KR102135216B1

KR102135216B1 - 로봇 암

Info

Publication number: KR102135216B1
Application number: KR1020180124907A
Authority: KR
Inventors: 런-정 왕; 정-친 천; 유-린 주
Original assignee: 하이윈 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-07-20
Also published as: KR20200045037A

Abstract

본 발명은 로봇 암에 관한 것으로, 상기 로봇 암은 제1 구동원 및 제2 구동원이 구비되고, 제1 구동원, 제2 구동원은 베이스에 공통으로 설치되고, 제1 구동원은 제1 전동 링크에 연결되어 제1 전동 링크가 제1 축방향을 중심으로 회전하도록 구동시키고, 제2 구동원은 제2 전동 링크에 연결되어 제2 전동 링크가 제1 축방향과 평행하는 제2 축방향을 중심으로 회전하도록 구동시키고, 그 중 제1 전동 링크는 제3 전동 링크에 피벗 연결된다. 또한, 제2 전동 링크는 제1 종동 링크와 피벗 연결되고, 제1 종동 링크와 베이스 사이에는 제2 종동 링크가 피벗 연결되고, 제1 종동 링크, 제2 종동 링크는 제3 종동 링크와 함께 공통으로 피벗 연결되고, 제3 종동 링크와 제3 전동 링크 사이에 제4 종동 링크가 피벗 연결된다. 따라서, 본 발명의 로봇 암은 다중 자유도로 운동할 수 있고 경량화 효과에 도달할 수 있다.

Description

로봇 암{ROBOTIC ARM}

본 발명은 로봇 암에 관한 것으로, 특히 다중 자유도로 운동할 수 있고, 경량화 특성을 갖는 로봇 암에 관한 것이다.

로봇 암은 오늘날 다양한 외과 수술에 널리 사용되고 있고, 로봇 암의 도움으로, 외과 의사는 수술과 관련된 많은 진료 행위(예를 들면 병소 위치의 판단 또는 절개 깊이의 제어 등)를 정확하게 파악할 수 있어, 인위적인 조작 실수로 인한 모든 잠재적 의료 리스크를 크게 줄일 수 있다. 그러나 현재의 로봇 암은 부피가 매우 큰 문제가 있어, 조작을 위한 넓은 공간을 필요로 한다.

본 발명의 주된 목적은 다중 자유도로 운동할 수 있고, 경량화 특성을 갖는 로봇 암을 제공하는 것이다.

상술한 목적에 도달하기 위해, 본 발명의 로봇 암은 베이스, 구동 모듈, 전동 링크 세트 및 종동 링크 세트를 포함한다. 상기 구동 모듈은 제1 구동원 및 제2 구동원이 구비되고, 상기 제1 구동원, 제2 구동원은 상기 베이스에 공통으로 설치되고, 상기 전동 링크 세트는 제1 전동 링크, 제2 전동 링크 및 제3 전동 링크가 구비되고, 상기 제1 전동 링크의 밑단은 상기 제1 전동 링크가 상기 제1 구동원의 구동에 의해 제1 축방향을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제1 구동원에 연결되고, 상기 제2 전동 링크의 선단은 상기 제2 전동 링크가 상기 제2 구동원의 구동에 의해 상기 제1 축방향과 평행하는 제2 축방향을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제2 구동원에 연결되고, 상기 제3 전동 링크의 후단은 상기 제1 전동 링크의 상단에 피벗 설치되고, 상기 종동 링크 세트는 제1 종동 링크, 제2 종동 링크, 제3 종동 링크 및 제4 종동 링크가 구비되고, 상기 제1 종동 링크의 밑단은 상기 제2 전동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제1 종동 링크의 상단은 상기 제2 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제2 종동 링크의 선단은 상기 제1 종동 링크가 상기 제2 전동 링크의 구동에 의해 상기 제2 종동 링크를 상기 제1 축방향을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 베이스에 피벗 설치되고, 상기 제3 종동 링크의 밑단은 상기 제1 종동 링크의 상단 및 상기 제2 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제3 종동 링크의 상단은 상기 제4 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제4 종동 링크의 선단은 상기 제3 전동 링크의 후단에 연결됨으로써, 상기 제3 종동 링크가 한편으로는 상기 제1 종동 링크, 제2 종동 링크에 의해 구동될 수 있고, 다른 한편으로는 상기 제4 종동 링크에 의해 구동될 수 있도록 한다.

상술한 바를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 로봇 암은 종래 기술의 부피가 크고 육중한 문제점을 개선할 수 있고, 또한 경량화 및 다중 자유도로 운동하는 효과에 도달할 수 있고, 공업/의료방면과 관련된 분야에 매우 적합하다.

더 바람직하게는, 상기 제1 구동원, 제2 구동원은 상기 베이스의 동일한 측에 위치하고, 이로써 부피가 큰 소자를 추가로 집중시켜 경량화 효과에 도달할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 제2 종동 링크는 상기 제4 종동 링크와 평행하고, 상기 제2 전동 링크의 길이는 상기 제2 종동 링크의 길이보다 길고, 상기 제2 종동 링크의 길이는 상기 제4 종동 링크의 길이와 동일하고, 제2 전동 링크, 제2 종동 링크, 제4 종동 링크의 관계에 의해, 제3 전동 링크의 운동 범위를 제2 전동 링크에 대해 확장시킴으로써 필요한 작업 범위를 충족시킬 수 있다.

본 발명에서 제공한 로봇 암에 대한 상세한 구조, 특징, 조립 또는 사용 방식에 관하여, 후속되는 실시예의 상세한 설명에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기 상세한 설명 및 본 발명의 실시를 위한 특정 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아님을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 하우징이 제거된 후의 외관 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 하우징이 제거된 후의 다른 시각에서의 외관 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 부분 분해 사시도다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암의 작동 개략도이고, 주로 제3 전동 링크의 전후 위치가 조절된 후의 상태를 보여준다.
도 7은 도 6과 유사하고, 주로 제3 전동 링크의 각도가 조절된 후의 상태를 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 로봇 암의 부분 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 로봇 암의 평면도이다.

먼저 설명드릴 것은, 이하의 실시예 및 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 소자 또는 그 구조 특징을 나타낸다. 이하에서는 몇몇 바람직한 실시예와 도면을 결합하여 본 발명의 기술 내용 및 특징을 상세하게 설명할 것이며, 본 설명서 내용에서 언급된 "상단", "밑단", "선단", "후단" 등 방향성 용어는, 정상적인 사용방향을 기준으로 한 예시적으로 설명하기 위한 용어일 뿐 청구범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 로봇 암(10)의 하우징(12)이 제거되지 않은 상태를 보여주며, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 로봇 암(10)의 하우징(12)이 제거된 후의 상태를 보여주며, 본 발명의 로봇 암은 베이스(20), 구동 모듈(30), 전동 링크 세트(40) 및 종동 링크 세트(50)가 구비된다.

구동 모듈(30)은 제1 구동원(31)(여기서는 모터를 예로 든다) 및 제2 구동원(32)(여기서는 모터를 예로 든다)이 구비되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 구동원(31), 제2 구동원(32)은 베이스(20)에 상하로 나란히 설치되며 베이스(20)의 동일한 측에 위치한다.

전동 링크 세트(40)는 제1 전동 링크(41), 제2 전동 링크(42) 및 제3 전동 링크(43)가 구비되고, 제1 전동 링크(41)의 밑단은 제1 전동 링크(41)가 제1 구동원(31)의 구동에 의해 제1 축방향(A1)을 중심으로 회전할 수 있도록 샤프트 커플러와 같은 소자(미도시)에 의해 제1 구동원(31)의 구동축(미도시)에 연결되고, 제2 전동 링크(42)의 선단은 제2 전동 링크(42)가 제2 구동원(32)의 구동에 의해 제1 축방향(A1)과 평행하는 제2 축방향(A2)을 중심으로 회전할 수 있도록 샤프트 커플러와 같은 소자(미도시)에 의해 제2 구동원(32)의 구동축(미도시)에 연결되고, 제3 전동 링크(43)는 다축 모션모듈(14)을 조립하기 위한 것이고(도 1에 도시된 바와 같음), 제3 전동 링크(43)의 후단은 축부재(60)를 이용하여 제1 전동 링크(41)의 상단과 피벗 연결 관계를 형성하며, 보다 상세하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전동 링크(41)의 상단은 원형의 피벗 구멍(44)이 구비되고, 제3 전동 링크(43)의 후단은 비원형의 제1 삽입 구멍(45)이 구비되고, 축부재(60)는 제1 비원형 부분(61), 제1 비원형 부분(61)에 연결된 제2 비원형 부분(62) 및 제2 비원형 부분(62)에 연결된 원형부분(63)이 구비되고, 축부재(60)의 제2 비원형 부분(62)은 제3 전동 링크(43)의 제1 삽입 구멍(45)에 걸림 연결되고, 축부재(60)의 원형부분(63)은 제1 전동 링크(41)의 피벗 구멍(44)에 회전 가능하게 조립된다. 따라서, 제1 전동 링크(41), 제3 전동 링크(43)는 상대적으로 회전할 수 있고, 또한 본 실시예에서, 축부재(60)의 제1 비원형 부분(61)은 2개의 상대적인 제1 평면(612)이 구비되고, 축부재(60)의 제2 비원형 부분(62)은 2개의 상대적인 제2 평면(622)이 구비되고, 제1 평면(612)과 제2 평면(622)은 서로 평행한다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 종동 링크 세트(50)는 제1 종동 링크(51), 제2 종동 링크(52), 제3 종동 링크(53) 및 제4 종동 링크(54)가 구비되고, 제1 종동 링크(51)의 밑단은 제2 전동 링크(42)의 후단에 피벗 설치되고, 제1 종동 링크(51)의 상단은 제2 종동 링크(52)의 후단에 피벗 설치되고, 제2 종동 링크(52)의 선단은 제1 종동 링크(51)가 제2 전동 링크(42)의 구동에 의해 제2 종동 링크(52)를 제1 축방향(A1)을 중심으로 회전시킬 수 있도록 베이스(20)의 구동 모듈(30)을 등지는 측면에 피벗 설치되고, 제3 종동 링크(53)의 밑단은 제1 종동 링크(51)의 상단 및 제2 종동 링크(52)의 후단에 피벗 설치(즉 이들 셋은 동축으로 피벗 연결)되며, 제3 종동 링크(53)의 상단은 제4 종동 링크(54)의 후단에 피벗 설치되고, 제4 종동 링크(54)의 선단은 축부재(60)에 의해 제3 전동 링크(43)의 후단에 연결되고, 보다 상세하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제4 종동 링크(54)의 선단은 비원형의 제2 삽입 구멍(55)이 구비되고, 제4 종동 링크(54)의 제2 삽입 구멍(55)은 축부재(60)의 제1 비원형 부분(61)에 걸림 연결됨으로써, 제4 종동 링크(54)와 제3 전동 링크(43)가 동기화 작동하도록 하고, 제4 종동 링크(54) 및 제1 전동 링크(41)은 상대적으로 회전 가능하다.

상술한 바를 통해 알 수 있듯이, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전동 링크(41)가 제1 구동원(31)에 의해 구동되어 제1 축방향(A1)을 중심으로 회전할 경우, 제1 전동 링크(41)는 축부재(60)에 의해 제3 전동 링크(43)와 제4 종동 링크(54)를 동기화 구동시키고, 이어서 제4 종동 링크(54)는 제3 종동 링크(53)가 그 자체의 밑단을 축심으로 회전하도록 제3 종동 링크(53)의 상단을 구동시키고, 이로써 제3 전동 링크(43) 및 제3 전동 링크(43)에 조립된 다축 모션모듈(14)에 대해 전후 위치를 조절하는 효과에 도달할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2 전동 링크(42)가 제2 구동원(32)에 의해 구동되어 제2 축방향(A2)을 중심으로 회전할 경우, 제2 전동 링크(42)는 제1 종동 링크(51)를 구동시키고, 이어서 제1 종동 링크(51)는 제2 종동 링크(52)가 제1 축방향(A1)을 중심으로 회전하도록 제2 종동 링크(52)를 구동시키고, 이후 제1 종동 링크(51), 제2 종동 링크(52)는 제3 종동 링크(53)가 제1 전동 링크(41)에 대해 상대적으로 승강하도록 제3 종동 링크(53)를 추가로 구동시키고, 제3 종동 링크(53)가 승강하는 과정에서 제4 종동 링크(54)가 축부재(60)의 원형 부분(63)을 축심으로 회전하도록 동기화 구동시키고, 제4 종동 링크(54)가 회전하는 과정에서 다시 축부재(60)의 제2 비원형 부분(62)에 의해 제3 전동 링크(43)를 구동시킴으로써, 제3 전동 링크(43)가 각도 상으로 편향되도록 하며, 이로써 제3 전동 링크(43) 및 제3 전동 링크(43)에 조립된 다축 모션모듈(14)에 대해 각도를 조절하는 효과에 도달할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 초기 상태에서, 제2 종동 링크(52)는 제4 종동 링크(54)와 평행하고, 제2 전동 링크(42)의 길이는 제2 종동 링크(52)의 길이보다 길고, 제2 종동 링크(52)의 길이는 제4 종동 링크(54)의 길이와 동일하고, 제2 전동 링크(42), 제2 종동 링크(52), 제4 종동 링크(54)의 관계에 의해, 제3 전동 링크(43)의 운동 범위를 제2 전동 링크(42)에 대해 확대시킴으로써 필요한 작업 범위를 충족시킬 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에서, 축부재(70)의 제1 비원형 부분(71)의 제1 평면(712)과 축부재(70)의 제2 비원형 부분(72)의 제2 평면(722)은 서로 평행하지 않고 협각을 형성하며, 이로써 축부재(70)에 의해 제1 전동 링크(41), 제3 전동 링크(43), 제3 종동 링크(53) 및 제4 종동 링크(54)를 함께 조립하면, 제3 전동 링크(43)는 전술한 협각에 의해 작업 범위를 더 많이 변화시킬 수 있어, 다양한 임상 필요를 충족시킨다.

결론적으로, 본 발명의 로봇 암(10)은 다중 자유도로 운동할 수 있어, 실제 필요에 따라 제3 전동 링크(43)의 전후 위치 및 편향 각도를 정확하게 조절할 수 있으므로, 공업/의료방면의 관련 분야에 매우 적합하다. 또한, 본 발명의 로봇 암(10)은 부피가 큰 소자(예를 들면 제1 구동원(31), 제2 구동원(32))을 동일한 측에 집중시켜, 경량화 목적에 도달할 수 있다.

10 로봇 암 12 하우징
14 다축 모션모듈 20 베이스
30 구동 모듈 31 제1 구동원
32 제2 구동원 40 전동 링크 세트
41 제1 전동 링크 A1 제1 축방향
42 제2 전동 링크 A2 제2 축방향
43 제3 전동 링크 44 피벗 구멍
45 제1 삽입 구멍 50 종동 링크 세트
51 제1 종동 링크 52 제2 종동 링크
53 제3 종동 링크 54 제4 종동 링크
55 제2 삽입 구멍 60 축부재
61 제1 비원형 부분 612 제1 평면
62 제2 비원형 부분 622 제2 평면
63 원형부분 70 축부재
71 제1 비원형 부분 712 제1 평면
72 제2 비원형 부분 722 제2 평면

Claims

베이스;
제1 구동원 및 제2 구동원이 구비되고, 상기 제1 구동원, 제2 구동원은 모두 상기 베이스에 설치되는, 구동 모듈;
제1 전동 링크, 제2 전동 링크 및 제3 전동 링크가 구비되고, 상기 제1 전동 링크의 밑단은 상기 제1 전동 링크가 상기 제1 구동원의 구동에 의해 제1 축방향을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제1 구동원에 연결되고, 상기 제2 전동 링크의 선단은 상기 제2 전동 링크가 상기 제2 구동원의 구동에 의해 상기 제1 축방향과 평행하는 제2 축방향을 중심으로 회전할 수 있도록, 상기 제2 구동원에 연결되고, 상기 제3 전동 링크의 후단은 상기 제1 전동 링크의 상단에 피벗 설치되는, 전동 링크 세트; 및
제1 종동 링크, 제2 종동 링크, 제3 종동 링크 및 제4 종동 링크가 구비되고, 상기 제1 종동 링크의 밑단은 상기 제2 전동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제1 종동 링크의 상단은 상기 제2 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제2 종동 링크의 선단은 상기 제1 종동 링크가 상기 제2 전동 링크의 구동에 의해 상기 제2 종동 링크를 상기 제1 축방향을 중심으로 회전시키도록 상기 베이스의 구동 모듈을 등지는 측면에 피벗 설치되고, 상기 제3 종동 링크의 밑단은 상기 제1 종동 링크의 상단 및 상기 제2 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제3 종동 링크의 상단은 상기 제4 종동 링크의 후단에 피벗 설치되고, 상기 제4 종동 링크의 선단은 상기 제3 전동 링크의 후단에 연결되는, 종동 링크 세트
를 포함하는 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동원, 제2 구동원은 상기 베이스의 동일한 측에 위치하는, 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 제2 종동 링크는 상기 제4 종동 링크와 평행하고, 상기 제2 전동 링크의 길이는 상기 제2 종동 링크의 길이보다 길고, 상기 제2 종동 링크의 길이는 상기 제4 종동 링크의 길이와 동일한, 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 제1 전동 링크의 상단, 상기 제3 전동 링크의 후단 및 상기 제4 종동 링크의 선단은 축부재에 의해 함께 조립되고, 상기 축부재는 제1 비원형 부분, 상기 제1 비원형 부분에 연결된 제2 비원형 부분 및 상기 제2 비원형 부분에 연결된 원형 부분이 구비되고, 상기 축부재의 제1 비원형 부분은 상기 제4 종동 링크의 선단에 걸림 연결되고, 상기 축부재의 제2 비원형 부분은 상기 제3 전동 링크의 후단에 걸림 연결되고, 상기 축부재의 원형 부분은 상기 제1 전동 링크의 상단에 피벗 설치되는, 로봇 암.
제4항에 있어서,
상기 축부재의 제1 비원형 부분은 제1 평면이 구비되고, 상기 축부재의 제2 비원형 부분은 제2 평면이 구비되고, 상기 제1 평면과 제2 평면은 서로 평행한, 로봇 암.
제4항에 있어서,
상기 축부재의 제1 비원형 부분은 제1 평면이 구비되고, 상기 축부재의 제2 비원형 부분은 제2 평면이 구비되고, 상기 제1 평면과 제2 평면은 서로 평행하지 않은, 로봇 암.