KR101332694B1

KR101332694B1 - 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치

Info

Publication number: KR101332694B1
Application number: KR1020110046794A
Authority: KR
Inventors: 조창현; 박용구
Original assignee: 레드원테크놀러지 주식회사; 조선대학교산학협력단
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-11-25
Also published as: KR20120128876A

Abstract

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 중력 보상 수단을 구비하여 자중으로 인한 부하 토크를 보상할 수 있고, 다자유도 관절에서도 부하 토크로 인한 문제점을 최소화할 수 있는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명인 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치를 이루는 구성수단은, 베이스, 상기 베이스 상에 회전 가능하게 결합되되, 중력 방향의 제1 회전축선을 중심으로 회전하는 제1 회전링크, 상기 제1 회전링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제1 회전축선에 직교하는 방향의 제2 회전축선을 중심으로 회전하는 제2 회전링크, 상기 제2 회전 링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제2 회전축선과 동일한 방향의 제3 회전축선을 중심으로 회전하는 제3 회전링크를 포함하여 구성되되, 상기 제2 회전링크의 중력 토크를 보상하기 위한 제1 중력 보상 수단과, 상기 제3 회전링크의 중력 토크를 보상하기 위한 제2 중력 보상 수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치{a haptic device with weight compensation function}

본 발명은 힘 반영이 가능한 다관절 햅틱 장치에 관한 것으로, 특히 중력과 같은 무게에 의해 발생하는 영향을 흡수하는 중력 보상 수단을 구비한 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치에 관한 것이다.

최근 인간의 생활환경을 편리하게 하거나, 산업현장에서 작업을 보조하기 위한 다양한 로봇이 개발되고 있다. 위험 작업 로봇의 경우 인간의 판단에 의해 동작하도록 외부 조정장치를 구비한다. 이러한 외부 조정시 조정자가 올바른 판단을 할 수 있도록 환경정보를 제공할 필요가 있다.

따라서, 로봇에 장착된 카메라와 같은 비전 센서를 비롯하여 각종 센서 정보를 조작자에게 전달한다. 이중 로봇이 느끼는 힘을 조작자에게 전달하는 것을 힘 반영이라고 한다,. 특히 조작 작업시 힘 반영이 많이 적용된다.

조작작업의 효율성을 높이기 위해서는 조이스틱과 같은 조작 기구보다 로봇팔과 유사한 형태가 바람직하다. 로봇팔과 유사한 형태는 보다 직관적인 제어가 가능하므로 매우 효율적이다. 하지만 외부환경을 인지시키기 위한 힘 반영에 있어서, 로봇팔 형태는 큰 동작 범위를 제공하는 반면 자체 무게로 인해 많은 제약 사항이 있다. 무게를 지지하기 위해 모터 동력을 사용해야하는 부담이 있다.

이러한 햅틱 장치는 자중으로 인하여 부하 토크를 받게 되며, 이러한 부하 토크는 힘 반영을 위한 구동모터와 같은 구동기의 용량을 설계하는데 직접적인 영향을 미친다. 특히, 구동모터에 작용하는 하중 가운데 햅틱 장치의 자중에 의해 발생하는 토크 성분이 차지하는 비중은 매우 높으므로 동력원의 용량을 크게 해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 중력 보상 수단을 구비하여 자중으로 인한 부하 토크를 보상할 수 있고, 다자유도 관절에서도 부하 토크로 인한 문제점을 최소화할 수 있는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치를 이루는 구성수단은, 베이스, 상기 베이스 상에 회전 가능하게 결합되되, 중력 방향의 제1 회전축선을 중심으로 회전하는 제1 회전링크, 상기 제1 회전링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제1 회전축선에 직교하는 방향의 제2 회전축선을 중심으로 회전하는 제2 회전링크, 상기 제2 회전 링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제2 회전축선과 동일한 방향의 제3 회전축선을 중심으로 회전하는 제3 회전링크를 포함하여 구성되되, 상기 제2 회전링크의 중력 토크를 보상하기 위한 제1 중력 보상 수단과, 상기 제3 회전링크의 중력 토크를 보상하기 위한 제2 중력 보상 수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 중력 보상 수단은, 상기 제1 회전링크의 일외측면에 고정 부착되는 제1 캠 플레이트와, 상기 제1 캠 플레이트와 와이어에 의하여 연결되어 상기 제2 회전링크에 부착 형성되되, 상기 제2 회전링크가 회전됨에 따라 상기 제1 캠 플레이트에 일단이 연결되는 상기 와이어의 장력을 변화시키는 제1 중력 보상 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 와이어의 일단은, 상기 제1 캠 플레이트에 회전 가능하게 결합되되, 제1 캠 플레이트의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구에 결합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 중력 보상 모듈은, 상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 가동부, 상기 가동부에 일단이 접촉되는 탄성 스프링, 상기 가동부의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링의 타단을 지지하는 제1 고정부, 상기 가동부의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부, 상기 제1 고정부와 제2 고정부 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링 내부를 통과하고 상기 가동부에 관통 설치되어, 상기 가동부의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바, 상기 가동부에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부를 관통하여 연장되는 상기 와이어의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리가 구비된 제3 고정부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 회전링크가 회전함에 따라, 상기 제3 고정부에 구비되는 아이들 풀리와 상기 제1 캠 플레이트에 형성되는 와이어 연결구의 거리가 변화되면서 상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 상기 가동부의 위치가 변화되고, 상기 탄성 스프링의 탄성력이 변화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 중력 보상 수단은, 상기 제3 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크에 결합되되, 상기 제2 회전링크에 회전 가능하도록 결합되는 제2 캠 플레이트, 상기 제2 캠 플레이트와 와이어에 의하여 연결되어 상기 제3 회전링크에 부착 형성되되, 상기 제2 캠 플레이트가 회전됨에 따라 상기 제2 캠 플레이트에 일단이 연결되는 상기 와이어의 장력을 변화시키는 제2 중력 보상 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 와이어의 일단은, 상기 제2 캠 플레이트에 회전 가능하게 결합되되, 제2 캠 플레이트의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구에 결합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 중력 보상 모듈은, 상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 가동부, 상기 가동부에 일단이 접촉되는 탄성 스프링, 상기 가동부의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링의 타단을 지지하는 제1 고정부, 상기 가동부의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부, 상기 제1 고정부와 제2 고정부 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링 내부를 통과하고 상기 가동부에 관통 설치되어, 상기 가동부의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바, 상기 가동부에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부를 관통하여 연장되는 상기 와이어의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리가 구비된 제3 고정부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 캠 플레이트가 회전함에 따라, 상기 제3 고정부에 구비되는 아이들 풀리와 상기 제2 캠 플레이트에 형성되는 와이어 연결구의 거리가 변화되면서 상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 상기 가동부의 위치가 변화되고, 상기 탄성 스프링의 탄성력이 변화되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 캠 플레이트는 상기 제2 회전링크가 회전하는 경우, 상기 제2 회전링크의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 캠 플레이트는 상기 제2 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제1 회전링크의 타외측면에 고정 부착되는 고정 풀리와 벨트에 의하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 회전링크는 상기 베이스 하부에 배치되는 제1 모터, 상기 제1 모터의 출력측에 연결된 제1 구동풀리, 상기 제1 구동풀리와 벨트로 연결되고 상기 제1 회전 링크의 밑단에 연결된 회전축에 결합되는 제1 회전 풀리를 포함하여 구성되는 제1 구동수단에 의하여 회전되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 회전링크는 상기 제1 회전링크의 타외측면 하단에 고정 배치되는 제2 모터, 상기 제2 모터의 출력측에 연결되되, 상기 제1 회전링크의 내측 공간에 위치하는 제2 구동풀리, 상기 제2 구동풀리와 벨트로 연결되고 상기 제2 회전링크의 타내측면 하단에 결합되는 제2 회전 풀리를 포함하여 구성되는 제2 구동수단에 의하여 회전되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제3 회전링크는 상기 제1 회전링크의 일외측면 하단에 고정 배치되는 제3 모터, 상기 제3 모터의 출력측에 연결되되, 상기 제1 회전링크의 내측 공간에 위치하는 제3 구동풀리, 상기 제3 구동풀리와 벨트로 연결되고 상기 제2 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크의 일내측면 하단에 결합되되, 상기 제2 회전링크에 회전 가능하도록 결합되는 자유 회전 풀리, 상기 자유 회전 풀리와 벨트로 연결되고 상기 제3 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제3 회전링크의 일내측면 하단에 결합되는 제3 회전풀리를 포함하여 구성되는 제3 구동수단에 의하여 회전되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 모터만을 구동함에 따라, 상기 제2 회전링크가 회전되고, 상기 제3 회전풀리가 상기 제2 회전링크의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하면서 상기 제3 회전링크를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제3 회전링크는 상기 제2 회전링크의 회전 유무와 무관하게 상기 제1 회전링크에 대한 일정한 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 회전링크의 말단에는 중력 방향의 회전축선을 중심으로 회전함과 동시에 중력 방향에 직교하는 방향의 회전축선을 중심으로 회전할 수 있는 손목부가 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 손목부 말단에는 상기 손목부에 대하여 회전할 수 있는 핸들이 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벨트는 강선 와이어 또는 링크 기구로 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치에 의하면, 힘 반영시 사용되는 동력원의 파워를 현격하게 줄일 수 있으고, 결과적으로 햅틱 장치의 전체 무게를 감소시킬 수 있으며, 동력 효율 증가로 에너지 절감 효과를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 중력보상 수단의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치의 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치는 베이스((101), 상기 베이스(101)에 결합되어 중력 방향의 제1 회전축선(110)을 중심으로 회전하는 제1 회전링크(102), 상기 제1 회전링크(102)의 말단(상단)에 결합되어 중력 방향과 직교하는 제2 회전축선(111)을 중심으로 회전하는 제2 회전링크(103), 상기 제2 회전링크(103)의 말단(상단)에 결합되어 중력 방향과 직교하는 제3 회전축선(112)을 중심으로 회전하는 제3 회전링크(104), 상기 제2 회전링크(103)의 중력 토크를 보상하기 위한 제1 중력 보상 수단(140) 및 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상하기 위한 제2 중력 보상 수단(141)을 포함하여 구성된다.

상기 베이스(101)는 책상 형태를 가지면서, 상기 제1 회전링크(102), 제2 회전링크(103) 및 제3 회전링크(104)를 지지하는 역할을 수행하고, 동시에 상기 제1 회전링크(102)가 결합되어 회전될 수 있는 구조를 가진다. 또한, 상기 베이스(101)의 하측에는 후술하겠지만, 상기 제1 회전링크(102)를 회전시킬 수 있는 제1 구동수단이 배치된다.

상기 제1 회전링크(102)는 상기 베이스(101) 상에 회전 가능하게 결합되되, 중력 방향의 제1 회전축선(110)을 중심으로 회전하는 링크이다. 상기 제1 회전링크(102)의 구조는 다양하게 형성시킬 수 있는데, 본 발명에서는 두개의 판이 마주보고 배치되는 형태를 예시하여 설명한다.

상기 제1 회전링크(102)는 서로 마주보고 배치되는 두 개의 판과, 두 개의 판 하단을 서로 연결하는 바닥판으로 구성될 수 있고, 상기 바닥판이 상기 베이스(101)에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 회전축이 상기 베이스(101)에 회전 가능하도록 삽입 고정되고, 상기 회전축의 일단이 상기 제1 회전링크(102)의 밑단과 결합되고, 상기 회전축의 타단은 후술할 제1 회전풀리(131)에 결합된다.

여기서, 이후에 사용할 용어를 일치시키기 위하여, 용어 정의를 한다. 도 2를 참조하면, 제1 회전링크(102)는 두 개의 판이 서로 마주보고 배치된다. 여기서, 오른쪽 판에 대하여, 판의 오른쪽면은 "일외측면", 판의 왼쪽면은 "일내측면"으로 정의하고, 왼쪽 판에 대하여, 판의 오른쪽면은 "타내측면", 판의 왼쪽면은 "타외측면"으로 정의하며, 양 판 사이의 공간을 "내측 공간"으로 정의한다. 한편, 이와 같은 용어 정의는 제2 회전링크(103) 및 제3 회전링크(104)에도 동일하게 적용된다.

상기 제1 회전링크(102)의 말단(상단)에는 상기 제2 회전링크(103)가 회전 가능하도록 결합된다. 구체적으로, 상기 제2 회전링크(103)는 상기 제1 회전링크(102)의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제1 회전축선(110)에 직교하는 방향의 제2 회전축선(111)을 중심으로 회전한다.

상기 제2 회전링크(103)는 두 개의 판이 서로 마주보고 배치되되, 각 판이 상기 제1 회전링크(102)의 각 판에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 상기 제2 회전링크(103)의 오른쪽 판은 상기 제1 회전링크(102)의 오른쪽 판 일내측면에 회전 가능하게 결합되고, 상기 제2 회전링크(103)의 왼쪽 판은 상기 제1 회전링크(102)의 왼쪽 판 타내측면에 회전 가능하게 결합된다.

상기 제2 회전링크(103)의 회전은 후술할 제2 구동수단에 의하여 회전된다. 상세한 구동 메커니즘은 후술하겠지만, 상기 제2 회전링크(103)의 타내측면에 고정부착되는 제2 회전풀리(135)를 회전시킴으로써, 상기 제2 회전링크(103)은 회전될 수 있다.

상기 제2 회전링크(103)의 말단(상단)에는 상기 제3 회전링크(104)가 회전 가능하도록 결합된다. 구체적으로, 상기 제3 회전링크(104)는 상기 제2 회전링크(103)의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제2 회전축선(111)과 동일한 방향의 제3 회전축선(112)을 중심으로 회전한다.

상기 제3 회전링크(104)는 두 개의 판이 서로 마주보고 배치되되, 각 판이 상기 제2 회전링크(103)의 각 판에 회전 가능하게 결합된다. 구체적으로, 상기 제3 회전링크(104)의 오른쪽 판은 상기 제2 회전링크(103)의 오른쪽 판 일내측면에 회전 가능하게 결합되고, 상기 제3 회전링크(104)의 왼쪽 판은 상기 제2 회전링크(103)의 왼쪽 판 타내측면에 회전 가능하게 결합된다.

상기 제3 회전링크(103)의 회전은 후술할 제3 구동수단에 의하여 회전된다. 상세한 구동 메커니즘은 후술하겠지만, 상기 제3 회전링크(104)의 일내측면에 고정부착되는 제3 회전풀리(137)를 회전시킴으로써, 상기 제3 회전링크(104)은 회전될 수 있다.

한편, 상기 제3 회전링크(104)는 상기 제3 구동수단의 구동과는 별개로, 상기 제2 회전링크(103)의 회전에 따라 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된다. 결과적으로, 상기 제3 회전링크(104)는 상기 제2 회전링크(103)의 회전 유무에 무관하게 상기 제1 회전링크(102)에 대하여 일정한 각도를 유지한다. 이에 대해서는 상세하게 후술하겠다.

상술한 바와 같이, 베이스(101), 제1 회전링크(102), 제2 회전링크(103) 및 제3 회전링크(104)는 서로 관절(회전축)을 통하여 회전 가능하게 연결된다. 여기서, 상기 제2 회전링크(103) 및 제3 회전링크(104)가 제1 회전축선(110) 방향으로 모든 하중을 발생시키면 문제없지만(수직 방향으로 세워진 상태인 경우), 상기 제2 회전링크(103) 및(또는) 제3 회전링크(104)가 회전하면, 관절에 피로도를 주고 토크 부하를 증가시키는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명에서는 회전링크들의 중력 토크를 보상할 수 있는 중력 보상 수단을 회전링크들 사이에 구비시킨다. 구체적으로, 상기 제2 회전링크(103)의 중력 토크를 보상하기 위한 제1 중력 보상 수단(140)과, 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상하기 위한 제2 중력 보상 수단(141)을 회전링크들 사이에 구비시킨다.

상기 제2 회전링크(103)의 중력 토크를 보상하기 위한 상기 제1 중력 보상 수단(140)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 회전링크(102)의 일외측면에 고정 부착되는 제1 캠 플레이트(139)와, 상기 제1 캠 플레이트(139)와 와이어(206)에 의하여 연결되어 상기 제2 회전링크(103)에 부착 형성되되, 상기 제2 회전링크(103)가 회전됨에 따라 상기 제1 캠 플레이트(139)에 일단이 연결되는 상기 와이어(206)의 장력을 변화시키는 제1 중력 보상 모듈을 포함하여 구성된다.

상기 제1 캠 플레이트(139)는 상기 제1 회전링크(102)의 일외측면에 완전 고정 부착되어, 상기 제1 회전링크(102)의 회전이 있는 경우에만 위치가 변경된다. 그리고, 상기 제1 캠 플레이트(139)는 상기 제2 회전축선(111)이 중심을 통과하도록 상기 제1 회전링크(102)에 고정 부착된다.

상기 제1 캠 플레이트(139)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(206)의 일단이 회전 가능하게 결합된다. 그리고, 상기 와이어(206)의 타단은 상기 제2 회전링크(103)에 부착되는 상기 제1 중력 보상 모듈에 고정된다. 따라서, 상기 제1 회전링크(102)에 대하여 상기 제2 회전링크(103)가 회전하면, 상기 와이어(206)에 장력이 발생하고, 상기 제2 회전링크(103)의 회전 각도 및 방향에 따라, 상기 와이어(206)의 장력은 변화된다.

상기와 같이, 상기 제2 회전링크(103)가 회전함에 따라, 상기 와이어(206)의 장력을 변화시키기 위해서는, 상기 와이어(206)의 일단이 연결되는 상기 제1 캠 플레이트(139)의 연결 지점이 상기 제2 회전축선(111)에 벗어나서 위치해야 한다. 즉, 상기 와이어(206)의 일단은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 캠 플레이트(139)에 회전 가능하게 결합되되, 제1 캠 플레이트(139)의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구(207)에 결합된다.

상기 와이어 연결구(207)는 상기 제1 캠 플레이트(139)에 연결되되, 제2 회전축선(111)이 지나가는 상기 제1 캠 플레이트(139)의 중심에서 벗어난 위치에 연결된다. 그리고, 상기 와이어(206)가 연결된 상태에서 자유롭게 회전 가능하도록 상기 제1 캠 플레이트(139)에 결합된다. 따라서, 상기 제2 회전링크(103)가 회전되는 경우, 상기 와이어(206)는 상기 와이어 연결구(207)에 감기지 않는다.

상기 제1 캠 플레이트(139)와의 관계에서 상기 와이어(206)에 장력을 발생시키거나 변화시키는 상기 제1 중력 보상 모듈에 대하여 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기 제1 중력 보상 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(206)의 타단에 고정 연결되는 가동부(204), 상기 가동부(204)에 일단이 접촉되는 탄성 스프링(205), 상기 가동부(204)의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링(205)의 타단을 지지하는 제1 고정부(201), 상기 가동부(204)의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부(202), 상기 제1 고정부(201)와 제2 고정부(202) 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링(205) 내부를 통과하고 상기 가동부(204)에 관통 설치되어, 상기 가동부(204)의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바(203), 상기 가동부(204)에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부(201)를 관통하여 연장되는 상기 와이어(206)의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리(208)가 구비된 제3 고정부(한 쌍의 아이들 풀리가 회전 가능하도록 결합함과 동시에 위치를 고정시키기 위하여 제2 회전링크(103)의 일외측면에 부착됨)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 상기 제1 중력 보상 모듈과 상기 제1 캠 플레이트(139) 사이에 연결되는 상기 와이어(206)의 장력 변화에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 상태에서, 상기 제2 회전링크(103)가 상기 제1 회전링크(102)에 대하여 제2 회전축선(111)을 중심으로 회전하면, 상기 와이어(206)의 일단이 연결되는 와이어 연결구(207)가 상기 제2 회전축선(111)에서 벗어난 위치에 연결되어 있기 때문에, 상기 와이어 연결구(207)와 상기 아이들 풀리(208)의 거리가 변경된다.

그리고, 상기 와이어(206)는 상기 아이들 풀리(208)에 의하여 이탈이 되지 못하고, 상기 와이어 풀리(208)를 거쳐서 반드시 상기 와이어 연결구(207)에 연결되기 때문에, 상기 와이어 연결구(207)와 상기 와이어 풀리(208) 사이에 존재하는 상기 와이어(206)의 길이는 증가한다.

결과적으로, 상기 와이어(206)는 상기 와이어 연결구(207) 방향으로 댕겨지고, 상기 와이어(206)의 타단이 고정 연결되는 상기 가동부(204)가 상기 아이들 풀리(208) 방향으로 이동된다. 그러면, 상기 탄성 스프링(205)이 압축되게 된다.

이와 같은, 상기 제1 캠 플레이트(139)와 제1 중력보상 모듈 사이에서의 상기 와이어(206)의 장력 발생을 통하여, 상기 제2 회전링크(103)의 중력 토크를 보상할 수 있다.

다시 정리하면, 상기 와이어(206)의 일단은 상기 제1 회전링크(102)에 고정된 제1 캠 플레이트(139)에 고정되고, 상기 와이어(206)의 타단은 상기 가동부(204)에 고정된다. 이때, 상기 와이어(206)의 일단은 상기 제1 캠 플레이트(139)의 중심에서 소정거리 이격된 위치에서 자유롭게 회전 가능하게 구비되는 와이어 연결구(207)에 고정된다.

상기 와이어(206)는 상기 제2 회전링크(103)의 소정 위치에 고정된 아이들 풀리(208)를 지나 탄성 스프링(205)의 일단이 연결된 가동부(204)에 연결된다. 상기 가동부(204)는 상기 제2 회전링크(103)에 고정된 제1 고정부(201)와 제2 고정부(202) 사이에 구비되는 상기 가이드 바(203)에 가이드되어 움직인다.

그리고, 상기 탄성 스프링(205)은 상기 가동부(204)와 상기 제1 고정부(201) 사이에 구비된다. 상기 탄성 스프링(205)의 탄성 계수는 햅틱 장치의 자중, 길이 등을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.

상기 제2 회전링크(103)가 회전하면, 상기 고정된 아이들 풀리(208)와 자유롭게 회전 가능하게 구비되는 상기 와이어 연결구(207) 사이의 상대 운동이 발생한다. 이로 인하여 상기 탄성 스프링(205)은 압축되고, 결과적으로 상기 제2 회전링크(103)의 회전 각도에 따라 중력 토크를 보상할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가동부(204), 탄성 스프링(205), 가이드 바(203)는 쌍으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 와이어(206)는 상기 가동부(204)의 가운데 부분에 고정되고, 상기 한 쌍의 탄성 스프링(205) 및 가이드 바(203) 사이로 연장되며, 상기 제1 고정부(201)를 관통하여 지난 후, 상기 아이들 풀리(208)를 통해 상기 와이어 연결구(207)에 연결된다.

이와 같이 연결된 상태에서, 상기 제2 회전링크(103)가 회전함에 따라, 상기 제3 고정부에 구비되는 아이들 풀리(208)와 상기 제1 캠 플레이트(139)에 형성되는 와이어 연결구(207)의 거리가 변화되면서 상기 와이어(206)의 타단에 고정 연결되는 상기 가동부(204)의 위치가 변화되고, 상기 탄성 스프링(205)의 탄성력이 변화되는 것이다.

이상에서 설명한 제1 중력 보상 수단(140)의 구성은 상기 제2 중력 보상 수단(141)의 구성과 유사하고, 그 동작도 유사하다. 이하에서는 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상하기 위한 제2 중력 보상 수단(141)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상하기 위한 상기 제2 중력 보상 수단(141)은 상기 제3 회전축선(112)이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크(103)의 타외측면에 결합되되, 상기 제2 회전링크(103)에 회전 가능하도록 결합되는 제2 캠 플레이트(138)와, 상기 제2 캠 플레이트(138)와 와이어(206)에 의하여 연결되어 상기 제3 회전링크(104)에 부착 형성되되, 상기 제3 회전링크(104)가 회전됨에 따라 상기 제2 캠 플레이트(138)에 일단이 연결되는 상기 와이어(206)의 장력을 변화시키는 제2 중력 보상 모듈을 포함하여 구성된다.

상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제2 회전링크(103)의 타외측면에 완전 고정 부착되는 것이 아니라, 자유롭게 회전할 수 있도록 고정 부착된다. 그리고 후술하겠지만, 상기 제1 회전링크(102)의 타외측면에 완전 고정되는 고정 풀리(136)와 벨트로 연결되어 있기 때문에, 상기 제2 회전링크(103)의 회전이 있는 경우에만 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하여 위치가 변경된다. 이러한 결과로 인하여, 후술하겠지만, 상기 제2 캠 플레이트(138)에 일단이 연결된 상기 와이어(206)에 장력이 발생한다.

그리고, 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제3 회전축선(112)이 중심을 통과하도록 상기 제2 회전링크(103)에 자유롭게 회전 가능하게 결합된다. 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상술한 제1 캠 플레이트(139)와 달리, 상기 고정 풀리(136)와 벨트로 결합할 수 있는 풀리가 형성되어 있고, 자유롭게 회전 가능하게 결합된다.

상기 제2 캠 플레이트(138)에는 제1 캠 플레이트(139)와 같이, 상기 와이어(206)의 일단이 회전 가능하게 결합된다. 그리고, 상기 와이어(206)의 타단은 상기 제3 회전링크(104)의 타외측면에 부착되는 상기 제2 중력 보상 모듈에 고정된다. 따라서, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태에서, 상기 제3 회전링크(104)가 회전하면, 상기 와이어(206)에 장력이 발생하고, 상기 제3 회전링크(104)의 회전 각도 및 방향에 따라, 상기 와이어(206)의 장력은 변화된다.

여기서, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태라 함은 상기 제2 회전링크(103)가 회전되지 않아서, 상기 제1 회전링크(102)에 고정부착되는 고정 풀리(136)와 벨트로 연결되어 회전되지 못한 상태를 의미한다.

상기와 같이, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태에서 상기 제3 회전링크(104)가 회전함에 따라, 상기 와이어(206)의 장력을 변화시키기 위해서는, 상기 와이어(206)의 일단이 연결되는 상기 제2 캠 플레이트(138)의 연결 지점이 상기 제3 회전축선(112)에 벗어나서 위치해야 한다. 즉, 상기 와이어(206)의 일단은, 상술한 제1 캠 플레이트(139)와 같이, 상기 제2 캠 플레이트(138)에 회전 가능하게 결합되되, 제2 캠 플레이트(138)의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구(207)에 결합된다.

상기 와이어 연결구(207)는 상기 제2 캠 플레이트(138)에 연결되되, 제3 회전축선(112)이 지나가는 상기 제2 캠 플레이트(138)의 중심에서 벗어난 위치에 연결된다. 그리고, 상기 와이어(206)가 연결된 상태에서 자유롭게 회전 가능하도록 상기 제2 캠 플레이트(138)에 결합된다. 따라서, 상기 제3 회전링크(104)가 회전되는 경우, 상기 와이어(206)는 상기 와이어 연결구(207)에 감기지 않는다.

상기 고정된 상태의 제2 캠 플레이트(138)와의 관계에서 상기 와이어(206)에 장력을 발생시키거나 변화시키는 상기 제2 중력 보상 모듈에 대하여 설명한다.

상기 제2 중력 보상 모듈은 상술한 제1 중력 보상 모듈과 같이, 상기 와이어(206)의 타단에 고정 연결되는 가동부(204), 상기 가동부(204)에 일단이 접촉되는 탄성 스프링(205), 상기 가동부(204)의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링(205)의 타단을 지지하는 제1 고정부(201), 상기 가동부(204)의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부(202), 상기 제1 고정부(201)와 제2 고정부(202) 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링(205) 내부를 통과하고 상기 가동부(204)에 관통 설치되어, 상기 가동부(204)의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바(203), 상기 가동부(204)에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부(201)를 관통하여 연장되는 상기 와이어(206)의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리(208)가 구비된 제3 고정부(한 쌍의 아이들 풀리가 회전 가능하도록 결합함과 동시에 위치를 고정시키기 위하여 제2 회전링크(103)의 일외측면에 부착됨)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 상기 제2 중력 보상 모듈과 상기 제2 캠 플레이트(138) 사이에 연결되는 상기 와이어(206)의 장력 변화에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 제1 중력 보상 모듈과 상술한 제1 캠 플레이트(139) 사이에 연결되는 와이어(206)의 장력 변화와 같이, 상기 제3 회전링크(104)가 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태에서 상기 제2 회전링크(103)에 대하여 제3 회전축선(112)을 중심으로 회전하면, 상기 와이어(206)의 일단이 연결되는 와이어 연결구(207)가 상기 제3 회전축선(112)에서 벗어난 위치에 연결되어 있기 때문에, 상기 와이어 연결구(207)와 상기 아이들 풀리(208)의 거리가 변경된다.

이와 같은, 상기 고정된 상태의 제2 캠 플레이트(138)와 제2 중력보상 모듈 사이에서의 상기 와이어(206)의 장력 발생을 통하여, 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수 있다.

이상에서는 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태에 있을 때, 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상하는 동작을 설명하였지만, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 회전됨에 따라 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수도 있다.

즉, 상술한 상기 제2 회전링크(103)를 회전하게 되면, 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제1 회전링크(102)에 고정 부착된 고정 풀리(136)와 강성 벨트로 연결되기 때문에, 상기 벨트의 장력에 의하여 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다.

그러면, 상기 제2 캠 플레이트(138)에 구비되는 와이어 연결구(207)에 회전 가능하게 일단이 결합된 상기 와이어(206)는 상기 제2 캠 플레이트(138)의 회전 방향으로 댕겨지게 된다. 결과적으로, 상기 제3 회전링크(104)의 타외측면에 결합된 제2 중력보상 모듈에 장력을 발생하여 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수도 있다.

한편, 상기 가동부(204), 탄성 스프링(205), 가이드 바(203)는 쌍으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 와이어(206)는 상기 가동부(204)의 가운데 부분에 고정되고, 상기 한 쌍의 탄성 스프링(205) 및 가이드 바(203) 사이로 연장되며, 상기 제1 고정부(201)를 관통하여 지난 후, 상기 아이들 풀리(208)를 통해 상기 와이어 연결구(207)에 연결된다.

이와 같이 연결된 상태에서, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태에서 제3 회전링크(103)가 회전함에 따라(또는 제2 회전링크(102)가 회전함에 따라), 상기 제3 고정부에 구비되는 아이들 풀리(208)와 상기 제2 캠 플레이트(1389)에 형성되는 와이어 연결구(207)의 거리가 변화되면서 상기 와이어(206)의 타단에 고정 연결되는 상기 가동부(204)의 위치가 변화되고, 상기 탄성 스프링(205)의 탄성력이 변화되는 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제2 회전축선(111)이 중심을 지나도록 상기 제1 회전링크(102)의 타외측면에 고정 부착되는 고정 풀리(136)와 벨트에 의하여 연결된다.

상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 벨트에 의하여 상기 고정 풀리(136)에 연결되어 있기 때문에, 상기 제2 회전링크(103)가 회전하게 되면, 상기 고정 풀리(136)에 연결된 장력에 의하여 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다.

즉, 상기 제2 캠 플레이트(138)는 상기 제2 회전링크(103)가 회전하는 경우, 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 제2 중력보상 수단(141)이 동작되어 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수 있다.

이하에서는 각 회전 링크들을 회전하기 위한 구동수단의 구성 및 동작에 대하여 추가적으로 설명한다.

상기 제1 회전링크(102)는 제1 구동수단에 의하여 회전되고, 상기 제2 회전링크(103)는 제2 구동수단에 의하여 회전되며, 상기 제3 회전링크(104)는 제3 구동수단에 의하여 회전된다.

구체적으로, 상기 제1 회전링크(102)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(101) 하부에 배치되는 제1 모터(120), 상기 제1 모터(120)의 출력측에 연결된 제1 구동풀리(130), 상기 제1 구동풀리(130)와 벨트로 연결되고 상기 제1 회전 링크(102)의 밑단에 연결된 회전축에 결합되는 제1 회전 풀리(131)를 포함하여 구성되는 제1 구동수단에 의하여 회전된다.

따라서, 상기 제1 모터(120)를 구동하면, 상기 제1 구동풀리(130)가 회전하게 되고, 상기 제1 구동풀리(130)에 벨트로 연결된 상기 제1 회전풀리(131)가 회전하게 된다. 그러면, 상기 회전축이 회전됨에 따라, 상기 제1 회전링크(102)가 상기 제1 회전축선(110)을 중심으로 회전하게 된다.

상기 제2 회전링크(103)는 상기 제1 회전링크(102)의 타외측면 하단에 고정 배치되는 제2 모터(122), 상기 제2 모터(122)의 출력측에 연결되되, 상기 제1 회전링크(102)의 내측 공간에 위치하는 제2 구동풀리(134), 상기 제2 구동풀리(134)와 벨트로 연결되고 상기 제2 회전링크(103)의 타내측면 하단에 결합되는 제2 회전 풀리(135)를 포함하여 구성되는 제2 구동수단에 의하여 회전된다.

따라서, 상기 제2 모터(122)를 구동하면, 상기 제2 구동풀리(134)가 회전하게 되고, 상기 제2 구동풀리(134)에 벨트로 연결된 상기 제2 회전풀리(135)가 회전하게 된다. 그러면, 상기 제2 회전풀리(135)가 부착 결합되는 상기 제2 회전링크(103)가 상기 제2 회전축선(111)을 중심으로 회전하게 된다.

이 경우, 상술한 바와 같이, 상기 제2 회전링크(103)가 회전함에 따라, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다. 결과적으로, 상기 제3 회전링크(104)에 결합되는 제2 중력보상 모듈과 상기 제2 캠 플레이트(138)의 상호 작용에 의하여 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수 있다.

상기 제3 회전링크(104)는 상기 제1 회전링크(102)의 일외측면 하단에 고정 배치되는 제3 모터(121), 상기 제3 모터(121)의 출력측에 연결되되, 상기 제1 회전링크(102)의 내측 공간에 위치하는 제3 구동풀리(132), 상기 제3 구동풀리(132)와 벨트로 연결되고 상기 제2 회전축선(111)이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크(103)의 일내측면 하단에 결합되되, 상기 제2 회전링크(103)에 회전 가능하도록 결합되는 자유 회전 풀리(133), 상기 자유 회전 풀리(133)와 벨트로 연결되고 상기 제3 회전축선(112)이 중심을 지나도록 상기 제3 회전링크(104)의 일내측면 하단에 결합되는 제3 회전풀리(137)를 포함하여 구성되는 제3 구동수단에 의하여 회전된다. 여기서 상기 자유 회전 풀리(133)는 상기 제2 회전링크(103)에 고정 부착되는 것이 아니라, 상기 제2 회전링크(103)의 회전과 무관하게 자유롭게 회전 가능하도록 결합된다.

따라서, 상기 제3 모터(121)를 구동하면, 상기 제3 구동풀리(132)가 회전하게 되고, 상기 제3 구동풀리(132)에 벨트로 연결된 상기 자유 회전 풀리(133)가 회전하게 되며, 상기 자유 회전 풀리(133)에 벨트로 연결된 상기 제3 회전풀리(137)가 회전하게 된다. 그러면, 상기 제3 회전풀리(137)가 부착 결합되는 상기 제3 회전링크(104)가 상기 제3 회전축선(112)을 중심으로 회전하게 된다.

이 경우, 상술한 바와 같이, 상기 제3 회전링크(103)가 회전함에 따라, 상기 제2 캠 플레이트(138)가 고정된 상태인 경우, 상기 제3 회전링크(104)에 결합되는 제2 중력보상 모듈과 상기 제2 캠 플레이트(138)의 상호 작용에 의하여 상기 제3 회전링크(104)의 중력 토크를 보상할 수 있다.

이와 같은, 구동수단들의 동작에 의하여 각 회전 링크들을 회전할 수 있는데, 제3 구동수단을 구동하지 않고, 제2 구동수단만을 구동한 경우, 각 링크들의 회전 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 제2 구동수단만을 구동하면, 상기 제2 회전링크(103)가 회전하게 되고, 상기 고정 풀리(136)와 벨트로 연결되는 상기 제2 캠 플레이트(138)가 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다. 그러면, 상술한 바와 같이, 상기 제3 회전링크(103)에 대한 중력 토크 보상을 할 수 있다.

이와 동시에, 상기 제3 구동수단은 구동되지 않기 때문에, 상기 자유 회전 풀리(133)는 고정된 상태가 된다. 이 상태에서 상기 제2 회전링크(103)가 회전하기 때문에, 상기 고정 상태의 자유 회전 풀리(133)와 벨트로 연결된 상기 제3 회전풀리(137)가 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다. 결과적으로, 상기 제3 회전풀리(137)가 부착 결합된 상기 제3 링크(104)가 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다.

정리하면, 상기 제2 모터만을 구동함에 따라, 상기 제2 회전링크(103)가 회전되고, 상기 제3 회전풀리(137)가 상기 제2 회전링크(103)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하면서 상기 제3 회전링크(104)를 회전시킨다. 따라서, 상기 제3 회전링크(104)는 상기 제2 회전링크(103)의 회전 유무와 무관하게 상기 제1 회전링크(102)에 대한 일정한 각도를 유지할 수 있다. 이와 같은 동작은 결과론적으로, 제2 회전링크(103)에 대한 중력 토크를 보상하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 중력보상 기능을 가지는 햅틱 장치는 세 개의 링크들로 구성된 경우를 설명하였는데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제3 회전링크(104)의 말단에는 중력 방향의 회전축선을 중심으로 회전함과 동시에 중력 방향에 직교하는 방향의 회전축선을 중심으로 회전할 수 있는 손목부(105)가 더 연결될 수 있다.

상기 손목부(105)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제4 회전축선(113), 제5 회전축선(114) 및 제6 회전축선(115)을 중심으로 하여 다양한 방향으로 자유롭게 회전될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 손목부(105) 말단에는 상기 손목부(105)에 대하여 회전할 수 있는 핸들(106)이 연결될 수 있다. 상기 핸들(106)은 상기 손목부(105)에 대하여 자유로운 회전이 가능하게 결합된다.

이상에서와 같이 본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 단순한 설계변경이나 관용수단의 치환 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

101 : 베이스 102 : 제1 회전링크
103 : 제2 회전링크 104 : 제3 회전링크
105 : 손목부 106 : 핸들
110 : 제1 회전축선 111 : 제2 회전축선
112 : 제3 회전축선 113 : 제4 회전축선
114 : 제5 회전축선 115 : 제6 회전축선
120 : 제1 모터 121 : 제3 모터
122 : 제2 모터 130 : 제1 구동풀리
131 : 제1 회전풀리 132 : 제3 구동풀리
133 : 자유 회전 풀리 134 : 제2 구동풀리
135 : 제2 회전풀리 136 : 고정 풀리
137 : 제3 회전풀리 138 : 제2 캠 플레이트
139 : 제1 캠 플레이트 140 : 제1 중력보상 수단
141 : 제2 중력보상 수단 201 : 제1 고정부
202 : 제2 고정부 203 : 가이드 바
204 : 가동부 205 : 탄성 스프링
206 : 와이어 207 : 와이어 연결구
208 : 아이들 풀리

Claims

베이스;
상기 베이스 상에 회전 가능하게 결합되되, 중력 방향의 제1 회전축선을 중심으로 회전하는 제1 회전링크;
상기 제1 회전링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제1 회전축선에 직교하는 방향의 제2 회전축선을 중심으로 회전하는 제2 회전링크;
상기 제2 회전 링크의 말단에 회전 가능하게 결합되되, 상기 제2 회전축선과 동일한 방향의 제3 회전축선을 중심으로 회전하는 제3 회전링크;
상기 제1 회전링크의 일외측면에 고정 부착되는 제1 캠 플레이트와, 상기 제1 캠 플레이트와 와이어에 의하여 연결되어 상기 제2 회전링크에 부착 형성되되, 상기 제2 회전링크가 상기 제1 회전링크에 대하여 제2 회전축선을 중심으로 회전됨에 따라 상기 제1 캠 플레이트에 일단이 연결되는 상기 와이어의 장력을 변화시키는 제1 중력 보상 모듈을 포함하여 구성됨으로써, 상기 제2 회전링크의 중력 토크를 보상하는 제1 중력 보상 수단;
상기 제3 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크에 결합되되, 상기 제2 회전링크에 회전 가능하도록 결합되는 제2 캠 플레이트, 상기 제2 캠 플레이트와 와이어에 의하여 연결되어 상기 제3 회전링크에 부착 형성되되, 상기 제3 회전 링크가 회전됨에 따라 상기 제2 캠 플레이트에 일단이 연결되는 상기 와이어의 장력을 변화시키는 제2 중력 보상 모듈을 포함하여 구성됨으로써, 상기 제3 회전링크의 중력 토크를 보상하는 제2 중력 보상 수단:을 포함하여 구성되고,
상기 제1 중력 보상 모듈은,
상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 가동부, 상기 가동부에 일단이 접촉되는 탄성 스프링, 상기 가동부의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링의 타단을 지지하는 제1 고정부, 상기 가동부의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부, 상기 제1 고정부와 제2 고정부 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링 내부를 통과하고 상기 가동부에 관통 설치되어, 상기 가동부의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바, 상기 가동부에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부를 관통하여 연장되는 상기 와이어의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리가 구비된 제3 고정부를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어의 일단은, 상기 제1 캠 플레이트에 회전 가능하게 결합되되, 제1 캠 플레이트의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구에 결합됨으로써, 상기 제2 회전링크가 회전하면, 상기 고정된 아이들 풀리와 자유롭게 회전 가능하게 구비되는 상기 와이어 연결구 사이의 상대 운동이 발생하고, 이로 인하여 상기 탄성 스프링이 압축됨으로써 상기 제2 회전링크의 회전 각도에 따라 중력 토크를 보상하고,
상기 제2 중력 보상 모듈은,
상기 와이어의 타단에 고정 연결되는 가동부, 상기 가동부에 일단이 접촉되는 탄성 스프링, 상기 가동부의 하측에 고정 설치되어 상기 탄성 스프링의 타단을 지지하는 제1 고정부, 상기 가동부의 상측에 고정 설치되는 제2 고정부, 상기 제1 고정부와 제2 고정부 사이에 고정 설치되되, 상기 탄성 스프링 내부를 통과하고 상기 가동부에 관통 설치되어, 상기 가동부의 상하 이동을 가이드하는 가이드 바, 상기 가동부에 타단이 고정되고, 상기 제1 고정부를 관통하여 연장되는 상기 와이어의 이탈을 방지하기 위한 아이들 풀리가 구비된 제3 고정부를 포함하여 이루어지고, 상기 와이어의 일단은, 상기 제2 캠 플레이트에 회전 가능하게 결합되되, 제2 캠 플레이트의 중심에서 이격된 위치에 형성되는 와이어 연결구에 결합됨으로써, 상기 제3 회전링크가 회전함에 따라, 상기 제3 고정부에 구비되는 아이들 풀리와 상기 제2 캠 플레이트에 형성되는 와이어 연결구의 거리가 변화되면서 상기 와이어 타단에 고정 연결되는 상기 가동부의 위치가 변화되고, 상기 탄성 스프링의 탄성력이 변화됨으로써 상기 제3 회전링크의 회전 각도에 따라 중력 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 제2 캠 플레이트는 상기 제2 회전링크가 회전하는 경우, 상기 제2 회전링크의 회전 방향과 반대 방향으로 회전되고, 상기 제2 캠 플레이트는 상기 제2 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제1 회전링크의 타외측면에 고정 부착되는 고정 풀리와 벨트에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제3 회전링크는 상기 제1 회전링크의 일외측면 하단에 고정 배치되는 제3 모터, 상기 제3 모터의 출력측에 연결되되, 상기 제1 회전링크의 내측 공간에 위치하는 제3 구동풀리, 상기 제3 구동풀리와 벨트로 연결되고 상기 제2 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제2 회전링크의 일내측면 하단에 결합되되, 상기 제2 회전링크에 회전 가능하도록 결합되는 자유 회전 풀리, 상기 자유 회전 풀리와 벨트로 연결되고 상기 제3 회전축선이 중심을 지나도록 상기 제3 회전링크의 일내측면 하단에 결합되는 제3 회전풀리를 포함하여 구성되는 제3 구동수단에 의하여 회전되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 회전링크만 회전되는 경우, 상기 제3 회전풀리가 상기 제2 회전링크의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하면서 상기 제3 회전링크를 회전시키는 것을 특징으로 하는 중력 보상 기능을 가지는 햅틱 장치.