KR102082060B1 - 힘 측정 장치를 갖는 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇 프로그램을 실행하기 위해 형성된 그리고 셋업된 로봇 제어기 (10) 를 구비하는, 그리고 부재들 (L1-L8) 을 통해 연결된 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 을 갖는 로봇암 (2) 을 구비하는, 그리고 상기 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 에 상응하는 개수의 드라이브들 (M1-M6) 을 구비하는 로봇에 관한 것이며, 상기 드라이브들 중 각각의 드라이브 (M1-M6) 는 그에 할당된, 상기 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 중 한 관절 (J1-J6) 을 조절하기 위해 형성되고, 상기 할당된 관절 (J1-J6) 을 자동적으로 조절하기 위해, 상기 로봇 프로그램에 따라 자동화되어 또는 수동 주행 모드에서 상기 로봇 제어기 (10) 를 통해 구동될 수 있고, 이때 상기 부재들 (L1-L8) 중 적어도 하나는 힘 측정 장치 (14) 를 구비하고, 상기 힘 측정 장치는, 미리 정해져 있는 방향에서 상기 부재 (L1-K8) 에서의 힘을 측정하기 위해 형성된다.
Description
본 발명은 로봇 프로그램을 실행하기 위해 형성된 그리고 셋업된 로봇 제어기를 구비하는, 그리고 부재들을 통해 연결된 적어도 3개의 관절을 갖는 로봇암 (robot arm) 을 구비하는, 그리고 상기 적어도 3개의 관절에 상응하는 개수의 드라이브들 (drives) 을 구비하는 로봇에 관한 것이며, 상기 드라이브들 중 각각의 드라이브는 그에 할당된, 상기 적어도 3개의 관절 중 한 관절을 조절하기 위해 형성되고, 상기 할당된 관절을 자동적으로 조절하기 위해, 상기 로봇 프로그램에 따라 자동화되어 또는 수동 주행 모드에서 상기 로봇 제어기를 통해 구동될 수 있다.
US 2012/0048027 A1 로부터, 암 (arm), 제 1 로드 센서 (load sensor), 및 하나 또는 다수의 조절부재를 포함하는 로봇이 알려져 있고, 상기 제 1 로드 센서는 압전 몸체를 포함하고, 상기 압전 몸체의 자연적 주파수는 상기 암을 형성하는 구조 재료의 자연적 주파수보다 높고, 상기 하나 또는 다수의 조절부재는 상기 암을 구동시키기 위해 상기 암 안에 제공되고, 이때 센서 고정장치는 상기 로봇암의 베이스 단부에 가장 가까이 있는 상기 암 안의 상기 조절부재들 내부에서의 상기 조절부재의 베이스 안에 제공되고, 상기 제 1 로드 센서는 상기 센서 고정장치 안에 제공된다.
EP 1 353 159 A2 로부터, 일체식 디스크 모양의 수용 부품 형태의 토크센서 (torque sensor) 가 알려져있고, 상기 토크센서는 제 1 힘 도입부위들을 갖는 원형 고리 모양의 내부 플랜지 (inner flange) 와, 제 2 힘 도입부위들을 갖는 원형 고리 모양의 외부 플랜지 (outer flange) 와, 상기 두 플랜지 사이에 형성된, 방사상으로 연장되는, 각각 기계적으로 약화된 섹션을 갖는 연결웨브들 (connecting webs) 로 구성되고, 상기 기계적으로 약화된 섹션에는, 압력에 민감한 또는 신장에 민감한, 전기적 출력신호들을 발생시키는 센서들이 제공되고, 상기 센서들은 휘트스톤 브리지의 원리에 따라, 토크가 검출 가능한 방식으로 각각 4분의 1 브리지, 또는 하프 브리지 또는 풀 브리지로 접속되어 있고, 상기 토크센서는, 상기 수용 부품이 관련된, 배열된, 평평한 윗면을 구비하고, 상기 연결웨브들의 상기 기계적으로 약화된 섹션들은 각각 얇은 멤브레인 모양의 폐쇄부를 갖는 아래측 리세스 (recess) 로서 형성되고, 이때 상기 멤브레인 모양의 폐쇄부들의 평평한 평면의 윗면에 센서들이 제공되어 있음으로써 특징지어져 있다.
본 발명의 목적은 로봇암이 상기 로봇암의 내부에서 발생하는 힘의 측정을 통해 특히 정확한 방식으로 포지셔닝 (positioning) 될 수 있는 로봇을 만들어내는 것이다.
이 목적은, 본 발명에 따르면, 로봇 프로그램을 실행하기 위해 형성된 그리고 셋업된 로봇 제어기를 구비하는, 그리고 부재들을 통해 연결된 적어도 3개의 관절을 갖는 로봇암을 구비하는, 그리고 상기 적어도 3개의 관절에 상응하는 개수의 드라이브들을 구비하는 로봇으로서, 상기 드라이브들 중 각각의 드라이브는 그에 할당된, 상기 적어도 3개의 관절 중 한 관절을 조절하기 위해 형성되고, 상기 할당된 관절을 자동적으로 조절하기 위해, 상기 로봇 프로그램에 따라 자동화되어 또는 수동 주행 모드에서 상기 로봇 제어기를 통해 구동될 수 있고, 이때 상기 부재들 중 적어도 하나는:
- 미리 정해져 있는 방향에서 상기 부재에서의 힘을 측정하기 위해 형성된, 힘 측정 장치를 구비하고,
- 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인 (kinematic joint chain) 에 있어서 상기 부재의 바로 상류에 설치된 상기 로봇암의 관절과 연결된, 제 1 구조부품 (structural component) 을 구비하고,
- 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 부재의 바로 하류에 설치된 상기 로봇암의 관절과 연결된, 제 2 구조부품을 구비하고,
- 상기 제 1 구조부품을 상기 제 2 구조부품과 연결하는 베어링 배열체 (bearing arrangement) 를 구비하고, 상기 베어링 배열체는 다만 하나의 유일한 베어링 자유도를 그대로 두고 강성적으로 (rigidly) 상기 제 1 구조부품을 상기 제 2 구조부품과 연결하기 위해 형성되고,
- 이때 상기 유일한 베어링 자유도는, 상기 힘 측정 장치가 상기 힘을 측정하기 위해 셋업되어 있는 방향에서만 가동성 (movability) 을 허용하기 위해 형성되는,
로봇을 통해 달성된다.
관련 로봇 제어기를 갖는 로봇암, 특히 산업용 로봇들은, 물체를 자동적으로 핸들링하기 위해 그리고/또는 가공하기 위해 공구를 갖추고 있을 수 있는 그리고 다수의 운동축에서 예컨대 방위, 위치 및 작업흐름과 관련하여 프로그래밍 가능한 작업기계들이다. 산업용 로봇들은 통례적으로 관절들을 통하여 연결된 다수의 부재 및 프로그래밍 가능한 로봇 제어기 (제어장치) 를 갖는 로봇암을 구비하고, 상기 로봇 제어기는 작동 동안 상기 로봇암의 운동 시퀀스를 자동적으로 제어하고 또는 조절한다. 상기 부재들은 상기 로봇 제어기에 의해 액추에이팅되는 드라이브들, 특히 전기적 드라이브들을 통하여, 특히 상기 관절들의 운동자유도를 나타내는 상기 산업용 로봇의 운동축들과 관련하여 움직여진다.
상기 로봇은 예컨대 산업용 로봇일 수 있고, 상기 산업용 로봇은 특히 직렬로 잇따르는 회전축들, 특히 6개의 회전축을 갖는 관절식 암 로봇일 수 있다. 대안적으로, 상기 로봇은 스카라 로봇 (SCARA robot), 즉 수평 관절식 암 로봇일 수 있고, 상기 수평 관절식 암 로봇은 일반적으로 4 자유도 또는 축, 즉 관절들을 구비하고, 상기 관절들 중 3개의 관절은 회전관절일 수 있고, 한 관절은 슬라이딩 관절 (sliding joint) 이다. 상기 로봇은 이른바 경량 로봇일 수도 있고, 상기 경량 로봇은 특히 직렬로 잇따르는 7개의 회전축을 구비할 수 있다. 대안적으로, 상기 로봇은 스카라 로봇, 특히 6 자유도를 갖는 스카라 로봇일 수도 있다.
상기 산업용 로봇은 특히 리던던트 (redundant) 산업용 로봇일 수 있고, 상기 리던던트 산업용 로봇이란 과제를 실현하기 위해 필요한 것보다 많은 조작적 (manipulatory) 자유도를 갖는, 로봇 제어기를 이용해 움직일 수 있는 로봇암을 말한다. 리던던시 (redundancy) 의 정도는 상기 로봇암의 자유도의 개수와, 상기과제가 해결되어야 하는 사건공간 (event space) 의 차원 사이의 차이로부터 발생한다. 그는 이때 키네메틱 리던던시 또는 과제 특유의 리던던시일 수 있다. 상기 키네메틱 리던던시에 있어서, 키네메틱 자유도의 개수, 일반적으로 상기 로봇암의 관절들의 개수는, 실제 환경에서 공간 안에서의 운동시 3 병진자유도와 3 회전자유도를 통해, 즉 6 자유도에 의해 형성되는 사건공간보다 크다. 즉, 리던던트 산업용 로봇은 예컨대 7개의 관절, 특히 7개의 회전관절을 갖는 경량 로봇일 수 있다. 이와 반대로, 상기 과제 특유의 리던던시에 있어서는, 과제설정의 차원은 상기 로봇암의 키네메틱 자유도의 개수보다 작다. 이는 예컨대 상기 로봇암이 그의 핸드 플랜지에서, 공구 구동축 둘레로 회전 가능한 나사공구를 받치면 그리고 상기 로봇암의 회전관절들 중 하나가 이 공구 구동축을 따라서 정렬되면 그러하다.
경량 로봇들은 우선 그들이 인간-기계 협력을 위해 유리한 크기를 가짐으로써 그리고 이때 그의 자체 무게에 대해 비교적 높은 하중지지능력을 가짐으로써 통례의 산업용 로봇들과 구별된다. 그 밖에, 경량 로봇들은 특히 위치조절만 되어 작동되는 대신에 힘조절되어 그리고/또는 모멘트 조절되어서도 작동될 수 있고, 이는 예컨대 인간-로봇 협력을 보다 안전하게 한다. 또한, 이를 통해 이러한 안전한 인간-기계 협력이 달성될 수 있고, 따라서 예컨대 작업자 및 기계 조립 기사와 같은 사람들과 로봇암의 의도치 않은 충돌이 저지될 수 있고 또는 적어도 이렇게 약화될 수 있고, 따라서 사람, 구체적으로는 기계 조립 기사에게 상해가 발생하지 않는다.
이러한 로봇암 또는 이러한 경량 로봇은 바람직하게는 6개보다 많은 자유도를 가지며, 따라서 이 점에 있어서는 과잉 결정된 시스템이 만들어내지고, 이를 통해 공간 안의 동일한 점 (point) 은 동일한 방위에서 다수의, 특히 심지어 끝이 없이 많은 여러 가지의, 상기 로봇암의 포즈들 (poses) 에서 달성될 수 있다. 상기 경량 로봇은 적합한 방식들로 외부 힘작용에 반응할 수 있다. 힘측정을 위해, 각각 관절들에 배치된 토크센서들이 사용될 수 있고, 상기 토크센서들은 다수의 공간방향 (direcion in space) 에서 토크 및 힘을 파악할 수 있고 또는 측정할 수 있다. 대안적으로 또는 보충적으로, 외부 힘은 센서 없이도, 예컨대 상기 경량 로봇의 관절들에서의 드라이브들의 측정된 모터전류에 근거하여 추정될 수 있다. 조절 구상들로서는, 예컨대 기계적 저항 (임피던스) 으로서의 상기 경량 로봇의 모델링을 통한 간접적 힘조절, 또는 직접적 힘조절이 이용될 수 있다.
상기 로봇암의 관절들의 힘조절된 그리고/또는 모멘트 조절된 액추에이팅에 있어서, 상기 로봇암의 관절들은 그들의 강성과 관련하여 파라미터화될 수 있다. 모든 실시들에 있어서, 이를 위해 상기 로봇암의 드라이브들의 힘조절된 그리고/또는 모멘트 조절된 액추에이팅은 임피던스 조절 또는 어드미턴스 조절을 이용해 수행될 수 있다. 상기 로봇 제어기는, 안전한 인간-로봇 협력에 적합한 상기 로봇암의 잘 휘는 성질을 특히 임피던스 조절 또는 어드미턴스 조절을 이용해 발생시키기 위해 셋업될 수 있다. 이런 종류의 잘 휘는 성질 조절에 있어서, 수동 주행 모드는, 상기 로봇암이 작업자에 의해 손으로 안내될 수 있다는 것도, 즉 상기 로봇암의 관절들이 수동으로 조절될 수 있다는 것도 의미할 수 있다.
동일한 방식으로, 스카라 로봇도 각각 관절들에 배치된 토크센서들을 구비할 수 있고, 상기 토크센서들은 다수의 공간방향에서 토크 및 힘을 파악할 수 있고 또는 측정할 수 있다. 대안적으로 또는 보충적으로, 스카라 로봇에 있어서도 외부 힘은, 특별한 토크센서 부품들을 사용하지 않으면서, 예컨대 상기 스카라 로봇의 관절들에서의 드라이브들의 측정된 모터전류에 근거하여서만 추정될 수 있다.
상기 로봇이, 특히 상기 로봇의 관절들 안의 토크센서들에 대해 보충적으로, 상기 로봇암의 한 부재에서 또는 다수의 부재에서 본 발명에 따른, 특히 별도의 힘 측정 장치를 구비하고, 상기 힘 측정 장치는, 미리 정해져 있는 방향에서 상기 부재에서의 힘을 측정하기 위해 형성됨으로써, 상기 로봇암에 작용하는 힘의 특히 정확한 결정 (determination) 이 수행될 수 있다. 힘의 이러한 정확한 결정은 특히, 여전히 상기 로봇암의 포지셔닝 정확도가 특히 정확할 정도로 또는 특히 정확하게 지속될 정도로 수행되어야 한다.
이하, 본 발명은 상기 로봇암의 하나의 예시적인 개별적인 부재를 근거로 기술된다. 그러나, 본 발명에 따른 힘 측정 장치는, 기술한 바와 같이 하나 또는 다수의 실시변형에 따라, 각각 상기 로봇암의 2개의 또는 그 보다 많은, 특히 모든 부재들에서도 제공될 수 있다.
원칙적으로, 이러한 본 발명에 따른 부재는 두 부분으로 구성될 수 있고, 즉 그는 예컨대 상기 로봇암의 상기 부재의 제 1 하우징 절반일 수 있는 제 1 구조부품과, 예컨대 상기 로봇암의 상기 부재의 제 2 하우징 절반일 수 있는 제 2 구조부품을 구비한다. 상기 제 1 구조부품은 적어도 미미한 규모로, 즉 적어도 상기 힘 측정 장치의 조절거리의 자릿수에서, 상기 제 2 구조부품에 대해 조절 가능하게 배치된다. 이러한 조절 가능한 배치는, 상기 제 1 구조부품이 상기 제 2 구조부품과 관련하여 조절 가능하게 설치됨으로써 달성되고, 즉 상기 제 1 구조부품이 상기 제 2 구조부품에 조절 가능하게 설치되고, 또는 상기 제 2 구조부품이 상기 제 1 구조부품에 조절 가능하게 설치된다. 상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품 서로간의 이러한 조절 가능성을 위해, 본 발명에 따른 베어링 배열체가 제공된다.
상기 베어링 배열체는 하나의 유일한 자유도를 가지며, 즉 상기 제 1 구조부품은 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적으로 오로지, 상기 힘 측정 장치가 힘을 측정하기 위해 셋업되어 있는 방향에서만 조절될 수 있다. 이러한 방향은 힘 측정방향이라고도 불릴 수 있다. 모든 다른 방향들에서는, 특히 모든 다른 직교 (Cartesian) 공간방향들에서는, 상기 베어링 배열체는 상기 제 1 구조부품을 상기 제 2 구조부품과 강성적 방식으로 연결한다. 힘 측정방향에서, 즉 상기 베어링 배열체가 그의 유일한 자유도를 갖는 방향에서, 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 조절이 가능하고, 그러나 상기 힘 측정 장치의 상기 설계에 의한 조절거리가 이용될 수 있을 정도로 작은 규모로만 가능하다. 상기 베어링 배열체는 특히, 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의, 상기 힘 측정 장치의 상기 설계에 의한 조절거리를 넘어서는 조절을 저지하기 위해, 즉 허용하지 않기 위해 형성될 수 있다. 상기 힘 측정 장치의 상기 설계에 의한 조절거리를 넘어서는 상기 베어링 배열체의 조절은 예컨대 엔드 스톱들 (end stops) 을 통해 저지될 수 있고, 상기 엔드 스톱들은 상기 제 1 구조부품에 그리고/또는 상기 제 2 구조부품에 배치될 수 있고, 상기 엔드 스톱들은, 상기 힘 측정 장치의 최대 조절거리에 도달할시 또는 그를 넘을시 상기 구조부품과 상기 제 2 구조부품을 형상 결합으로 충돌하게 하기 위해 형성된다.
상기 힘 측정 장치는 직접적인 힘측정을 위해 형성될 수 있다. 상기 힘 측정 장치는 특히 1차원 힘측정을 위해 형성될 수 있다. 그러나 상기 힘 측정 장치는 모멘트 측정 장치에 의해서도 형성될 수 있다. 특히, 상기 힘 측정 장치는 1차원 또는 다차원 힘센서 (force sensor) 및/또는 1차원 또는 다차원 모멘트 센서 (moment sensor) 를 구비할 수 있다.
안전을 이유로 엔드 스톱들이 제공될 수 있고, 상기 엔드 스톱들은, 예컨대 상기 힘 측정 장치의 기계적 파괴가 생기는 경우, 상기 두 구조부품 서로간의 컨트롤되지 않은, 특히 너무 큰 운동을 저지한다.
엔드 스톱들의 제 1 실시변형에 있어서, 예컨대 상기 베어링 배열체의 4관절 배열체의 경우 상기 엔드 스톱들은 상기 4관절 배열체의 각각 하나의 4관절-부재, 또는 관절 커플러 (joint coupler) 또는 링크 (link) 와 상기 각각의 구조부품 사이에 배치될 수 있다. 병렬 키네메틱스 (parallel kinematics) 는 엔드 스톱들의 통합을 위한 여러 가지의 출발점을 제공한다. 상기 4관절-부재들, 또는 관절 커플러들, 또는 링크들은, 결정된 운동각도를 넘은 후 그들이 상기 구조부품들 중 하나와 충돌할 정도로 구성될 수 있다.
엔드 스톱들의 제 2 실시변형에 있어서, 상기 엔드 스톱들은 상기 구조부품들 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 구조부품들은, 결정된 각도를 넘어서는 상기 4관절의 운동시 상기 구조부품들이 서로 충돌할 정도로 결합되어 있을 수 있고, 이를 통해 상기 관절의 계속적인 운동이 저지된다.
상기 로봇암의 상기 해당 부재는, 적용에 따라서, 즉 미리 정해져 있는 정도로 힘이 측정되어야 하는 방향을 제외하고, 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 모든 운동방향들이 봉쇄되는 정도로 구성된다. 본 발명에 따른 상기 힘 측정 장치는, 측정되어야 하는 힘흐름이 상기 베어링 배열체의 자유도를 따라서 상기 힘 측정 장치를 통하여 수행될 정도로 상기 부재의 내부에 배치되고 또는 상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품 사이에 배치된다. 상기 힘 측정 장치의 상기 실제의 조절거리, 또는 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 실제의 이동경로는 측정되어야 하는 힘의 크기에 의존하여 상기 힘 측정 장치의 강성에 상응하여 생긴다. 상기 힘 측정 장치는 당업자에게 그 자체가 알려져 있는 힘센서 및/또는 모멘트 센서, 특히 토크센서일 수 있다. 이러한 종류의 토크센서는 예컨대 EP 1 353 159 A2 에 따라 구성될 수 있다.
상기 베어링 배열체는, 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 이동을 허용하기 위해 형성될 수 있다.
상기 베어링 배열체는 특별히, 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절로부터 상기 하류에 설치된 관절을 가리키는 거리 직선에 대해 수직으로 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 이동을 허용하기 위해 형성될 수 있다.
상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품을 이용해, 상기 로봇의, 두 부분으로 된 부재가 만들어내진다. 상기 두 구조부품은 하나의 자신의 키네메틱스, 즉 베어링 배열체를 통하여 연결된다. 이 베어링 배열체는 이 실시형태의 경우, 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절로부터 상기 하류에 설치된 관절을 가리키는 거리 직선에 대해, 상기 제 2 제 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 적어도 근사적으로 또는 심지어 정확히 수직인 이동을 야기시키기 위해 형성된다. 달리 표현하자면, 다만 하나의 유일한 자유도를 갖는 상기 베어링 배열체는, 상기 구조부품들 중 하나를 제 1 위치 밖으로 제 2 위치로 조절하기 위해 형성되고, 상기 제 2 위치에 있어서 상기 구조부품은 그의 제 1 위치에 대해 평행 오프셋된다. 이러한 평행 오프셋 (parallel offset) 은, 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 베어링 배열체의 상기 부재의 상류에 설치된 관절로부터 그의 하류에 설치된 관절을 가리키는 거리 직선에 대해 평행으로 정렬되어 수행될 수 있다. 상기 평행 오프셋은 특히 상기 거리 직선에 대해 수직인 방향에서 수행될 수 있다.
구조적으로 본질적인 것으로 축약된 실시에 있어서, 이에 따라서 상기 제 1 구조부품은 커플링 로드들 (coupling rods) 이라고도 불릴 수 있는, 평행으로 배치된 2개의 링크를 통하여 상기 제 2 구조부품과 연결될 수 있다. 각각의 링크는 이때 마주 보고 있는 2개의 링크 베어링들을 구비할 수 있고, 상기 링크 베어링들 각각은, 상기 링크를 하나의 개별적인 자유도 만큼 회전 가능하게 한편으로는 상기 제 1 구조부품과 연결하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 상기 제 2 구조부품과 연결하기 위해 형성된다. 상기 두 구조부품과 상기 두 링크 또는 커플링 로드들은 이를 통해 4관절을 형성할 수 있다.
구체적인 실시형태에 있어서, 이에 따라서 상기 베어링 배열체는 4관절을 구비할 수 있고, 상기 4관절은 제 1 입력관절과 제 1 출력관절을 갖는 제 1 4관절-부재를 구비하고, 제 2 입력관절과 제 2 출력관절을 갖는 제 2 4관절-부재를 구비하고, 이때 상기 제 1 입력관절과 상기 제 2 입력관절은 상기 제 1 구조부품과 연결되고, 상기 제 1 출력관절과 상기 제 2 출력관절은 상기 제 2 구조부품과 연결된다.
상기 제 1 4관절-부재는 이 점에 있어서는 제 1 링크 또는 제 1 커플링 로드일 수 있다. 상기 제 2 4관절-부재는 이 점에 있어서는 제 2 링크 또는 제 2 커플링 로드일 수 있다.
상기 로봇암의 구동된 관절들의 키네메틱 체인에 있어서, 일반적으로 상기 관절들의 순번, 즉 예컨대 제 1 축을 받치는, 상기 로봇암의 고정된 베이스, 즉 기본 받침대로부터 시작하여, 예컨대 6번째 또는 7번째의 축을 받치는, 상기 로봇암의 핸드 플랜지까지 축들은 상행적으로 표시될 수 있다. 이에 따라서, 상기 키네메틱 체인에 있어서 하류에 설치된 관절은 상류에 설치된 관절보다 상기 로봇암의 상기 핸드 플랜지에 가까이 있을 수 있다.
즉, 이에 따라서, 상기 4관절의 상기 제 1 입력관절과 상기 4관절의 상기 제 2 입력관절은 상기 로봇암의 상기 상류에 설치된, 구동된 관절과 연결될 수 있다. 이에 따라서, 상기 4관절의 상기 제 1 출력관절과 상기 4관절의 상기 제 2 출력관절은 상기 로봇암의 상기 하류에 설치된, 구동된 관절과 연결될 수 있다.
상기 두 구조부품의 평행 오프셋을 초래하는 힘이 상기 힘 측정 장치로 측정되기 때문에, 상기 베어링 배열체는, 힘이 마찰 없이 또는 기껏해야 적은 마찰을 갖고 전달될 정도로, 힘이 스틱슬립 (Stick Slip) 거동 없이 또는 기껏해야 적은 스틱슬립 거동을 갖고 전달될 정도로, 상기 베어링 배열체가 그 자체 안에 반대 모멘트를 발생시키지 않거나 또는 기껏해야 적은 반대 모멘트를 발생시킬 정도로, 그리고 지지 구조에의, 즉 상기 로봇암, 특히 그의 부재들에의 다른 하중, 예컨대 비틀림 모멘트 (torsional moment) 가 상기 베어링 배열체를 끼어 움직이지 않게 하지 않을 정도로 실시되어야 한다.
상기 4관절의 상기 관절들은 예컨대 재료 결합식 그리고/또는 형상 결합식 관절들일 수 있고, 슬라이딩 베어링 또는 롤링 베어링일 수 있다. 롤링 베어링을 갖고, 단지 적은 마찰을 갖는 그리고 비틀림에 있어서 강성적으로 배치될 수 있는 4관절이 구성될 수 있다. 하지만 이 베어링은 비용이 많이 들고, 키네메틱스의 걸림 (jamming) 이 발생하지 않도록 관절들은 서로 매우 잘 정렬되어야 한다. 이 관절들 안의 단지 매우 작은 회전각도들에 근거하여, 롤링 베어링은 가장 좋은 선택이 아니다. 슬라이딩 베어링은 뚜렷한 스틱슬립 효과를 가지며, 여유 공간 없이 변화하는 비틀림 모멘트를 상기 구조 안에 흡수할 수 있기 위해 (이는 쉽게 걸림을 초래할 수 있다) 잘 조절되어야 한다.
본 발명에 따르면, 그렇기 때문에 상기 4관절의 상기 관절들, 특히 상기 제 1 입력관절, 상기 제 1 출력관절, 상기 제 2 입력관절 및 상기 제 2 출력관절은 굽힘관절들 (bending joints) 일 수 있고, 상기 굽힘관절들은, 다만 상기 로봇암의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절로부터 상기 하류에 설치된 관절을 가리키는 거리 직선에 대해 수직으로 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 이동을 허용하기 위해, 그리고, 특히 상기 거리 직선에 대해 평행으로 또는 직각으로 연장되는 회전축 둘레로의, 상기 제 2 구조부품에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품의 비틀림을 저지하기 위해 형성된다.
굽힘요소들을 구비할 수 있는 상기 굽힘관절들은, 그들이 한편으로는 쉽게 구부려질 수 있을 정도로 그리고 다른 한편으로는 변화하는 비틀림하중 (torsional loads) 에 있어서 충분한 강성을 가질 정도로 구성될 수 있다. 베어링 배열체로서의 굽힘요소들은, 그들이 변형에 있어서 스틱슬립 거동을 나타내지 않는다는 장점을 갖는다. 변형을 위해서는, 측정시 더 이상 상기 힘 측정 장치, 즉 힘센서에 의해 감지되지 않는, 힘 또는 모멘트가 필요해진다. 그러나, 이 굽힘모멘트는 반복 가능하게 알려져 있고, 그러므로 캘리브레이션시 고려될 수 있다.
예컨대 베어링점 (bearing point) 마다 2개의 굽힘 박판 세그먼트들의 직각 배치는, 그의 세로축을 따라서 상기 구조에 작용하는 예컨대 비틀림 모멘트와 관련된 상기 4관절의 강성적 베어링을 가능하게 한다. 링크들, 즉 상기 제 1 4관절-부재와 상기 제 2 4관절-부재는 그들의 세로방향 연장에 있어서 커지기 때문에, 이는 베어링 안의 마찰, 반대 모멘트, 및 스틱슬립 효과를 감소시킨다. 이는 상기 베어링들 위로의 모멘트가, 작용하는 외부 힘에 근거하여 상기 링크 길이의 레버암 (lever arm) 과 함께 커지기 때문이다. 그 밖에도, 변하지 않는 평행 오프셋에 있어서 상기 베어링들 안의 회전각도는 작아진다.
이렇게, 상기 제 1 4관절-부재와 상기 제 2 4관절-부재는 각각 상기 로봇암의 상기 부재의 세로방향 연장으로의 길이를 가질 수 있고, 상기 길이는 상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품 사이의 간격보다 크고, 상기 간격의 내부에 상기 힘 측정 장치, 특히 토크센서와 그의 부가 플랜지들 및/또는 레버들, 이 배치된다.
힘측정은 작용하는 힘에 근거한 가로방향 힘에 대해 디커플링된 (decoupled), 그리고 굽힘 박판들을 갖고 설치된 4관절 키네메틱스에 있어서 걸림으로부터 보호되어 안내되는 모멘트 센서의 도움을 받아 수행될 수 있다. 이 실시에 있어서, 굽힘 박판들이 베어링 기능을 떠맡는다. 굽힘각도들이 매우 작기 때문에, 상기 관절들의 회전축의 운동이 거의 발생하지 않는다. 키네메틱스를 단단하게 하기 위해 그리고 세로축을 따른 비틀림 모멘트를 통한 영향을 감소시키기 위해, 상기 박판의 굽힘길이는 매우 짧을 수 있다. 대안적으로 또는 보충적으로, 평행 키네메틱스의 링크들, 즉 상기 4관절의 커플링 로드들은 길어질 수 있고, 즉 이렇게 길어진 레버암을 통하여 상기 굽힘 박판 위로의 굽힘 모멘트를 증대시키기 위해 그리고 상기 박판들의 굽힘각도를 감소시키기 위해, 상기 두 구조부품 사이의 설치공간보다 클 수 있다. 상기 링크들의 또는 상기 커플링 로드들의 길이가 센서 고정부들의 간격보다 큰 것을 가능하게 하기 위해, 상기 링크들은 상기 구조의 외부에 배치될 수 있다. 상기 힘 측정 장치, 특히 센서는 상기 4관절의 내부에 있다.
하지만 힘측정은, 작용하는 힘에 근거한 가로방향 힘에 대해 디커플링된, 그리고 변형요소들을 갖고 설치된 4관절 키네메틱스에 있어서 걸림으로부터 보호되어 안내되는 모멘트 센서의 도움을 받아서도 수행될 수 있다. 차이는 상기 4관절의 베어링의 종류에 있다. 상기 링크 또는 상기 커플링 로드와 상기 구조부품들 사이에 각각 베어링 부시가 있고, 상기 베어링 부시는 상기 링크 및 상기 구조부품과 형상 결합으로 연결된다. 사용된 재료는 주변의 기하학적 배치에 있어서, 수직력이 매우 작은 변형을 갖고 전달되고, 적은 반대 모멘트를 갖고 회전축 둘레로 상기 링크의 작은 운동이 가능하다는 특성을 가질 수 있다. 이 회전에 있어서 부시와 링크 또는 구조부품 사이의 상대운동이 발생하지 않고, 이는 다른 경우에는 스틱슬립 현상을 동반하여 나타날 것이다.
굽힘관절들에 대해 대안적으로, 베어링은 슬라이딩 요소들을 통하여 수행될 수 있다. 예컨대, 이때 재료 결합식 베어링이 제공될 수 있고, 상기 재료 결합식 베어링에 있어서, 수직력을 본질적인 변형 없이 전달하는, 즉 높은 E 계수를 구비하는 그리고 전단력에 적은 저항을 보이는, 즉 낮은 전단계수를 갖는 재료로 만들어진, 재료 결합식 부품이 이용된다. 베어링의 이 종류는 비용절감적으로 구성될 수 있고, 세로방향으로의 비틀림 모멘트를 틸팅 없이 흡수할 수 있다.
하기에서 기술되는, 토크센서를 갖는 상기 힘 측정 장치의 모든 변형들에 있어서, 상기 토크센서는 근본적으로, 적어도 본질적으로 또는 유사하게 EP 1 353 159 A2 에 따른 토크센서에 따라 구성될 수 있다.
제 1 변형에 있어서, 상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들, 특히 스트레인 센서들 (strain sensors) 을 갖추고 있고, 이때 상기 토크센서는 상기 외부 플랜지와 연결된 레버를 구비하고, 상기 레버는 상기 제 2 구조부품과 연결되고, 이때 상기 내부 플랜지는 상기 제 1 구조부품과 연결된다.
제 2 변형에 있어서, 상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들, 특히 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 이때 상기 토크센서는 상기 내부 플랜지와 연결된 레버를 구비하고, 상기 레버는 상기 제 2 구조부품과 연결되고, 이때 상기 외부 플랜지는 상기 제 1 구조부품과 연결된다.
제 3 변형에 있어서, 상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들, 특히 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 이때 상기 토크센서는 상기 외부 플랜지와 연결된 레버를 구비하고, 상기 레버는 상기 제 1 구조부품과 연결되고, 이때 상기 내부 플랜지는 상기 제 2 구조부품과 연결된다.
제 4 변형에 있어서, 상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들, 특히 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 이때 상기 토크센서는 상기 내부 플랜지와 연결된 레버를 구비하고, 상기 레버는 상기 제 1 구조부품과 연결되고, 이때 상기 외부 플랜지는 상기 제 2 구조부품과 연결된다.
상기 토크센서의 상기 기술된 변형들에 있어서, 상기 한 구조부품은 상기 두 링크 또는 커플링 로드들을 통하여 상기 다른 구조부품에 대해 상대적으로 평행으로 원형 경로를 따라서 움직여질 수 있다. 상기 한 구조부품에, 모멘트 센서의 내부영역이 고정된다. 상기 모멘트 센서의 외부 부분 둘레에 링이 있고, 상기 링에 레버가 부착되고, 상기 레버의 단부는 상기 다른 구조부품에서 붙잡힌다. 이 홀딩 연결 (holding connection) 은 그의 세로축을 따른 상기 레버의 작은 운동을 가능하게 한다. 상기 한 구조부품이 붙잡히면 그리고 상기 다른 구조부품에, 평행 키네메틱스의 운동방향으로의 성분을 갖는 힘이 작용하면, 상기 모멘트 센서의 외부링은 그의 내부링에 대한 모멘트를 겪는다. 이 모멘트는, 상기 모멘트 센서의 중심점과 상기 레버의 고정부의 중심점 사이의 간격과 곱해져 운동방향으로의 힘에 상응한다.
즉, 상기 모멘트 센서는 이러한 실시형태에 있어서, 그에 2개의 연결부가 포함되어 있을 정도로 구성되고, 상기 연결부들을 통하여, 그들을 서로 정의된 축 둘레로 조이는 모멘트가 측정될 수 있다. 상기 모멘트 센서의 연결은, 상기 모멘트 센서의 한 연결부는 상기 한 구조부품과 연결되고 상기 모멘트 센서의 다른 연결부는 레버를 통하여 상기 다른 구조부품에 밀착할 정도로 수행된다. 힘을 통한 상기 두 구조부품 서로간의 이동은 상기 정의된 축 둘레의 상기 모멘트 센서의 비틀림 (torsion) 을 야기시킨다. 이 비틀림은 상기 모멘트 센서 안에서, 측정될 수 있는 그리고 레버 길이에 근거하여 힘이 결정될 수 있게 하는 반대 모멘트를 발생시킨다.
일반적으로, 모든 상응하는 실시들에 있어서 상기 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀 (ball head pin) 을 구비할 수 있고, 상기 볼헤드 핀은 상기 제 1 구조부품과 연결된 관절로드 (joint rod) 의 리세스, 특히 긴 구멍 또는 정사각형 구멍과 맞물리고, 상기 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀을 구비할 수 있고, 상기 볼헤드 핀은 위로의 제 3 스톱과 아래로의 제 4 스톱을 구비하는 그리고 상기 제 2 구조부품과 연결된 관절로드의 리세스, 특히 개구부와 맞물리는, 특히 위로의 제 1 스톱과 아래로의 제 2 스톱을 구비한다.
변화된 실시유형에 있어서, 상기 토크센서의 상기 내부 플랜지는 중간 세그먼트 (intermediate segment) 와 연결될 수 있고, 상기 중간 세그먼크는 한편으로는 제 1 4 관절-부재 및 제 2 4 관절-부재를 통하여 상기 제 1 구조부품과 커플링되고 (coupled), 다른 한편으로는 제 1 4 관절-부재 및 제 2 4 관절-부재를 통하여 상기 제 2 구조부품과 커플링되고, 이때 상기 외부 플랜지는 2개의 레버를 구비하고, 상기 레버들 중 한 레버는 상기 제 1 구조부품과 연결되고, 다른 레버는 상기 제 2 구조부품과 연결된다.
힘측정은 작용하는 힘에 근거한 가로방향 힘에 대해 디커플링된 모멘트 센서의 도움을 받아 수행될 수 있다. 상기 모멘트 센서를 상기 작용하는 힘을 통해 생기는 상기 가로방향 힘으로부터 디커플링하기 위해, 상기 모멘트 센서는 2개의 대칭적 레버를 통하여 부하를 받고 배치될 수 있다. 상기 모멘트 센서는 이 경우 이를 위해 중간 세그먼트에 부착되고, 상기 중간 세그먼트는 이렇게 평행 키네메틱스의 두 링크 사이에 중앙에 설치되고, 따라서 그는 마찬가지로 평행으로 함께 움직여진다. 상기 한 구조부품의, 상기 다른 구조부품의 그리고 상기 중간 세그먼트의 베어링점들은 직선을 따른 각각의 링크 위에 있다. 힘이 상기 모멘트 센서에서의 2개의 레버에 작용하기 때문에, 동일한 모멘트를 얻기 위해, 이전의 해결책과 비교하여 두 번 단지 절반 길이의 레버가 필요해진다. 그 결과, 동일한 주변조건들에 있어서 최대 평행 오프셋은 단지 크기가 절반이다.
하지만, 힘측정은 작용하는 힘에 근거한 가로방향 힘에 대해 디커플링된 그리고 걸림으로부터 보호되어 키네메틱스 안에 설치된 모멘트 센서의 도움을 받아서도 수행될 수 있다. 상기 모멘트 센서는 이 경우 중간 세그먼트 안의 연결부와 고정된다. 상기 중간 세그먼트는 평행 키네메틱스의 링크들에 대한 연결부로 쓰이는 그의 단부들에서, 볼 모양의 (ball-shaped) 뾰족한 끝을 구비한다. 상기 모멘트 센서의 다른 연결부에는, 2개의 대칭적인, 동일한 길이의 레버들을 구비하는 부품이 고정되고, 상기 레버들은 볼 모양으로 끝난다. 상기 모멘트 센서의 한 연결부와 연결된 상기 두 레버의 상기 볼 모양의 단부들은 각각 상기 한 구조부품 안의 그리고 상기 다른 구조부품 안의 한 슬로티드 가이드 (slotted guide) 안에 붙잡힌다. 상기 한 슬로티드 가이드는 측정되어야 하는 힘의 방향을 따라서 상기 볼 단부를 고정시킨다. 모든 다른 운동방향들은 제한되지 않는다. 이는 예컨대 직사각형 리세스를 통해 수행될 수 있고, 단지 두 폐쇄된 운동방향들에서만 상기 볼이 상기 직사각형 리세스를 스친다. 상기 레버의 다른 볼 단부는, 측정되어야 하는 힘을 따른 그리고 그에 대해 직각인 모든 운동방향들을 저지하는 슬로티드 가이드에 의해 붙잡힌다. 이는 예컨대 보어 (bore) 를 통하여 수행될 수 있고, 상기 보어 안에, 동일 평면에 놓여 상기 레버의 상기 볼 단부가 있다. 상기 평행 키네메틱스의 상기 링크들은 각각 하나의 보어를 구비할 수 있고, 상기 보어는 상기 링크들의 변위되지 않은 상태에서 서로 일직선으로 배치된다. 이 두 보어 안에, 동일 평면에 놓여 상기 중간 세그먼트의 볼 모양의 단부들이 있다. 이를 통해, 상기 중간 세그먼트 그리고 이로써 상기 모멘트 센서는 한 직선 위에서 붙잡히고, 상기 직선을 따라서 상기 중간 세그먼트가 움직이고, 상기 직선 둘레로 상기 중간 세그먼트가 회전할 수 있다. 이 베어링을 통해 상기 모멘트 센서는 측정되어야 하는 힘에 근거한 가로방향 힘들을 겪지 않고, 외부 부하에 근거한 상기 지지 구조의 작은 변형의 영향을 받지 않는다. 상기 모멘트 센서를 위한 베어링점들의 위치를 상기 지지 구조의 세로축을 따른 비틀림 모멘트의 영향으로부터 디커플링하기 위해, 상기 모멘트 센서는 중앙에서, 상기 센서에 대해 축대칭적인 상기 지지 구조 안에 도입된다. 상기 구조 안에서의 상기 모멘트 센서의 상기 중앙 정렬을 통해, 볼 모양의 접촉면들의 베어링점들은 비틀림을 통해 초래된 변형의 중립축들 위에 있다.
상기 힘 측정 장치는 토크센서에 대해 대안적으로 또는 보충적으로 힘센서를 구비할 수 있고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품과 또는 상기 제 2 구조부품과 연결된 제 1 센서 플랜지 (sensor flange) 를 구비하고, 상기 제 1 4관절-부재와 또는 상기 제 2 4관절-부재와 연결된 제 2 센서 플랜지를 구비한다.
상기 힘 측정 장치는 상기 토크센서에 대해 대안적으로 또는 보충적으로 힘센서를 구비할 수 있고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품과 연결된 제 1 센서 플랜지를 구비하고, 상기 제 2 구조부품과 연결된 제 2 센서 플랜지를 구비한다.
상기 힘 측정 장치는 힘센서를 구비할 수 있고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품과 또는 상기 제 2 구조부품과 연결된 제 1 센서 플랜지를 구비하고, 상기 제 1 4관절-부재와 또는 상기 제 2 4관절-부재와 연결된 제 2 센서 플랜지를 구비하고, 상기 두 센서 플랜지들은, 측정방향으로의 상기 제 1 구조부품의 그리고/또는 상기 제 2 구조부품의 이동을 초래하는 측정방향으로의 힘으로 상기 제 1 구조부품을 또는 상기 제 2 구조부품을 가압할시, 상기 그 사이에 놓여 있는 힘 측정 장치의 측정방향으로 움직이기 위해 형성될 수 있다.
대안적으로, 상기 힘 측정 장치는 힘센서를 구비할 수 있고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품과 연결된 제 1 센서 플랜지를 구비하고, 상기 제 2 구조부품과 연결된 제 2 센서 플랜지를 구비하고, 상기 두 센서 플랜지들은, 측정방향으로의 상기 제 1 구조부품의 그리고/또는 상기 제 2 구조부품의 이동을 초래하는 측정방향으로의 힘으로 상기 제 1 구조부품을 또는 상기 제 2 구조부품을 가압할시, 상기 그 사이에 놓여 있는 힘 측정 장치의 측정방향으로 움직이기 위해 형성될 수 있다.
상기 제 1 4 관절-부재는, 각각 2개의 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍을 가지며 횡단면에 있어서 정사각형인 제 1 리세스를 구비할 수 있고, 상기 중간 세그먼트는 제 1 볼헤드 (ball head) 를 받치는 제 1 레그 (leg) 를 구비할 수 있고, 상기 제 1 볼헤드는, 상기 마주 보고 있는 내벽들의 상기 한 쌍이 상기 제 1 볼헤드를 제 1 방향에서 안내하고, 상기 마주 보고 있는 내벽들의 다른 쌍이 상기 제 1 볼헤드를 상기 제 1 방향에 대해 수직으로 배치된 제 2 방향에서 안내할 정도로 상기 제 1 리세스 안에 삽입되고, 상기 두 방향은, 상기 힘 측정 장치가 부재에서의 힘을 측정하는 미리 정해져 있는 방향에 대해 수직으로 배치된다. 대안적으로 또는 보충적으로, 상기 제 2 4 관절-부재는, 각각 2개의 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍을 가지며 횡단면에 있어서 정사각형인 제 2 리세스를 구비할 수 있고, 상기 중간 세그먼트는 제 2 볼헤드를 받치는 제 2 레그를 구비할 수 있고, 상기 제 2 볼헤드는, 상기 마주 보고 있는 내벽들의 상기 한 쌍이 상기 제 2 볼헤드를 제 1 방향에서 안내하고, 상기 마주 보고 있는 내벽들의 다른 쌍이 상기 제 2 볼헤드를 상기 제 1 방향에 대해 수직으로 배치된 제 2 방향에서 안내할 정도로 상기 제 2 리세스 안에 삽입되고, 상기 두 방향은, 상기 힘 측정 장치가 부재에서의 힘을 측정하는 미리 정해져 있는 방향에 대해 수직으로 배치된다.
그러므로, 상기 힘 측정 장치, 특히 토크센서는, 상기 제 1 구조부품에 그리고/또는 상기 제 2 구조부품에 작용하는 외부 힘이 오로지 상기 힘 측정 장치에서의 또는 상기 토크센서에서의 비틀림하중을 초래할 정도로, 상기 제 1 레버, 상기 제 2 레버, 상기 제 1 레그 및/또는 상기 제 2 레그를 이용해 응력 (stress) 없이 설치될 수 있다.
상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들은 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 상기 토크센서는 상기 제 1 구조부품과 연결된, 상기 외부 플랜지와 연결된 제 1 레버를 구비하고, 상기 제 2 구조부품과 연결된, 상기 외부 플랜지와 연결된 제 2 레버를 구비한다.
대안적으로, 상기 힘 측정 장치는 토크센서를 구비할 수 있고, 상기 토크센서는 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 상기 내부 플랜지를 상기 외부 플랜지와 연결하는 연결웨브들을 포함하고, 상기 연결웨브들을 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 상기 토크센서는 상기 제 1 구조부품과 연결된, 상기 내부 플랜지와 연결된 제 1 레버를 구비하고, 상기 제 2 구조부품과 연결된, 상기 외부 플랜지와 연결된 제 2 레버를 구비한다.
상기 제 1 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀을 구비할 수 있고, 상기 볼헤드 핀은 상기 제 1 구조부품의 리세스, 특히 정사각형 리세스 또는 보어와 맞물리고 또는 제 1 관절로드의 리세스, 특히 정사각형 구멍 또는 보어와 맞물리고, 이때 상기 제 2 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀을 구비하고, 상기 볼헤드 핀은 상기 제 2 구조부품의 리세스, 특히 직사각형 구멍과 맞물리고 또는 제 2 관절로드의 리세스, 특히 직사각형 구멍과 맞물린다.
상기 정사각형 구멍 또는 상기 보어는 이때 4개의 방향에서, 예컨대 앞으로 그리고 뒤로 x방향에서 그리고 위로 그리고 아래로 Y방향에서 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀의 폐쇄를 형성한다. 상기 정사각형 구멍 또는 상기 보어를 통해, 이 점에 있어서는 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀을 위한 2가 (bivalent) 베어링이 형성된다.
상기 직사각형 구멍은 다만 2개의 방향에서만, 예컨대 위로 그리고 아래로 Y방향에서만 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀의 폐쇄를 형성한다. 상기 직사각형 구멍을 통해, 이 점에 있어서는 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀을 위한 1가 베어링이 형성된다.
대안적으로, 상기 제 1 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀을 구비할 수 있고, 상기 볼헤드 핀은 상기 제 2 구조부품의 리세스, 특히 정사각형 구멍 또는 보어와 맞물리고 또는 제 2 관절로드의 리세스, 특히 정사각형 구멍 또는 보어와 맞물리고, 이때 상기 제 2 레버는 핀, 특히 볼헤드 핀을 구비하고, 상기 볼헤드 핀은 상기 제 1 구조부품의 리세스, 특히 직사각형 구멍과 맞물리고 또는 제 1 관절로드의 리세스, 특히 직사각형 구멍과 맞물린다.
상기 정사각형 구멍 또는 상기 보어는 이때 4개의 방향에서, 예컨대 앞으로 그리고 뒤로 x방향에서 그리고 위로 그리고 아래로 Y방향에서 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀의 폐쇄를 형성한다. 상기 정사각형 구멍을 통해, 이 점에 있어서는 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀을 위한 2가 베어링이 형성된다.
상기 직사각형 구멍은 이때 다만 2개의 방향에서만, 예컨대 위로 그리고 아래로 Y방향에서만 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀의 폐쇄를 형성한다. 상기 직사각형 구멍을 통해, 이 점에 있어서는 상기 핀 또는 상기 볼헤드 핀을 위한 1가 베어링이 형성된다.
일반적인 실시형태에 있어서, 상기 베어링 배열체와 상기 힘 측정 장치는 별도의 부품 배열체들에 의해 형성된다. 이는 상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품 사이에 전달된 모든 또는 적어도 본질적인 힘들과 모멘트들이 상기 별도의 베어링 배열체를 통하여 전달되는 것을 의미한다. 하지만, 일반적으로, 특별한 실시변형에 있어서 상기 베어링 배열체는 상기 힘 측정 장치 자체를 통해서도 형성될 수 있다. 이는, 일 부분, 본질적인 부분, 또는 상기 제 1 구조부품과 상기 제 2 구조부품 사이에 전달된 모든 힘들과 모멘트들이 상기 힘 측정 장치 자체를 통하여 전달되는 것을 의미할 수 있다. 이렇게, 상기 힘 측정 장치는 예컨대 상기 한 구조부품과 강성적으로 연결된 고정 플랜지를 구비할 수 있고, 상기 다른 구조부품 안으로 돌출하는 레버를 구비할 수 있고, 상기 레버는 이 다른 구조부품에 고정된다. 상기 힘 측정 장치는 이 점에 있어서는, 특별히 형성된 회전 베어링 또는 슬라이딩 베어링으로서든 또는 상기 힘 측정 장치의 기본몸체에 형성될 수 있는 스프링 섹션들의 형태로든 간에, 상기 베어링 배열체를 구비할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예들은 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 서술에서 설명된다. 이 예시적인 실시예들의 구체적인 특징들은, 어떤 구체적인 관련하에서 그들이 언급되는지에 상관없이, 경우에 따라서는 개별적으로도 또는 그 밖의 조합들에 있어서 볼 때, 본 발명의 일반적인 특징들을 나타낼 수 있다.
도 1 은 6축 관절식 암 로봇 종류의 본 발명에 따른 산업용 로봇의 투시도;
도 2 는 경량 로봇 종류의 본 발명에 따른 로봇의 투시도;
도 3 은 스카라 로봇 종류의 본 발명에 따른 로봇의 투시도;
도 4 는 제 1 구조부품과, 제 2 구조부품과, 할당된 힘 측정 장치를 갖는 로봇암의 부재의 도식적인 도면;
도 5 는 위는 변위되지 않은 컨피규레이션에 있어서 그리고 아래는 변위된 컨피규레이션에 있어서, 상기 제 1 구조부품을 상기 제 2 구조부품과 연결하는 4관절 종류의 베어링 배열체의 도식적인 도면;
도 6 은 굽힘관절들을 갖는 4관절 종류의 베어링 배열체의 2개의 예시적인 변형들의 도식적인 도면;
도 7 은 슬라이딩 요소들을 갖는 대안적인 베어링 배열체의 예시적인 변형의 도식적인 도면;
도 8 은 모멘트 센서를 갖는, 제 1 구조부품과 제 2 구조부품의 도식적인 도면;
도 9 는 도 8 에 따른 관절의 투시적 단면도;
도 10 은 모멘트 센서와 중간 세그먼트를 갖는, 제 1 구조부품과 제 2 구조부품의 도식적인 도면;
도 11 은 도 10 에 따른 관절의 투시적 단면도;
도 12 는 걸림 없이 설치된 모멘트 센서를 갖는 관절의 변형의 투시적 단면도;
도 13 은 볼헤드 핀을 갖는 레버를 구비하는 모멘트 센서를 갖는 관절의 변형의 투시적 단면도;
도 14 는 도 13 에 따른 관절의 투시도;
도 15 는 길어진 링크들과, 짧은 굽힘요소들과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 투시적 단면도;
도 16 은 길어진 링크들과, 회전관절들 (슬라이딩 관절) 과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 투시적 단면도;
도 17 은 제 1 구조부품과 링크 사이에 커플링된 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 18 은 가로방향으로의 힘측정을 위해 제 1 구조부품과 제 2 구조부품 사이에 커플링된, 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 19 는 세로방향으로의 힘측정을 위해 제 1 구조부품과 제 2 구조부품 사이에 커플링된, 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 20 은 길어진 링크들과, 짧은 굽힘요소들과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 경량 로봇 종류의 본 발명에 따른 로봇의 투시도;
도 3 은 스카라 로봇 종류의 본 발명에 따른 로봇의 투시도;
도 4 는 제 1 구조부품과, 제 2 구조부품과, 할당된 힘 측정 장치를 갖는 로봇암의 부재의 도식적인 도면;
도 5 는 위는 변위되지 않은 컨피규레이션에 있어서 그리고 아래는 변위된 컨피규레이션에 있어서, 상기 제 1 구조부품을 상기 제 2 구조부품과 연결하는 4관절 종류의 베어링 배열체의 도식적인 도면;
도 6 은 굽힘관절들을 갖는 4관절 종류의 베어링 배열체의 2개의 예시적인 변형들의 도식적인 도면;
도 7 은 슬라이딩 요소들을 갖는 대안적인 베어링 배열체의 예시적인 변형의 도식적인 도면;
도 8 은 모멘트 센서를 갖는, 제 1 구조부품과 제 2 구조부품의 도식적인 도면;
도 9 는 도 8 에 따른 관절의 투시적 단면도;
도 10 은 모멘트 센서와 중간 세그먼트를 갖는, 제 1 구조부품과 제 2 구조부품의 도식적인 도면;
도 11 은 도 10 에 따른 관절의 투시적 단면도;
도 12 는 걸림 없이 설치된 모멘트 센서를 갖는 관절의 변형의 투시적 단면도;
도 13 은 볼헤드 핀을 갖는 레버를 구비하는 모멘트 센서를 갖는 관절의 변형의 투시적 단면도;
도 14 는 도 13 에 따른 관절의 투시도;
도 15 는 길어진 링크들과, 짧은 굽힘요소들과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 투시적 단면도;
도 16 은 길어진 링크들과, 회전관절들 (슬라이딩 관절) 과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 투시적 단면도;
도 17 은 제 1 구조부품과 링크 사이에 커플링된 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 18 은 가로방향으로의 힘측정을 위해 제 1 구조부품과 제 2 구조부품 사이에 커플링된, 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 19 는 세로방향으로의 힘측정을 위해 제 1 구조부품과 제 2 구조부품 사이에 커플링된, 1차원 힘측정장치의 도식적인 도면;
도 20 은 길어진 링크들과, 짧은 굽힘요소들과, 스톱들을 갖는 대안적인 관절의 단면도를 나타낸다.
도 1 은 로봇암 (2) 과 로봇 제어기 (10) 를 포함하는 로봇 (1) 을 나타낸다. 로봇암 (2) 은 본 실시예의 경우 잇달아 배치된 그리고 관절들 (J1 내지 J6) 을 이용해 회전 가능하게 서로 연결된 다수의 부재 (L1 내지 L7) 를 포함한다.
로봇 (1) 의 로봇 제어기 (10) 는 로봇 프로그램을 실행하기 위해 형성되고 또는 셋업되고, 상기 로봇 프로그램을 통해 로봇암 (2) 의 관절들 (J1 내지 J6) 은 상기 로봇 프로그램에 따라 자동화되어 또는 수동 주행 모드에서 자동적으로 조절될 수 있고 또는 회전적으로 움직여질 수 있다. 이를 위해, 로봇 제어기 (10) 는 액추에이팅 가능한 전기적 드라이브들 (M1 내지 M6) 과 연결되고, 상기 전기적 드라이브들은 로봇 (1) 의 관절들 (J1 내지 J6) 을 조절하기 위해 형성된다.
부재들 (L1 내지 L7) 은 산업용 로봇 (1a) 의 본 실시예의 경우 베이스 (3), 및 상기 베이스 (3) 에 대해 상대적으로, 수직으로 연장되는 축 (A1) 둘레로 회전 가능하게 설치된 캐로셀 (carrousel, 4) 이다. 로봇암 (2) 의 그 밖의 부재들은 링크 (5), 캔틸레버암 (6), 및 공구 (11) 를 고정시키기 위한 플랜지 (8) 로서 실시된 고정장치를 갖는, 바람직하게는 다축인 로봇핸드 (robot hand, 7) 이다. 링크 (5) 는 하부 단부에서, 즉 링크 베어링 헤드라고도 불릴 수 있는, 링크 (5) 의 관절 (J2) 에서, 캐로셀 (4) 위에, 바람직하게는 수평인 회전축 (A2) 둘레로 선회 가능하게 설치된다.
링크 (5) 의 상부 단부에서, 링크 (5) 의 제 1 관절 (J3) 에는, 또다시 마찬가지로 바람직하게는 수평인 축 (A3) 둘레로 캔틸레버암 (6) 이 선회 가능하게 설치된다. 그는 단부측에서, 3개의 회전축 (A4, A5, A6) 을 갖는 로봇핸드 (7) 를 받친다. 관절들 (J1 내지 J6) 은 각각 전기적 드라이브들 (M1 내지 M6) 중 하나를 통해 로봇 제어기 (10) 를 통하여 프로그램 제어되어 구동될 수 있다. 일반적으로, 부재들 (L1 내지 L7) 각각과 상기 각각 할당된 전기적 드라이브 (M1 내지 M6) 사이에 기어가 제공될 수 있다. 도 1 에 도시된 실시예의 경우, 부재들 (L1 내지 L7) 각각을 위해 대표적으로, 예컨대 부재 (L4) 는 제 1 구조부품 (12) 과 제 2 구조부품 (13) 을 구비할 수 있다.
도 2 는 예시적인 실시에 있어서 이른바 경량 로봇 (1b) 으로서의 로봇 (1) 을 나타내고, 상기 경량 로봇은 매니퓰레이터 암 (2) 과 로봇 제어기 (10b) 를 구비한다. 매니퓰레이터 암 (2) 은 본 실시예의 경우 잇달아 배치된 그리고 관절들 (J1-J7) 을 이용해 회전 가능하게 서로 연결된 8개의 부재 (L1-L8) 를 포함한다. 도 2 에 도시된 실시예의 경우, 부재들 (L1 내지 L8) 각각을 위해 대표적으로, 예컨대 부재 (L6) 는 제 1 구조부품 (12) 과 제 2 구조부품 (13) 을 구비할 수 있다.
도 3 은 예시적인 실시에 있어서 이른바 스카라 로봇 (1c) 으로서의 로봇 (1) 을 나타내고, 상기 스카라 로봇은 매니퓰레이터 암 (2) 과 로봇 제어기 (10c) 를 구비한다. 매니퓰레이터 암 (2) 은 본 실시예의 경우 잇달아 배치된 그리고 관절들 (J1-J4) 을 이용해 회전 가능하게 서로 연결된 5개의 부재 (L1-L5) 를 포함한다. 도 3 에 도시된 실시예의 경우, 부재들 (L1 내지 L5) 각각을 위해 대표적으로, 예컨대 부재 (L2) 는 제 1 구조부품 (12) 과 제 2 구조부품 (13) 을 구비할 수 있다.
도 4 에 도식적으로 도시된 부재 (L4) 는 제 1 구조부품 (12), 제 2 구조부품 (13), 및 할당된 힘 측정 장치 (14) 를 구비한다. 제 1 구조부품 (12) 은 도 4 에서 보다 쉽게 이해하기 위해 고정된 클램핑된 요소로서 도시되고, 하지만 상기 고정된 클램핑된 요소는, 키네메틱 체인에 있어서 부재 (L4) 의 상류에 설치된 관절 (J3) 에 상응할 수 있다. 이에 따라서, 예컨대 키네메틱 체인에 있어서 부재 (L4) 의 하류에 설치된 관절 (J4) 을 통하여 도입되는 힘 (F) 은 제 2 구조부품 (13) 에 작용한다.
힘 측정 장치 (14) 는, 미리 정해져 있는 방향에서, 즉 여기서 상기 상류에 설치된 관절 (J3) 로부터 상기 하류에 설치된 관절 (J4) 쪽으로의 거리 직선 (A) 에 대해 가로지른 조절거리 (Δ1) 에 걸친, 부재 (L4) 에서의 힘 (F) 을 측정하기 위해 형성된다. 이에 따라서, 제 1 구조부품 (12) 은, 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 부재 (L4) 의 바로 상류에 설치된 로봇암 (2) 의 관절 (J3) 과 연결되어 있다. 이에 따라서, 제 2 구조부품 (13) 은, 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 부재 (L4) 의 바로 하류에 설치된 로봇암 (2) 의 관절 (J4) 과 연결되어 있다.
도 5 에 도식적으로 도시된 바와 같이, 제 1 구조부품 (12) 은 베어링 배열체 (15) 를 통하여 제 2 구조부품 (13) 과 연결되고, 상기 베어링 배열체는, 제 1 구조부품 (12) 을 제 2 구조부품 (13) 과, 다만 하나의 유일한 베어링 자유도를 그대로 두고, 그러나 그 밖에는 강성적으로 연결하기 위해 형성되고, 이때 상기 유일한 베어링 자유도는, 힘 측정 장치 (14) 가 힘 (F) 을 측정하기 위해 셋업되어 있는 방향에서만 가동성을 허용하기 위해 형성된다.
도 4 내지 도 20 에 따른 베어링 배열체 (15) 는, 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절 (J3) (도 4) 로부터 상기 하류에 설치된 관절 (J4) (도 4) 을 가리키는 거리 직선 (A) 에 대해 수직으로, 즉 조절거리 (Δ1) (도 4) 의 방향으로 제 2 구조부품 (12) 에 대해 상대적으로 제 1 구조부품 (12) 을 이동시키기 위해 형성된다.
베어링 배열체 (15) 는 도시된 실시예의 경우 4관절을 구비하고, 상기 4관절은 제 1 입력관절 (15.1) 과 제 1 출력관절 (15.2) 을 갖는 제 1 4관절-부재 (15a) 를 구비하고, 제 2 입력관절 (15.3) 과 제 2 출력관절 (15.4) 을 갖는 제 2 4관절-부재 (15b) 를 구비하고, 이때 상기 제 1 입력관절 (15.1) 과 상기 제 2 입력관절 (15.3) 은 제 1 구조부품 (12) 과 연결되고, 상기 제 1 출력관절 (15.2) 과 상기 제 2 출력관절 (15.4) 은 제 2 구조부품 (13) 과 연결된다. 이에 따라서 설치된 세그먼트는 이 점에 있어서는 본질적으로 힘방향으로 이동되고, 그러나 키네메틱스에 근거하여 또한 상기 힘방향에 대해 수직으로 미미하게 이동된다.
상기 4관절의 상기 관절들 (15.1-15.4), 특히 제 1 입력관절 (15.1), 제 1 출력관절 (15.2), 제 2 입력관절 (15.3) 및 제 2 출력관절 (15.4) 은 도 6 에 따른 실시변형의 경우 굽힘관절들로서 형성되고, 상기 굽힘관절들은, 다만 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절 (J3) 로부터 상기 하류에 설치된 관절 (J4) 을 가리키는 거리 직선 (A) 에 대해 수직으로 제 2 구조부품 (13) 에 대해 상대적인 제 1 구조부품 (12) 의 이동을 허용하고, 이때, 특히 거리 직선 (A) 에 대해 평행으로 연장되는 회전축 둘레로의, 제 2 구조부품 (13) 에 대해 상대적인 제 1 구조부품 (12) 의 비틀림을 저지한다.
도 7 은 슬라이딩 요소들 (16.1 내지 16.4) 을 갖는 대안적인 베어링 배열체 (15) 의 예시적인 변형의 도식적인 도면을 나타낸다.
도 8 내지 도 16 및 도 20 은 힘 측정 장치 (15) 가 토크센서 (17) 를 구비하는 변형들을 나타내고, 상기 토크센서는 내부 플랜지 (18), 외부 플랜지 (19), 및 상기 내부 플랜지 (18) 를 상기 외부 플랜지 (19) 와 연결하는 연결웨브들 (20) 을 포함하고, 상기 연결웨브들은 스트레인 센서들을 갖추고 있고, 이때 상기 토크센서 (17) 는 상기 외부 플랜지 (19) 와 연결된 레버 (21) 를 구비하고, 상기 레버는 제 2 구조부품 (13) 과 연결된다.
도 9 에 따른 변형에서 도시된 바와 같이, 이 실시예의 경우 내부 플랜지 (18) 는 제 1 구조부품 (12) 과 연결된다.
도 10 은 토크센서 (17) 의 내부 플랜지 (18) 가 중간 세그먼트 (22) 와 연결되어 있는 변형을 나타내고, 상기 중간 세그먼트는 한편으로는 제 1 4관절-부재 (15a) 및 제 2 4관절-부재 (15b) 를 통하여 제 1 구조부품 (12) 과 커플링되고, 다른 한편으로는 제 1 4관절-부재 (15a) 및 제 2 4 관절-부재 (15b) 를 통하여 제 2 구조부품 (13) 과 커플링되고, 이때 외부 플랜지 (19) 는 2개의 레버 (21.1, 21.2) 를 구비하고, 그들 중 한 레버 (21.1) 는 제 1 구조부품 (12) 과 연결되고, 다른 레버 (21.2) 는 제 2 구조부품 (13) 과 연결된다.
도 10 내지 도 16 에 따른 변형들에서 도시된 바와 같이, 레버 (21.1, 21.2) 는 각각 핀, 특히 볼헤드 핀 (23) 을 구비할 수 있고, 상기 볼헤드 핀은 관절로드 (25) 의 리세스 (24), 특히 보어, 긴 구멍, 정사각형 구멍 또는 직사각형 구멍과 맞물리고, 상기 관절로드는 제 1 구조부품 (12) 과 또는 제 2 구조부품 (13) 과 연결된다.
도 13 에는, 어떻게 센서가 가로방향 힘으로부터 디커플링되어 설치될 수 있는지가 도시된다. 중간 세그먼트는 가이드를 통해 링크들 안에서 명백히 한 직선 위에서, 연결 직선 (A) 에 대해 수직으로, 도 4 에 도시된 바와 같이, 안내되고, 그 위에서 회전할 수 있고, 선형으로 이동될 수 있다. 상기 센서의 외부링의 한 레버는 4개의 힘방향에서, 즉 위로부터, 아래로부터, 앞으로부터 그리고 뒤로부터 붙잡히고, 다른 레버는 2개의 힘방향에서, 즉 위로부터 그리고 아래로부터 붙잡힌다.
모멘트 센서 (17) 대신에, 도 17 내지 도 19 에 따른 변형들에 도시된 바와 같이, 힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비할 수 있다.
도 17 에 따른 변형에 있어서 힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비하고, 상기 힘센서는 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 센서 플랜지 (26a) 와, 제 1 4관절-부재 (15a) 와 연결된 제 2 센서 플랜지 (26b) 를 구비한다.
도 18 에 따른 변형에 있어서, 힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비하고, 상기 힘센서는 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 센서 플랜지 (26a) 와, 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 2 센서 플랜지 (26b) 를 구비하고, 이때 힘센서 (26) 는 가로방향으로의 힘측정을 위해 커플링된다.
도 19 에 따른 변형에 있어서, 힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비하고, 상기 힘센서는 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 센서 플랜지 (26a) 와, 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 2 센서 플랜지 (26b) 를 구비하고, 이때 힘센서 (26) 는 세로방향으로의 힘측정을 위해 커플링된다.
특히 도 20 에 도시된 바와 같이, 제 1 4관절-부재 (15a) 와 제 2 4관절-부재 (15b) 는 각각 로봇암 (2) 의 부재 (L1-L7) 의 세로방향 연장으로의 길이 (L) 를 가질 수 있고, 상기 길이는 제 1 구조부품 (12) 과 제 2 구조부품 (13) 의 간격 (B) 보다 크고, 상기 간격 (B) 의 내부에 힘 측정 장치 (14), 특히 토크센서 (17) 가 배치된다.
Claims (18)
- 로봇 프로그램을 실행하기 위해 형성된 그리고 셋업된 로봇 제어기 (10),
부재들 (L1-L8) 을 통해 연결된 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 을 갖는 로봇암 (2), 및
상기 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 에 상응하는 복수의 드라이브들 (M1-M6) 을 구비하는 로봇으로서,
상기 드라이브들 중 각각의 드라이브 (M1-M6) 는 그에 할당된, 상기 적어도 3개의 관절 (J1-J6) 중 한 관절 (J1-J6) 을 조절하기 위해 형성되고, 할당된 관절 (J1-J6) 을 자동적으로 조절하기 위해, 상기 로봇 프로그램에 따라 자동화되어 또는 수동 주행 모드에서 상기 로봇 제어기 (10) 를 통해 구동될 수 있고,
상기 부재들 (L1-L8) 중 적어도 하나는:
- 미리 정해져 있는 방향에서 상기 부재 (L1-L8) 에서의 힘을 측정하기 위해 형성된, 힘 측정 장치 (14),
- 상기 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 부재 (L1-L8) 의 바로 상류에 설치된 상기 로봇암 (2) 의 관절 (J1-J6) 과 연결된, 제 1 구조부품,
- 상기 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 부재 (L1-L8) 의 바로 하류에 설치된 상기 로봇암 (2) 의 관절 (J1-J6) 과 연결된, 제 2 구조부품, 및
- 상기 제 1 구조부품 (12) 을 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결하는 베어링 배열체 (15) 를 구비하고, 상기 베어링 배열체는 다만 하나의 유일한 베어링 자유도를 그대로 두고 강성적으로 상기 제 1 구조부품 (12) 을 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결하기 위해 형성되고,
- 상기 유일한 베어링 자유도는, 상기 힘 측정 장치 (14) 가 상기 힘을 측정하기 위해 셋업되어 있는 방향에서만 가동성을 허용하기 위해 형성되고,
상기 베어링 배열체 (15) 는, 상기 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절 (J1-J6) 로부터 상기 하류에 설치된 관절 (J1-J6) 을 가리키는 거리 직선 (A) 에 대해 수직으로 상기 제 2 구조부품 (13) 에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품 (12) 의 이동을 허용하기 위해 형성되고,
상기 베어링 배열체 (15) 는 4관절을 구비하고, 상기 4관절은 제 1 입력관절 (15.1) 과 제 1 출력관절 (15.2) 을 갖는 제 1 4관절-부재 (15a) 를 구비하고, 제 2 입력관절 (15.3) 과 제 2 출력관절 (15.4) 을 갖는 제 2 4관절-부재 (15b) 를 구비하고,
상기 제 1 입력관절 (15.1) 과 상기 제 2 입력관절 (15.3) 은 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결되고, 상기 제 1 출력관절 (15.2) 과 상기 제 2 출력관절 (15.4) 은 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결되고,
상기 제 1 4관절-부재 (15a) 와 상기 제 2 4관절-부재 (15b) 는 각각 상기 베어링 배열체 (15) 를 구비하는 상기 부재 (L1-L7) 의 길이방향으로 연장되는 길이 (L) 를 가지며, 상기 길이는 상기 제 1 구조부품 (12) 과 상기 제 2 구조부품 (13) 사이의 간격 (B) 보다 크고, 상기 간격 (B) 의 내부에 상기 힘 측정 장치 (14) 가 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 1 항에 있어서,
상기 4관절의 관절들 (15.1-15.4) 은 굽힘관절들이고, 상기 굽힘관절들은, 다만 상기 로봇암 (2) 의 키네메틱 관절체인에 있어서 상기 상류에 설치된 관절 (J1-J6) 로부터 상기 하류에 설치된 관절 (J1-J6) 을 가리키는 상기 거리 직선 (A) 에 대해 수직으로 상기 제 2 구조부품 (13) 에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품 (12) 의 이동을 허용하기 위해, 그리고 상기 제 2 구조부품 (13) 에 대해 상대적인 상기 제 1 구조부품 (12) 의 비틀림을 저지하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 1 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치 (14) 는 토크센서 (17) 와 그의 부가 플랜지들 및/또는 그의 레버들 (21.1, 21.2) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 3 항에 있어서,
상기 토크센서 (17) 는 중간 세그먼트 (22) 와 연결된 내부 플랜지 (18) 를 구비하고, 상기 중간 세그먼트는 한편으로는 제 1 4 관절-부재 (15a) 및 제 2 4 관절-부재 (15b) 를 통하여 상기 제 1 구조부품 (12) 과 커플링되고, 다른 한편으로는 제 1 4 관절-부재 (15a) 및 제 2 4 관절-부재 (15b) 를 통하여 상기 제 2 구조부품 (13) 과 커플링되고, 상기 토크센서 (17) 는 2개의 레버 (21.1, 21.2) 를 포함하는 외부 플랜지 (19) 를 구비하고, 상기 레버들 중 제 1 레버 (21.1) 는 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결되고, 다른 제 2 의 레버 (21.2) 는 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 3 항에 있어서,
상기 토크센서 (17) 는 중간 세그먼트 (22) 와 연결된 외부 플랜지 (19) 를 구비하고, 상기 중간 세그먼트는 한편으로는 제 1 4 관절-부재 (15a) 및 제 2 4 관절-부재 (15b) 를 통하여 상기 제 1 구조부품 (12) 과 커플링되고, 다른 한편으로는 제 1 4 관절-부재 (15a) 및 제 2 4 관절-부재 (15b) 를 통하여 상기 제 2 구조부품 (13) 과 커플링되고, 상기 토크센서 (17) 는 2개의 레버 (21.1, 21.2) 를 포함하는 내부 플랜지 (18) 를 구비하고, 상기 레버들 중 제 1 레버 (21.1) 는 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결되고, 다른 제 2 의 레버 (21.2)는 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 4 항에 있어서,
힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비하고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품 (12) 과 또는 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 1 센서 플랜지 (26a) 를 구비하고, 상기 제 1 4관절-부재 (15a) 또는 상기 제 2 4관절-부재 (15b) 와 연결된 제 2 센서 플랜지 (26b) 를 구비하고, 두 센서 플랜지들은, 측정방향으로의 상기 제 1 구조부품 (12) 그리고/또는 상기 제 2 구조부품 (13) 의 이동을 초래하는 측정방향으로의 힘으로 상기 제 1 구조부품 (12) 또는 상기 제 2 구조부품 (13) 을 가압할시, 그 사이에 놓여 있는 힘 측정 장치의 측정방향으로 움직이기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 4 항에 있어서,
힘 측정 장치 (14) 는 힘센서 (26) 를 구비하고, 상기 힘센서는 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 센서 플랜지 (26a) 를 구비하고, 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 2 센서 플랜지 (26b) 를 구비하고, 두 센서 플랜지들은, 측정방향으로의 상기 제 1 구조부품 (12) 그리고/또는 상기 제 2 구조부품 (13) 의 이동을 초래하는 측정방향으로의 힘으로 상기 제 1 구조부품 (12) 을 또는 상기 제 2 구조부품 (13) 을 가압할시, 그 사이에 놓여 있는 힘 측정 장치의 측정방향으로 움직이기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 4 관절-부재 (15a) 는, 각각 2개의 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍을 가지며 횡단면에 있어서 정사각형인 또는 원형인 제 1 리세스 (15a.1) 를 구비하고, 상기 중간 세그먼트 (22) 는 제 1 볼헤드 (22.1a) 를 받치는 제 1 레그 (leg, 22.1) 를 구비하고, 상기 제 1 볼헤드는, 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍이 상기 제 1 볼헤드 (22.1a) 를 제 1 방향에서 안내하고, 마주 보고 있는 내벽들의 다른 쌍이 상기 제 1 볼헤드 (22.1a) 를 제 1 방향에 대해 수직으로 배치된 제 2 방향에서 안내할 정도로 상기 제 1 리세스 (15a.1) 안에 삽입되고, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은, 상기 힘 측정 장치 (14) 가 상기 부재 (L1-L8) 에서의 힘을 측정하는 미리 정해져 있는 방향에 대해 수직으로 배치되는 특징과,
상기 제 2 4 관절-부재 (15b) 는, 각각 2개의 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍을 가지며 횡단면에 있어서 정사각형인 또는 원형인 제 2 리세스 (15a.2) 를 구비하고, 상기 중간 세그먼트 (22) 는 제 2 볼헤드 (22.2a) 를 받치는 제 2 레그 (22.2) 를 구비하고, 상기 제 2 볼헤드는, 마주 보고 있는 내벽들의 한 쌍이 상기 제 2 볼헤드 (22.2a) 를 제 1 방향에서 안내하고, 마주 보고 있는 내벽들의 다른 쌍이 상기 제 2 볼헤드 (22.2a) 를 상기 제 1 방향에 대해 수직으로 배치된 제 2 방향에서 안내할 정도로 상기 제 2 리세스 (15a.2) 안에 삽입되고, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은, 상기 힘 측정 장치 (14) 가 상기 부재 (L1-L8) 에서의 힘을 측정하는 미리 정해져 있는 방향에 대해 수직으로 배치되는 특징
중 어느 하나 이상의 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치 (14) 는, 상기 제 1 구조부품에 그리고/또는 상기 제 2 구조부품에 작용하는 외부 힘이 오로지 상기 힘 측정 장치 (14) 에서의 또는 상기 토크센서 (17) 에서의 비틀림하중을 초래할 정도로, 상기 제 1 레버 (21.1), 상기 제 2 레버 (21.2), 상기 제 1 레그 (22.1) 및/또는 상기 제 2 레그 (22.2) 를 이용해 응력 없이 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치 (14) 는 토크센서 (17) 를 구비하고, 상기 토크센서는 내부 플랜지 (18), 외부 플랜지 (19), 및 상기 내부 플랜지 (18) 를 상기 외부 플랜지 (19) 와 연결하는 연결웨브들 (20) 을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들을 갖추고 있고,
상기 토크센서 (17) 는 상기 외부 플랜지 (19) 및 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 레버 (21.1) 와, 상기 외부 플랜지 (19) 및 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 2 레버 (21.2) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치 (14) 는 토크센서 (17) 를 구비하고, 상기 토크센서는 내부 플랜지 (18), 외부 플랜지 (19), 및 상기 내부 플랜지 (18) 를 상기 외부 플랜지 (19) 와 연결하는 연결웨브들 (20) 을 포함하고, 상기 연결웨브들은 측정 센서들을 갖추고 있고,
상기 토크센서 (17) 는 상기 내부 플랜지 (18) 및 상기 제 1 구조부품 (12) 과 연결된 제 1 레버 (21.1) 와, 상기 외부 플랜지 (19) 및 상기 제 2 구조부품 (13) 과 연결된 제 2 레버 (21.2) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 레버 (21.1) 는 상기 제 1 구조부품 (12) 의 또는 제 1 관절로드 (25a) 의 리세스 (24) 와 맞물리는 핀을 구비하고,
상기 제 2 레버 (21.2) 는 상기 제 2 구조부품 (13) 의 또는 제 2 관절로드 (25b) 의 리세스 (24) 와 맞물리는 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 레버 (21.1) 는 상기 제 2 구조부품 (13) 의 또는 제 2 관절로드 (25b) 의 리세스 (24) 와 맞물리는 핀을 구비하고,
상기 제 2 레버 (21.2) 는 상기 제 1 구조부품 (12) 의 또는 제 1 관절로드 (25a) 의 리세스 (24) 와 맞물리는 핀을 구비는 것을 특징으로 하는 로봇. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베어링 배열체 (15) 는 상기 힘 측정 장치 (14) 를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇. - 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |