KR101381122B1 - 관절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 몸체; 상기 몸체의 양단에 마련되는 접촉부재; 를 포함하는 관절장치에 있어서, 상기 접촉부재는, 상기 관절장치의 횡방향 이동을 제한하고 비틀림에 의한 상기 관절장치의 위치이탈을 방지하는 이동제한부와, 상기 관절장치의 이동시 롤링되는 롤링접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절장치에 관한 것이다.
이에 따르면, 관절장치를 구성하는 각 관절의 횡 방향 이동을 제한하거나 또는 비틀림에 의한 위치이탈이 방지되어, 관절장치에 횡방향 충격이 가해지는 경우에도 관절장치의 정렬이 쉽게 무너지지 않는 효과가 있다.

Description

관절장치{Joint device}

본 발명은 관절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 의료용, 산업용 로봇 등에 사용되는 관절장치에 관한 것이다.

의료용 기타 산업용으로 사용되는 로봇은 일반적으로, 다수개의 관절장치를 연결하고, 각 관절의 회동각도 등을 조절하여 상기 로봇 전체를 작동함으로써 원하는 작업을 수행한다.

상기 로봇에 사용되는 상기 관절장치는 다양한 형상과 기능을 가진 다양한 종류로 존재한다. 그 중 한 종류는 상기 관절장치에 사용되는 다수개의 관절을 연결 및 고정하고, 상기 각 관절의 회동각도를 조절하는 가이드와이어를 사용하는 방식의 관절장치이다.

가이드와이어(W)를 사용하는 상기 관절장치는 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1관절(10) 및 제2관절을 포함한다.

상기 제1관절(10)은 제1접촉부재(11) 및 제1관통홀(12)을 포함한다.

상기 제1접촉부재(11)는 상기 제2관절(20)의 제1접촉부재(21)와 롤링접촉을 하게되고, 상기 제1접촉부재(11)와 제1접촉부재(21)의 롤링접촉시 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)은 상호간 작업에 필요한 적절한 각도범위를 가지고 회동을 하게 된다.

상기 제1관통홀(12)은 상기 제1관절(10)의 축방향으로 다수개 형성되고, 상기 제1접촉부재(21)에 형성되는 다수개의 제2관통홀(22)과 대응되도록 배치가 되며, 상기 제1관통홀(12)과 제2관통홀(22)에는 상기 가이드와이어(W)가 삽입되고, 상기 가이드와이어(W)에 의해 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)은 회동각도가 조절된다.

상기 제1관절(10)은 제1접촉부재(21) 및 제2관통홀(22)을 포함한다.

상기 제1접촉부재(21)는 상기 제1접촉부재(11)와 롤링접촉 하게되고, 상기 제1접촉부재(11)와 제1접촉부재(21) 상호간 롤링접촉시 상기 관절장치는 작업에 필요한 위치로 이동한다.

상기 제2관통홀(22)은 상기 제2관절(20)의 축방향으로 다수개 형성되고, 상기 제1관통홀(12)과 마찬가지로 상기 가이드와이어(W)가 삽입된다.

한편, 상기 가이드와이어(W)는 상기 제1관통홀(12)과 제2관통홀(22)에 삽입되어 왕복회동하여 상기 관절장치의 이동위치, 이동각도를 조절하여 상기 관절장치가 필요한 작업을 수행하도록 한다.

또한, 상기 가이드와이어(W)는 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 서로 접촉하도록 하고 원래의 위치에서 이탈하지 않도록 고정하는 역할을 동시에 수행한다. 특히 상기 제1접촉부재(11)와 제1접촉부재(21)에 형성되는 상기 제1관통홀(12)과 제2관통홀(22)에 삽입되는 상기 가이드와이어(W)는 주로 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)의 위치를 고정하는 역할을 한다.

그러나, 상기 관절장치는 상기 제1접촉부재(11)와 제1접촉부재(21)의 단부가 라운딩 형상으로 형성되어 상호간 롤링접촉하는 단순한 구조를 가진다.

따라서, 상기 가이드와이어(W)가 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 원래의 위치를 이탈하지 않도록 고정하는 역할을 하더라도, 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)에 횡방향의 외부충격이 가해지면 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 상호간 위치를 쉽게 이탈하여 정렬상태가 무너지는 문제점이 있다.

또한, 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 정상적으로 정렬된 상태에서 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)의 축을 중심으로 비틀림 모멘트가 가해지면, 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)의 정렬이 쉽게 무너질 수 있고, 이러한 비틀림 모멘트에 의한 위치이탈은 고정수단이 와이어인 경우 상술한 횡방향 충격의 경우보다 더욱 쉽게 발생할 수 있는 문제점이 있다.

상술한 문제점 때문에, 횡방향 충격 또는 비틀림 모멘트가 가해지는 경우에도 상기 관절장치의 정렬이 쉽게 무너지지 않는 관절장치가 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 관절장치의 일실시예는, 몸체; 상기 몸체의 양단에 마련되는 접촉부재; 를 포함할 수 있다.

상기 접촉부재는, 상기 관절의 횡방향 이동을 제한하거나 또는 비틀림에 의한 상기 관절의 위치이탈을 방지하는 이동제한부와, 상기 관절의 이동시 롤링되는 롤링접촉부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 접촉부재는, 상기 몸체 양단에 돌출 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 이동제한부는 상기 관절의 횡방향 이동을 제한하는 대향면을 포함하고, 상기 롤링접촉부는 라운딩 형상으로 형성되는 롤링접촉면을 포함하며, 상기 이동제한부 및 롤링접촉부는 상호간 단차를 두고 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 대향면은 상기 롤링접촉면보다 상기 몸체에 대하여 내측에 위치하는 것일 수 있다.

또한, 상기 접촉부재는, 상기 몸체의 양단에서 각각 한 쌍씩 대칭되도록 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 관절장치는 상기 몸체의 축방향으로 상기 몸체 양단을 관통하는 와이어홀이 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 와이어홀은, 상기 몸체의 양단에 대칭으로 다수개 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 관절장치는 상기 접촉부재를 소정각도 회동시키는 회동수단; 을 더 포함할 수 있다.

상기 회동수단은, 상기 몸체의 축방향으로 상기 몸체 양단을 관통하여 형성되는 와이어홀에 삽입되고 소정간격으로 왕복 회동하는 가이드와이어로 된 것일 수 있다.

관절장치의 또 다른 실시예는, 제1롤링접촉부와 다수의 제1와이어홀을 포함하는 제1관절; 상기 제1와이어홀에 대응하는 다수의 제2와이어홀을 가지고, 상기 제1롤링접촉부와 롤링접촉하는 제2롤링접촉부와, 상기 제1롤링접촉부의 횡방향 이동에 대향하는 제2대향면을 가지는 제2접촉부재를 포함하는 제2관절; 및 상기 다수의 제1와이어홀 및 제2와이어홀들에 삽입되어 상기 제1관절 또는 제2관절의 회동을 조절하기 위한 다수의 가이드와이어; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 관절장치는 상기 제1관절과 제2관절이 교대로 다수개 연결되어 구성되는 것일 수 있다.

한편, 관절장치의 또 다른 실시예는, 길이방향으로 설정된 길이를 가지며 형성된 몸체; 상기 몸체로부터 상기 길이방향으로 돌출 형성되고, 일측 단부가 라운딩 형상으로 형성되는 곡면부; 및 상기 몸체의 횡방향 이동을 제한하도록 상기 횡방향에 대향하는 대향면을 가지는 이동제한부; 를 포함하는 관절장치를 제공한다.

또한, 상기 이동제한부는, 상기 곡면부보다 상기 몸체에 대하여 내측에 위치하는 것일 수 있다.

전술한 실시예의 관절장치는, 관절장치를 구성하는 각 관절의 횡 방향 이동을 제한하거나 또는 비틀림에 의한 위치이탈이 방지되어, 관절장치에 횡방향 충격이 또는 비틀림 모멘트가 가해지는 경우에도 관절장치의 정렬이 쉽게 무너지지 않는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 가이드와이어에 의해 조절되고 작동하는 관절장치는 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 관절장치에 사용되는 일부 관절을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치에 사용되는 일부 관절을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치의 작동모습을 나타낸 측면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

본 발명의 제1실시예에 따른 관절장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(100) 및 접촉부재(200)를 포함한다.

상기 몸체(100)는 중공부가 있는 원통형으로 형성되고, 의료용 기타 산업용 로봇의 암(arm)의 일부로써 작동하며, 와이어홀(110)이 형성된다.

상기 와이어홀(110)은 상기 몸체(100)의 축방향으로 상기 몸체(100) 양단을 관통하여 형성되고, 가이드와이어(W, 도 4 참조)가 삽입된다.

상기 와이어홀(110)은 상기 몸체(100)의 원주방향을 따라 다수개 형성된다. 다만, 상기 와이어홀(110)의 개수는 상기 관절장치의 기능, 상기 장치가 사용되는 로봇의 종류와 작동특성 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

또한, 상기 와이어홀(110)은 상기 접촉부재(200)의 중앙부를 관통하여 형성되는 것을 기준으로 상기 몸체(100) 양단에 원주방향을 따라 형성된다.

상기 접촉부재(200)는 상기 몸체(100)의 일단에 대칭되도록 한 쌍으로 돌출 형성되고, 상기 몸체(100)의 타단에 상기 몸체(100)의 일단에 형성되는 한 쌍의 상기 접촉부재(200)와 대칭되도록 다른 한 쌍이 돌출 형성된다.

상기 접촉부재(200)를 통해 상기 관절장치는 제2관절(20, 도 4 참조)과 정렬하고, 상기 와이어홀(110)에 의해 그 위치, 각도가 조절된다.

한편, 상기 접촉부재(200)는 이동제한부(210)와 롤링접촉부(220)를 포함한다.

상기 이동제한부(210)는 상기 관절장치에 횡방향으로 충격이 가해지는 경우 상기 관절장치의 횡방향 이동을 제한하고, 상기 관절장치의 축을 중심으로 비틀림 모멘트가 가해지는 경우 비틀림에 의한 상기 관절장치의 위치이탈을 방지하는 역할을 하며, 대향면(211)을 포함한다.

상기 대향면(211)은 상기 제2관절의 제2대향면(420, 도 4 참조)과 면접촉을 한다. 따라서 상기 관절장치에 횡방향 충격이 가해지는 경우 상기 대향면(211)과 제2대향면에 의해 상기 관절장치의 이동이 제한되므로 횡방향 충격에 의한 상기 관절장치의 위치이탈을 방지할 수 있다.

한편, 실시예에 따라서는 상기 대향면(211)과 상기 제2대항면(420)은 간격을 가지고 이격되어 있을 수 있다.

상기 롤링접촉부(220)는 상기 관절장치의 이동시 상기 제2접촉부재와 롤링접촉하여 상기 관절장치가 작업에 필요한 각도로 회동하도록 하는 역할을 하고, 롤링접촉면(221)을 포함한다.

상기 롤링접촉면(221)은 상기 롤링접촉부(220)의 단부에 라운딩 형상으로 형성되고 상기 제2접촉부재와 접촉을 하면서 롤링되는 면이다. 이때, 상기 롤링접촉면(221)의 곡률은 상기 관절의 회동각도 범위 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

한편, 상기 이동제한부(210) 및 롤링접촉부(220)는 상호간 단차를 두고 형성된다.

상기 단차에 의해 상기 이동제한부(210)와 롤링접촉부(220)를 상기 접촉부재(200)에 모두 형성함으로써, 비교적 간단한 구조로 상기 관절장치의 위치이탈방지에 관하여 상기 가이드와이어에만 의존하는 경우보다 현저한 효과의 향상을 실현할 수 있다.

이때, 상기 단차는 상기 몸체(100)의 내측이 높게 형성되는 것이 적절하다. 즉, 상기 롤링접촉면(221)은 상기 몸체(100) 양단의 외측에 형성되고, 상기 대향면(211)은 상기 몸체(100) 양단의 내측에 형성되는 것이 적절하다.

이러한 구조로 형성되는 경우 상기 접촉부재(200)와 접촉하는 상기 제2접촉부재에 별도의 단차를 형성할 필요가 없으므로 상기 제2관절의 가공이 용이하고, 상기 제2접촉부재의 폭을 두껍게 할 수 있으므로 상기 관절장치의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치는 도 3에 도시된 제2관절을 포함한다.

상기 제2관절은 도 2에 도시된 관절장치와 결합하여 상호간 회동함으로써 상기 관절장치와 제2관절로 구성되는 로봇 암 등이 필요한 작업을 수행하도록 하고, 제2접촉부재(400) 및 제2와이어홀(500)을 포함한다.

상기 제2접촉부재(400)는 상기 접촉부재(200, 도 2 참조)와 면접촉 및 롤링접촉하고, 이에따라 상기 제2관절은 회동하게 되며, 제2대향면(410)과 제2롤링접촉부(420)를 포함한다.

상기 제2대향면(410)은 상기 대향면(211, 도 2 참조)과 서로 밀착되는 면접촉을 하고, 상기 제2관절이 회동하는 경우 상기 대향면과 제2대향면(410)은 서로 슬라이딩하게 된다.

상기 제2롤링접촉부(420)는 상기 롤링접촉부(220, 도 2 참조)와 접촉을 하고 상호간 롤링을 한다.

상기 제2와이어홀(500)은 상기 제2관절의 길이방향으로 상기 와이어홀(110, 도 2 참조)에 대응하는 위치와 개수로 형성되고, 가이드와이어(W, 도 4 참조)가 삽입된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치는 도4에 도시된 바와 같이, 제1관절(10), 제2관절(20) 및 가이드와이어(W)를 포함한다.

상기제1관절(10)은 도 2에 도시된 관절장치와 동일한 구조와 기능을 가진다. 또한, 상기 제2관절(20)의 구조와 기능은 도 3을 참조하여 상술한 바와 같다.

상기 가이드와이어(W)는 상기 제1관통홀(12)과 제2관통홀(22)에 삽입되어 왕복회동하여 상기 관절장치의 이동위치, 이동각도를 조절하여 상기 관절장치가 필요한 작업을 수행하도록 한다.

또한, 상기 가이드와이어(W)는 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 서로 접촉하도록 하고 원래의 위치에서 이탈하지 않도록 고정하는 역할을 동시에 수행한다. 특히 상기 접촉부재(200)와 제2접촉부재(400)에 각각 형성되는 상기 와이어홀(110)과 제2와이어홀(500)에 삽입되는 상기 가이드와이어(W)는 주로 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)의 위치를 고정하는 역할을 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치의 작동은 도 5를 이용하여 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 관절장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 교대로 연결되어 정렬되고 상기 접촉부재(200)와 제2접촉부재(400)에 의해 서로 연결되고, 상기 접촉부재(200)와 제2접촉부재(400) 상호간 슬라이딩 및 구름접촉을 하고, 상기 가이드와이어(W)에 의해 작동범위, 위치 등이 조절된다.

다만, 도 5에서는 명확한 설명을 위해 상기 제1관절(10)의 양측에 상기 제2관절(20)이 연결된 상태를 도시하였다.

또한, 상기 제2접촉부재(400)는 상기 제2관절(20)의 양단에 각각 한 쌍으로 마련되지만, 양단에서 서로 교차하는 위치에 마련된다.

따라서, 상기 제2관절(20)의 양측에 각각 상기 제1관절(10)이 결합되는 경우 상기 제2관절(20)의 양단에 상기 제2접촉부재(400)가 서로 교차하도록 마련되므로, 상기 제1관절(10)과 제2관절(20)이 연속적으로 결합되는 관절장치는 X축과 Y축을 동시에 이동할 수 있는 2차원적 운동이 가능하다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 제1관절
20: 제2관절
100: 몸체
110: 와이어홀
200: 접촉부재
210: 이동제한부
211: 대향면
220: 롤링접촉부
221: 롤링접촉면
400: 제2접촉부재
410: 제2대향면
420: 제2롤링접촉부
500: 제2와이어홀
W: 가이드와이어

Claims (13)

1. 몸체;
   상기 몸체의 양단에 마련되는 접촉부재; 를 포함하는 다수의 관절로 구성되는 관절장치에 있어서,
   상기 몸체에는 축방향으로 의료용 도구가 삽입될 수 있도록 중공부가 형성되고,
   상기 접촉부재는,
   상기 몸체의 일측으로부터 상기 몸체의 축방향으로 돌출 형성되고,
   인접하여 연결되는 다른 관절과 롤링 접촉하는 롤링접촉부와, 상기 롤링접촉부의 일측으로부터 상기 몸체의 축방향으로 돌출되되 상기 롤링접촉부와 일체로 형성되고 상기 다른 관절의 롤링접촉부의 측면부와 비고정식으로 협력하여 상기 다른 관절의 위치이동을 제한하는 이동제한부를 포함하며,
   상기 관절과, 인접하는 상기 다른 관절을 상기 몸체의 축방향으로 서로 연결하는 다수의 가이드와이어를 구비하는 관절장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접촉부재는,
   상기 몸체 양단에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이동제한부는 상기 관절의 횡방향 이동을 제한하는 대향면을 포함하고, 상기 롤링접촉부는 라운딩 형상으로 형성되는 롤링접촉면을 포함하며,
   상기 이동제한부 및 롤링접촉부는 상호간 단차를 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 대향면은 상기 롤링접촉면보다 상기 몸체에 대하여 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 관절장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 접촉부재는,
   상기 몸체의 양단에서 각각 한 쌍씩 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 몸체의 축방향으로 상기 몸체 양단을 관통하는 와이어홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 와이어홀은,
   상기 몸체의 양단에 대칭으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 접촉부재를 소정각도 회동시키는 회동수단; 을 더 포함하는 관절장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 회동수단은,
   상기 몸체의 축방향으로 상기 몸체 양단을 관통하여 형성되는 와이어홀에 삽입되고 소정간격으로 왕복 회동하는 상기 가이드와이어로 된 것을 특징으로 하는 관절장치.
10. 축방향으로 의료용 도구가 삽입될 수 있는 중공부를 가지는 제2몸체와, 제2롤링접촉부를 가지며 상기 제2몸체의 양단에 마련되는 제2접촉부재를 포함하는 제2관절;
    축방향으로 상기 의료용 도구가 삽입될 수 있는 중공부를 가지는 제1몸체와, 상기 제1몸체의 일측으로부터 돌출 형성되고 상기 제2롤링접촉부와 롤링 접촉하는 제1롤링접촉부와, 상기 제1롤링접촉부의 일측으로부터 상기 제1몸체의 축방향으로 돌출되되 상기 제1롤링접촉부와 일체로 형성되고 상기 제2롤링접촉부의 측면부와 비고정식으로 협력하여 상기 제2관절의 위치이동을 제한하는 이동제한부를 가지는 제1접촉부재를 포함하는 제1관절; 및
    상기 제2관절 및 상기 제1관절 관통하여 삽입되어 상기 제2관절 및 상기 제1관절을 서로 연결하는 다수의 가이드와이어
    를 구비하는 관절장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1관절과 제2관절이 교대로 다수개 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 관절장치.
12. 다수의 관절이 길이방향으로 배열되는 관절장치에 있어서,
    상기 관절은,
    길이방향으로 설정된 길이를 가지며 형성되되, 길이방향으로 의료용 도구가 삽입될 수 있는 중공부를 가지는 몸체;
    상기 몸체로부터 상기 길이방향으로 돌출 형성되고, 일측 단부가 라운딩 형상으로 형성되는 곡면부; 및
    상기 곡면부의 일측으로부터 상기 몸체의 길이방향으로 돌출되되 상기 곡면부와 일체로 형성되고, 인접하여 연결되는 다른 몸체에 길이방향으로 형성되는 곡면부의 측면부와 비고정식으로 협력하여 상기 몸체의 횡방향 이동을 제한하도록 상기 횡방향에 대향하는 대향면을 가지는 이동제한부를 포함하고,
    상기 관절과, 인접하는 상기 다른 관절을 상기 몸체의 축방향으로 서로 연결하는 다수의 가이드와이어를 구비하는 관절장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 이동제한부는,
    상기 곡면부보다 상기 몸체에 대하여 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 관절장치.

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