KR101428326B1

KR101428326B1 - 토크 가변형 로봇 관절장치

Info

Publication number: KR101428326B1
Application number: KR1020120154471A
Authority: KR
Inventors: 임현섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR20140084716A

Abstract

본 발명은 토크 가변형 로봇 관절장치에 관한 것으로, 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값보다 더 큰 외부 토크가 작용할 경우 외측회전부재(20)가 자유롭게 회전할 수 있는 안전모드 상태가 되고, 특히 사용자의 간편한 조작으로 로커핸들(50)의 스프링지지력을 가변시켜서 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값을 용이하게 가변시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

토크 가변형 로봇 관절장치{JOINT APPARATUS OF ROBOT}

본 발명은 토크 가변형 로봇 관절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외력에 대해 안전모드로 진입할 수 있는 관절의 임계 토크 값을 사용자의 간편한 조작으로 가변이 가능한 토크 가변형 로봇 관절장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 서비스 로봇은 인간과 생활공간을 공유하는 로봇으로, 작동시 사람 또는 물체 등과 뜻하지 않게 충돌을 일으킬 수 있게 되는데 이럴 경우 로봇에는 외력에 의한 외부 토크가 작용하게 된다.

상기와 같이 로봇에 외부 토크가 작용하는 경우 로봇의 관절이 안전모드로 진입하지 못한다면, 상기 로봇의 관절은 파손되거나 또는 사람에 상해를 입힐 수 있게 된다.

이를 예방하기 위해 기존의 로봇 관절은 물체 충돌에 의한 외부 토크 작용시 상승하는 전류 값을 검출하고, 검출된 전류 값을 기준 값과 비교해서 로봇의 동작을 멈추거나 또는 안전모드로 진입되는 구성으로 설계되어 있다.

하지만, 전류 값을 이용해서 안전모드 진입을 제어하는 종래의 구성은 상승하는 전류 값 검출하고 검출 값을 연산한 후 제어동작이 이루어지는 구성이기에, 안전모드 진입에 일정 시간이 소요되고, 소요되는 시간만큼 물체의 파손 또는 상해를 입게 되는 단점이 있다.

상기한 단점을 해소하기 위해 충돌시 신속하게 안전모드로 진입할 수 있는 기구적 메커니즘의 로봇 관절이 제안되었으나, 종래의 기구적 메커니즘의 로봇 관절은 안전모드로 진입되는 임계 토크 값이 특정 토크 값으로 설정되어 있기 때문에 사용자가 필요에 따라 가변시킬 수 없는 구성인 바, 이로 인해 관절 부위에 공용적으로 사용할 수 없는 단점이 있다.

일례로, 중력방향으로 작동하는 로봇 관절과 중력의 반대방향으로 작동하는 로봇 관절을 비교하여 보면, 중력방향으로 작동하는 로봇 관절은 안전모드에 진입하는 임계 토크 값이 작은 것이 바람직하고, 중력의 반대방향으로 작동하는 로봇 관절은 안전모드에 진입하는 임계 토크 값이 큰 것이 바람직하다.

따라서, 안전모드로 진입되는 임계 토크 값을 사용자가 필요에 따라 가변시킬 수 있으면 공용적으로 사용할 수 있지만, 종래의 로봇 관절은 안전모드로 진입되는 임계 토크 값을 가변시킬 수 없었기에 공용적으로 사용이 불가능하고 또한 각각 별도로 제작했었기에 원가가 상승하는 단점이 있었던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2006-0123015호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 충돌에 의한 외부 토크 작용시 안전모드로 진입되는 관절의 임계 토크 값을 사용자의 필요에 따라 가변시킬 수 있게 됨으로써, 로봇의 관절부위에 공용적으로 사용이 가능하고, 이를 통해 원가를 크게 절감시킬 수 있는 토크 가변형 로봇 관절장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 토크 가변형 로봇 관절장치는, 동력의 입력단 역할을 하는 내측고정부재; 상기 내측고정부재가 안쪽으로 끼워져서 안착되고 상기 내측고정부재에 대해 회전 가능한 것으로 동력의 출력단 역할을 하는 외측회전부재; 및 상기 내측고정부재와 외측회전부재를 연결하거나 또는 분리하는 역할을 할 수 있게 설치된 것으로 상기 외측회전부재의 회전을 억제하는 임계 토크 값의 가변이 가능한 로커모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내측고정부재는 내측원판; 및 상기 내측원판의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 내측테두리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외측회전부재는 상기 내측원판이 안착되는 외측원판; 상기 내측테두리를 감싸는 크기가 되도록 상기 외측원판의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 외측테두리; 및 상기 외측테두리의 안쪽면에 형성된 복수개의 핀설치홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외측회전부재의 회전중심 역할을 하는 것으로 상기 내측원판의 밑면 중앙에서 외측원판을 향해 돌출 형성된 중심돌기; 및 상기 중심돌기가 관통할 수 있도록 상기 외측원판의 중앙부에 형성된 돌기구멍;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내측테두리에는 상기 핀설치홈과 연결되는 동일 개수의 핀구멍이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 로커모듈은 일단은 상기 핀구멍을 관통해서 핀설치홈에 분리 가능하게 끼워지고 타단은 내측원판의 중심을 향해 돌출되게 설치된 한 쌍의 로커핀; 상기 한 쌍의 로커핀사이에 위치하도록 설치된 로커핸들; 및 상기 로커핀에 설치되어서 상기 로커핸들을 탄력적으로 지지하는 로커스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로커핀은 상기 핀설치홈에 분리 가능하게 끼워지는 설치핀; 및 상기 로커스프링이 각각 한 개씩 끼워져 설치되는 다수개의 스프링핀을 각각 구비하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 핀설치홈과 상기 설치핀의 단부는 원호모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 로커핸들은 한 쌍의 로커핀사이에서 내측원판의 중심에 위치하는 핸들중심부; 상기 핸들중심부에서 서로 반대방향으로 돌출 형성된 복수개의 핸들로드부; 및 상기 핸들로드부의 끝에서 내측원판의 원주방향을 따라 각각 절곡 형성된 것으로 상기 로커스프링에 의해 지지되고 상기 스프링핀이 관통할 수 있도록 핸들구멍이 형성된 스프링지지부;로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 로커핸들의 안정적인 설치를 위해 상기 내측원판의 윗면 중심부에는 핸들설치돌기가 일체로 돌출 형성되고; 상기 핸들중심부에는 상기 핸들설치돌기가 회전 가능하게 끼워지도록 돌기홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토크 가변형 로봇 관절장치에 의하면, 외측회전부재의 회전을 억제하는 임계 토크 값보다 더 큰 외부 토크가 작용할 경우 외측회전부재가 자유롭게 회전할 수 있는 안전모드 상태가 됨으로써 관절의 파손 및 인체의 손상을 미리 예방할 수 있게 되고, 특히 사용자의 간편한 조작으로 로커핸들의 스프링지지력을 가변시킴에 따라 외측회전부재의 회전을 억제하는 임계 토크 값을 용이하게 가변시킬 수 있게 됨으로써 로봇의 관절부위에 공용적으로 사용이 가능하고, 이를 통해 원가를 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 가변형 로봇 관절장치의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 내측고정부재와 외측회전부재의 분해 사시도,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 로커핀과 로커핸들의 사시도,
도 5는 도 1의 작동 상태도,
도 6은 본 발명에 따라 토크가 가변된 로봇 관절장치의 평면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로커핸들의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토크 가변형 로봇 관절장치에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 토크 가변형 로봇 관절장치는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 동력의 입력단 역할을 하는 내측고정부재(10); 상기 내측고정부재(10)가 안쪽으로 끼워져서 안착되고 상기 내측고정부재(10)에 대해 회전 가능한 것으로 동력의 출력단 역할을 하는 외측회전부재(20); 및 상기 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)를 연결하거나 또는 분리하는 역할을 할 수 있게 설치된 것으로 상기 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값의 가변이 가능한 로커모듈(30);을 포함한다.

여기서, 상기 내측고정부재(10)는 내측원판(11); 및 상기 내측원판(11)의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 내측테두리(12);를 포함한다.

그리고, 상기 외측회전부재(20)는 상기 내측원판(11)이 안착되는 외측원판(21); 상기 내측테두리(12)를 감싸는 크기가 되도록 상기 외측원판(21)의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 외측테두리(22); 및 상기 외측테두리(22)의 안쪽면에 형성된 복수개의 핀설치홈(23);을 포함한다.

또한, 상기 외측회전부재(20)의 회전중심 역할을 하는 것으로 상기 내측원판(11)의 밑면 중앙에서 외측원판(21)을 향해 돌출 형성된 중심돌기(13); 및 상기 중심돌기(13)가 관통할 수 있도록 상기 외측원판(21)의 중앙부에 형성된 돌기구멍(24);을 더 포함한다.

또한, 상기 내측테두리(12)에는 상기 핀설치홈(23)과 연결되는 동일 개수의 핀구멍(14)이 관통 형성된다.

한편, 상기 로커모듈(30)은 일단은 상기 핀구멍(14)을 관통해서 핀설치홈(23)에 분리 가능하게 끼워지고 타단은 내측원판(11)의 중심을 향해 돌출되게 설치된 한 쌍의 로커핀(40); 상기 한 쌍의 로커핀(40)사이에 위치하도록 설치된 로커핸들(50); 및 상기 로커핀(40)에 설치되어서 상기 로커핸들(50)을 탄력적으로 지지하는 로커스프링(60);을 포함한다.

상기 로커핀(40)은 상기 핀설치홈(23)에 분리 가능하게 끼워지는 설치핀(41); 및 상기 로커스프링(60)이 각각 한 개씩 끼워져 설치되는 다수개의 스프링핀(42)을 각각 구비하도록 구성된다.

여기서, 상기 스프링핀(42)은 내측원판(11)의 원주방향을 따라 각각 3개씩 형성된 구조이지만, 그 개수는 다양하게 형성될 수 있다.

상기 핀설치홈(23)과 상기 설치핀(41)의 단부는 원호모양으로 형성된 것이 바람직한 바, 이는 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값보다 더 큰 외부의 토크 값이 외측회전부재(20)에 작용할 경우, 상기 핀설치홈(23)으로부터 설치핀(41)이 용이하게 빠질 수 있도록 하기 위함이며, 이로 인해 외측회전부재(20)는 안전모드로 진입되면서 내측회전부재(10)에 대해 원활히 회전할 수 있게 된다.

그리고, 상기 로커핸들(50)은 한 쌍의 로커핀(40)사이에서 내측원판(11)의 중심에 위치하는 핸들중심부(51); 상기 핸들중심부(51)에서 서로 반대방향으로 돌출 형성된 복수개의 핸들로드부(52); 및 상기 핸들로드부(52)의 끝에서 내측원판(11)의 원주방향을 따라 각각 절곡 형성된 것으로 상기 로커스프링(60)에 의해 지지되고 상기 스프링핀(42)이 관통할 수 있도록 핸들구멍(53a)이 형성된 스프링지지부(53);로 구성된다.

한편, 상기 로커핸들(50)은 내측원판(11)상에 단순히 안착된 상태로 설치된 구조가 될 수 있고, 또는 상기 로커핸들(50)의 안정적인 설치를 위해 도 7과 같이 상기 내측원판(11)의 윗면 중심부에는 핸들설치돌기(15)가 일체로 돌출 형성되고; 상기 핸들중심부(51)에는 상기 핸들설치돌기(15)가 회전 가능하게 끼워지도록 돌기홈(54)이 형성된 구조가 될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 작용에 대해 설명한다.

도 1은 로커핀(40)에 의해 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)가 서로 연결되어 있는 정상상태로서, 이때 모터의 동력은 내측고정부재(10)를 통해 입력되고 입력된 동력은 외측회전부재(20)를 통해 출력되는 바, 즉 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)가 로커핀(40)에 의해 연결된 상태로 일체로 회전 동작을 하면서 로봇의 관절 역할을 충실히 수행하게 된다.

도 3의 상태에서 사람 또는 물체와의 충돌에 의해 외측회전부재(20)에 외부 토크가 작용했을 때, 상기 외부 토크 값이 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값보다 더 크게 되면, 로커핀(40)을 구성하는 설치핀(41)은 도 5의 (A)와 같이 핀설치홈(23)으로부터 빠지고 동시에 스프링핀(42)은 핸들구멍(53a)을 관통하는 형태로 이동하게 되며 동시에 로커스프링(60)은 압축 변형되는 바, 이때부터 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)는 서로 분리된 상태 즉 안전모드 상태가 된다.

상기와 같이 외측회전부재(20)가 자유롭게 회전할 수 있는 안전모드 상태가 되면, 외부 토크에 의해 내측고정부재(10) 및 외측회전부재(20)의 파손을 방지할 수 있게 되고, 특히 사람이 상해를 입게 되는 것을 미리 예방할 수 있게 된다.

상기와 같은 로커핀(40)의 움직임에 의해 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)가 서로 분리되면, 외측회전부재(20)에 작용하는 외부 토크에 의해 외측회전부재(20)는 도 5의 (B)와 같이 시계방향 또는 반 시계방향으로 회전하게 되고, 결국에는 도 5의 (C)와 같이 외측회전부재(20)가 180도(ㅀ) 공회전함에 따라 로커핀(40)의 설치핀(41)은 또 다른 핀설치홈(23)으로 삽입되는 바, 이때부터 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)는 로커핀(40)에 의해 다시 연결된 상태가 됨으로써 로봇의 관절 역할을 충실히 수행하게 된다.

한편, 도 6과 같이 로커핸들(50)을 반 시계방향으로 회전시켜서 스프링지지부(53)에 2개의 로커스프링(60)이 지지되도록 할 수 있고, 또는 3개의 로커스프링(60)이 지지되도록 있도록 할 수 있는 바, 도 6과 같이 스프링지지부(53)에 2개의 로커스프링(60)이 지지되면 본 발명에 따른 로봇 관절의 임계 토크 값은 도 1의 상태일 때보다 2배로 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 로봇 관절은 사용자의 간편한 조작을 통해 로커핸들(50)의 스프링지지력을 가변시켜서 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값을 용이하게 가변시킬 수 있게 되는 바, 이 결과 로봇의 관절부위에 공용적으로 사용이 가능하고, 이를 통해 원가를 크게 절감시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 - 내측고정부재 20 - 외측회전부재
30 - 로커모듈 40 - 로커핀
50 - 로커핸들 60 - 로커스프링

Claims

동력의 입력단 역할을 하는 내측고정부재(10);
상기 내측고정부재(10)가 안쪽으로 끼워져서 안착되고 상기 내측고정부재(10)에 대해 회전 가능한 것으로 동력의 출력단 역할을 하는 외측회전부재(20); 및
상기 내측고정부재(10)와 외측회전부재(20)를 연결하거나 또는 분리하는 역할을 할 수 있게 설치된 것으로 상기 외측회전부재(20)의 회전을 억제하는 임계 토크 값의 가변이 가능한 로커모듈(30)을 포함하고;
상기 내측고정부재(10)는 내측원판(11), 및 상기 내측원판(11)의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 내측테두리(12)를 포함하며;
상기 외측회전부재(20)는 상기 내측원판(11)이 안착되는 외측원판(21), 상기 내측테두리(12)를 감싸는 크기가 되도록 상기 외측원판(21)의 바깥 둘레를 따라 상측으로 절곡 형성된 외측테두리(22), 및 상기 외측테두리(22)의 안쪽면에 형성된 복수개의 핀설치홈(23)을 포함하고;
상기 내측테두리(12)에는 상기 핀설치홈(23)과 연결되는 동일 개수의 핀구멍(14)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 외측회전부재(20)의 회전중심 역할을 하는 것으로 상기 내측원판(11)의 밑면 중앙에서 외측원판(21)을 향해 돌출 형성된 중심돌기(13); 및
상기 중심돌기(13)가 관통할 수 있도록 상기 외측원판(21)의 중앙부에 형성된 돌기구멍(24);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 로커모듈(30)은 일단은 상기 핀구멍(14)을 관통해서 핀설치홈(23)에 분리 가능하게 끼워지고 타단은 내측원판(11)의 중심을 향해 돌출되게 설치된 한 쌍의 로커핀(40);
상기 한 쌍의 로커핀(40)사이에 위치하도록 설치된 로커핸들(50); 및
상기 로커핀(40)에 설치되어서 상기 로커핸들(50)을 탄력적으로 지지하는 로커스프링(60);을 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
청구항 6에 있어서,
상기 로커핀(40)은 상기 핀설치홈(23)에 분리 가능하게 끼워지는 설치핀(41); 및
상기 로커스프링(60)이 각각 한 개씩 끼워져 설치되는 다수개의 스프링핀(42)을 각각 구비하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
청구항 7에 있어서,
상기 핀설치홈(23)과 상기 설치핀(41)의 단부는 원호모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
청구항 7에 있어서,
상기 로커핸들(50)은 한 쌍의 로커핀(40)사이에서 내측원판(11)의 중심에 위치하는 핸들중심부(51);
상기 핸들중심부(51)에서 서로 반대방향으로 돌출 형성된 복수개의 핸들로드부(52); 및
상기 핸들로드부(52)의 끝에서 내측원판(11)의 원주방향을 따라 각각 절곡 형성된 것으로 상기 로커스프링(60)에 의해 지지되고 상기 스프링핀(42)이 관통할 수 있도록 핸들구멍(53a)이 형성된 스프링지지부(53);로 구성된 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.
청구항 9에 있어서,
상기 로커핸들(50)의 안정적인 설치를 위해 상기 내측원판(11)의 윗면 중심부에는 핸들설치돌기(15)가 일체로 돌출 형성되고;
상기 핸들중심부(51)에는 상기 핸들설치돌기(15)가 회전 가능하게 끼워지도록 돌기홈(54)이 형성된 것을 특징으로 하는 토크 가변형 로봇 관절장치.