향이 결정되어 그립부(150)가 상측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이며, 도 5는 손목힘의 방향에 따라 스텝핑모터(220)의 회전방향이 결정되어 그립부(150)가 하측으로 이동한 상태를 도시한 상태도이다.

우선, 도 4를 참고하면 사람이 로봇에 탑승하고 로봇암을 구동하기 위해 상기 그립부(150)의 손잡이(155)를 손으로 잡는다. 이후 큰 하중의 물체를 움직이게 위해 사람이 손목을 상측으로 구부리면 사람의 손의 검지부분 내측에 힘이 들어가게 되고, 이를 상기 힘감지센서(157)에서 인식하게 된다.

상기 힘감지센서(157)에서는 힘의 크기, 힘의 방향, 등을 측정하게 되고, 이 정보를 상기 제어부(C)로 전달하게 된다. 상기 제어부(C)에서는 상기 힘감지센서(157)에서 전달된 정보를 바탕으로 상기 스텝핑모터(220)의 정 또는 역회전 여부, 전류제어를 통한 회전수 또는 회전속도, 등을 결정하고 상기 스텝핑모터(220)를 구동하게 된다.

상기 스템핑모터가 구동됨에 따라 기 설정된 감속비에 의해 상기 감속부에서는 상기 스텝핑모터(220)의 회전속도를 감속하게 된다. 이러한 상기 중심하우징(260) 내측에서의 감속은 그대로 외측으로 전달되고, 그에 의해 상기 제1 풀리부(251)가 회전하게 된다.

상기 제1 풀리부(251)가 회전하면, 상기 제1 풀리부(251)와 상기 구동벨트(257)에 의해 연결된 상기 제2 풀리부(255)가 함께 회전하게 된다. 이때 상하단에 위치한 상기 제2 풀리부(255)의 볼하우징(231) 내부의 스크류바(235)는 서로 반대방향으로 스크류가 형성되어 있어, 동일방향 회전이라도 하나는 상기 관절부(130) 방향으로 전진하게 되고 다른 하나는 후진하게 된다.

상기 상하단의 스크류바(235)는 각각 상기 ㄴ 자형 회동암(131)의 양측 연결홀(132,133)에 장착되어 있어, 일측의 스크류바(235)가 전진하고 타측의 스크류바(235)가 후진함에 따라 상기 ㄴ자형 회동암(131)이 일정 각도를 회전하게 된다. 이에 따라 상기 관절부(130)와 연결된 상기 그립부(150)도 함께 회전하게 된다. 반대로 도 5와 같이 사람이 손을 하측으로 구부리면 엄지 내측 부분에 힘이 들어가게 되고, 이때는 상기 스텝핑모터(220)가 상기와는 다른 회전방향으로 결정되고, 상하단의 스크류바(235) 움직임도 반대로 결정될 것이다.

여기서, 큰 하중의 물체를 움직이는 로봇암의 손목부분의 세밀한 움직임은 상기 스텝핑모터(220)의 회전속도, 상기 감속부의 감속비, 상기 볼스크류유닛(230)의 스크류간 간격 등을 조절하여 달성할 수 있다.

즉 상기 스텝핑모터(220)의 회전속도를 더 낮추거나, 상기 감속부의 감속비를 더 높이거나, 상기 볼스크류유닛(230)의 스크류 간격을 더 좁힌다면, 실제 상기 스크류바(235)의 움직임이 더 천천히 이뤄지게 되므로 로봇암의 손목 움직임도 더 세밀한 조작이 가능하게 된다.

상기와 같은 구성과 작동과정을 통해 인간이 로봇에 탑승하여 큰 하중의 물체를 움직일 때 인간의 손목근력을 지원하여 섬세한 작업을 용이하게 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이상의 사항은 근력지원 관절구동장치의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

100...근력지원 관절구동장치
110...장치프레임 113...관통홀
130...관절부 131...회동암
137...연결암 150...그립부
157...힘감지센서 200...관절회동수단
210...지지블럭 220...구동부재
230...볼스크류유닛 231...볼하우징
235...스크류바 250...동력전달부재
251...제1 풀리부 255...제2 풀리부
257...구동벨트 260...중심하우징

Claims

로봇암에 장착되는 장치프레임(110)의 일측 단부에 일정 각도로 회동 가능하게 설치되는 관절부(130);
상기 관절부(130)와 연결되고, 상기 관절부(130)의 구동에 따라 일정 각도를 회동하는 그립부(150); 및
상기 장치프레임(110)에 장착되고 상기 관절부(130)와 연계되며, 상기 관절부(130)를 회동케 하는 관절회동수단(200);이 제공되되,
상기 관절회동수단(200)은, 상기 장치프레임(110)에 설치된 지지블럭(210)에 장착되고 정,역회전 가능토록 제공된 구동부재(220)로부터 회전력을 전달받는 풀리구조의 동력전달부재(250); 및 상기 관절부(130)와 동력전달부재(250)간에 연결되고, 상기 동력전달부재(250)의 회전력에 의해 작동되며 상기 관절부(130)를 회동케 하는 볼스크류유닛(230);를 포함하는 근력지원 관절구동장치.
제1항에 있어서,
상기 볼스크류유닛(230)은,
상기 지지블럭(210)에 설치된 볼하우징(231); 및
일측은 상기 관절부(130)와 연결되고 타측은 스크류부(235a)로 형성되어 상기 볼하우징(231) 내부를 관통하여 배치되고, 상기 볼하우징(231)이 회전함에 따라 상기 관절부(130) 방향으로 전,후진토록 제공된 스크류바(235);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력지원 관절구동장치.
제2항에 있어서,
상기 동력전달부재(250)는,
상기 지지블럭(210)의 중앙부에 설치되고 상기 구동부재(220)의 회전축에 연결된 중심하우징(260)의 외측에 배치된 제1 풀리부(251);
상기 볼하우징(231)의 외측 둘레에 따라 설치된 제2 풀리부(255); 및
상기 제1,2 풀리부(251,255)간에 연계되어 배치되고, 상기 제1 풀리부(251)의 회전을 상기 제2 풀리부(255)로 전달토록 제공된 구동벨트(257);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력지원 관절구동장치.
제3항에 있어서,
상기 그립부(150)는 힘감지센서(157)를 구비하며, 상기 힘감지센서(157)에 의해 감지된 힘의 방향, 크기에 따라 상기 구동부재(220)의 회전방향, 회전속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 근력지원 관절구동장치.
제4항에 있어서,
상기 관절부(130)는,
상기 장치프레임(110)의 일측 단부에 장착된 회동암(131); 및
상기 회동암(131)과 상기 그립부(150)간에 연결되고, 상기 회동암(131)의 움직임을 상기 그립부(150)로 전달하는 연결암(137);를 포함하되,
상기 회동암(131)은 단부가 상기 스크류바(235)와 연결되며 상기 스크류바(235)가 전,후진하는 정도에 비례하여 일정각도로 회동되는 것을 특징으로 하는 근력지원 관절구동장치.
제5항에 있어서,
상기 볼스크류유닛(230)은 상기 지지블럭(210) 양측에 한 쌍으로 배치되고, 상기 힘감지센서(157)에 의해 회전 방향, 속도이 결정된 상기 구동부재(220)의 동력을 상기 동력전달부재(250)로부터 전달받아, 일측의 스크류바가 전진하면 타측의 스크류바는 후진토록 구성되어, 상기 한 쌍의 스크류바(235)와 연결된 상기 관절부(130)가 일정 범위를 회동하는 것을 특징으로 하는 근력지원 관절구동장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 근력지원 관절구동장치;
상기 근력지원 관절구동장치가 장착된 로봇암; 및
상기 로봇암이 설치되는 로봇몸체;
를 포함하는 로봇.