KR101790863B1

KR101790863B1 - 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암

Info

Publication number: KR101790863B1
Application number: KR1020160010345A
Authority: KR
Inventors: 서태원; 박정환; 이동규; 이상호
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR20170089729A

Abstract

본 발명은 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 제공한다. 베이스부와, 제1 회전축을 기준으로 일단이 상기 베이스부와 회동가능 하도록 설치된 제1 아암과, 상기 제1 회전축과 다른 제2 회전축을 기준으로 일단이 상기 제1 아암의 타단과 회동가능 하도록 설치된 제2 아암과, 상기 제1 아암의 길이방향을 따라 상기 제1 아암의 내부공간에 설치되고, 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제1 스프링 유닛과, 적어도 일부가 상기 제1 아암에 설치되는 제1 풀리 유닛과, 일단은 상기 제1 스프링 유닛에 고정되고, 타단은 상기 제1 회전축에 이격되도록 상기 제1 풀리 유닛에 연결되는 제1 스트링과, 상기 제1 스프링 유닛과 인접하게 상기 제1 아암의 내부공간에 설치되고, 상기 제1 스트링과 다른 제2 스트링에 의해 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제2 스프링 유닛을 포함한다.

Description

중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암{Robot arm with gravity compensation mechanism}

장치에 관한 것으로, 더욱 상세히 로봇 암의 중력을 보상하는 매커니즘을 구비한 로봇 암에 관한 것이다.

최근 인간의 생활환경을 편리하게 하거나, 산업현장에서의 작업을 보조하기 위한 다양한 로봇이 개발되고 있다. 특히, 도장, 용접등의 공업용 분만 아니라 의료산업등에도 그 적용이 확대되어 가고 있다. 이러한 산업용 다관절 로봇 암은 고중량의 작업물을 이송 및 지지해야 하므로 높은 토크를 낼 수 있는 것이 매우 중요하다.

이러한 다관절 로봇 암은 자중이나 작업물의 중량으로 인하여 부하토크를 받게 되며, 이러한 부하토크는 구동모터와 같은 구동기의 용량을 설계하는데 직접적인 영향을 미친다. 특히, 구동모터에 작용하는 하중 가운데 로봇 암의 자중에 의해 발생하는 토크 성분이 차지하는 비중은 매우 높다.

종래 로봇 암의 구동기의 용량을 결정하는 경우, 작업물에 의해 발생하는 토크는 물론 로봇 암 자체의 자중에 의해 발생하는 중력토크도 고려해야 하므로, 로봇 암을 구동하기 위한 동력원의 용량을 크게 해야 하는 문제점이 있다.

종래에는 균형추를 이용하여 로봇 암의 자중에 의해서 발생하는 중력을 보상할 수 있다. 그러나, 균형추의 추가로 인해 로봇 자체의 부피가 증가하여 새로운 자중이 발생할 수 있다. 또한, 하중 변화로 인한 무게 중심이 달라져 에너지 절감의 효과가 줄어들 수 있다.

종래에는 스프링을 이용하여 로봇 암의 자중에 의해서 발생하는 중력을 보상할 수 있다. 그러나, 스프링이나 와이어의 변형으로 보상토크가 변화할 수 있고, 각 링크마다 스프링이 추가되어 무게가 로봇 자체의 무게가 증가할 수 있다. 또한, 링크와 링크 사이에 설치된 조인트에 엑츄에이터가 설치되어 무게가 증가할 수 있다.

또한, 종래에는 이론적으로 로봇 암 등의 자중에 의한 중력을 보상하는 개념의 단순한 아이디어가 제시되어 왔으나, 현실적으로 이를 실용적으로 적용한 기구에는 한계가 있다.

본 발명의 실시예들은 로봇 암의 중력에 의해 발생되는 토크를 효과적으로 보상하는 로봇 암을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 베이스부와, 제1 회전축을 기준으로 일단이 상기 베이스부와 회동가능 하도록 설치된 제1 아암과, 상기 제1 회전축과 다른 제2 회전축을 기준으로 일단이 상기 제1 아암의 타단과 회동가능 하도록 설치된 제2 아암과, 상기 제1 아암의 길이방향을 따라 상기 제1 아암의 내부공간에 설치되고, 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제1 스프링 유닛과, 적어도 일부가 상기 제1 아암에 설치되는 제1 풀리 유닛과, 일단은 상기 제1 스프링 유닛에 고정되고, 타단은 상기 제1 회전축에 이격되도록 상기 제1 풀리 유닛에 연결되는 제1 스트링과, 상기 제1 스프링 유닛과 인접하게 상기 제1 아암의 내부공간에 설치되고, 상기 제1 스트링과 다른 제2 스트링에 의해 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제2 스프링 유닛을 포함하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 제공한다.

또한, 상기 제1 풀리 유닛은 상기 제1 회전축에 중심이 배치되는 제1 베이스 풀리와, 상기 제1 베이스 풀리의 일측에 설치되는 제1 기준 풀리 및 상기 제1 아암의 일측에 설치되는 제1 이동 풀리를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 아암이 회동하면 상기 제1 기준 풀리와 상기 제1 이동 풀리 사이의 거리가 변화할 수 있다.

또한, 상기 제1 스트링은 상기 제1 기준 풀리와 상기 제1 이동 풀리 사이를 적어도 1회 이상 권취할 수 있다.

또한, 상기 제1 스프링 유닛은 상기 베이스부를 향하여 압축되고, 상기 제2 스프링 유닛은 상기 제2 아암을 향하여 압축될 수 있다.

또한, 상기 제1 스프링 유닛과 상기 제2 스프링 유닛은 나란하게 배치될 수 있다.

또한, 적어도 일부가 상기 제2 아암에 설치되며, 상기 제2 스트링의 이동을 안내하는 제2 풀리 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 일단이 상기 제2 아암의 타단과 회전하도록 설치되는 제3 아암과, 상기 제3 아암의 길이방향을 따라 상기 제3 아암의 내부공간에 설치되고, 제3 스트링에 의해 상기 제3 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제3 스프링 유닛과, 상기 제3 아암의 일단에 설치되며, 상기 제3 스트링의 이동을 안내하는 제3 풀리 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 풀리 유닛과 상기 제2 풀리 유닛을 연결하는 제1 벨트 및

상기 제2 풀리 유닛과 상기 제3 풀리 유닛을 연결하는 제2 벨트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 아암, 상기 제2 아암 및 상기 제3 아암 중 적어도 하나의 아암이 회동하도록 구동력을 생성하는 엑츄에이터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 베이스부와, 제1 회전축을 기준으로 일단이 상기 베이스부와 회동가능 하도록 설치된 제1 아암과, 상기 제1 아암의 길이방향을 따라 상기 제1 아암의 내부공간에 설치되고, 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제1 스프링 유닛과, 적어도 일부가 상기 제1 아암에 설치되는 제1 풀리 유닛 및 일단은 상기 제1 스프링 유닛에 고정되고, 타단은 상기 제1 회전축에 이격되도록 상기 제1 풀리 유닛에 연결되는 제1 스트링을 포함하고, 상기 제1 풀리 유닛은 상기 제1 회전축에 중심이 배치되는 제1 베이스 풀리와, 상기 제1 베이스 풀리의 일측에 설치되는 제1 기준 풀리 및 상기 제1 아암의 일측에 설치되는 제1 이동 풀리를 구비하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 제공한다.

또한, 상기 제1 스프링 유닛은 상기 제1 아암이 회동하면 상기 제1 풀리 유닛을 향하여 압축될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암은 경량화되어 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 중력을 효과적을 보상할 수 있다. 제2 아암의 중력을 보상하는 제2 스프링 유닛을 제1 아암의 내부에 설치하여 제2 아암의 무게를 최소화 하여 중력을 효과적으로 보상할 수 있다.

또한, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암은 스트링의 감는 횟수를 변경하여 스트링의 처짐을 방지하고, 효과적을 중력을 보상할 수 있다. 권취된 스트링의 횟수를 증가하여 아암의 중력 보상력을 증가하여 용이하게 로봇 암의 중력을 보상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암의 평면도이다.
도 4 및 도 5는 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암의 작동을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 도시한 평면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)의 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)은 베이스부(5), 제1 아암(10), 제2 아암(20) 및 제3 아암(30)을 구비할 수 있다. 제1 아암(10)의 중력은 제1 스프링 유닛(16)과 제1 풀리 유닛(18)에 의해서 보상되고, 제2 아암(20)의 중력은 제2 스프링 유닛(26)과 제2 풀리 유닛(28)에 의해서 보상되고, 제3 아암(30)의 중력은 제3 스프링 유닛(37)과 제3 풀리 유닛(38)에 의해서 보상된다.

베이스부(5)는 제1 바디(6)와 제1 바디(6)에 회전가능한 제2 바디(7)를 구비할 수 있다. 베이스부(5)에는 복수개의 엑츄에이터가 설치될 수 있다.

베이스부(5)에는 제1 아암(10)에 회동력을 전달하는 제1 엑츄에이터(41)와, 제2 아암(20)에 회동력을 전달하는 제2 엑츄에이터(42) 및 제3 아암(30)에 회동력을 전달하는 제3 엑츄에이터(43)를 구비할 수 있다. 제1 내지 제3 엑츄에이터는 구동벨트와 연결되어 각 아암에 구동력을 전달할 수 있다. 제1 엑츄에이터(41)와 제2 엑츄에이터(42)는 서로 마주보도록 설치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1 엑츄에이터(41)는 제1 아암(10)과 연결되어 제1 아암(10)을 회동시킬 수 있다. 제2 엑츄에이터(42)는 제1 연결부(51)와 제2 연결부(52) 사이를 연결하는 제1 구동 벨트(V1)를 통해 구동력을 제2 아암(20)에 전달할 수 있다. 제3 엑츄에이터(43)는 제1 연결부(51), 제2 연결부(52) 및 제3 연결부(53)를 연결하는 제2 구동 벨트(V2)를 통해 구동력을 제3 아암(30)에 전달 할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 베이스부(5)에는 하나의 엑츄에이터가 설치될 수 있다. 상기 엑츄에이터는 기어 유닛(미도시)과 연결되어 엑츄에이터에서 생성된 구동력을 제1 아암(10), 제2 아암(20), 제3 아암(30)에 각각 전달할 수 있다.

베이스부(5)에 엑츄에이터들이 설치되는바, 로봇 암을 경량화 할 수 있다. 종래에는 각 아암의 연결부분에 엑츄에이터를 설치하였으나, 일 실시예에 따르면 베이스부(5)에 모든 엑츄에이터를 설치하여 로봇 암에 생성되는 자중을 줄일 수 있다.

제1 아암(10)은 베이스부(5)와 제2 아암(20)의 사이에 설치될 수 있다. 제1 아암(10)의 일단은 제1 회전축을 기준으로 베이스부(5)에 대해서 회동할 수 있다. 제1 아암(10)의 타단은 제2 회전축을 기준으로 제2 아암(20)에 대해서 회동할 수 있다.

제1 스프링 유닛(16)은 제1 스프링 블록(14)과 제1 플렌지(15)를 구비할 수 있다. 제1 스프링 유닛(16)은 제1 아암(10)의 내부공간에 설치될 수 있으며, 제1 아암(10)의 길이방향으로 압축될 수 있다.

제1 스프링 블록(14)은 일단이 제1 아암(10)의 일측에 고정되고, 타단이 이동할 수 있다. 제1 스프링 블록(14)의 타단은 베이스부(5)를 향해 이동하여 압축될 수 있다. 제1 플렌지(15)는 제1 스프링 블록(14)의 타단과 연결되고, 제1 스트링(S1)이 고정될 수 있다.

제1 풀리 유닛(18)은 제1 아암(10)의 일단에 설치될 수 있다. 제1 풀리 유닛(18)은 제1 베이스 풀리(11), 제1 이동 풀리(12), 및 제1 기준 풀리(13)를 가질 수 있다.

제1 베이스 풀리(11)는 중심이 제1 회전축에 배치 될 수 있다. 제1 베이스 풀리(11)는 제1 아암(10)의 일단과 인접하도록 설치될 수 있다. 제1 기준 풀리(13)는 제1 베이스 풀리(11)의 일측에 설치될 수 있다. 제1 베이스 풀리(11)와 제1 기준 풀리(13)는 베이스부(5)에 고정되도록 설치되어, 제1 아암(10)과 상대운동 할 수 있다.

제1 이동 풀리(12)는 제1 아암(10)에 설치되어, 제1 아암(10)의 회전에 따라 회전이동할 수 있다. 즉, 제1 아암(10)이 회동하면, 제1 기준 풀리(13)와 제1 이동 풀리(12) 사이의 거리는 변화 할 수 있다.

제1 스트링(S1)은 제1 스프링 유닛(16)과 제1 이동 풀리(12)를 연결할 수 있다. 제1 스트링(S1)의 일단은 제1 플렌지(15)와 연결되고, 제1 베이스 풀리(11), 제1 기준 풀리(13) 및 제1 이동 풀리(12)에 권취될 수 있다. 또한, 제1 스트링(S1)의 타단은 제1 이동 풀리(12)와 연결되어 제1 아암(10)의 회전하면 제1 스프링 유닛(16)을 압축시킬 수 있다.

제2 아암(20)은 제1 아암(10)과 제3 아암(30)의 사이에 설치될 수 있다. 제2 아암(20)의 일단은 제2 회전축을 기준으로 제1 아암(10)에 대해서 회동할 수 있다. 제2 아암(20)의 타단은 제3 회전축을 기준으로 제3 아암(30)에 대해서 회동할 수 있다.

제2 아암(20)의 내부에는 제2 풀리 유닛(28)이 설치될 수 있다. 제2 아암(20)의 일단에는 제2 풀리 유닛(28)이 설치되어, 제2 스트링(S2)과 연결될 수 있다. 제2 풀리 유닛(28)과 마주보도록 제2 연결부(52)가 설치되어 제2 엑츄에이터(42) 또는 제3 엑츄에이터(43)로부터 구동력을 전달 받을 수 있다.

제2 스프링 유닛(26)은 제1 아암(10)의 내부공간에 설치될 수 있다. 제2 스프링 유닛(26)은 제1 스프링 유닛(16)과 평행하도록 설치될 수 있다. 제2 스프링 유닛(26)은 제2 스트링(S2)에 의해서 제1 아암(10)의 길이방향으로 압축할 수 있다. 제2 스프링 유닛(26)은 제1 아암(10)의 내부공간에 배치되는바, 로봇 암(1)의 구동시에 발생하는 굽힘력을 줄일 수 있다. 제2 스프링 유닛(26)이 베이스부(5)와 인접하도록 배치되어 로봇 암(1)의 무게중심이 베이스부(5)와 인접하게 형성될 수 있어 로봇 암(1)의 구동시에 발생하는 토크를 최소화 할 수 있다.

제2 스프링 유닛(26)은 제2 스프링 블록(24)과 제2 플렌지(25)를 구비할 수 있다. 제2 스프링 블록(24)은 제2 아암(20)을 향하여 압축할 수 있다. 제2 아암(20)이 회동하면, 제2 스트링(S2)에 의해서 제2 스프링 블록(24)이 압축될 수 있다.

제2 풀리 유닛(28)은 제2 아암(20)의 일단에 설치될 수 있다. 제2 풀리 유닛(28)은 제2 베이스 풀리(21), 제2 이동 풀리(22) 및 제2 기준 풀리(23)를 가질 수 있다.

제2 베이스 풀리(21)는 중심이 제2 회전축에 배치 될 수 있다. 제2 베이스 풀리(21)는 제2 아암(20)의 일단과 인접하도록 설치될 수 있다. 제2 기준 풀리(23)는 제2 베이스 풀리(21)의 일측에 설치될 수 있다. 제2 베이스 풀리(21)와 제2 기준 풀리(23)는 제1 아암(10)에 고정되도록 설치되어, 제2 아암(20)과 상대운동 할 수 있다.

제2 이동 풀리(22)는 제2 아암(20)에 설치되어, 제2 아암(20)의 회전에 따라 회전 이동할 수 있다. 즉, 제2 아암(20)이 회동하면, 제2 기준 풀리(23)와 제2 이동 풀리(22) 사이의 거리는 변화 할 수 있다.

제3 아암(30)은 제2 아암(20)의 타단에 설치될 수 있다. 제3 아암(30)의 일단은 제3 회전축을 기준으로 제2 아암(20)에 대해서 회동할 수 있다. 제2 아암(20)의 타단에는 인스트루먼트(미도시)가 설치될 수 있다.

제3 아암(30)은 제3 스프링 유닛(37)과 제3 풀리 유닛(38)을 구비할 수 있다. 제3 스프링 유닛(37)은 제3 아암(30)의 내부공간에 설치되고, 제3 아암(30)의 길이방향으로 압축가능한 제3 스프링 블록(36)과 제3 스프링 블록(36)의 단부에 연결되는 제3 플렌지(35)를 구비할 수 있다.

제3 풀리 유닛(38)은 제3 아암(30)의 일단에 설치되고, 제3 스트링(S3)에 의해서 제3 스프링 유닛(37)과 연결될 수 있다. 제3 풀리 유닛(38)은 제3 베이스 풀리(31), 제3 이동 풀리(32), 제3 기준 풀리(33) 및 전환 풀리(34)를 구비할 수 있다. 제3 스트링(S3)은 제3 플렌지(35)에 연결되고, 전환 풀리(34), 제3 베이스 풀리(31), 제3 이동 풀리(32) 및 제3 기준 풀리(33)와 연결될 수 있다.

이하에서는 스프링 유닛들과 풀리 유닛들에 의해서 아암의 중력이 보상되는 것을 기술한다. 다만, 제2 아암(20)과 제3 아암(30)의 중력보상은 제1 아암(10)의 중력이 보상되는 원리와 동일하므로, 이하에서는 제1 스프링 유닛(16)과 제1 풀리 유닛(18)에 의해서 제1 아암(10)의 중력이 보상되는 것을 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5는 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)의 작동을 도시한 개념도이다.

도 4a는 제1 아암(10)이 지면에 대해서 수직으로 회동한 경우이고, 도 4b는 제1 아암(10)이 소정의 각도로 회동한 경우이며, 도 4c는 제1 아암(10)이 지면과 평행하도록 회동한 경우이다.

도 4a를 보면, 제1 스트링(S1)은 제1 스프링 유닛(16)의 일단과 연결되고, 제1 베이스부(5)의 일부에 권취 된다. 또한, 제1 이동 풀리(12)와 제1 기준 풀리(13)에 권취되며 제1 이동 풀리(12)에 고정된다. 제1 이동 풀리(12)와 제1 기준 풀리(13)는 인접하게 배치된다.

도 4b를 보면, 제1 아암(10)이 소정의 각도로 회동할 수 있다. 제1 스트링(S1)은 제1 스프링 유닛(16)을 소정의 길이로 압축시킬 수 있다. 제1 스트링(S1)은 제1 스프링 유닛(16)이 생성한 압축력을 제1 이동 풀리(12)로 전달 할 수 있다.

도 4c를 보면, 제1 아암(10)이 회전으로 제1 스트링(S1)은 제1 스프링 유닛(16)을 더 압축시킬 수 있다. 제1 아암(10)의 회동으로 제1 스프링 유닛(16)이 생성하는 압축력은 증가할 수 있으며, 상기 압축력이 제1 이동 풀리(12)로 전달될 수 있다.

도 5를 보면, 제1 스프링 유닛(16)에서 만들어지는 제1 스트링(S1)의 장력(FLINK1)은 제1 스프링 유닛(16)이 생성하는 압축력과 같다. 즉, 제1 스트링(S1)의 장력(FLINK1)은 제1 스프링 유닛(16)의 이동거리에 비례한다.

또한, 제1 스프링 유닛(16)의 이동거리는 제1 이동 풀리(12)와 제1 기준 풀리(13) 사이의 거리에 관계된다. 제1 이동 풀리(12)와 제1 기준 풀리(13) 사이의 거리는 제1 아암(10)의 회전 각도와 관계되는 함수인 C(α)에 의해 정해진다. 즉, 제1 아암(10)이 회전하여 제1 스프링 유닛(16)의 이동거리가 변화하면 제1 스트링(S1)의 장력도 변화한다.

또한, 제1 이동 풀리(12)가 받는 제1 스트링(S1)의 장력은 제1 스트링의 감는 수(N)에 비례할 수 있다. 제1 스트링(S1)은 제1 이동 풀리(12)와 제1 기준 풀리(13)사이를 적어도 1회 이상 권취 할 수 있다. 따라서, 제1 스트링(S1)의 감는 수가 증가하면 제1 이동 풀리(12)가 받는 제1 스트링(S1)의 장력은 증가할 수 있다. 제1 아암(10)에 작용하는 중력보상은 하기의 수학식1을 따른다.

[수학식1]

Fs(α)= nFLINK1 = nkc(α)

α: 제1 아암의 회전 각도

Fs(α): 제1 이동풀리에 작용하는 제1 스트링의 장력

n: 제1 이동 풀리와 제1 기준 풀리 사이에 권취된 제1 스트링의 횟수

FLINK1 : 제1 스프링 유닛이 생성하는 제1 스트링의 장력

k: 제1 스프링 블록의 탄성계수

c(α): 제1 이동풀리와 제1 기준 풀리 사이의 거리

제1 이동 풀리(12)가 받는 제1 스트링(S1)의 장력은 제1 아암(10)의 중력을 보상할 수 있다. 제1 아암(10)은 T지점에서 중력 토크가 발생하나, 제1 이동 풀리(12)에서 중? 토크의 반대방향으로 Fs(α)의 토크가 발생하여 제1 아암(10)의 중력을 보상할 수 있다.

상기와 같은 원리로, 제2 아암(20)의 중력은 제2 스트링(S2), 제2 스프링 유닛(26), 제2 풀리 유닛(28)에 의해서 보상될 수 있으며, 제3 아암(30)의 중력은 제3 스트링(S3), 제3 스프링 유닛(37), 제3 풀리 유닛(38)에 의해서 보상될 수 있다.

중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)은 경량화되어 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 중력을 효과적을 보상할 수 있다. 제2 아암(20)의 중력을 보상하는 제2 스프링 유닛(26)은 제1 아암(10)의 내부에 설치하여 제2 아암(20)의 무게를 최소화 할 수 있다. 제2 아암(20)의 무게가 최소화 되면, 전체 무게 중심이 베이스부(5)에 인접하게 형성되어 중력 보상을 효과적으로 할 수 있다.

중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)은 스트링의 감는 횟수를 변경하여 스트링의 처짐을 방지하고, 효과적을 중력을 보상할 수 있다. 와이어등을 이용하여 중력을 보상하는 기구는 와이어의 처짐이 문제된다. 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암(1)은 이동 풀리와 기준 풀리 사이에 권취된 횟수를 조절하여 스트링의 처짐을 막을 수 있다. 또한, 권취된 횟수를 증가하여 아암의 중력 보상력을 증가하여 효과적으로 로봇 암의 중력을 보상할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암을 도시한 평면도이다.

도 6을 참조하면, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암은 제1 풀리 유닛(18)과 제2 풀리 유닛(28)을 연결하는 제1 벨트(V3)와 제2 풀리 유닛(28)과 제3 풀리 유닛(38)을 연결하는 제2 벨트(V4)를 구비할 수 있다.

제1 벨트(V3)는 제1 엑츄에이터(41)와 연결되어 제1 아암(10)이 회동하는 각도만큼 제2 아암(20)을 회동시킬 수 있다. 또한, 제2 벨트(V4)는 제2 풀리 유닛(28)과 제3 풀리 유닛(38)에 연결되어, 제2 아암(20)이 회동하는 각도 만큼 제3 아암(30)을 회동시킬 수 있다.

제1 아암(10)이 회동하면, 제2 아암(20)의 기준면과 제3 아암(30)의 기준면도 변경된다. 이러한 기준면의 변경은 로봇 암의 각도제어를 복잡하게 하고, 신속한 로봇 암의 위치변경에 한계가 있게 된다.

제1 벨트(V3)와 제2 벨트(V4)는 제1 아암(10)이 회동하더라도 제2 아암(20)과 제3 아암(30)의 기준면을 변경하지 않아 로봇 암의 조정을 쉽게 할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

1: 로봇 암
5: 베이스부
10: 제1 아암
11: 제1 베이스 풀리
12: 제1 이동 풀리
13: 제1 기준 풀리
14: 제1 스프링 블록
15: 제1 플렌지
16: 제1 스프링 유닛
18: 제1 풀리 유닛
20: 제2 아암
26: 제2 스프링 유닛
28: 제2 풀리 유닛
30: 제3 아암
37: 제3 스프링 유닛
38: 제3 풀리 유닛

Claims

베이스부;
제1 회전축을 기준으로 일단이 상기 베이스부와 회동가능 하도록 설치된 제1 아암;
상기 제1 회전축과 다른 제2 회전축을 기준으로 일단이 상기 제1 아암의 타단과 회동가능 하도록 설치된 제2 아암;
상기 제1 아암의 길이방향을 따라 상기 제1 아암에 설치되고, 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제1 스프링 유닛;
적어도 일부가 상기 제1 아암에 설치되는 제1 풀리 유닛;
일단은 상기 제1 스프링 유닛에 고정되고, 타단은 상기 제1 회전축에 이격되도록 상기 제1 풀리 유닛에 연결되는 제1 스트링; 및
상기 제1 스프링 유닛과 인접하게 상기 제1 아암에 설치되고, 상기 제1 스트링과 다른 제2 스트링에 의해 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제2 스프링 유닛;을 포함하며,
상기 제1 풀리 유닛은
상기 제1 회전축에 중심이 배치되는 제1 베이스 풀리;
상기 제1 베이스 풀리의 일측에 설치되는 제1 기준 풀리; 및
상기 제1 아암의 일측에 설치되는 제1 이동 풀리;를 구비하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 아암이 회동하면 상기 제1 기준 풀리와 상기 제1 이동 풀리 사이의 거리가 변화하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스트링은 상기 제1 기준 풀리와 상기 제1 이동 풀리 사이를 적어도 1회 이상 권취하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스프링 유닛은 상기 베이스부를 향하여 압축되고, 상기 제2 스프링 유닛은 상기 제2 아암을 향하여 압축되는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스프링 유닛과 상기 제2 스프링 유닛은 나란하게 배치되는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제1 항에 있어서,
적어도 일부가 상기 제2 아암에 설치되며, 상기 제2 스트링의 이동을 안내하는 제2 풀리 유닛;을 더 포함하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제7 항에 있어서,
일단이 상기 제2 아암의 타단과 회전하도록 설치되는 제3 아암;
상기 제3 아암의 길이방향을 따라 상기 제3 아암에 설치되고, 제3 스트링에 의해 상기 제3 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제3 스프링 유닛;
상기 제3 아암의 일단에 설치되며, 상기 제3 스트링의 이동을 안내하는 제3 풀리 유닛;을 더 포함하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제8 항에 있어서,
상기 제1 풀리 유닛과 상기 제2 풀리 유닛을 연결하는 제1 벨트; 및
상기 제2 풀리 유닛과 상기 제3 풀리 유닛을 연결하는 제2 벨트;를 더 포함하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제8 항에 있어서,
상기 제1 아암, 상기 제2 아암 및 상기 제3 아암 중 적어도 하나의 아암이 회동하도록 구동력을 생성하는 엑츄에이터;를 더 포함하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
베이스부;
제1 회전축을 기준으로 일단이 상기 베이스부와 회동가능 하도록 설치된 제1 아암;
상기 제1 아암의 길이방향을 따라 상기 제1 아암에 설치되고, 상기 제1 아암의 길이방향으로 압축 가능한 제1 스프링 유닛;
적어도 일부가 상기 제1 아암에 설치되는 제1 풀리 유닛; 및
일단은 상기 제1 스프링 유닛에 고정되고, 타단은 상기 제1 회전축에 이격되도록 상기 제1 풀리 유닛에 연결되는 제1 스트링;을 포함하고,
상기 제1 풀리 유닛은
상기 제1 회전축에 중심이 배치되는 제1 베이스 풀리;
상기 제1 베이스 풀리의 일측에 설치되는 제1 기준 풀리; 및
상기 제1 아암의 일측에 설치되는 제1 이동 풀리;를 구비하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제11 항에 있어서,
상기 제1 아암이 회동하면 상기 제1 기준 풀리와 상기 제1 이동 풀리 사이의 거리가 변화하는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.
제11 항에 있어서,
상기 제1 스프링 유닛은
상기 제1 아암이 회동하면 상기 제1 풀리 유닛을 향하여 압축되는, 중력보상 매커니즘을 가진 로봇 암.