KR101331864B1

KR101331864B1 - 6 자유도 위치 제어장치 및 이를 구비하는 위치 제어 장치시스템

Info

Publication number: KR101331864B1
Application number: KR1020120031188A
Authority: KR
Inventors: 하동성; 서순우
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-11-22
Also published as: KR20130109451A

Abstract

본 발명은 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전가능하게 형성되는 제1 내지 제3회전부, 및 상기 제1 내지 제3방향으로 각각 이동가능하게 형성되는 제1 내지 제3이동부를 포함하며, 상기 제1회전부는, 서로 이격되게 배치되고 조립물의 외주면과 접촉되어 상기 조립물을 지지하도록 이루어지는 복수의 회전유닛, 및 상기 회전유닛이 상기 제1방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전유닛을 지지하는 제1프레임을 포함하는 6 자유도 위치 제어장치 및 상기 6 자유도 위치 제어장치를 구비하는 위치 제어시스템을 제공한다.

Description

6 자유도 위치 제어장치 및 이를 구비하는 위치 제어 장치시스템{6 DEGREE OF FREEDOM POSITION CONTROL DEVICE AND POSITION CONTROL DEVICE SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 조립물(組立物)의 위치를 정렬하는 6 자유도 위치 제어장치 및 이를 구비하는 위치 제어시스템에 관한 것이다.

조립물의 단 조립시 조립면과 조립구의 위치 정렬은 일반적으로 레일 등에 거치된 조립대(組立臺) 위에서 이루어진다. 조립면(組立面)과 조립구(組立口)의 위치가 정밀하게 정렬되지 않은 상태에서 볼트 등의 체결구로 조립물을 조립시키면 조립위치에 과다한 국부적 응력이 가해진다. 이로 인해 조립물 전체의 구조적 손상을 일으킬 수 있으므로 조립면과 조립구의 위치는 정밀한 정렬이 요구된다.

조립대의 상하 좌우 이동을 통해 조립하는 경우 조립물은 공간상에서 기하학적으로 복잡한 이동을 하게 되어 조립면과 조립구의 일치를 위한 독립적인 조절이 매우 어렵다. 또한, 조립물의 중심축을 공간상에서 완전히 일치시키거나 조립구의 위치를 조립공차 이내로 일치시키기 위해 많은 시행착오가 필요하다. 소형 조립물의 경우, 조립면이 완전히 일치되지 않은 상태에서 볼트 등을 통한 조립력(組立力)만을 이용해 조립면과 조립구를 강제로 정렬시킬 수 있으나 조립위치에 조립물 전체의 하중이 집중될 수 있다.
이는 본 발명의 배경이 되는 기술인 하기의 특허문헌에서도 동일하게 문제되는 것으로, 조립물의 위치를 보다 신속하고 정밀하게 정렬하는 제어장치가 고려될 수 있다.
특허문헌 일본 공개특허공보 특개평09-271991호(1997.10.21)

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본 발명의 일 목적은 종래와 다른 구조를 갖는 위치 제어장치를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 보다 신속하고 정밀하게 조립물의 정렬이 가능한 위치 제어장치 및 위치 제어시스템을 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 6 자유도 위치 제어장치는 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전가능하게 형성되는 제1 내지 제3회전부와, 상기 제1 내지 제3방향으로 각각 이동가능하게 형성되는 제1 내지 제3이동부를 포함하며, 상기 제1회전부는, 서로 이격되게 배치되고 조립물의 외주면과 접촉되어 상기 조립물을 지지하도록 이루어지는 복수의 회전유닛과, 상기 회전유닛이 상기 제1방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전유닛을 지지하는 제1프레임을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1프레임은 상기 제1 내지 상기 제3이동부, 상기 제2회전부 및 상기 제3회전부 중 어느 하나와 연결된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2회전부는 상기 제1프레임에 연결되고 상기 제1회전부를 상기 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며, 상기 제3이동부는 상기 제2회전부에 연결되고 상기 제2회전부를 상기 제3방향으로 이동시키도록 형성되며, 상기 제3회전부는 상기 제3이동부에 연결되고 상기 제3이동부를 상기 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며, 상기 제2이동부는 상기 제3회전부에 연결되고 상기 제3회전부를 상기 제2방향으로 이동시키도록 형성되며, 상기 제1이동부는 상기 제2이동부에 연결되고 상기 제2이동부를 상기 제1방향으로 이동시키도록 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2회전부는 상기 제1프레임을 관통하는 회전축, 및 상기 제1회전부가 상기 제2방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전축의 양 단부를 연결하는 제2프레임을 포함한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제3이동부는, 상기 제3회전부에 연결되고 양 측면에 상기 제3방향으로 연장되게 형성되는 홈을 구비하는 메인프레임, 상기 제2회전부에 연결되고 상기 메인프레임의 상부 및 양 측면을 덮도록 형성되며 상기 홈에 수용되도록 이루어지는 돌출부를 구비하는 커버프레임, 및 상기 커버프레임을 상기 메인프레임에 대하여 상기 제3방향으로 상대 이동되도록 하는 구동장치를 포함한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 구동장치는, 상기 커버프레임의 외부에 형성되고 회전이 가능하도록 이루어지는 조작노브, 상기 조작노브에 연결되고 상기 조작노브의 회전에 따라 회전하는 전달부, 및 상기 전달부와 상기 메인프레임에 연결되며 상기 구동부의 회전에 따라 상기 제3방향을 중심으로 회전 및 상기 제3방향으로 이동하여 상기 커버프레임을 상기 메인프레임에 대하여 상대 이동되도록 하는 구동축을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2이동부는, 상기 제1이동부에 연결되고 상기 제2방향으로 연장되게 형성되는 가이드홈을 구비하는 하부프레임, 상기 제3회전부에 연결되고 상기 가이드홈에 수용되도록 형성되는 가이드레일을 구비하는 상부프레임, 및 상기 상부프레임을 상기 하부프레임에 대하여 상기 제2방향으로 상대 이동되도록 하는 구동유닛을 포함한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1이동부는 상기 제1방향으로 굴러갈 수 있는 이동바퀴를 포함한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2회전부는 상기 제1프레임에 연결되고 상기 제1회전부를 상기 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며, 상기 제2이동부는 상기 제2회전부에 연결되고 상기 제2회전부를 상기 제2방향으로 이동시키도록 형성되며, 상기 제3회전부는 상기 제2이동부에 연결되고 상기 제2이동부를 상기 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며, 상기 제3이동부는 상기 제3회전부에 연결되고 상기 제3회전부를 상기 제3방향으로 이동시키도록 형성되며, 상기 제1이동부는 상기 제3이동부에 연결되고 상기 제3이동부를 상기 제1방향으로 이동시키도록 형성된다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 위치 제어시스템을 개시한다. 위치 제어시스템은 상기 조립물이 상대 조립물과 조립면을 서로 마주보고 정렬되도록 상기 조립물의 위치를 제어하는 적어도 하나의 6 자유도 위치 제어장치, 및 상기 제1이동부가 장착되고 상기 제1이동부의 이동을 가이드하도록 상기 제1방향을 따라 연장되게 형성되는 이동용레일을 포함한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 조립물이 6 자유도 위치 제어장치에 안착되었을때, 제1 내지 제3회전부는 상기 조립물을 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전시키고, 제1 내지 제3이동부는 상기 조립물을 상기 제1 내지 제3방향으로 각각 이동시킨다. 그 결과 6 자유도 위치 제어장치는 조립물을 각 방향에 대하여 서로 독립적으로 회전 및 이동시켜 조립면과 조립구의 위치 정렬이 정밀하고 신속하게 이루어지도록 한다.

또한 본 발명은, 조립위치의 국부적 응력 집중을 방지할 수 있어 조립물이 서로 결합된 조립체(組立體)의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그 결과 조립작업을 신속 및 용이하게 하고 정밀한 조립이 필요한 산업분야의 발전에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 6 자유도 위치 제어장치를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 따른 6 자유도 위치 제어장치의 구조를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 6 자유도 위치 제어장치를 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 제어시스템의 작동상태도.

이하, 본 발명에 관련된 6 자유도 위치 제어장치 및 이를 구비하는 위치 제어시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 6 자유도 위치 제어장치(100)를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

6 자유도 위치 제어장치(100)는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전가능하게 형성되는 제1회전부(110), 제2회전부(120), 제3회전부(130), 및 상기 제1 내지 제3방향으로 각각 이동가능하게 형성되는 제1이동부(140), 제2이동부(150), 제3이동부(160)를 포함한다.

제1회전부(110)는 조립물(10)이 안착되도록 이루어지고 상기 조립물(10)을 제1방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다.

제1회전부(110)는 회전유닛(111) 및 제1프레임(112)을 포함한다. 회전유닛(111)은 복수개가 서로 이격되게 배치되고 조립물(10)의 외주면과 접촉되어 상기 조립물(10)을 지지한다. 조립물(10)의 무게중심은 복수의 회전유닛(111) 사이에 놓인다. 제1프레임(112)은 회전유닛(111)이 제1방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전유닛을 지지한다. 제1프레임(112)은 회전유닛(111)과 조립물(10)의 하중을 지지하기 위해 회전유닛(111)의 하부에 설치된다.

조립물(10)의 회전은 사용자가 조립물(10)을 직접 회전시키거나 회전유닛(111)을 구동시키는 구동장치를 추가로 장착해 제어할 수 있다. 사용자가 제1방향을 중심으로 조립물(10)을 직접 회전시키면 마찰력에 의해 회전유닛(111)도 동시에 제1방향을 중심으로 회전한다.

제2회전부(120)는 제1회전부(110)와 연결되며 상기 제1회전부(110)를 제1방향과 수직을 이루는 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다.

제2회전부(120)는 회전축(121) 및 제2프레임(122)을 포함할 수 있다.

회전축(121)은 원형핀의 형상으로 이루어지고 제1프레임(112)을 제2방향으로 관통한다.

제2프레임(122)은 제1회전부(110)가 제2방향을 중심으로 회전 가능하도록 회전축(121)의 양 단부를 연결한다. 제1회전부(110)의 회전을 위해 제1프레임(112)과 제2프레임(122) 사이에는 공간이 존재한다. 제1회전부(110)를 제2방향을 중심으로 회전시킬 수 있는 범위는 공간의 높이에 의하여 결정될 수 있다.

조립물(10)의 회전은 사용자가 조립물(10)을 직접 회전시키거나 회전축(121)을 구동시키는 구동장치를 추가로 장착해 제어할 수 있다. 사용자가 제2방향을 중심으로 조립물(10)을 직접 회전시키면 상기 조립물(10)의 하중에 의해 제1회전부(110)도 동시에 제2방향을 중심으로 회전한다.

제3이동부(160)는 제2회전부(120)를 제1 및 제2방향과 수직을 이루는 제3방향으로 이동시키도록 형성된다.

제3이동부(160)는 메인프레임(161), 커버프레임(162) 및 구동장치(163)를 포함할 수 있다.

메인프레임(161)은 제3회전부(130)에 연결되고 양 측면에 제3방향으로 연장되게 형성되는 홈(161a)을 구비한다.

커버프레임(162)은 제2회전부(120)에 연결되고 메인프레임(161)의 홈(161a)에 수용되는 돌출부(162a)를 구비한다. 커버프레임(162)은 메인프레임(161)의 상부 및 양 측면을 덮도록 형성되며 메인프레임(161)에 대하여 상대 이동되도록 이루어진다. 상대 이동을 위해 메인프레임(161)과 커버프레임(162)이 서로 맞닿는 부분은 습동면(褶動面)을 포함할 수 있다.

구동장치(163)는 커버프레임(162)을 메인프레임(161)에 대하여 제3방향으로 상대 이동되도록 한다. 사용자가 구동장치(163)를 조작해 커버프레임(162)을 메인프레임(161)에 대하여 제3방향으로 상대 이동시키면 조립물(10)도 제3방향으로 이동한다.

구동장치(163)는 조작노브(163a), 전달부(163b), 구동축(163c)을 포함할 수 있다.

조작노브(163a)는 커버프레임(162)의 외부에 형성되고, 회전이 가능하도록 이루어진다. 사용자는 조작노브(163a)를 회전시켜 커버프레임(162)의 상대 이동을 제어할 수 있다.

전달부(163b)는 조작노브(163a)에 연결되고 상기 조작노브(163a)의 회전에 따라 회전한다. 도시한 바와 같이 전달부(163b)는 커버프레임(162)과 접촉하는 부분에 전달부(163b)의 위치를 고정하고 마찰로 인한 마모를 방지하기 위해 고정부를 포함할 수 있다.

구동축(163c)의 일단은 전달부(163b)와 연결되고 타단은 메인프레임(161)의 상부를 관통하여 상기 메인프레임(161)의 내부까지 연장된다. 사용자가 조작노브(163a)를 회전시키면 구동축(163c)은 전달부(163b)로부터 조작노브(163a)의 회전을 전달받아 제3방향을 중심으로 회전 및 제3방향으로 이동하여 커버프레임(162)을 메인프레임(161)에 대하여 상대 이동되도록 한다. 예를 들어, 구동축(163c)에는 나사산이 형성되고, 메인프레임(161)에는 구동축(163c)의 나사산에 대응하는 나사골이 형성된다. 이를 통하여 구동축(163c)의 회전운동이 커버프레임(162)의 직선운동으로 변환된다. 커버프레임(162)이 메인프레임(161)에 대하여 상대 이동되는 길이는 구동축(163c)의 길이에 의하여 결정될 수 있다.

도시한 바와 같이 조작노브(163a)의 회전중심 방향과 구동축(163c)의 회전중심 방향이 다른 경우 전달부(163b)와 구동축(163c)은 회전중심을 변환하기 위한 기어를 각각 추가로 구비할 수 있다. 구동축(163c)은 메인프레임(161)과 접촉하는 부분에 구동축(163c)의 위치를 고정하고 마찰로 인한 마모를 방지하기 위해 고정부를 구비할 수 있다.

제3회전부(130)는 제3이동부(160)에 연결되며 상기 제3이동부(160)를 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다. 제3방향으로의 이동과 제3방향을 중심으로 한 회전은 서로 독립적이다. 사용자가 제3방향을 중심으로 제3이동부(160)를 회전시키면 조립물(10)도 제3방향을 중심으로 회전한다.

제2이동부(150)는 제3회전부(130)를 제2방향으로 이동시키도록 형성된다.

제2이동부(150)는 하부프레임(151), 상부프레임(152) 및 조작유닛(153)을 포함할 수 있다.

하부프레임(151)은 제1이동부(140)와 연결되고 제2방향으로 연장되게 형성되는 가이드홈(151a)을 구비한다.

상부프레임(152)은 제3회전부(130)와 연결되고 가이드홈(151a)에 수용되도록 형성되는 가이드레일(152a)을 구비한다. 상부프레임(152)은 하부프레임(151)을 덮도록 형성되며 하부프레임(151)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되도록 이루어진다. 상대 이동을 위해 하부프레임(151)과 상부프레임(152)이 서로 맞닿는 부분은 습동면을 포함할 수 있다.

조작유닛(153)은 상부프레임(152)을 하부프레임(151)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되도록 한다. 사용자가 조작유닛(153)을 회전시키면 상부프레임(152)이 하부프레임(151)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되고 조립물(10)도 제2방향으로 이동한다.

제1이동부(140)는 제2이동부(150)에 연결되고 상기 제2이동부(150)를 제1방향으로 이동시키도록 형성된다.

제1이동부(140)는 6 자유도 위치 제어장치(100)의 균형을 유지하는 복수의 이동바퀴를 포함할 수 있다. 사용자가 6 자유도 위치 제어장치(100)를 제1방향으로 밀면 이동바퀴가 제2방향을 중심으로 회전하고, 6 자유도 위치 제어장치(100) 및 조립물(10)은 제1방향으로 이동한다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 6 자유도 위치 제어장치(200)를 보인 사시도이다.

6 자유도 위치 제어장치(200)는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전가능하게 형성되는 제1회전부(210), 제2회전부(220), 제3회전부(230), 및 상기 제1 내지 제3방향으로 각각 이동가능하게 형성되는 제1이동부(240), 제2이동부(250), 제3이동부(260)를 포함한다.

제1회전부(210)는 조립물(10)이 안착되도록 이루어지고 상기 조립물(10)을 제1방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다.

제1회전부(210)는 회전유닛(211) 및 제1프레임(212)을 포함한다. 회전유닛(211)은 복수개가 서로 이격되게 배치되고 조립물(10)의 외주면과 접촉되어 상기 조립물(10)을 지지한다. 조립물(10)의 무게중심은 복수의 회전유닛(211) 사이에 놓인다. 제1프레임(212)은 회전유닛(211)이 제1방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전유닛을 지지한다. 제1프레임(212)은 회전유닛(211)과 조립물(10)의 하중을 지지하기 위해 회전유닛(211)의 하부에 설치된다.

조립물(10)의 회전은 사용자가 조립물(10)을 직접 회전시키거나 회전유닛(211)을 구동시키는 구동장치를 추가로 장착해 제어할 수 있다. 사용자가 제1방향을 중심으로 조립물(10)을 직접 회전시키면 마찰력에 의해 회전유닛(211)도 동시에 제1방향을 중심으로 회전한다.

제2회전부(220)는 제1회전부(210)와 연결되며 상기 제1회전부(210)를 제1방향과 수직을 이루는 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다.

제2회전부(220)는 회전축(221) 및 제2프레임(222)을 포함할 수 있다.

회전축(221)은 원형핀의 형상으로 이루어지고 제1프레임(212)을 제2방향으로 관통한다.

제2프레임(222)은 제1회전부(210)가 제2방향을 중심으로 회전 가능하도록 회전축(221)의 양 단부를 연결한다. 제1회전부(210)의 회전을 위해 제1프레임(212)과 제2프레임(222) 사이에는 공간이 존재한다. 제1회전부(210)를 제2방향을 중심으로 회전시킬 수 있는 범위는 공간의 높이에 의하여 결정될 수 있다.

조립물(10)의 회전은 사용자가 조립물(10)을 직접 회전시키거나 회전축(221)을 구동시키는 구동장치를 추가로 장착해 제어할 수 있다. 사용자가 제2방향을 중심으로 조립물(10)을 직접 회전시키면 상기 조립물(10)의 하중에 의해 제1회전부(210)도 동시에 제2방향을 중심으로 회전한다.

제2이동부(250)는 제2회전부(220)를 제2방향으로 이동시키도록 형성된다.

제2이동부(250)는 하부프레임(251), 상부프레임(252) 및 조작유닛(253)을 포함할 수 있다.

하부프레임(251)은 제3회전부(230)와 연결되고 제2방향으로 연장되게 형성되는 가이드홈(251a)을 구비한다.

상부프레임(252)은 제2회전부(220)과 연결되고 가이드홈(251a)에 수용되도록 형성되는 가이드레일(252a)을 구비한다. 상부프레임(252)은 하부프레임(251)을 덮도록 형성되고 하부프레임(251)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되도록 이루어진다. 상대 이동을 위해 하부프레임(251)과 상부프레임(252)이 서로 맞닿는 부분은 습동면을 포함할 수 있다.

조작유닛(253)은 상부프레임(252)을 하부프레임(251)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되도록 한다. 사용자가 조작유닛(253)을 회전시키면 상부프레임(252)이 하부프레임(251)에 대하여 제2방향으로 상대 이동되고 조립물(10)도 제2방향으로 이동한다.

제3회전부(230)는 제2이동부(250)에 연결되며 상기 제2이동부(250)를 제1 및 제2방향과 수직을 이루는 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성된다. 사용자가 제3방향을 중심으로 제2이동부(250)를 회전시키면 조립물(10)도 제3방향을 중심으로 회전한다.

제3이동부(260)는 제3회전부(230)를 제3방향으로 이동시키도록 형성된다.

제3이동부(260)는 메인프레임(261), 커버프레임(262) 및 구동장치(263)를 포함할 수 있다.

메인프레임(261)은 제1이동부(240)에 연결되고 양 측면에 제3방향으로 연장되게 형성되는 홈(261a)을 구비한다.

커버프레임(262)은 제3회전부(230)에 연결되고 메인프레임(261)의 홈(261a)에 수용되는 돌출부(262a)를 구비한다. 커버프레임(262)은 메인프레임(261)의 상부 및 양 측면을 덮도록 형성되며 메인프레임(261)에 대하여 상대 이동되도록 이루어진다. 상대 이동을 위해 메인프레임(261)과 커버프레임(262)이 서로 맞닿는 부분은 습동면을 포함할 수 있다.

구동장치(263)는 커버프레임(262)을 메인프레임(261)에 대하여 제3방향으로 상대 이동되도록 한다. 사용자가 구동장치(263)를 조작해 커버프레임(262)을 메인프레임(261)에 대하여 제3방향으로 상대 이동시키면 조립물(10)도 제3방향으로 이동한다.

구동장치(263)는 조작노브(263a), 전달부(263b), 구동축(263c)을 포함할 수 있다.

조작노브(263a)는 커버프레임(262)의 외부에 형성되고, 회전이 가능하도록 이루어진다. 사용자는 조작노브(263a)를 회전시켜 커버프레임(262)의 상대 이동을 제어할 수 있다.

전달부(263b)는 조작노브(263a)에 연결되고 상기 조작노브(263a)의 회전에 따라 회전한다. 도시한 바와 같이 전달부(263b)는 커버프레임(262)과 접촉하는 부분에 전달부(263b)의 위치를 고정하고 마찰로 인한 마모를 방지하기 위해 고정부를 포함할 수 있다.

구동축(263c)의 일단은 전달부(263b)와 연결되고 타단은 메인프레임(261)의 상부를 관통하여 상기 메인프레임(261)의 내부까지 연장된다. 사용자가 조작노브(263a)를 회전시키면 구동축(263c)은 전달부(263b)로부터 조작노브(263a)의 회전을 전달받아 제3방향을 중심으로 회전 및 제3방향으로 이동하여 커버프레임(262)을 메인프레임(261)에 대하여 상대 이동되도록 한다. 예를 들어, 구동축(263c)에는 나사산이 형성되고, 메인프레임(261)에는 구동축(263c)의 나사산에 대응하는 나사골이 형성된다. 이를 통하여 구동축(263c)의 회전운동이 커버프레임(262)의 직선운동으로 변환된다. 커버프레임(262)이 메인프레임(261)에 대하여 상대 이동되는 길이는 구동축(263c)의 길이에 의하여 결정될 수 있다.

도시한 바와 같이 조작노브(263a)의 회전중심 방향과 구동축(263c)의 회전중심 방향이 다른 경우 전달부(263b)와 구동축(263c)은 회전중심을 변환하기 위한 기어를 각각 추가로 구비할 수 있다. 구동축(263c)은 메인프레임(261)과 접촉하는 부분에 구동축(263c)의 위치를 고정하고 마찰로 인한 마모를 방지하기 위해 고정부를 구비할 수 있다.

제1이동부(240)는 제3이동부(260)에 연결되고 상기 제3이동부(260)를 제1방향으로 이동시키도록 형성된다.

제1이동부(240)는 6 자유도 위치 제어장치(200)의 균형을 유지하는 복수의 이동바퀴를 포함할 수 있다. 사용자가 6 자유도 위치 제어장치(200)를 제1방향으로 밀면 이동바퀴가 제2방향을 중심으로 회전하고, 6 자유도 위치 제어장치(200) 및 조립물(10)은 제1방향으로 이동한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 제어시스템(300)의 작동상태도이다. 위치 제어시스템(300)은 적어도 하나의 6 자유도 위치 제어장치(100) 및 이동용레일(310)을 포함한다.

6 자유도 위치 제어장치(100)는 조립물(10)을 지지하며, 상기 조립물(10)을 서로 수직인 제1 내지 제3방향에 대하여 각각 회전 및 이동시키도록 이루어진다. 6 자유도 위치 제어장치(100)는 조립물(10)이 상대 조립물(10')과 조립면(11, 11')을 서로 마주보고 정렬되도록 상기 조립물(10)의 위치를 제어한다.

이동용레일(310)은 제1회전부(140)가 장착되고 상기 제1이동부(140)의 이동을 가이드하도록 제1방향을 따라 연장되게 형성된다. 이동용레일(310)은 제1회전부(140)의 회전에 의해 6 자유도 조립장치(100)가 이동할 수 있도록 연장되게 형성된 홈을 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 위치 제어시스템(300)은 조립물(10, 10')이 안착된 6 자유도 위치 제어장치(100, 100')를 이동용레일(310) 위에서 서로를 향해 이동시키도록 이루어진다. 조립물(10, 10')간의 거리가 가까워지면 6 자유도 위치 제어장치(100, 100')는 상기 조립물(10, 10')을 서로 수직인 제1 내지 제3방향에 대하여 각각 회전 및 이동시켜 조립면(11, 11')과 조립구(12, 12')의 위치를 정밀하게 정렬시킨다.

동일한 크기의 조립물(10, 10')을 동일 크기의 6 자유도 위치 제어장치(100, 100')에 거치시켜 조립할 경우, 회전각도는 5도(°) 이내 및 이동거리는 조립물(10, 10') 크기의 1퍼센트(%) 이내에서 이루어지므로 회전 및 이동량이 매우 작아 조립물(10, 10')의 신속하고 정밀한 정렬이 가능하고 조립위치의 응력집중을 방지할 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 한 개의 조립물(10')은 고정된 조립대에 거치되고, 다른 한 개의 조립물(10)은 6 자유도 위치 제어장치(100)에 거치시켜 조립할 수 있다. 조립물(10)의 수와 크기에 따라 6 자유도 위치 제어장치(100)의 수와 크기를 확장할 수 있다.

상기와 같은 6 자유도 위치 제어장치 및 이를 구비하는 위치 제어시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10 ; 조립물
100 ; 6 자유도 위치 제어장치
110 ; 제1회전부 120 ; 제2회전부
130 ; 제3회전부 140 ; 제1이동부
150 ; 제2이동부 160 ; 제3이동부
200 ; 6 자유도 위치 제어장치
210 ; 제1회전부 220 ; 제2회전부
230 ; 제3회전부 240 ; 제1이동부
250 ; 제2이동부 260 ; 제3이동부
300 ; 위치 제어시스템 310 ; 이동용레일

Claims

서로 수직인 제1 내지 제3방향을 중심으로 각각 회전가능하게 형성되는 제1 내지 제3회전부; 및
상기 제1 내지 상기 제3방향으로 각각 이동가능하게 형성되는 제1 내지 제3이동부를 포함하며,
상기 제1회전부는,
서로 이격되게 배치되고, 조립물의 외주면과 접촉되어 상기 조립물을 지지하도록 이루어지는 복수의 회전유닛; 및
상기 회전유닛이 상기 제1방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전유닛을 지지하는 제1프레임을 포함하고,
상기 제2이동부는,
상기 제1이동부에 연결되고, 상기 제2방향으로 연장되게 형성되는 가이드홈을 구비하는 하부프레임;
상기 제3회전부에 연결되고, 상기 가이드홈에 수용되도록 형성되는 가이드레일을 구비하는 상부프레임; 및
상기 상부프레임을 상기 하부프레임에 대하여 상기 제2방향으로 상대 이동되도록 하는 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제1프레임은 상기 제1 내지 상기 제3이동부, 상기 제2회전부 및 상기 제3회전부 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제2회전부는 상기 제1프레임에 연결되고 상기 제1회전부를 상기 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며,
상기 제3이동부는 상기 제2회전부에 연결되고 상기 제2회전부를 상기 제3방향으로 이동시키도록 형성되며,
상기 제3회전부는 상기 제3이동부에 연결되고 상기 제3이동부를 상기 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며,
상기 제2이동부는 상기 제3회전부에 연결되고 상기 제3회전부를 상기 제2방향으로 이동시키도록 형성되며,
상기 제1이동부는 상기 제2이동부에 연결되고 상기 제2이동부를 상기 제1방향으로 이동시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제2회전부는,
상기 제1프레임을 관통하는 회전축; 및
상기 제1회전부가 상기 제2방향을 중심으로 회전 가능하도록 상기 회전축의 양 단부를 연결하는 제2프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제3이동부는,
상기 제3회전부에 연결되고, 양 측면에 상기 제3방향으로 연장되게 형성되는 홈을 구비하는 메인프레임;
상기 제2회전부에 연결되고, 상기 메인프레임의 상부 및 양 측면을 덮도록 형성되며, 상기 홈에 수용되도록 이루어지는 돌출부를 구비하는 커버프레임; 및
상기 커버프레임을 상기 메인프레임에 대하여 상기 제3방향으로 상대 이동되도록 하는 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제5항에 있어서,
상기 구동장치는,
상기 커버프레임의 외부에 형성되고, 회전이 가능하도록 이루어지는 조작노브;
상기 조작노브에 연결되고, 상기 조작노브의 회전에 따라 회전하는 전달부; 및
상기 전달부와 상기 메인프레임에 연결되며, 상기 전달부의 회전에 따라 상기 제3방향을 중심으로 회전 및 상기 제3방향으로 이동하여 상기 커버프레임을 상기 메인프레임에 대하여 상대 이동되도록 하는 구동축을 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1이동부는 상기 제1방향으로 굴러갈 수 있는 이동바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제2회전부는 상기 제1프레임에 연결되고 상기 제1회전부를 상기 제2방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며,
상기 제2이동부는 상기 제2회전부에 연결되고 상기 제2회전부를 상기 제2방향으로 이동시키도록 형성되며,
상기 제3회전부는 상기 제2이동부에 연결되고 상기 제2이동부를 상기 제3방향을 중심으로 회전시키도록 형성되며,
상기 제3이동부는 상기 제3회전부에 연결되고 상기 제3회전부를 상기 제3방향으로 이동시키도록 형성되며,
상기 제1이동부는 상기 제3이동부에 연결되고 상기 제3이동부를 상기 제1방향으로 이동시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 6 자유도 위치 제어장치.
제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따르고, 상기 조립물이 상대 조립물과 조립면을 서로 마주보고 정렬되도록 상기 조립물의 위치를 제어하는 적어도 하나의 6 자유도 위치 제어장치; 및
상기 제1이동부가 장착되고, 상기 제1이동부의 이동을 가이드하도록 상기 제1방향을 따라 연장되게 형성되는 이동용레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치시스템.