KR101333820B1

KR101333820B1 - 로봇팔 조립체

Info

Publication number: KR101333820B1
Application number: KR1020100101317A
Authority: KR
Inventors: 추형욱
Original assignee: 추형욱
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2013-11-29
Also published as: KR20120039875A

Abstract

본 발명은 사용자의 팔목에 체결된 상태에서 사용자가 손을 쥐었다 폈다 하는 손아귀의 힘을 이용하여 물건을 간접적으로 잡을 수 있도록 하여 로봇팔 구조와 작동원리를 용이하게 습득시킬 수 있는 로봇팔 조립체에 관한 것으로, 길이방향의 양측면을 절곡시켜 작동공간부를 형성하고, 상기 작동공간부에 배치되는 고정손잡이부와 가동손잡이부를 형성한 제1 본체프레임; 상기 제1 본체프레임의 상면에 고정설치되며, 전방을 향하여 돌출되고 돌출된 부분의 양측면에는 상기 가동손잡이와 탄력적으로 연결하는 탄성스프링을 구비한 제2 본체프레임; 상기 제2 본체프레임의 상부에 설치되며 접철식 링크작용을 통해 물품을 잡을 수 있는 작동수단; 상기 제1 본체프레임에 고정설치되는 제1 공기압축기, 상기 작동수단에 연결되는 제2 공기압축기, 및 상기 제1 공기압축기와 제2 공기압축기를 연결하는 연결튜브를 구비한 공기압축기로 구성된 것을 특징으로 하므로, 학습자로 하여금 로봇팔의 작동원리와 기구적 동력전달 과정을 쉽게 이해시킬 수 있고, 체험에 의해 창작력과 문제해결 능력 등의 학습교육의 효과를 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇팔 조립체{A ROBOTIC ARM ASSEMBLY}

본 발명은 로봇팔 조립체에 관한 것으로, 특히 사용자의 팔목에 체결된 상태에서 사용자가 손을 쥐었다 폈다 하는 손아귀의 힘을 이용하여 물건을 간접적으로 잡을 수 있도록 하여 로봇팔 구조와 작동원리를 용이하게 습득시킬 수 있는 로봇팔 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 초,중학교 학생들에게 로봇팔의 작동원리에 대한 교육은 단순히 책에 표시된 도면과 도면에 의한 설명으로만 기재하여 이해시키고 있다.

이러한 로봇팔의 작동원리를 책을 통해서만 이해시키기에는 한계가 있었다.

최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 주사위의 압력을 이용하여 로봇팔의 작동원리를 이해시키기 위한 교보재가 사용되고 있다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 로봇팔에 대하여 설명한다.

도면에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 로봇팔(1)은 주사위(10)의 로드부(11)를 밀거나 당기는 압력을 통해 집게(20)가 물건을 잡을 수 있도록 하여 로봇팔의 구조와 작동원리를 습득하도록 하고 있다.

그러나, 종래기술에 따른 로봇팔은 단순히 공기압력을 이용하여 집게가 오므려졌다 펴졌하는 단순한 구조로 이루어져 있기 때문에 상기 집게가 오므려졌다 펴졌다하는 기구적 원리를 충분히 설명하기에는 어려움이 있었을 뿐만 아니라, 이미 만들어진 로봇팔을 눈으로만 확인하기 때문에 학생들의 창의력과 문제 해결능력을 높이는 데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로봇팔의 작동원리를 통해 기구적 작동원리도 함께 이해시킬 수 있을 뿐만 아니라, 학습자가 직접 로봇팔을 제작하는 체험을 통해 이해력과 흥미를 한층 향상시킬 수 있는 로봇팔 조립체를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 로봇팔 조립체는,

길이방향의 양측면을 절곡시켜 작동공간부를 형성하고, 상기 작동공간부에 배치되는 고정손잡이부와 가동손잡이부를 형성한 제1 본체프레임;

상기 제1 본체프레임의 상면에 고정설치되며, 전방을 향하여 돌출되고 돌출된 부분의 양측면에는 상기 가동손잡이와 탄력적으로 연결하는 탄성스프링을 구비한 제2 본체프레임;

상기 제2 본체프레임의 상부에 설치되며 접철식 링크작용을 통해 물품을 잡을 수 있는 작동수단;

상기 제1 본체프레임에 고정설치되는 제1 공기압축기, 상기 작동수단에 연결되는 제2 공기압축기, 및 상기 제1 공기압축기와 제2 공기압축기를 연결하는 연결튜브를 구비한 공기압축기로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작동수단은 접철식 링크부재와, 상기 접철식 링크부재의 작용에 따라 오므려지거나 벌어지는 집게부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 작동수단에는 상기 링크부재와 집게부재를 상호 견고하게 고정시키고, 상기 제1 본체프레임에 대하여 선회 회전하는 것을 방지하기 위한 고정브라켓을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 고정브라켓은 소정의 길이를 가지는 채널형의 구조로 이루어지고, 폐단면에는 소정의 지경을 가지는 결합공이 형성되고, 절곡 형성된 표면에는 상기 링크부재의 접철방향의 경로를 안내하는 안내레일홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 안내레일홈은 'S'자 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 본체프레임의 후방에는 손목 권취용 체결부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 본체프레임의 양측면에는 상기 가동손잡이부가 이동방향을 안내하는 가이드레일홈이 형성되며, 상기 제2 본체프레임에는 고정봉이 설치되어 있고, 상기 탄성스프링은 가동손잡이부와 고정봉을 연결하도록 구성된 것을 특징을 한다.

또한, 상기 제1 공기압축기와 제2 공기압축기는 소정의 압축공간을 가지는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 압축공간을 왕복 이동하는 피스톤 로드로 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제1 공기압축기의 피스톤로드는 가동손잡이부와 연결되고, 상기 제2 공기압축기의 피스톤 로드는 링크부재의 고정홈에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링크부재를 평면에서 바라볼 때, 고정힌지축을 기준으로 일측에 배치된 연결바가 타측에 배치된 연결바 보다 짧은 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 로봇팔의 구성품을 학습작가 직접 조립하여 작동시킬 수 있는 소재로 제작함으로써, 학습자로 하여금 로봇팔의 작동원리와 기구적 동력전달 과정을 쉽게 이해시킬 수 있고, 체험에 의해 창작력과 문제해결 능력 등의 학습교육의 효과를 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 완성된 로봇팔은 학습자의 팔에 착용하는 구조로 이루어짐에 따라 유희용 완구로써의 역할도 함께 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 로봇팔의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇팔 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇팔 조립체를 배면에서 바라본 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇팔 조립체의 작용 상태를 나타낸 평면도와 단면도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇팔 조립체(1000)는 길이방향의 양측면을 절곡시켜 작동공간부(101)를 형성한 제1 본체프레임(100)과, 상기 제1 본체프레임(100)의 상면에 고정설치되는 제2 본체프레임(200)과, 상기 제2 본체프레임(200)의 상부에 설치되며 접철식 링크작용을 통해 물품을 잡을 수 있는 작동수단(300)과, 상기 제1 본체프레임(100)에 고정설치되는 제1 공기압축기(410), 상기 작동수단(300)에 연결되는 제2 공기압축기(420), 및 상기 제1 공기압축기(410)와 제2 공기압축기(420)를 연결하는 연결튜브(430)를 구비한 공기압축기(400)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 제1 본체프레임(100)은 길이방향으로 연장형성되는 판재의 양측면을 절곡시켜 학습자의 손과 손목을 감싸도록 된 작동공간부(101)를 형성한다.

또한, 상기 제1 본체프레임(100)의 작동공간부(101) 내에는 고정손잡이부(110)와 가동손잡이부(120)가 각각 배치된다.
구체적으로, 상기 고정손잡이부(110)는 일정 길이를 가지는 막대부재로서, 길이방향의 양단부가 상기 작동공간부(101)의 후방측 양측면에 각각 결합되어 고정되는 것이고, 상기 가동손잡이부(120)는 일정 길이를 가지는 막대부재로서, 길이방향의 양단부가 상기 작동공간부(101)의 전방측 양측면에 각각 결합된 상태에서 상기 고정손잡이부(110) 쪽을 향하여 슬라이드 이동이 가능한 구조로 이루어진다.
이를 위해, 상기 제1 본체프레임(100)의 절곡된 양측면에는 상기 가동손잡이부(120)가 고정손잡이부(110) 쪽으로 용이하게 슬라이드 이동할 수 있도록 슬라이드홈(130)이 형성된다.

따라서, 상기 제1 본체프레임(100)의 작동공간부(101) 내에 배치된 고정손잡이부(110)와 가동손잡이부(120)는 학습자가 손을 쥐었다 폈다 하는 손아귀 힘에 의해 상기 가동손잡이부(120)를 후방으로 이동시킬 수 있다.

특히, 상기 제1 본체프레임(100)의 후방에는 학습자의 손아귀 힘을 안정적으로 전달할 수 있도록 학습자의 손목 부위를 감싸는 상태로 권취하는 손목 권취용 체결부(140)가 형성된다.

그리고, 상기 제1 본체프레임(100)에는 개방된 전방을 마감함과 동시에 후술할 제1 공기압축기(410)를 용이하게 고정시키기 위한 격벽(150)을 추가적으로 구성하는 것이 좋다.

또한, 상기 제1 본체프레임(100)과 후술할 제2 본체프레임(200), 작동수단 (300) 등은 학습자가 직접 조립할 수 있도록 낱개의 조립구성품으로 이루어지며, 학습자가 손목에 착용한 상태에서 이동할 수 있도록 소정의 두께를 가지는 종이, 스티로품, 나무 등의 소재로 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2 본체프레임(200)은 상기 제1 본체프레임(100)의 상면에 고정설치되며, 상기 제1 본체프레임(100) 보다 전방으로 돌출되는 구조로써, 후술할 작동수단(300)을 안정적으로 지지하는 역할을 수행한다.

또한, 상기 제2 본체프레임(200)의 양측면에는 돌출된 구조의 고정봉(201)이 설치되어 있고, 상기 가동손잡이부(120)와 고정봉(201)을 탄력적으로 연결하는 탄성스프링(210)을 포함하여 구성된다(도 2 및 도 3참조).

즉, 상기 탄성스프링(210)은 학습자의 손아귀 힘에 의해 상기 가동손잡이부(120)가 후방으로 이동하는 과정에서 늘어나게 되고, 상기 가동손잡이부(120)를 잡아당기는 힘이 해제되면 탄성 복원력을 통해 상기 가동손잡이부(120)를 전방으로 이동시키는 역할을 수행한다.

한편, 상기 작동수단(300)은 제2 본체프레임(200)의 상부에 설치되어 접철식 링크작용을 통해 물품을 간접적으로 잡는 기능을 수행한다.

도 4(a)와 도 5(a)에 도시한 바와 같이 상기 작동수단(300)은 링크부재(310)와 집게부재(320)로 나뉘어 구성된다.

상기 링크부재(310)는 다수의 연결바(311,312,313)들이 상호 양측 단부를 연결하는 구조로 이루어지고, 상기 연결바(311)의 임의 지점에는 고정힌지축(314)을 설치하여 상기 고정힌지축(314)을 기준으로 다수의 연결바(311,312,313)들이 오므려지거나 펼쳐지는 접철기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 링크부재(310)는 접철기능에 대한 작동범위의 규제를 단속할 수 있도록 상기 고정힌지축(314)의 후방에 배치되는 이동기둥(316)을 추가적으로 설치하는 것이 좋다. 물론, 상기 이동기둥(316)은 후술하는 고정브라켓(330)의 안내레일홈(332) 길이에 의해 단속할 수 있는 작동범위가 정해진다.

특히, 상기 다수의 연결바(311,312,313)를 평면에서 바라볼 때, 상기 고정힌지축(314)을 기준으로 아래쪽에 배치된 연결바(313)가 위쪽에 배치된 연결바(312) 보다 짧은 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 상기 링크부재(310)가 접철작용을 수행하는 과정에서 일측으로 편향되지 않도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 링크부재(310)의 연결바(312)에는 후술하는 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드부(402)와 연결되는 고정홈(312a)이 형성되며, 상기 연결바(312)는 상기 피스톤 로드(402)의 후단부에 대하여 상,하방향으로 결합되도록 한 쌍의 구조로 제작하는 것이 좋다.

또한, 상기 고정홈(312a)은 부채꼴 모양으로 형성하는 것이 좋다.

상기 집게부재(320)는 링크부재(310)의 연결바(311,312)에 대하여 교차하는 방향으로 연결되는 한 쌍의 부재로써, 상기 링크부재(310)의 접철작용에 따라 서로 오므려지거나 벌어지는 작용을 통해 물건을 잡거나 놓는 역할을 수행한다.

특히, 상기 집게부재(320)의 선단부에는 다양한 물품의 외면 형태에 대응하여 용이하게 면접촉할 수 있는 회전식 접촉부재(321)를 추가적으로 구성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 작동수단(300)에는 상기 링크부재(310)와 집게부재(320)를 상호 견고하게 고정시키고, 상기 제1 본체프레임(100)에 대하여 선회 회전하는 것을 방지하기 위한 고정브라켓(330)을 더 포함하여 구성하는 것이 좋다.

이러한 상기 고정브라켓(330)은 소정의 길이를 가지는 채널형의 구조로써, 폐단면에는 후술할 제2 공기압축기(420)가 결합되는 결합공(331)이 형성되고, 절곡된 표면에는 상기 링크부재(310)의 접철방향의 경로를 안내하는 'S'자 형태의 안내레일홈(332)이 형성된다.

한편, 공기압축기(400)는 피스톤 작용에 의한 공기 압력을 이용하여 상기 작동수단(300)을 작동시키는 것으로, 상기 제1 본체프레임(100)의 작동공간부(101) 전방에 설치되며 상기 가동손잡이부(120)와 연결되어 상기 가동손잡이부(120)의 슬라이드 이동으로부터 공기압력을 발생시키는 제1 공기압축기(410)와, 상기 작동수단(300)의 후방측 단부에 설치되며 상기 제1 공기압축기(410)로부터 공기압력을 전달받는 제2 공기압축기(420)와, 제1 공기압축기(410)와 제2 공기압축기(420)를 연결하는 연결튜브(430)로 구성된다.

상기 제1 공기압축기(410)와 제2 공기압축기(420)는 소정의 길이를 가지는 피스톤 본체(401)와, 상기 피스톤 본체(401)의 내부를 따라 이동하는 피스톤 로드(402)로 이루어진다.

또한, 상기 제1 공기압축기(410)의 피스톤 로드(402)는 가동손잡이부(120)와 연결되고, 상기 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드(402)는 링크부재(310)에 연결된다.

여기서, 상기 제1 공기압축기(410)는 피스톤 로드(402)가 피스톤 본체(401)에 대하여 완전 압축된 상태를 유지하고, 상기 제2 공기압축기(420)는 피스톤 로드(402)가 피스톤 본체(401)에 대하여 압축을 진행하는 시점의 상태로 설치된다.

따라서, 상기 제1 공기압축기(410)의 피스톤 로드(402)를 잡아당기는 압력이 전달하면, 상기 연결튜브(430)에 의해 연결된 상기 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드(402)는 압축하는 방향으로 이동하므로써 상기 작동부재(300)는 오므려지는 동작을 취하게 된다.

이하, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 로봇팔 조립체(1000)의 작용을 설명한다.

먼저, 학습자는 손과 팔목부분을 제1 본체프레임(100)의 작동공간부(101)에 인입시킨 상태에서 상기 제1 본체프레임(100)의 권취용 체결부(140)를 사용하여 팔목부분을 견고히 고정시킨다.

그 다음, 상기 작동부재(300)의 작용을 통해 물건을 잡기 위해서는 상기 제1 본체프레임(100) 내에 설치된 가동손잡이부(120)를 손으로 움켜쥐는 동작으로 잡아당기게 되면, 상기 가동손잡이부(120)가 후방으로 이동하는 과정에서 상기 제1 공기압축기(410)의 피스톤 로드(402)를 후방으로 이동시키게 된다. 이때, 상기 가동손잡이부(120)가 후방으로 이동하는 과정에서 탄성스프링(210)도 함께 인장하는 상태로 늘어나게 된다.

계속해서, 상기 피스톤 로드(402)가 후방으로 이동하는 압력에 비례하여 상기 연결튜브(430)를 통하여 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드(402)는 압축하는 방향으로 이동하게 된다. 이때, 상기 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드(402)가 이동하는 과정에서 상기 피스톤 로드(402)와 연결된 접철 상태의 링크부재(310)가 펼쳐지는 방향으로 늘어나는 과정에서 상기 집게부재(320)는 오므려지는 동작을 취하여 물건을 잡을 수 있게 된다.

한편, 학습자가 상기 가동손잡이부(120)에 대하여 움켜쥔 압력을 해제하면, 상기 가동손잡이부(120)는 탄성스프링(210)의 복원력을 통해 전방을 향하여 전진하게 된다. 마찬가지로, 상기 가동손잡이부(120)가 전방으로 이동하는 과정에서 제1 공기압축기(410)의 피스톤 로드(402)가 압축되는 압력이 상기 제2 공기압축기(420)로 전달됨으로써, 이 압력은 고스란히 제2 공기압축기(420)의 피스톤 로드(402)를 밀어내는 방향으로 이동시키고, 이때 상기 피스톤 로드(402)가 밀려나는 과정에서 작동수단(300)의 링크부재(310)를 접철시키므로 그에 따른 상기 집게부재(320)는 벌어지는 동작을 취하게 된다.

100 : 제1 본체프레임
110 : 고정손잡이부
120 : 가동손잡이부
140 : 권취용 체결부
200 : 제2 본체프레임
210 : 탄성스프링
300 : 작동수단
310 : 링크부재
320 : 집게부재
330 : 고정브라켓
400 : 공기압축기
410 : 제1 공기압축기
420 : 제2 공기압축기
430 : 연결튜브

Claims

길이방향의 양측면을 절곡시켜 작동공간부를 형성하고, 길이방향의 양단부가 상기 작동공간부의 후방측 양측면에 각각 결합되는 고정손잡이부와, 길이방향의 양단부가 상기 작동공간부의 전방측 양측면에 각각 결합된 상태에서 상기 고정손잡이부 쪽을 향하여 슬라이드 이동이 가능한 가동손잡이부를 형성한 제1 본체프레임;
상기 제1 본체프레임의 상면에 고정설치되며, 전방을 향하여 돌출되고 돌출된 부분의 양측면에는 상기 가동손잡이와 탄력적으로 연결하는 탄성스프링을 구비한 제2 본체프레임;
상기 제2 본체프레임의 상부에 설치되며 접철식 링크작용을 통해 물품을 잡을 수 있는 작동수단;
상기 제1 본체프레임의 작동공간부 전방에 설치되며 상기 가동손잡이부와 연결되어 상기 가동손잡이부의 슬라이드 이동으로부터 공기압력을 발생시키는 제1 공기압축기와, 상기 작동수단의 후방측 단부에 설치되며 상기 제1 공기압축기로부터 공기압력을 전달받는 제2 공기압축기와, 제1 공기압축기와 제2 공기압축기를 연결하는 연결튜브를 구비한 공기압축기로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제1항에 있어서,
상기 작동수단은 접철식 링크부재와, 상기 접철식 링크부재의 작용에 따라 오므려지거나 벌어지는 집게부재로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제2항에 있어서,
상기 작동수단에는 상기 링크부재와 집게부재를 상호 견고하게 고정시키고, 상기 제1 본체프레임에 대하여 선회 회전하는 것을 방지하기 위한 고정브라켓을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제3항에 있어서,
상기 고정브라켓은 소정의 길이를 가지는 채널형의 구조로 이루어지고, 폐단면에는 소정의 직경을 가지는 결합공이 형성되고, 절곡 형성된 표면에는 상기 링크부재의 접철방향의 경로를 안내하는 안내 레일홈이 형성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제4항에 있어서,
상기 안내레일홈은 'S'자 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 본체프레임의 후방에는 손목 권취용 체결부가 형성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 본체프레임의 양측면에는 상기 가동손잡이부의 이동방향을 안내하는 가이드레일홈이 형성되며, 상기 제2 본체프레임에는 고정봉이 설치되어 있고, 상기 탄성스프링은 가동손잡이부와 고정봉을 연결하도록 구성된 것을 특징을 하는 로봇팔 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 공기압축기와 제2 공기압축기는 소정의 압축공간을 가지는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 압축공간을 왕복 이동하는 피스톤 로드로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 공기압축기의 피스톤로드는 가동손잡이부와 연결되고, 상기 제2 공기압축기의 피스톤 로드는 링크부재의 고정홈에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.
제9항에 있어서,
상기 링크부재를 평면에서 바라볼 때, 고정힌지축을 기준으로 일측에 배치된 연결바가 타측에 배치된 연결바 보다 짧은 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇팔 조립체.