KR101500215B1

KR101500215B1 - 가변식 충격 흡수 장치

Info

Publication number: KR101500215B1
Application number: KR20130151888A
Authority: KR
Inventors: 고훈건
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-03-06
Also published as: JP2015113977A; JP6410453B2; US9371878B2; US20150159720A1

Abstract

서로 교차되도록 배치되는 한쌍의 탄성부; 각 탄성부의 일단에 양단이 각각 결합하는 제1지지부; 및 상기 제1지지부와 대면하게 마련되고, 각 탄성부의 타단이 삽입되어 서로 반대방향으로 슬라이딩 가능하도록 장홈이 형성된 제2지지부;를 포함하고, 상기 제1지지부 또는 상기 제2지지부에 외력 인가시 상기 제1지지부와 상기 제2지지부의 이격거리가 변하며, 이격거리가 변화함에 따라 한쌍의 탄성부가 이루는 각도가 변화하는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치가 소개된다.

Description

가변식 충격 흡수 장치{APPARATUS FOR VARIABLE SHOCK ABSORPTION }

본 발명은 가변식 충격 흡수 장치에 관한 것으로써, 더 상세하게는 와이어가 사용되는 로봇에 인가되는 순간적인 작동력을 완충하기 위하여 탄성부가 인장되는 정도에 따라 충격 흡수량이 변화하는 가변식 충격 흡수 장치에 관한 것이다.

다양한 산업현장에서는 사람이 할 수 없거나 사람이 직접 함에 있어서 그 효율성이 저하되는 업무에 대하여 작업자의 조작 또는 미리 설정된 제어로직에 따라 움직이는 로봇이 사용되고 있다. 이러한 로봇의 종류는 다양하며 이중에는 작업라인을 따라 마련된 레일을 이동하면서 작업자의 조작에 의해 무거운 대상물을 작업자 대신 들어올리는 로봇 또한 포함된다.

하지만, 상기한 바와 같은 로봇은 그 자체만으로도 하중이 많이 나가고 그 크기가 비대하여 작업자가 이를 조작하는데 큰 불편함을 느껴왔다.

이에, 최근에는 작업자가 직접 착용하여 대상물을 들어올리고 조립을 수행하되, 작업자의 움직임에 보조력을 더하여 작업자가 어려움 없이 무거운 대상물을 들어올리고 이동시킬 수 있도록 하는 착용식 로봇이 개발되고 있다.

이러한 착용식 로봇은 작업자의 움직임 또는 조작에 따라 작동되는 다수개의 구동모터를 포함하지만, 각 관절마다 구동모터를 설치하는 것은 착용식 로봇 자체의 중량을 증대시켜 작업자가 쉽게 피로를 느낄 수 있게 될 수 있는바, 각 관절을 조작함에 있어서 구동모터의 개수를 최소한으로 하기 위해 다수개의 와이어를 설치함으로써 적은 수의 구동모터 만으로도 각 관절을 움직일 수 있도록 하고 있다.

이러한 구조는 종래의 KR10-2011-0080922 A "로봇 핸드 및 이를 포함하는 로봇"에 "베이스(base)부와, 상기 베이스부에 결합되는 복수의 손가락 구조체와, 상기 복수의 손가락 구조체를 구동하는 구동부와, 상기 구동부로부터 상기 복수의 손가락 구조체로 구동력을 전달하는 와이어(wire)를 포함"하는 구성이 제시된 것과 일치한다.

그러나, 이러한 종래의 기술에 의하더라도, 순간적으로 작동하는 구동모터의 회전에 의해 순간적으로 와이어에 높은 압력이 걸리게 되는 것을 막을 수는 없는데, 와이어가 순간적으로 높은 하중을 받게되어 와이어에 충격이 가해지거나 와이어와 연결된 관절이 순간적으로 움직이게 됨에 따라 로봇의 관절에도 충격이 발생하는 문제점이 여전히 존재하였던 것이다.

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

KR

10-2011-0080922

A(2011.07.13)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 순간적으로 와이어에 가해지는 충격을 완화시키되, 자연스러운 충격흡수를 가능하게 하기 위한 가변식 충격 흡수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변식 충격 흡수 장치는 서로 교차되도록 배치되는 한쌍의 탄성부; 각 탄성부의 일단에 양단이 각각 결합하는 제1지지부; 및 상기 제1지지부와 대면하게 마련되고, 각 탄성부의 타단이 삽입되어 서로 반대방향으로 슬라이딩 가능하도록 장홈이 형성된 제2지지부;를 포함하고, 상기 제1지지부 또는 상기 제2지지부에 외력 인가시 상기 제1지지부와 상기 제2지지부의 이격거리가 변하며, 이격거리가 변화함에 따라 한쌍의 탄성부가 이루는 각도가 변화할 수 있다.

상기 제1지지부는 전면이 개방되고 내부에 홈이 형성된 하우징이며, 상기 제2지지부가 상기 제1지지부의 전면을 통해 상기 홈에 삽입되어 슬라이딩할 수 있다.

상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 사각 박스 형상으로써 개방된 전면이 각 지지부의 전면을 향하도록 배치될 수 있다.

상기 장홈은 상기 제2지지부의 이동방향과 수직되는 방향으로 형성될 수 있다.

상기 장홈은 상기 제2지지부의 상면과 하면에 각각 서로 대면하게 형성될 수 있다.

상기 탄성부는 상기 제1지지부와 상기 제2지지부가 서로 멀어지는 방향으로 이격될 시 수축 복원력을 각 지지부에 인가할 수 있다.

각 탄성부의 일단은 상기 제1지지부의 내측면 중 후면에 결합되되 후면의 양단에 각각 결합될 수 있다.

각 탄성부의 타단에는 롤러가 구비되고, 상기 롤러는 상기 장홈에 삽입되어 슬라이딩할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 가변식 충격 흡수 장치에 따르면, 순간적으로 와이어에 걸리는 하중이 점진적으로 흡수되어 와이어에 충격이 발생하지 않도록 함으로써 와이어의 손상 및 와이어와 연결된 대상에 부하가 크게 걸리는 것을 방지할 수 있다.

구조가 단순하여 크기 및 중량을 많이 증가시키지 않고도 와이어에 걸리는 충격을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치의 작동시 모습을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치의 충격 흡수력을 그래프로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변식 충격 흡수 장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치의 구성도로써, 도 1의 (a)는 상방에서 바라본 모습이고, (b)는 (a)의 A-A 단면을 나타낸 도면이다. 도 1을 이용해 설명하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치는 서로 교차되도록 배치되는 한쌍의 탄성부(200); 각 탄성부(200)의 일단에 양단이 각각 결합하는 제1지지부(110); 및 상기 제1지지부(110)와 대면하게 마련되고, 각 탄성부(200)의 타단이 삽입되어 서로 반대방향으로 슬라이딩 가능하도록 장홈(131,132)이 형성된 제2지지부(130);를 포함하고, 상기 제1지지부(110) 또는 상기 제2지지부(130)에 외력(F) 인가시 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)의 이격거리가 변하며, 이격거리가 변화함에 따라 한쌍의 탄성부(200)가 이루는 각도(θ)가 변화할 수 있다.

더 구체적으로 설명하자면, 상기 제1지지부(110)는 전면이 개방되고 내부에 홈이 형성된 하우징이며, 상기 제2지지부(130)가 상기 제1지지부(110)의 전면을 통해 상기 홈에 삽입되어 슬라이딩하도록 구성되어 있다. 더 구체적인 형상으로는 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)는 사각 박스 형상으로써, 개방된 전면이 서로 각 지지부(110,130)의 전면을 향하도록 배치됨이 바람직하다.

즉, 각 지지부의 개방된 전면이 서로 대면하는 상태에서 상기 제2지지부(130)가 상기 제1지지부(110)에 삽입되도록 마련됨에 따라 상기 제2지지부(130)가 상기 제1지지부(110)의 내부에서 전후방향으로 슬라이딩이 가능하고, 각 탄성부가 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)의 내측에 위치되어 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)를 연결할 수 있게되며, 상기 제2지지부(130)의 슬라이딩시 사면이 안정적으로 지지됨에 따라 전후방향과 수직방향인 좌우방향으로의 이동이 저지되어 안정적인 슬라이딩이 가능하게 된다.

또한, 본 실시예에서는 상기 제2지지부(130)가 상기 제1지지부(110)에 삽입되는 상황에 대하여 서술하고 있으나, 반드시 그러해야 하는 것은 아니며 상기 제1지지부(110)가 상기 제2지지부(130)에 삽입되도록 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 각 지지부(110,130)의 후면에는 착용식 로봇의 구동모터와 관절을 잇는 와이어(400)가 설치되어 와이어(400)에 외력(F)이 인가될 시 상기 각 지지부(110,130)가 서로 반대방향, 즉 상기 제2지지부(130)가 상기 제1지지부(110)에서 인출되는 방향으로 이동하게 되도록 함이 바람직하다. 탄성부(200)의 수축 복원력을 이용하여 와이어(400)에 가해지는 충격을 흡수하기 위해서이다.

한편, 상기 장홈(131,132)은 상기 제2지지부(130)에 좌우방향으로 형성되되 상기 제2지지부(130)의 상면과 하면에 각각 서로 대면하도록 마련됨이 바람직하고, 상기 제2지지부(130)의 내측에는 일단이 상기 제2지지부(130)의 상면측 장홈(131)에 삽입되고 타단이 상기 제2지지부(130)의 하면측 장홈(132)에 삽입되는 한쌍의 롤러(300)가 마련됨이 바람직하다.

상기 장홈(131,132)이 상기 제2지지부(130)의 상면과 하면에 형성됨에 따라 상기 롤러(300)의 안정적인 슬라이딩이 가능하고, 따라서 상기 제2지지부(130)가 외력(F)에 의해 상기 제1지지부(110)에서 인출될 시 중심을 향해 자연스럽게 슬라이딩되어 한쌍의 탄성부(200)가 이루는 각도(θ)의 변화가 자연스럽게 이루어질 수 있는 효과가 발생한다.

한편, 상기 롤러(300)는 각 탄성부(200)의 타단이 결합되는 몸체부분(310)과 장홈(131,132)에 삽입되는 일단 및 타단이 서로 상대적으로 자유회전될 수 있도록 이루어져 각 탄성부(200)와 고정된 상태를 유지하더라도 자유롭게 장홈(131,132)을 따라 슬라이딩할 수 있도록 됨이 바람직하다.

한편, 각 탄성부(200)는 압축 복원력을 가하는 스프링으로써, 각 탄성부(200)는 서로 "X" 형상으로 교차되게 마련됨이 바람직하고, 각 탄성부(200)의 일단은 상기 제1지지부(110)의 내측면 중 후면에 결합되되 후면의 양단부, 즉 좌우방향 양 끝단부에 각각 결합됨이 바람직하다.

각 탄성부(200)가 서로 "X" 형상으로 교차되게 마련됨에 따라 외력(F)에 의한 상기 제2지지부(130)의 인출시 도 2에 도시된 바와 같이 각 탄성부(200)가 신장되면서 한쌍의 탄성부(200)가 이루는 각도(θ)에 변화가 발생하게 되며, 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)의 이격거리가 증가될수록 각 탄성부(200)는 더욱 신장되고 각도(θ)는 작아지게 된다. 즉, 상기 제1지지부(110)와 상기 제2지지부(130)의 이격거리가 증가될수록 상기 이격거리를 좁히는 방향으로의 압축 복원력은 더욱 증가되는데, 이를 도 1과 도 2를 비교하여 설명하자면, Fs는 탄성부(200)의 압축 복원력이고, Fa는 상기 이격거리를 좁히는 방향으로의 압축 복원력이며, n은 각 탄성부(200)의 개수이고, θ는 상기 한쌍의 탄성부(200)가 이루는 각도라고 할 때, 상기 Fa는 다음과 같은 수식으로 구해질 수 있다.

상기 제1지지부(110)의 후면과 상기 Fa의 방향은 수직하므로 상기 수식에서 θ/2는 각 탄성부(200)와 상기 제1지지부(110)의 후면과의 각도인 θ₂와 일치하고, 따라서 상기 수식은 다음과 같은 수식으로도 구해질 수 있다.

Fs는 탄성부(200)의 신장된 길이에 비례하므로, 도 1과 도 2를 비교하여 보면, 외력(F)에 의해 상기 제2지지부(130)가 인출되는 경우가 인출되기 전보다 Fs가 더 크고 θ값이 더 작아지며 θ₂의 값은 더 커지므로 결과적으로 Fa 값이 더 증가되는 결과가 나타난다.

또한, 상기 수학식 2의 수식을 그래프로 도식화하여 보면 도 3과 같은 그래프가 도출되는데, 도 3의 A는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변식 충격 흡수 장치를 나타낸 도면이고 B는 탄성부(200)가 상기 제2지지부(130)의 슬라이딩방향으로 형성된 것으로써, B의 경우 충격 발생시부터 Fa가 A의 경우보다 크게 작용하여 외력(F)에 대한 충격 흡수가 급하게 발생하게 되지만, A의 경우 충격 발생시 초기 a 구간에서는 점진적으로 충격 흡수가 이루어 지다가 b 구간부터 Fa의 크기가 A보다 증가하면서 충격을 흡수하는 정도가 더욱 증가되는 경향을 보이고 있음을 볼 수 있다.

즉, 와이어에 순간적인 하중이 가해질 때 그때의 충격이 점진적으로 흡수되는 효과가 발생하는 것이다.

또한, 상기한 바와 같이 각 탄성부(200)의 일단이 상기 제1지지부(110)의 내측면 중 후면에 결합되되 후면의 좌우방향 양 끝단부에 각각 결합됨에 따라 상기 제2지지부(130)의 인출에 따른 θ 또는 θ₂의 크기변화가 더욱 크게 발생되므로 상기 점진적인 충격 흡수의 효과가 더욱 증대될 수 있다.

본 실시예는 착용식 로봇의 구동시 사용되는 와이어에 결합되는 경우에 대하여 설명하고 있으나, 이는 반드시 착용식 로봇의 와이어 뿐만 아니라 산업 기계에서 충격 흡수가 필요한 인장력이 작용되는 두 고정부 사이에 설치될 수도 있고 다양한 분야에 있어서 폭넓게 적용될 수도 있을 것이다.

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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

110 : 제1지지부 130 : 제2지지부
131,132 : 장홈 200 : 탄성부
300 : 롤러

Claims

서로 교차되도록 배치되는 한쌍의 탄성부;
각 탄성부의 일단에 양단이 각각 결합하는 제1지지부; 및
상기 제1지지부와 대면하게 마련되고, 각 탄성부의 타단이 삽입되어 서로 반대방향으로 슬라이딩 가능하도록 장홈이 형성된 제2지지부;를 포함하고,
상기 제1지지부 또는 상기 제2지지부에 외력 인가시 상기 제1지지부와 상기 제2지지부의 이격거리가 변하며, 이격거리가 변화함에 따라 한쌍의 탄성부가 이루는 각도가 변화하는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1지지부는 전면이 개방되고 내부에 홈이 형성된 하우징이며, 상기 제2지지부가 상기 제1지지부의 전면을 통해 상기 홈에 삽입되어 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 사각 박스 형상으로써 개방된 전면이 각 지지부의 전면을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 장홈은 상기 제2지지부의 이동방향과 수직되는 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 장홈은 상기 제2지지부의 상면과 하면에 각각 서로 대면하게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 1에 있어서,
각 탄성부는 상기 제1지지부와 상기 제2지지부가 서로 멀어지는 방향으로 이격될 시 수축 복원력을 각 지지부에 인가하는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 2에 있어서,
각 탄성부의 일단은 상기 제1지지부의 내측면 중 후면에 결합되되 후면의 양단에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.
청구항 1에 있어서,
각 탄성부의 타단에는 롤러가 구비되고, 상기 롤러는 상기 장홈에 삽입되어 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 가변식 충격 흡수 장치.