KR101908039B1 - 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇 - Google Patents

Abstract

관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇이 개시된다. 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇은, 몸통과, 상기 몸통에 결합되어 회전작동되는 팔을 포함하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에 있어서, 상기 몸통의 측면에 형성되는 결합부; 상기 팔의 일측에 형성되어 상기 결합부에 결합되는 커넥팅로드;를 포함하고, 상기 결합부는, 내부에는 커넥팅로드가 삽입되는 끼움공을 갖는 결합관체; 상기 결합관체의 주변에 형성되는 원판형 플레이트; 상기 원판형 플레이트의 일측에 형성되는 제1전극단자부;를 포함하고, 상기 팔의 커넥팅로드 주변에 형성되며 상기 원판형 플레이트에 밀착되는 패널부; 상기 패널부에 형성되며 상기 제1전극단자부와 접촉되는 제2전극단자부;를 포함한다.
이에 따르면, 몸통과 팔을 연결하는 구조가 간결하면서도 각종 전기선을 용이하게 통전 가능하도록 연결할 수 있어 내구성과 작업능률이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇{Robot of Rotary Motion of the Joint and Bends}

개시되는 내용은 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몸통과 결합된 어깨 및 팔, 손목이 자유롭게 움직이도록 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

21세기는 인간공존형 로봇시대, 2010년대는 로봇의 시대 등으로 일컬어지며, 특히 최근 지능형 로봇 산업은 정보화, 고령화, 고립화 등 21세기 패러다임 변화에 따라 IT산업, 바이오산업과 함께 향후 미래를 이끌어 갈주요 산업으로 부각되고 있다.

로봇산업은 전세계적으로 1970년~1980년대를 거치며 점차 고성능, 고정밀화 되고, 1980년대에 반도체 및 자동차산업의 발전과 더불어 산업용 로봇산업이 급속하게 성장했다. 1990년대에 들어 산업용 로봇 산업이 성숙기에 접어들면서 지능형 로봇이 나타나기 시작하였고, 2000년대부터 로봇의 패러다임이 노동 대체 수단이라는 전통적 로봇에서 인간 친화적인 지능형 로봇으로 변화하기 시작한다.

지능형 로봇은 의료용 또는 원자력 건설용 등의 전문 서비스용도와 교육, 노인재활치료, 가사지원 등의 개인서비스용과 자동차나 전자제품, 디스플레이 , 반도체 등의 제조업용으로 사용되고 있다.

현재 로봇시장의 확대에 따른 소비자의 요구에 따른 다양한 로봇이 개발되고 있으며, 특히 최근에는 사람의 관절과 유사하게 구동되는 로봇이 다양하게 개발되고 있다.

그러나 이러한 관절 구동 로봇은 고가로 일반 소비자가 구매하여 사용하기에는 어려운 실정이다.

그리고 현재 의류매장에 디스플레이 되어 있는 마네킹이나 일반매장의 입구에 진열된 안내용 마네킹은 플라스틱 재질로 된 인체의 형상으로 정지된 상태를 유지하여 소비자로 하여금 흥미를 유발하지 못할 뿐만 아니라,

최근 소비자의 다양한 욕구에 만족시킬 수 있는 마네킹의 개발이 필요하다. 그러나 종래 기술은 몸통과 팔, 다리를 연결하고, 전원 및 각종 신호를 송수신하는 각종 전선들의 연결을 주로 납땜에 의존하고 있어 단락으로 인한 고장 문제가 빈번하였고, 납땜작업도 난해하여 작업공수가 많이 소요되는 단점이 있었다.

한국등록특허 10-1186762호.

개시되는 내용은 몸통과 팔, 그리고 팔을 구성하는 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 손목 관절의 연결 구조가 간결하면서도 각 관절부위가 회전 및 굴절될 수 있으면서 각종 전기선을 용이하게 통전 가능하도록 연결할 수 있어 내구성과 작업능률이 향상될 수 있는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

실시예의 목적은, 몸통과, 상기 몸통에 결합되어 회전작동되는 팔 그리고 팔에 형성되는 어깨 관절부, 팔꿈치 관절부, 손목 관절부가 포함된 것이며, 상기 어깨 관절부는, 몸통의 측면에 형성되는 결합부; 몸통의 내부에 형성되며 상기 결합부에 연결되는 모터축을 구비한 제1모터; 팔의 어깨부위에 일측에 형성되며 결합부에 결합되는 패널부; 패널부의 중심에 돌출 형성되어 상기 결합부에 결합되는 커넥팅로드; 결합부와 패널부에 각기 자착되게 형성되는 자석으로 구성된 자착수단; 결합부에 형성된 제1전극단자부; 패널부에 형성되며 제1전극단자부와 접촉되는 제2전극단자부;를 포함하여 이루어지는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에 의해 달성될 수 있다.

개시된 실시예에 따르면, 몸통과 팔, 그리고 팔을 구성하는 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 손목 관절의 연결 구조가 간결하면서도 각 관절부위가 회전 및 굴절될 수 있어 인간의 팔 작동을 구현할 수 있고, 이러한 팔의 회전동작 중에도 전원 공급이 가능하여 팔을 구성하는 다수의 관절부위 작동의 정확도가 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇을 나타낸 분해사시도,
도 2는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇의 팔을 나타낸 사시도,
도 3은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇의 '몸통'을 나타낸 확대 사시도,
도 4는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔'에 대한 분해사시도,
도 5 및 도 6은 상기 도 3에 도시된 팔과 몸통을 나타낸 분해 사시도,
도 7은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '어깨 관절부'를 나타낸 사시도,
도 8은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔꿈치 연결부'를 나타낸 사시도,
도 9는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔꿈치 연결부'를 나타낸 정면도.

이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇을 나타낸 분해사시도, 도 2는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇의 팔을 나타낸 사시도, 도 3은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇의 '몸통'을 나타낸 확대 사시도, 도 4는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔'에 대한 분해사시도, 도 5 및 도 6은 상기 도 3에 도시된 팔과 몸통을 나타낸 분해 사시도, 도 7은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '어깨 관절부'를 나타낸 사시도, 도 8은 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔꿈치 연결부'를 나타낸 사시도, 도 9는 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇에서 '팔꿈치 연결부'를 나타낸 정면도이다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇은, 몸통(100)과, 상기 몸통(100)에 결합되어 회전작동되는 팔(200), 그리고 팔의 다양한 각도의 회전 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.

팔(200)에는 어깨 관절부(2), 팔꿈치 관절부(4), 손목 관절부(6)가 포함된다.

어깨 관절부(2)는, 몸통(100)의 측면에 형성되는 결합부(22); 몸통(100)의 내부에 형성되며 상기 결합부(22)에 연결되는 모터축(111)을 구비한 제1모터(110); 팔(200)의 어깨부위에 일측에 형성되며 결합부(22)에 결합되는 패널부(24); 패널부(24)의 중심에 돌출 형성되어 상기 결합부(22)에 결합되는 커넥팅로드(25); 결합부(22)와 패널부(24)에 각기 자착되게 형성되는 자석으로 구성된 자착수단; 결합부(22)에 형성된 제1모터(110); 패널부(24)에 형성되며 제1모터(110)와 접촉되는 제2전극단자부(K2);를 포함하여 이루어진다.

결합부(22)는, 몸통(100)의 측면 개구부에 결합되며 다수의 자착홈(M2)이 형성되고 중심부에 통공(260)이 형성되고 일측에 제1모터(110)가 결합되는 제1단자홈이 형성된 제1플레이트(26); 제1플레이트(26)의 일측에 형성되는 제1모터(110); 몸통(100)의 측면 개구부에 삽입되며 상기 제1플레이트(26)에 결합되며 일측에 플랜지(271)가 형성되는 개구공이 형성되고, 타측은 관통공(273)이 형성되며 외주면에 다수의 개공(272)이 형성된 결합관체(27); 결합관체(27)의 관통공(273)에 삽입되며 끼움공(281)이 형성된 보스(282)와, 상기 보스(282)의 일단에 플랜지(283)가 형성된 커플러(28);를 포함하여 구성된다.

제1플레이트(26)는 중심부에 통공(260)이 형성된 원형의 링 형상이며, 통공(260)의 주변에 환턱(262)이 형성되고, 다수의 자착홈(M2)이 형성된다.

환턱(262)에 결합관체(27)의 플랜지(271)가 안착되며, 다수의 자착홈(M2)에는 자석이 매립되어 패널부(24)에 형성된 자석(M1)과 자력에 의해 부착될 수 있다.

제1모터(110)는 제1플레이트(26)의 일측에 결합되며 다수의 단자와 각 단자에 결합된 전선으로 구성된다.

커플러(28)는 플랜지(283)의 일면에 보스(282)가 원통형상으로 돌출되게 형성되며, 타면의 중심 통공에 제1모터(110)의 모터축(111)이 결합되어 제1모터(110)의 회전에 동반하여 회전된다.

패널부(24)는 팔(200)의 어깨부위에 일측에 형성되며 결합부(22)에 결합된다.

패널부(24)는 결합부(22)의 제1플레이트(26)에 대응되며, 다수의 자석(M1)이 형성되고 중심부에 커넥팅로드(25)가 돌출 형성되고, 일측에 제2전극단자부(K2)가 결합되는 제2단자홈이 형성된 제2플레이트(242);를 포함하여 구성된다.

따라서 패널부(24)를 결합부(22)에 결합시키면 자석(M1)이 자착홈(M2)에 삽입되어 자력에 의한 부착이 이루어지게 되어 팔(200)과 몸통(100)의 결합이 용이하게 될 수 있다.

또한 팔(200)과 몸통(100)을 결합시킨 후 고정상태를 견고하게 유지할 수 있도록 몸통에 플런저(320)를 삽입하여 결합부(22)의 커플러(28)에 끼움결합되도록 한다.

즉, 몸통(100)의 일측에 형성된 통공에 삽입되며 결합관체(27)의 개공(272)을 통과하여 삽입되는 플런저(320); 커플러(28)의 일면에 형성되어 상기 플런저(320)가 삽입되는 홈(미도시);을 포함하고, 플런저(320)의 선단이 커넥팅로드(25)의 측면에 밀착되어 고정력이 발휘될 수 있다.

팔(200)과 몸통(100)이 결합되면, 제1모터(110)와 제2전극단자부(K2)가 접촉됨으로써 전기 신호가 몸통에서 팔로 전달되거나 또는 팔에서 몸통으로 전달될 수 있다. 이러한 전기 신호는 제어부로 전송되고, 제어부에서 발생되는 신호에 따라 팔의 움직임이 제어될 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 패널부(24)의 타측에 형성되며 팔(200)을 상하로 회전시키는 회전구동부(3)를 포함한다.

상기 회전구동부(3)는 패널부(24)의 타측면에 부착되며 양측판이 형성된 브라켓(31); 브라켓(31)의 양측판에 축핀(332)으로 힌지결합되는 양측 연결판(32); 양측 연결판(32)의 내측에 결합되는 축핀(332)에 형성된 제3베벨기어(33); 제3베벨기어(33)에 치차 결합되는 주베벨기어(342)가 형성된 모터축을 가지며, 팔의 상부에 수직하게 장착되는 제2모터(34);를 포함하여 구성된다.

따라서 제2모터(34)에 전원이 인가되어 모터축이 회전되면 주베벨기어(342)가 회전하고, 이에 치차 결합된 제3베벨기어(33)가 회전하게 되며, 제3베벨기어(33)가 연결된 축핀(332) 및 그에 종속된 연결판(32)이 회전하게 되므로 팔(200)이 상하로 회전할 수 있게 된다.

한편 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 팔꿈치 관절부(4)는 수평으로 회전되는 자전부(42)와, 상하로 회전되는 굴절부(44)를 포함하여 구성된다.

자전부(42)는 손목부위에서 팔꿈치까지의 부분인 사람 팔의 하완부에 해당되는 부위를 자전(自轉: 제자리에서 수평으로 회전시킴.)시키는 것으로, 팔(200)의 상부, 즉 상완부에 해당하는 상부원통(61)의 내부에 수직하게 배치되며 하부에 모터축이 형성된 제3모터(43); 제3모터(43)의 모터축에 결합되는 상부판(451)과, 상부판(451)의 양측에 장착판(452)이 각기 형성되어 자전 구동되는 브라켓(45);을 포함하여 구성된다.

제3모터(43)는 상부원통(61)의 하단 개구에 결합되는 결합부재(46)에 결합된다.

따라서 제3모터(43)에 전원이 인가되어 모터축이 회전되면, 브라켓(45)이 수평방향으로 360도 회전하게 되고, 브라켓(45)에 연결된 하부원통(62)이 제자리에서 360도 회전하는 자전운동을 하게 된다.

굴절부(44)는 손목부위에서 팔꿈치까지의 부분인 사람 팔의 하완부에 해당되는 부위를 상하방향으로 회전시켜 팔을 접거나 펴는 작동을 유발하기 위한 것이다.

상기 브라켓(45)에 힌지 결합되는 양측 연결편(47)이 형성되고, 상기 양측 연결편(47)의 하부에 형성된 하부판(48)으로 구성되고, 하부판(48)에 연결되도록 수직하게 형성되고 모터축이 상방으로 배치되는 제4모터(444); 제4모터(444)의 모터축에 결합되는 제1베벨기어(445)와, 상기 제1베벨기어(445)에 치차 결합되며 상기 양측 연결편(47)에 연결된 축핀(447)에 형성되는 제2베벨기어(446)로 구성되는 기어부;를 포함하여 구성된다.

따라서 제4모터(444)에 전원이 인가되어 모터축이 회전되면, 제1베벨기어(445)가 회전되고, 제1베벨기어(445)에 치차 결합된 제2베벨기어(446)가 회전되므로 팔(200)의 하완부를 상부로 들어올리거나 내리는 작동이 이루어지게 된다.

한편 상기 손목 관절부(6)는 굴절부(44)의 하부에 형성되며 하부에 모터축이 향하도록 수직하게 배치되는 제5모터(65); 상기 제5모터(65)의 모터축에 결합되어 회전되는 손목회전판(64);을 포함하여 구성된다.

따라서 제5모터(65)에 전원이 인가되어 모터축이 회전함으로써 손목회전판(64)이 회전할 수 있게 되고, 손목회전판(64)에 장착된 손이 동반하여 회전되어 손목 움직임을 구현할 수 있게 된다.

비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

100 : 몸통 200 : 팔
300 ; 결합부 400 : 커넥팅로드
320 : 결합관체 340 : 원판형 플레이트
K1 ; 제1전극단자부 420 : 패널부
K2 : 제2전극단자부

Claims (9)

1. 로봇이 몸통 및 팔을 포함하고, 팔에는 어깨 관절부, 팔꿈치 관절부 및 손목 관절부가 형성되고, 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇 아암의 결합장치는 상기 어깨 관절부, 팔꿈치 관절부 및 손목 관절부에 형성되는 것으로,
   상기 어깨 관절부는,
   몸통의 측면에 형성되는 결합부;
   상기 몸통의 내부에 형성되며 상기 결합부에 연결되는 모터축을 구비한 제1모터;
   상기 팔의 어깨부위에 일측에 형성되며 결합부에 결합되는 패널부;
   상기 패널부의 중심에 돌출 형성되어 상기 결합부에 결합되는 커넥팅로드;
   상기 결합부와 패널부에 각기 자착되게 형성되는 자석으로 구성된 자착수단;
   상기 결합부에 형성된 제1전극단자부;
   상기 패널부에 형성되며 제1전극단자부와 접촉되는 제2전극단자부;를 포함하고,
   상기 결합부는,
   몸통의 측면 개구부에 결합되며 다수의 자착홈이 형성되고 중심부에 통공이 형성되고 일측에 제1전극단자부가 결합되는 제1단자홈이 형성된 제1플레이트;
   상기 제1플레이트의 일측에 형성되는 제1전극단자부;
   몸통의 측면 개구부에 삽입되며 상기 제1플레이트에 결합되며 일측에 플랜지가 형성되는 개구공이 형성되고, 타측은 관통공이 형성되며 외주면에 다수의 개공이 형성된 결합관체;
   상기 결합관체의 관통공에 삽입되며 끼움공이 형성된 보스와, 상기 보스의 일단에 플랜지가 형성된 커플러;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 패널부의 타측에 형성되며 팔을 상하로 회전시키는 회전구동부를 포함하고,
   상기 회전구동부는
   패널부의 타측면에 부착되며 양측판이 형성된 브라켓;
   상기 브라켓의 양측판에 축핀으로 힌지결합되는 양측 연결판;
   상기 양측 연결판의 내측에 결합되는 축핀에 형성된 제3베벨기어;
   제3베벨기어에 치차 결합되는 주베벨기어가 형성된 모터축을 가지며, 팔의 상부에 수직하게 장착되는 제2모터;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 패널부는,
   결합부의 제1플레이트에 대응되며, 다수의 자석이 형성되고 중심부에 커넥팅로드가 돌출 형성되고, 일측에 제2전극단자부가 결합되는 제2단자홈이 형성된 제2플레이트;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 팔꿈치 관절부는
   수평으로 회전되는 자전부와, 상하로 회전되는 굴절부를 포함하고,
   상기 자전부는
   팔의 상부에 수직하게 배치되며 하부에 모터축이 형성된 제3모터;
   상기 제3모터의 모터축에 결합되는 상부판과, 상부판의 양측에 장착판이 각기 형성되어 자전 구동되는 브라켓;을 포함하며,
   상기 굴절부는
   상기 브라켓에 힌지 결합되는 양측 연결편이 형성되고, 상기 양측 연결편의 하부에 형성된 하부판으로 구성되고,
   상기 하부판에 연결되도록 수직하게 형성되고 모터축이 상방으로 배치되는 제4모터;
   상기 제4모터의 모터축에 결합되는 제1베벨기어와, 상기 제1베벨기어에 치차 결합되며 상기 양측 연결편에 연결된 축핀에 형성되는 제2베벨기어로 구성되는 기어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 손목 관절부는
   굴절부의 하부에 형성되며 하부에 모터축이 향하도록 수직하게 배치되는 제5모터;
   상기 제5모터의 모터축에 결합되어 회전되는 손목회전판;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 몸통의 일측에 형성된 통공에 삽입되며 결합관체의 개공을 통과하여 삽입되는 플런저;
   상기 커플러의 일면에 형성되어 상기 플런저가 삽입되는 홈;을 포함하고,
   상기 플런저의 선단이 커넥팅로드의 측면에 밀착되어 고정력이 발휘되도록 하는 것을 특징으로 하는 관절의 회전 및 굴절 운동이 가능한 로봇.
   

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