KR102167759B1

KR102167759B1 - Counter-balancing unit, a counter-balancing motion apparatus with the same and a method for controlling the apparatus

Info

Publication number: KR102167759B1
Application number: KR1020190016883A
Authority: KR
Inventors: 곽관웅; 이창환; 박치홍; 김동현; 이재홍
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2020-10-20
Also published as: KR20200099028A

Abstract

본 발명은, 유니트 하우징(100)과, 상기 유니트 하우징(100)에 배치되는 유니트 구동부(200)와, 상기 유니트 구동부(200) 측과 연결되어 구동력을 전달하는 드럼 와이어(320)를 포함하는 유니트 드럼(300)과, 상기 유니트 드럼(300)의 타측과 연결되는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 통하여 상기 드럼 와이어(320) 측에 초기 중력 보상력을 제공하는 유니트 카운터 밸런서(400)와, 일단이 상기 드럼 와이어(320)와 접촉하여 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 안내하는 유니트 리스트레이너(500)를 포함하는 카운터 밸런싱 유니트(10), 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.The present invention includes a unit housing 100, a unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and a drum wire 320 connected to the unit driving unit 200 to transmit a driving force. A unit counter balancer 400 that provides an initial gravity compensating force to the drum wire 320 through the initial elastic force of the drum 300 and the balancer elastic portion 410 connected to the other side of the unit drum 300, and , Counter balancing unit 10 including a unit restrainer 500, one end contacting the drum wire 320 to guide the operation of the drum wire 320, a counter balancing motion device having the same, and a control method thereof Provides.

Description

A counter balancing unit and a counter balancing motion device having the same {COUNTER-BALANCING UNIT, A COUNTER-BALANCING MOTION APPARATUS WITH THE SAME AND A METHOD FOR CONTROLLING THE APPARATUS}

본 발명은 중력 보상 유니트에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 End -Effector의 무게에 의해 발생하는 구동 토크의 보상과 케이블의 진동을 억제하는 케이블 로봇 구동부를 구비하는 중력 보상 유니트 및 이를 포함하는 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gravity compensation unit, and more specifically, a gravity compensation unit including a cable robot driving unit for compensating the driving torque generated by the weight of the end-effector and suppressing the vibration of the cable, and an apparatus including the same, and its It relates to the control method.

케이블 로봇은 기존의 매니퓰레이터와 달리 강체로 이루어진 파트가 매우 적어 다양한 작업환경에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 이를 이용하여 다양한 응용분야에 대한 연구가 진행 중이다. 특히 건축물과 같이 작업물의 크기가 일반적인 경우보다 매우 큰 경우 요구되는 작업공간의 크기가 커지므로 케이블 로봇의 적용 필요성이 증가하고 있다. Unlike conventional manipulators, cable robots have the advantage of being able to cope with various working environments because there are very few parts made of rigid bodies. Using this, research on various application fields is underway. In particular, when the size of a work piece is much larger than that of a general case, such as a building, the required size of the work space increases, and thus the need for application of a cable robot is increasing.

케이블 로봇의 구동부는 구동 모터와 케이블이 감기는 드럼으로 구성된다. 구동 모터의 회전에 따라 드럼은 회전한다. 그리고 드럼의 회전에 따라 케이블의 길이가 조절된다. 케이블은 엔드이펙터에 연결되어 엔드이펙터의 위치를 결정한다.The drive part of the cable robot consists of a drive motor and a drum around which the cable is wound. The drum rotates according to the rotation of the drive motor. And the length of the cable is adjusted according to the rotation of the drum. The cable is connected to the end effector to determine the position of the end effector.

케이블은 케이블 로봇의 핵심 요소이며 로봇의 성능에 다양한 영향을 미친다. 케이블이 길어질수록 케이블의 탄성, 자중 그리고 외란에 의해서 케이블에 진동현상이 발생한다. 이 진동에 의해서 엔드이펙터도 진동하여 로봇의 정밀도에 악영향을 미친다. 이 진동 현상을 억제하기 위해서는 케이블의 장력을 증가시켜 강인함을 향상시키는 방법과 케이블의 진동을 직접적으로 감쇠하는 장치가 사용될 수 있다. Cables are a key element of a cable robot and have various effects on the robot's performance. The longer the cable is, the more vibration occurs in the cable due to the elasticity, self-weight, and disturbance of the cable. This vibration also vibrates the end effector, which adversely affects the precision of the robot. In order to suppress this vibration phenomenon, a method of improving the robustness by increasing the tension of the cable and a device that directly attenuates the vibration of the cable may be used.

진동 현상을 억제하기 위해서 케이블의 장력을 증가시킨다면 구동부에 요구되는 용량이 커지며, 구동부의 소모 동력이 증가한다. 따라서 강인함을 추가적으로 향상시키기 위해서는 모터의 용량 및 소모 동력을 증가시켜야 된다는 문제점이 발생한다. 케이블의 진동을 직접적으로 감쇠하는 장치가 사용된다면 이러한 문제점의 경감이 가능하다. If the tension of the cable is increased to suppress the vibration phenomenon, the capacity required for the driving unit increases and the power consumption of the driving unit increases. Therefore, in order to further improve the robustness, a problem arises in that the capacity and power consumption of the motor must be increased. If a device that directly attenuates the vibration of the cable is used, this problem can be alleviated.

진동억제를 위해 케이블의 장력을 증가시키는 것 이외에도 End-Effector의 무게에 의해서 구동 모터에 요구되는 용량 및 소모 동력이 증가할 수 있다. End-Effector의 무게에 의한 모터의 요구 용량 및 소모 동력을 감소시키기 위해서는 기존에 사용되는 중력보상 메커니즘이 매우 유효하다. 중력보상 메커니즘은 스프링을 사용하여 구조물의 자중을 경감하여 구동 모터의 용량 혹은 소모 동력을 감소시키는 효과를 지닌다. 주로 로봇 매니퓰레이터에 적용되며, 로봇의 자중을 스프링으로 지지하여 구동 모터의 부담을 경감하도록 도와준다.In addition to increasing the tension of the cable to suppress vibration, the capacity and power consumption required for the drive motor can be increased by the weight of the End-Effector. In order to reduce the required capacity and power consumption of the motor by the weight of the End-Effector, the conventional gravity compensation mechanism is very effective. The gravity compensation mechanism has the effect of reducing the capacity or power consumption of the drive motor by reducing the weight of the structure by using a spring. It is mainly applied to robot manipulators, and helps reduce the burden on the driving motor by supporting the robot's own weight with a spring.

하지만 기존의 중력 보상 메커니즘은 가동 범위에 한계가 있다는 문제점이 있다. 중력보상 메커니즘에 사용되는 스프링은 구조적인 특성상 가동 범위에 한계가 존재한다. 이 가동 범위 밖에서는 스프링의 영구적 변형 혹은 기능상실의 가능성이 존재한다. 로봇 매니퓰레이터에의 중력보상 메커니즘의 적용 사례에서는 매니퓰레이터가 대략 0~180도 정도의 가동범위에서 동작하기에 스프링의 가동 범위는 큰 문제가 되지 않는다. 하지만 케이블 로봇의 가동범위는 케이블이 감긴 드럼의 회전에 의해서 결정되고 드럼의 회전 범위는 360도를 상회하는 수준에서 가동되므로 스프링의 영구적 변형 혹은 기능상실의 가능성이 존재한다. 따라서 일반적인 중력보상 메커니즘으로는 케이블 로봇의 구동부 적용이 불가능하고, 케이블 로봇에의 적용을 위해서 개량된 중력보상 메커니즘이 요구된다.However, the existing gravity compensation mechanism has a problem in that there is a limit to the range of motion. The spring used in the gravity compensation mechanism has a limit in its range of motion due to its structural characteristics. Outside this range of motion, there is a possibility of permanent deformation or malfunction of the spring. In the case of application of the gravity compensation mechanism to a robot manipulator, the spring's movable range is not a big problem because the manipulator operates in a movable range of approximately 0 to 180 degrees. However, since the movable range of the cable robot is determined by the rotation of the drum around which the cable is wound, and the rotation range of the drum is operated at a level exceeding 360 degrees, there is a possibility of permanent deformation or malfunction of the spring. Therefore, it is impossible to apply the driving part of a cable robot with a general gravity compensation mechanism, and an improved gravity compensation mechanism is required for application to a cable robot.

따라서, 본 발명은 케이블 로봇 내지 장치의 모터 용량을 최소화시키되 출력 동력을 최대화시키며 컴팩트한 구성을 가능하게 하는 카운터 밸런서를 구비하는 케이블 장치로서의 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention minimizes the motor capacity of the cable robot or the device, maximizes the output power, and provides a counter balancer that enables a compact configuration, a counter balancing unit as a cable device, a counter balancing motion device having the same, and a control method thereof It aims to provide.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유니트 하우징(100)과, 상기 유니트 하우징(100)에 배치되는 유니트 구동부(200)와, 상기 유니트 구동부(200) 측과 연결되어 구동력을 전달하는 드럼 와이어(320)를 포함하는 유니트 드럼(300)과, 상기 유니트 드럼(300)의 타측과 연결되는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 통하여 상기 드럼 와이어(320) 측에 초기 중력 보상력을 제공하는 유니트 카운터 밸런서(400)와, 일단이 상기 드럼 와이어(320)와 접촉하여 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 안내하는 유니트 리스트레이너(500)를 포함하는 카운터 밸런싱 유니트(10)를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a unit housing 100, a unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and a drum wire connected to the unit driving unit 200 side to transmit driving force. Provides an initial gravity compensating force to the drum wire 320 side through the initial elastic force of the unit drum 300 including 320 and the balancer elastic portion 410 connected to the other side of the unit drum 300 It provides a counter balancing unit 10 including a unit counter balancer 400, and a unit restrainer 500 having one end in contact with the drum wire 320 to guide the operation of the drum wire 320.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 유니트 드럼(300)은, 일단은 상기 유니트 구동부(200)와 연결되고 외주에 상기 드럼 와이어(320)가 권취되는 드럼 바디(310)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the unit drum 300 may include a drum body 310 having one end connected to the unit driving unit 200 and wound around the drum wire 320 around the outer periphery.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 유니트 카운터 밸런서(400)는: 상기 밸런서 탄성부(410)의 타측과 상기 유니트 드럼(300) 측 사이에 연결되는 밸런서 전달부(420)와, 상기 밸런서 탄성부(410)를 사이에 두고 상기 밸런서 전달부(420)와 대향 배치되고 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하는 밸런서 모듈레이터(430)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the unit counter balancer 400 includes: a balancer transmission unit 420 connected between the other side of the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300 side, and the balancer elastic unit ( It may include a balancer modulator 430 disposed opposite to the balancer transmission unit 420 with 410 interposed therebetween and adjusting the initial elastic force of the balancer elastic unit 410.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 밸런서 전달부(420)는 유성 기어 세트일 수도 있다.In the counter balancing unit, the balancer transmission unit 420 may be a planetary gear set.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 밸런서 탄성부(410)는: 일단이 상기 밸런서 모듈레이터(430)와 연결되는 밸런서 탄성체(411)와, 일단은 상기 밸런서 탄성체(411)의 타단에, 그리고 타단은 상기 밸런서 전달부(420)에 연결되는 밸런서 탄성 플레이트(413)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the balancer elastic part 410 includes: a balancer elastic body 411 having one end connected to the balancer modulator 430, one end at the other end of the balancer elastic body 411, and the other end of the It may also include a balancer elastic plate 413 connected to the balancer transmission unit 420.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 밸런서 모듈레이터(430)는: 상기 밸런서 탄성부(410)와 연결되어 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하는 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)와, 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하기 위한 조정 구동력을 생성하는 밸런서 모듈레이터 구동부(431)와, 상기 밸런서 모듈레이터 구동부(431) 및 상기 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)의 사이에 배치되어 상기 밸런서 모듈레이터 구동부(431)의 조정 구동력을 상기 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)로 전달하는 밸런서 모듈레이터 전달부(433)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the balancer modulator 430 includes: a balancer modulator transmission plate 435 connected to the balancer elastic unit 410 to adjust the initial elastic force of the balancer elastic unit 410, and the balancer elasticity The balancer modulator driving unit 431 is disposed between the balancer modulator driving unit 431 and the balancer modulator driving unit 431 and the balancer modulator transmission plate 435 to generate an adjustment driving force for adjusting the initial elastic force of the unit 410, and the balancer modulator driving unit ( It may also include a balancer modulator transmission unit 433 for transmitting the adjustment driving force of the 431 to the balancer modulator transmission plate 435.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 유니트 리스트레이너(500)는: 상기 드럼 와이어(320)와 상시 접촉 상태를 형성하는 리스트레이너 풀리(520)와, 상기 리스트레이너 풀리(520)의 회동을 지지하는 리스트레이너 바디(510)와, 일단이 상기 유니트 하우징(100)에 배치되고 타단은 상기 리스트레이너 바디(510)를 지지하는 리스트레이너 바디 서포터(530)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the unit restrainer 500 includes: a restrainer pulley 520 forming a constant contact state with the drum wire 320, and a lease supporting the rotation of the restrainer pulley 520 It may include a trainer body 510 and a restrainer body supporter 530 having one end disposed on the unit housing 100 and the other end supporting the restrainer body 510.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 유니트 리스트레이너(500)는 회동을 디텐팅 동작시키는 리스트레이너 디텐트부(540)를 더 구비할 수도 있다.In the counter balancing unit, the unit restrainer 500 may further include a restrainer detent unit 540 for detenting rotation.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 리스트레이너 디텐트부(540)는: 상기 리스트레이너 풀리(520)의 외측면으로, 상기 리스트레이너 풀리(520)의 회동축의 길이 방향으로 연장 배치되는 부분의 회동 원주면 상에 요철 배치되는 리스트레이너 디텐트(541)와, 상기 리스트레이너 바디(510)의 단부의 내측면에 위치 고정되어 배치되고 상기 리스트레이너 디텐트(541)와 적어도 일부가 상시 접촉하는 리스트레이너 디텐트 탄성부(543)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the restrainer detent part 540 includes: a rotation of a portion extending in the longitudinal direction of the rotation axis of the restrainer pulley 520 toward the outer surface of the restrainer pulley 520 A restrainer detent 541 disposed unevenly on a circumferential surface, and a restrainer detent 541 that is fixedly positioned on an inner surface of an end of the restrainer body 510 and is in constant contact with at least a portion of the restrainer detent 541 It may also include a trainer detent elastic portion 543.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 리스트레이너 디텐트 탄성부(543)는: 상기 리스트레이너 바디(510)의 내측에 위치 고정되어 배치되는 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)와, 상기 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)에 연결되어 상기 리스트레이너 디텐트(541)를 향하여 돌출 배치되는 리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the restrainer detent elastic part 543 includes: a restrainer detent elastic support part 543 which is positioned and disposed inside the restrainer body 510, and the restrainer detent It may include a restrainer detent elastic body 541 connected to the elastic support part 543 and protruding toward the restrainer detent 541.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)와 상가 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)는 일체형 구조를 취하고, 상기 리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)의 양단에 상기 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)가 배치될 수도 있다.In the counter balancing unit, the restrainer detent elastic body 541 and the mall restrainer detent elastic support part 543 take an integral structure, and the restrainers at both ends of the restrainer detent elastic body 541 The detent elastic support 543 may be disposed.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 유니트 리스트레이너(500)는: 상기 드럼 와이어(320)와 상시 접촉 상태를 형성하는 리스트레이너 풀리(520)와, 적어도 일부가 상기 리스트레이너 풀리(520)의 회동을 지지하고, 적어도 다른 일부가 상기 유니트 하우징에 고정 배치되는 리스트레이너 바디(510;510a,510b)와, 복수 개가 각각 이격되어 배치되되, 양단이 상기 리스트레이너 바디(510)에 연결되는 리스트레이너 바디 서포터(530)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the unit restrainer 500 includes: a restrainer pulley 520 forming a constant contact state with the drum wire 320, and at least part of the restrainer pulley 520 rotates A restrainer body (510; 510a, 510b) which is supported and at least another part is fixedly disposed on the unit housing, and a plurality of restrainer body supporters are disposed to be spaced apart from each other, and both ends are connected to the restrainer body 510 It may also include 530.

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 리스트레이너 바디(510)는 이중 지지 구조를 취하되, 상기 리스트레이너 풀리(520)가 배치되는 리스트레이너 제 1 바디(510a)와, 상기 리스트레이너 제 1 바디(510a)에 이격되어 상기 유니트 하우징(100)에 위치 고정되어 배치되고, 상기 리스트레이너 바디 서포터(530;530a,530b,530c)를 통하여 상기 리스트레이너 제 1 바디(510a)를 지지하는 리스트레이너 제 2 바디(510b)를 포함할 수도 있다.In the counter balancing unit, the restrainer body 510 has a dual support structure, and a first restrainer body 510a on which the restrainer pulley 520 is disposed, and the first restrainer body 510a ) Is spaced apart from and fixed to the unit housing 100 and disposed, and supporting the first restrainer body 510a through the restrainer body supporters 530; 530a, 530b, and 530c. It may also include (510b).

상기 카운터 밸런싱 유니트에 있어서, 상기 밸런서 전달부(420)와 상기 유니트 드럼(300) 사이에 배치되어, 상기 밸런서 전달부(420)의 회동축과 상기 유니트 드럼(300)의 회동축의 비동축선 상의 배치를 가능하게 하는 유니트 연결부(600)가 더 구비될 수도 있다.In the counter balancing unit, it is disposed between the balancer transmission unit 420 and the unit drum 300, on a non-coaxial line between the rotation axis of the balancer transmission unit 420 and the rotation axis of the unit drum 300 A unit connection part 600 that enables arrangement may be further provided.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 유니트 하우징(100)과, 상기 유니트 하우징(100)에 배치되는 유니트 구동부(200)와, 상기 유니트 구동부(200) 측과 연결되어 구동력을 전달하고 단부에 엔드이펙터(3,3a)가 연결되는 드럼 와이어(320)를 포함하는 유니트 드럼(300)과, 상기 유니트 드럼(300)의 타측과 연결되는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 통하여 상기 드럼 와이어(320) 측에 초기 중력 보상력을 제공하는 유니트 카운터 밸런서(400)와, 일단이 상기 드럼 와이어(320)와 접촉하여 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 안내하는 유니트 리스트레이너(500)를 포함하고, 상기 유니트 카운터 밸런서(400)는: 상기 밸런서 탄성부(410)의 타측과 상기 유니트 드럼(300) 측 사이에 연결되는 밸런서 전달부(420)와, 상기 밸런서 탄성부(410)를 사이에 두고 상기 밸런서 전달부(420)와 대향 배치되고 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하는 밸런서 모듈레이터(430)를 포함하고, 모션 지지부(2) 측에 배치되는 하나 이상의 카운터 밸런싱 유니트(10)와, 운영자의 운영 지시를 입력하는 입력부(50)와, 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력에 대한 초기 탄성력 정보 및 상기 드럼 와이어(320)의 구동 정보를 포함하는 사전 설정 데이터가 저장되는 저장부(30)와, 상기 입력부(50)를 통하여 입력된 입력 정보 및 상기 사전 설정 데이터에 기초하여 상기 유니트 카운터 밸런서(400)의 초기 탄성력을 조정하거나 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)의 연산 제어 신호에 따라 상기 초기 탄성력 정보 및 상기 사전 설정 데이터에 기초하여 상기 유니트 카운터 밸런서(400)와 상기 유니트 구동부(200)에 인가되는 제어 신호를 산출하는 연산부(40)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치를 제공한다, According to another aspect of the present invention, the present invention is connected to the unit housing 100, the unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and the unit driving unit 200 side to transmit the driving force and The drum wire through the initial elastic force of the unit drum 300 including the drum wire 320 to which the end effectors 3 and 3a are connected, and the balancer elastic part 410 connected to the other side of the unit drum 300 A unit counter balancer 400 providing an initial gravity compensating force to the side 320, and a unit restrainer 500 having one end in contact with the drum wire 320 to guide the operation of the drum wire 320 And, the unit counter balancer 400 is: a balancer transmission unit 420 connected between the other side of the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300 side, and the balancer elastic unit 410 between And a balancer modulator 430 disposed opposite to the balancer transmission unit 420 and adjusting the initial elastic force of the balancer elastic unit 410, and at least one counter balancing unit 10 disposed on the motion support unit 2 side. ), and an input unit 50 for inputting an operation instruction of the operator, and preset data including initial elastic force information on the initial elastic force of the balancer elastic unit 410 and driving information of the drum wire 320 are stored. Adjusting the initial elastic force of the unit counter balancer 400 or controlling the operation of the drum wire 320 based on the storage unit 30 and the input information input through the input unit 50 and the preset data The control unit 20 outputs a control signal, and is applied to the unit counter balancer 400 and the unit driving unit 200 based on the initial elastic force information and the preset data according to an operation control signal of the control unit 20 It provides a counter balancing motion device including an operation unit 40 that calculates a control signal that is,

상기 카운터 밸런싱 모션 장치에 있어서, 상기 카운터 밸런싱 유니트(10)가 복수 개일 수도 있다.In the counter balancing motion apparatus, there may be a plurality of counter balancing units 10.

상기 카운터 밸런싱 모션 장치에 있어서, 상기 모션 지지부(2,2a,2b)에는 상기 모션 지지부(2;2a,2b)를 따라 가동 가능한 모션 블록(5)이 배치되고 상기 카운터 밸런싱 유니트(10)는 상기 모션 블록(5)에 배치될 수도 있다.In the counter balancing motion device, the motion support (2,2a, 2b) is provided with a movable motion block (5) along the motion support (2; 2a, 2b), and the counter balancing unit (10) comprises the It may also be placed in the motion block 5.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 유니트 하우징(100)과, 상기 유니트 하우징(100)에 배치되는 유니트 구동부(200)와, 상기 유니트 구동부(200) 측과 연결되어 구동력을 전달하고 단부에 엔드이펙터(3,3a)가 연결되는 드럼 와이어(320)를 포함하는 유니트 드럼(300)과, 상기 유니트 드럼(300)의 타측과 연결되는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 통하여 상기 드럼 와이어(320) 측에 초기 중력 보상력을 제공하는 유니트 카운터 밸런서(400)와, 일단이 상기 드럼 와이어(320)와 접촉하여 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 안내하는 유니트 리스트레이너(500)를 포함하고, 모션 지지부(2) 측에 배치되는 하나 이상의 카운터 밸런싱 유니트(10)와, 운영자의 운영 지시를 입력하는 입력부(50)와, 상기 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력에 대한 초기 탄성력 정보 및 상기 드럼 와이어(320)의 구동 정보를 포함하는 사전 설정 데이터가 저장되는 저장부(30)와, 상기 입력부(50)를 통하여 입력된 입력 정보 및 상기 사전 설정 데이터에 기초하여 상기 유니트 카운터 밸런서(400)의 초기 탄성력을 조정하거나 상기 드럼 와이어(320)의 가동을 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)의 연산 제어 신호에 따라 상기 초기 탄성력 정보 및 상기 사전 설정 데이터에 기초하여 상기 유니트 카운터 밸런서(400)와 상기 유니트 구동부(200)에 인가되는 제어 신호를 산출하는 연산부(40)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치를 제공하는 제공 단계(S10)와, 상기 제공 단계(S10)에서 상기 카운터 밸런싱 유니트(10)의 드럼 와이어(320)에 형성되는 장력이 감지되고 감지 신호가 상기 제어부(20)로 전달되는 감지 단계(S20)와, 상기 제어부(20)가 감지된 장력 신호와 상기 저장부(30)에 저장되는 상기 사전 설정 데이터를 활용하여 상기 연산부(40)에 연산 제어 신호를 인가하고, 상기 카운터 밸런싱 유니트(10)의 상기 드럼 와이어(320)에 형성되는 장력과, 상기 유니트 카운터 밸런서(400)에 의한 중력 보상값을 포함하는 목적함수를 산출하는 목적 함수 산출 단계(S30)와, 상기 목적 함수 산출 단계(S30)에서 산출된 목적 함수 값을 사전 설정 데이터에 포함되는 사전 설정 기준값과 비교하여 목적 함수 값이 최적화되는 초기 중력보상값을 형성하도록 스프링의 최적화된 스프링의 초기 각도 값을 산출하는 최적 초기 각도 산출 단계(S40)와, 상기 제어부(20)가 상기 초기 각도 산출 단계(S40)에서 산출된 최적 초기 각도로 조정되도록 상기 밸런서 모듈레이터(430)에 조정 제어 신호를 인가하여 초기 중력 보상력을 조정하는 밸런서 조정 단계(S50)를 포함할 수도 있다.According to another aspect of the present invention, the present invention is connected to the unit housing 100, the unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and the unit driving unit 200 side to transmit a driving force and The drum through the initial elastic force of the unit drum 300 including the drum wire 320 to which the end effectors 3 and 3a are connected, and the balancer elastic part 410 connected to the other side of the unit drum 300 A unit counter balancer 400 providing an initial gravity compensating force to the wire 320 side, and a unit restrainer 500 having one end in contact with the drum wire 320 to guide the operation of the drum wire 320 Includes, at least one counter balancing unit 10 disposed on the side of the motion support unit 2, an input unit 50 for inputting an operation instruction of an operator, and initial elastic force information for the initial elastic force of the balancer elastic unit 410 And a storage unit 30 storing preset data including driving information of the drum wire 320, and the unit counter balancer based on the input information and the preset data input through the input unit 50. A controller 20 for adjusting the initial elastic force of 400) or outputting a control signal for controlling the operation of the drum wire 320, and the initial elastic force information and the preset data according to an operation control signal of the controller 20 Based on the providing step (S10) of providing a counter balancing motion device including the unit counter balancer 400 and an operation unit 40 for calculating a control signal applied to the unit driving unit 200, the providing step ( A sensing step (S20) in which a tension formed in the drum wire 320 of the counter balancing unit 10 is sensed and a detection signal is transmitted to the control unit 20 in S10), and the tension detected by the control unit 20 Applying an operation control signal to the operation unit 40 by using a signal and the preset data stored in the storage unit 30, and the counter balancing unit (1) An objective function calculating step (S30) of calculating an objective function including a tension formed in the drum wire 320 of 0) and a gravity compensation value by the unit counter balancer 400, and the objective function calculating step ( Calculation of the optimal initial angle to calculate the initial angle value of the spring optimized for the spring to form the initial gravity compensation value for which the objective function value is optimized by comparing the objective function value calculated in S30) with a preset reference value included in the preset data A balancer for adjusting the initial gravity compensation force by applying an adjustment control signal to the balancer modulator 430 so that the control unit 20 adjusts to the optimum initial angle calculated in the step S40 and the initial angle calculation step S40 It may also include an adjustment step (S50).

상기 카운터 밸런싱 모션 장치 제어 방법에 있어서, 상기 목적 함수(J)는: In the counter balancing motion device control method, the objective function (J) is:

여기서,

, here,

,

,

그리고, F는 각 드럼 와이어의 장력, t는 모션 지지부(2)에 장착되는 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치로서의 카운터 밸런싱 모션 장치의 작업 공간을 메쉬(mesh)화하였을 때 각 메쉬의 고려된 모든 교점의 수일 수도 있다.In addition, F denotes the tension of each drum wire, t denotes the counter-balancing motion apparatus including the counter-balancing unit 10 mounted on the motion support unit 2, when the working space of the counter-balancing motion apparatus is meshed. It may also be the number of all considered vertices of the mesh.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 카운터 밸런싱 유니트, 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다. The counter balancing unit, the counter balancing motion device, and a control method thereof according to the present invention having the above configuration have the following effects.

첫째, 본 발명에 따른 카운터 밸런싱 유니트, 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법은, 구비되는 모터로 구현되는 구동부의 모터용량을 높이되 공간 및 중량을 최소화시켜 작동 성능을 극대화시키는 구조의 케이블 로봇의 구현을 가능하게 할 수 있다. First, a counter balancing unit, a counter balancing motion device, and a control method thereof according to the present invention are implemented in a cable robot having a structure that maximizes operating performance by increasing the motor capacity of the driving unit implemented by the provided motor, while minimizing space and weight. Can be made possible.

둘째, 본 발명에 따른 카운터 밸런싱 유니트, 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법은, 유니트 리스트레이너를 통한 드럼 와이어의 거동을 가이드 제한함으로써 진동 내지 원치 않는 거동을 인한 엔드이펙터 동작의 불안정성을 방지 내지 최소화시킬 수도 있다. Second, the counter balancing unit, the counter balancing motion device, and the control method thereof according to the present invention can prevent or minimize the instability of the end effector operation due to vibration or unwanted behavior by limiting the movement of the drum wire through the unit restrainer. May be.

셋째, 본 발명에 따른 카운터 밸런싱 유니트, 카운터 밸런싱 모션 장치 및 이의 제어 방법은, 카운터 밸런서 모듈레이터를 통한 초기 중력 보상력을 조정함으로써 최적화된 동작 구현을 가능하게 할 수도 있다. Third, the counter balancing unit, the counter balancing motion apparatus, and the control method thereof according to the present invention may enable an optimized operation to be implemented by adjusting an initial gravity compensation force through a counter balancer modulator.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 개략적인 블록선도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트의 개략적인 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 작동 조건에 따른 목적함수의 산출 선도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트의 개략적인 변형 구조이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트의 변형예의 개략적인 부분 투영 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트의 유니트 리스트레이너의 변형예의 개략적인 부분 사시도이다. 1 is a schematic perspective view of a counter balancing unit and a counter balancing motion device including the same according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic block diagram of a counter balancing unit and a counter balancing motion apparatus having the same according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view of a counter balancing unit according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are diagrams for calculating an objective function according to an operating condition of a counter balancing unit and a counter balancing motion device having the same according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic modified structure of a counter balancing unit according to another embodiment of the present invention.
8 is a schematic flowchart of a control method of a counter balancing unit and a counter balancing motion apparatus having the same according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic perspective view of a counter balancing unit and a counter balancing motion apparatus including the same according to another embodiment of the present invention.
10 is a schematic partial cross-sectional view of a modified example of a counter balancing unit according to another embodiment of the present invention.
11 is a schematic partial perspective view of a modified example of the unit restrainer of the counter balancing unit according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치에 대한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트(10)는 자가 균형 탑승 로봇(M)을 안전성/안정성을 시험하기 위한 장치로서, 카운터 밸런싱 유니트(10)는 자가 균형 탑승 로봇(M)에 장착 탑재되어 테스트 실행되고, 해당 테스트 결과는 카운터 밸런싱 유니트(10)를 통하여 확인될 수 있다. Hereinafter, a counter balancing unit and a counter balancing motion device having the same will be described with reference to the drawings. The counter balancing unit 10 according to an embodiment of the present invention is a device for testing the safety/stability of the self-balancing boarding robot M, and the counter balancing unit 10 is mounted and mounted on the self-balancing boarding robot M. The test is executed, and the test result can be checked through the counter balancing unit 10.

본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트(10)는 유니트 하우징(100)과, 유니트 구동부(200)와, 유니트 드럼(300)과, 유니트 카운터 밸런서(400)와, 유니트 리스트레이너(500)를 포함한다. The counter balancing unit 10 according to an embodiment of the present invention includes a unit housing 100, a unit driving unit 200, a unit drum 300, a unit counter balancer 400, and a unit restrainer 500. Includes.

유니트 하우징(100)은 다른 구성요소를 수용하기 위한 케이스 기능을 하는 구성요소로, 도 1에 도시된 바와 같이 유니트 하우징(100)은 본 실시예에서 장방형 사각 케이스로 구현된다. The unit housing 100 is a component that functions as a case for accommodating other components, and as shown in FIG. 1, the unit housing 100 is implemented as a rectangular rectangular case in this embodiment.

유니트 하우징(100)은 유니트 하우징 커버(도 1 참조)와 유니트 하우징 베이스(110)와 유니트 하우징 서포터(120)를 포함한다. 유니트 하우징 베이스(110)는 유니트 하우징 커버(미도시)와 맞물리어 내부 공간을 형성한다. 유니트 하우징 베이스(110)의 일면 상에는 유니트 하우징 서포터(120)가 배치되는데, 유니트 하우징 서포터(120)는 다른 회동 동작을 이루는 구성요소의 지지 내지 이들 회동축의 저널 베어링의 기능을 수행할 수도 있다. The unit housing 100 includes a unit housing cover (see FIG. 1 ), a unit housing base 110 and a unit housing supporter 120. The unit housing base 110 forms an internal space by engaging with the unit housing cover (not shown). A unit housing supporter 120 is disposed on one surface of the unit housing base 110, and the unit housing supporter 120 may support components that perform other rotational motions or serve as journal bearings of these rotational shafts.

본 실시예에서 유니트 하우징 서포터(120)는 하기되는 유니트 카운터 밸런서(400)의 밸런서 탄성부(410)와 밸런서 전달부(420)의 사이에, 그리고 밸런서 전달부(420)와 유니트 드럼(300)의 사이에 배치되는 구성을 취하나, 이는 본 발명을 구현하기 위한 일예일 뿐, 본 발명의 유니트 하우징 서포터(120)의 배치 위치 및 개수는 설계 사양에 따라 다양한 구성을 취할 수 있다. In this embodiment, the unit housing supporter 120 is between the balancer elastic portion 410 and the balancer transmission unit 420 of the unit counter balancer 400 to be described below, and the balancer transmission unit 420 and the unit drum 300 Although it takes a configuration disposed between, this is only an example for implementing the present invention, and the arrangement position and number of the unit housing supporters 120 of the present invention may take various configurations according to design specifications.

유니트 하우징(100)의 내부에는 유니트 구동부(200)가 배치된다. 유니트 구동부(200)는 전기 모터로 구현되는데, 유니트 구동부(200)는 유니트 하우징 서포터(120)에 의하여 지지되고, 유니트 구동부(200)의 구동축(미도시)은 하기되는 유니트 드럼부(300) 측과 연결된다. A unit driving unit 200 is disposed inside the unit housing 100. The unit driving unit 200 is implemented with an electric motor, the unit driving unit 200 is supported by the unit housing supporter 120, and the drive shaft (not shown) of the unit driving unit 200 is toward the unit drum unit 300 to be described below. Is connected with

유니트 구동부(200)는 하기되는 제어부(20)의 구동 제어 신호에 따라 가동되어 소정의 구동력을 생성하고, 생성된 구동력은 유니트 드럼부(300) 측으로 전달된다. The unit driving unit 200 is operated according to a driving control signal of the controller 20 to be described below to generate a predetermined driving force, and the generated driving force is transmitted to the unit drum unit 300.

유니트 드럼(300)는 유니트 구동부(200) 측과 연결되어 유니트 구동부(200)에서 생성된 구동력을 전달받아 외부로 출력하는데, 이러한 구동력의 출력은 유니트 드럼(300)의 드럼 와이어(320)를 통하여 이루어진다. The unit drum 300 is connected to the unit driving unit 200 side to receive the driving force generated by the unit driving unit 200 and output it to the outside. The output of this driving force is output through the drum wire 320 of the unit drum 300. Done.

보다 구체적으로, 유니트 드럼(300)은 드럼 와이어(320)와 드럼 바디(310)를 포함한다. 드럼 와이어(320)는 복수 개의 스트랜드로 구성된 스틸 와이어어일 수도 있고, 탄소 섬유 내지 복합 강화섬유로 구성된 합성 와이어일 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능하다. 드럼 바디(310)는 회동축을 중심으로 드럼 와이어(320)가 권취될 수 있는 외주면을 갖는 원통형 구조로 형성된다. More specifically, the unit drum 300 includes a drum wire 320 and a drum body 310. The drum wire 320 may be a steel wire wire composed of a plurality of strands, or may be a synthetic wire composed of carbon fibers or composite reinforcing fibers, and various selections are possible according to design specifications. The drum body 310 is formed in a cylindrical structure having an outer circumferential surface on which the drum wire 320 can be wound around a rotation axis.

유니트 드럼(300)의 일단은 유니트 구동부(200)와 연결된다. 이들 구성요소간의 연결은 직결 방식을 취할 수도 있고, 경우에 따라 중심 축선을 달리하는 경우 커플러 등을 통하여 간접 연결되는 방식을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. One end of the unit drum 300 is connected to the unit driving unit 200. The connection between these components may take a direct connection method or, in some cases, a method of indirect connection through a coupler or the like when the central axis is different, various modifications are possible according to design specifications.

유니트 드럼(300)의 타단은 유니트 카운터 밸런서(400)의 밸런서 전달부(420)에 연결된다. 유니트 드럼(300)의 드럼 바디(310)는 앞서 기술한 바와 같이, 원통형 외주면 구조를 취하는데, 드럼 바디(310)는 드럼 메인 바디(311)와 드럼 사이드 바디(313)를 포함한다. 드럼 메인 바디(311)의 원통형 단면의 반경은 드럼 사이드 바디(313)의 반경보다 작은 값을 구비하여, 드럼 와이어(320)가 드럼 메인 바디(311)에 권취되는 경우 드럼 사이드 바디(313)를 통한 안내 동작을 이루어, 드럼 메인 바디(311) 외측으로의 이탈을 방지할 수 있다. The other end of the unit drum 300 is connected to the balancer transmission unit 420 of the unit counter balancer 400. The drum body 310 of the unit drum 300 has a cylindrical outer circumferential structure, as described above, and the drum body 310 includes a drum main body 311 and a drum side body 313. The radius of the cylindrical cross section of the drum main body 311 is smaller than the radius of the drum side body 313, so that when the drum wire 320 is wound around the drum main body 311, the drum side body 313 By performing a guiding operation through the drum main body 311, it is possible to prevent separation to the outside.

유니트 카운터 밸런서(400)는 드럼 와이어(320) 측에 초기 중력 보상력을 제공하는데, 유니트 카운터 밸런서(400)는 밸런서 탄성부(410)를 포함하고, 밸런서 탄성부(410)는 이러한 초기 중력 보상력 제공을 이룬다. The unit counter balancer 400 provides an initial gravity compensating force to the drum wire 320 side, the unit counter balancer 400 includes a balancer elastic part 410, and the balancer elastic part 410 compensates for such initial gravity. To achieve power provision.

보다 구체적으로, 유니트 카운터 밸런서(400)는 초기 탄성력 제공을 통한 중력 보상 기능을 드럼 와이어(320)를 통하여 최종적으로 연결되는 구성물에 중력 보상력을 제공하는데, 유니트 카운터 밸런서(400)는 밸런서 탄성부(410)와 밸런서 전달부(420)와 그리고 밸런서 모듈레이터(430)를 포함한다. More specifically, the unit counter balancer 400 provides a gravity compensating force to a component that is finally connected through the drum wire 320 with a gravity compensating function through providing an initial elastic force, and the unit counter balancer 400 provides a balancer elastic part It includes 410 and a balancer transmission unit 420 and a balancer modulator 430.

밸런서 탄성부(410)는 유니트 드럼(300)의 타측과 연결되고, 밸런서 탄성부(410)와 유니트 드럼(300) 사이에는 밸런서 전달부(420)가 배치되며, 밸런서 모듈레이터(430)는 밸런서 탄성부(410)의 단부로 유니트 드럼(300) 측과 연결되는 단부의 반대편 단부와 연결된다. The balancer elastic unit 410 is connected to the other side of the unit drum 300, and a balancer transmission unit 420 is disposed between the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300, and the balancer modulator 430 is a balancer elasticity. The end of the unit 410 is connected to an end opposite to the end connected to the unit drum 300 side.

본 실시예에서의 밸런서 탄성부(410)는 밸런서 탄성체(411)와 밸런서 탄성 플레이트(413)를 포함한다. 밸런서 탄성체(411)는 일단이 밸런서 모듈레이터(430)와 연결된다. 밸런서 탄성체(411)는 본 실시예에서 코일형 토션 스프링으로 구현되나, 유니트 드럼(300) 측 내지 유니트 드럼(300) 측과 연결되는 하기되는 밸런서 전달부(420)의 회동축에 대한 토션을 제공하는 범위에서 다양한 선택이 가능하다. The balancer elastic part 410 in this embodiment includes a balancer elastic body 411 and a balancer elastic plate 413. The balancer elastic body 411 has one end connected to the balancer modulator 430. The balancer elastic body 411 is implemented as a coil-type torsion spring in this embodiment, but provides torsion with respect to the rotation axis of the balancer transmission unit 420 to be connected to the unit drum 300 side to the unit drum 300 side. There are a variety of options available.

밸런서 탄성 플레이트(413)는 일단이 밸런서 탄성체(411)의 타단에, 그리고 타단이 밸런서 전달부(420)에 연결된다. 밸런서 탄성 플레이트(413)는 본 실시예에서 원형 디스크 플레이트로 구현되는데, 이는 일예로서 토션 스프링으로 기능하는 밸런서 탄성체(411)와 회동축의 연결을 요하는 밸런서 전달부(420) 측의 연결을 이루는 범위에서 다양한 선택이 가능하다. The balancer elastic plate 413 has one end connected to the other end of the balancer elastic body 411 and the other end connected to the balancer transmission unit 420. The balancer elastic plate 413 is implemented as a circular disk plate in this embodiment, which, as an example, forms a connection between the balancer elastic body 411 functioning as a torsion spring and the balancer transmission unit 420 requiring connection of the rotation shaft. There are many choices in a range.

밸런서 전달부(420)는 밸런서 탄성부(410)의 타측과 유니트 드럼(300) 측 사이에 연결되어 밸런서 탄성부(410) 측과 유니트 드럼(300) 측 사이에 변속 연결 상태를 형성할 수 있다. 즉, 유니트 드럼(300)의 축회동 속도와 밸런서 탄성부(410) 사이에 사전 설정 내지 조정 변속비로의 전달 상태를 형성하여 궁극적으로 양단에서의 사전 설정 내지 조정 토크비로의 토크 전달 내지 토크 전달 상태 형성을 이룰 수 있다. 본 실시예에서 유니트 드럼(300) 측의 회전 속도는 밸런서 탄성부(410) 측의 회전 속도보다 훨씬 큰 값을 갖고, 유니트 드럼(300) 측에 대한 밸런서 탄성부(410) 측의 토크비는 1보다 큰 값을 갖는다.The balancer transmission unit 420 may be connected between the other side of the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300 side to form a shift connection state between the balancer elastic unit 410 side and the unit drum 300 side. . That is, by forming a transmission state between the axial rotation speed of the unit drum 300 and the balancer elastic portion 410 at a preset or adjusted transmission ratio, ultimately, a torque transmission or torque transmission state at both ends of a preset or adjusted torque ratio Formation can be achieved. In this embodiment, the rotation speed of the unit drum 300 side has a value much larger than the rotation speed of the balancer elastic part 410 side, and the torque ratio of the balancer elastic part 410 side to the unit drum 300 side is It has a value greater than 1.

따라서, 밸런서 전달부(420)는 양단에서의 속도비 내지 토크비의 변화를 이루는 범위에서 다양한 선택이 가능하나, 본 실시예에서의 밸런서 전달부(420)는 유전로 구현된다. 유성 기어 세트로 구현되는 밸런서 전달부(420)는 양단의 입력/출력 샤프트 사이에 유성 캐리어, 유성 선기어 내지 유성 플래네터리 기어등의 구성요소를 구비하는데, 이는 통성적인 유성 기어 세트의 구성을 취하는바 별도의 설명은 생략한다. 이와 같은 유성 기어 세트로 구현되는 밸런서 전달부(420)를 통하여 감속에 다른 토크비 변환 전달 구조를 통하여 안정적인 중력 보상 기능을 수행할수 있다. Accordingly, the balancer transmission unit 420 can be selected in a variety of ranges in which the speed ratio or torque ratio at both ends is changed, but the balancer transmission unit 420 in the present embodiment is implemented with oil field. The balancer transmission unit 420 implemented as a planetary gear set includes components such as a planetary carrier, a planetary sun gear or a planetary planetary gear between the input/output shafts at both ends, which takes the configuration of a universal planetary gear set. Bar separate description will be omitted. Through the balancer transmission unit 420 implemented as such a planetary gear set, it is possible to perform a stable gravity compensation function through a torque ratio conversion transmission structure different from the deceleration.

밸런서 모듈레이터(430)는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정한다. 즉, 밸런서 모듈레이터(430)는 밸런서 탄성부(410)를 사이에 두고 밸런서 전달부(420)와 대향 배치되는데, 밸런서 모듈레이터(430)는 소정의 동작을 통하여 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정한다. 이와 같은 초기 탄성력의 조정 가능한 구성을 통하여 다양한 작동 환경에서의 적용을 가능하게 함으로서, 본 발명의 구성에 따른 카운터 밸런싱 유니트 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치의 적용 범위 내지 범용성을 확장시킬 수도 있다. The balancer modulator 430 adjusts the initial elastic force of the balancer elastic portion 410. In other words, the balancer modulator 430 is disposed opposite to the balancer transmission unit 420 with the balancer elastic unit 410 interposed therebetween, and the balancer modulator 430 increases the initial elastic force of the balancer elastic unit 410 through a predetermined operation. Adjust. By enabling application in various operating environments through such an adjustable configuration of the initial elastic force, the application range and versatility of the counter balancing unit and the counter balancing motion apparatus having the same according to the configuration of the present invention may be expanded.

보다 구체적으로, 밸런서 모듈레이터(430)는 밸런서 모듈레이터 구동부(431)와 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)와 밸런서 모듈레이터 전달부(433)를 포함한다. More specifically, the balancer modulator 430 includes a balancer modulator driving unit 431, a balancer modulator transmission plate 435, and a balancer modulator transmission unit 433.

밸런서 모듈레이터 구동부(431)는 밸런서 탄성부(410)와 연결되는데, 밸런서 모듈레이터 구동부(431)는 전기모터로 구현되어 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하기 위한 조정 구동력을 생성한다. The balancer modulator driving unit 431 is connected to the balancer elastic unit 410, and the balancer modulator driving unit 431 is implemented as an electric motor to generate an adjustment driving force for adjusting the initial elastic force of the balancer elastic unit 410.

밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)는 밸런서 탄성부(410)와 연결되어 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력을 조정하는데, 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)는 단순 원형 디스크 플레이트로 구현되고, 일측이 밸런서 탄성부(410)의 밸런서 탄성체(411)와 연결되고, 타측은 밸런서 모듈레이터 구동부(431) 측, 보다 정확하게는 밸런서 모듈레이터 전달부(433) 측과 연결된다. The balancer modulator transmission plate 435 is connected to the balancer elastic portion 410 to adjust the initial elastic force of the balancer elastic portion 410, and the balancer modulator transmission plate 435 is implemented as a simple circular disk plate, and one side is the balancer elasticity. It is connected to the balancer elastic body 411 of the unit 410, the other side is connected to the balancer modulator driving unit 431 side, more precisely the balancer modulator transmission unit 433 side.

밸런서 모듈레이터 전달부(433)는 밸런서 모듈레이터 구동부(431) 및 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)의 사이에 배치된다. 밸런서 모듈레이터 전달부(433)는 밸런서 모듈레이터 구동부(431)의 조정 구동력을 밸런서 모듈레이터 전달 플레이트(435)로 전달한다. 밸런서 모듈레이터 전달부(433)는 본 실시예에서 워엄 기어 세트로 구현되는데, 이는 일예일 뿐, 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다. The balancer modulator transmission unit 433 is disposed between the balancer modulator driving unit 431 and the balancer modulator transmission plate 435. The balancer modulator transmission unit 433 transmits the adjustment driving force of the balancer modulator driving unit 431 to the balancer modulator transmission plate 435. The balancer modulator transmission unit 433 is implemented as a worm gear set in this embodiment, which is only an example, and various configurations are possible according to design specifications.

한편, 본 발명의 카운터 밸런싱 유니트(10)는 유니트 리스트레이너(500)를 포함한다. 유니트 리스트레이너(500)는 일단이 드럼 와이어(320)와 접촉하여 드럼 와이어(320)의 가동을 안내한다. 즉, 유니트 리스트레이너(500)는 드럼 바디(310)에 대하여 드럼 와이어(320)의 인출 내지 권취 동작이 이루어지는 경우 드럼 와이어(320)의 요동 내지 원치 않는 과도한 이동 동작 발생을 방지하는 접촉 가이드 요소로 구현된다. On the other hand, the counter balancing unit 10 of the present invention includes a unit restrainer 500. The unit restrainer 500 guides the operation of the drum wire 320 by contacting the drum wire 320 at one end. That is, the unit restrainer 500 is a contact guide element that prevents the drum wire 320 from swinging or unwanted excessive movement when the drum wire 320 is pulled out or wound with respect to the drum body 310. Is implemented.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 유니트 리스트레이너(500)는 리스트레이너 풀리(520)와 리스트레이너 바디(510)와 리스트레이너 바디 서포터(530)를 포함한다. 리스트레이너 풀리(520)는 드럼 와이어(320)와 상시 접촉 상태를 형성한다. 리스트레이너 풀리(520)는 스풀 타입 형상을 구비하는데, 길이 방향 상에서 중앙에서의 반경이 외측 단부 측에서의 반경보다 작은 값을 갖는 구성을 통하여 외면에 접촉하는 드럼 와이어(320)의 과도한 원치 않는 이탈을 방지할 수 있다. More specifically, the unit restrainer 500 according to the present embodiment includes a restrainer pulley 520, a restrainer body 510, and a restrainer body supporter 530. The restrainer pulley 520 is in constant contact with the drum wire 320. The restrainer pulley 520 has a spool-type shape, and prevents excessive unwanted separation of the drum wire 320 in contact with the outer surface through a configuration in which the radius at the center in the longitudinal direction is smaller than the radius at the outer end side. can do.

리스트레이너 바디(510)는 리스트레이너 풀리(520)의 회동을 지지하는데, 리스트레이너 풀리(520)는 본 실시예에서 'ㄷ'자 형상의 지지 구조를 형성한다. 'ㄷ'자 형상의 리스트레이너 바디(510)의 양단에 배치되는 부분에 리스트레이너 풀리(520)가 회동 가능 배치된다. 본 실시예에서의 리스트레이너 풀리(520)는 'ㄷ'자 형상의 리스트레이너 바디(510)의 양단에 배치되는 부분에 자유 회동 가능 배치되는 구성을 취하나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. The restrainer body 510 supports the rotation of the restrainer pulley 520, and the restrainer pulley 520 forms a supporting structure having a'C' shape in this embodiment. Restraint pulleys 520 are rotatably disposed at portions disposed at both ends of the'C'-shaped restrainer body 510. In the present embodiment, the restrainer pulley 520 is configured to be freely rotatable in portions disposed at both ends of the'c'-shaped restrainer body 510, but the present invention is not limited thereto.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 유니트 리스트레이너(500)는 회동을 디텐팅 동작시키는 리스트레이너 디텐트부(540)를 더 구비할 수도 있다. 리스트레이너 디텐트부(540)는 리스트레이너 디텐트(541)와 리스트레이너 디텐트 탄성부(543)를 포함한다. That is, as shown in FIG. 10, the unit restrainer 500 may further include a restrainer detent unit 540 for detenting the rotation. The restrainer detent part 540 includes a restrainer detent 541 and a restrainer detent elastic part 543.

리스트레이너 디텐트(541)는 리스트레이너 풀리(520)의 외측면에 배치되는데, 리스트레이너 디텐트(541)는 리스트레이너 풀리(520)의 회동축의 길이 방향으로 연장 배치되는 부분의 회동 원주면 상에 요철 배치되는 구성을 취한다.The restrainer detent 541 is disposed on the outer surface of the restrainer pulley 520, and the restrainer detent 541 is a rotational circumferential surface of a portion extending in the longitudinal direction of the rotation axis of the restrainer pulley 520 It takes a configuration that is unevenly arranged on the top.

리스트레이너 디텐트 탄성부(543)는 'ㄷ'자 형상의 리스트레이너 바디(510)의 단부의 내측면에 위치 고정되어 배치되는데, 리스트레이너 디텐트 탄성부(543)는 리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)와 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)를 포함하다. The restrainer detent elastic part 543 is fixedly positioned on the inner side of the end of the'c'-shaped restrainer body 510, and the restrainer detent elastic part 543 is a restrainer detent elastic body. It includes (5431) and a restrainer detent elastic support (5433).

리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)와 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)는 일체형 구조를 취하는데, 단일의 스틸 편을 절곡시켜 제조하는 구조를 취할 수도 있고, 소정의 탄성 변형 가능한 플라스틱으로 사출 성형된 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. The restrainer detent elastic body 541 and the restrainer detent elastic support part 543 take an integral structure, and may take a structure to be manufactured by bending a single piece of steel, or injection-molded with a predetermined elastically deformable plastic. Various modifications are possible, such as being able to take a structured structure.

리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)는 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)의 사이에 배치되고 리스트레이너 디텐트(541)를 향하여 돌출 배치된다. The restrainer detent elastic body 541 is disposed between the restrainer detent elastic support portions 543 and protrudes toward the restrainer detent 541.

리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)는 양측에서 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)에 의하여 리스트레이너 바디(510)의 내측에 위치 고정 장착된다. 리스트레이너 디텐트 탄성 지지부(5433)의 리스트레이너 바디(510)의 내측에 위치 고정 장착되는 구조는 삽입 구조일 수도 있고, 끼움 구조 내지 압입 구조일 수도 있는 등 설계 사양에 따라 변형이 가능하다. The restrainer detent elastic body 541 is fixedly mounted on the inside of the restrainer body 510 by the restrainer detent elastic support portions 543 on both sides. The structure in which the restrainer detent elastic support part 543 is fixedly mounted on the inner side of the restrainer body 510 may be an insertion structure, a fitting structure or a press-fitting structure, etc., and may be modified according to design specifications.

이와 같은 리스트레이너 디텐트 탄성 바디(5431)와 리스트레이너 디텐트(541)과의 접촉 구조를 통하여 리스트레이너 풀리(520)의 자유 회동을 인한 과도한 풀림 등을 최소화시키는 구성을 취할 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다. Various configurations, such as a configuration that minimizes excessive loosening due to free rotation of the restrainer pulley 520 through the contact structure between the restrainer detent elastic body 541 and the restrainer detent 541 This is possible.

리스트레이너 바디 서포터(530)는 리스트레이너 바디(510)를 지지하는 구성을 취하는데, 리스트레이너 바디 서포터(530)는 일단이 유니트 하우징(100)에 배치되고 타단이 리스트레이너 바디(510)를 지지한다. The restrainer body supporter 530 is configured to support the restrainer body 510, wherein one end of the restrainer body supporter 530 is disposed in the unit housing 100 and the other end supports the restrainer body 510. do.

리스트레이너 바디 서포터(530)는 본 실시예에서 소정의 강성 및 탄성을 갖는 토션 스프링 형태로 구현되는데, 리스트레이너 바디 서포터(530)는 드럼 와이어(320)에 대한 소정의 댐핑 기능을 제공하여 드럼 와이어(320)의 드럼 바디(310)에 대한 권취 내지 풀림 동작이 이루어지는 경우 원활한 가동을 안내하도록 할 수 있다. The restrainer body supporter 530 is implemented in the form of a torsion spring having predetermined rigidity and elasticity in this embodiment, and the restrainer body supporter 530 provides a predetermined damping function for the drum wire 320 to provide a drum wire. When the winding or unwinding operation of the drum body 310 of 320 is performed, smooth operation may be guided.

리스트레이너 바디 서포터(530)는 본 실시예에서 단일 토션 스프링으로 구현되나 리스트레이너 바디(510)를 소정의 변위 범위 내에서 가동 가능한 구조를 취하는 범위에서, 개수, 형상, 위치 등은 다양한 변형이 가능하다.Although the restrainer body supporter 530 is implemented as a single torsion spring in this embodiment, various modifications are possible in the number, shape, and position of the restrainer body 510 in a range taking a structure in which the restrainer body 510 is movable within a predetermined displacement range. Do.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 리스트레이너 바디(510)는 이중 지지 구조를 취하되, 리스트레이너 제 1 바디(510a)는 리스트레이너 풀리(520)가 배치되고, 리스트레이너 제 2 바디(510b)는 리스트레이너 제 1 바디(510a)에 이격되어 유니트 하우징(100)에 위치 고정되어 배치되고 리스트레이너 바디 서포터(530;530a,530b,530c)를 통하여 리스트레이너 제 1 바디(510a)를 지지하는 구성을 취함으로써, 리스트레이너 풀리(520)와 접촉하는 드럼 와이어(320)의 3차원적 거동에 대한 소정의 강성을 갖는 탄성 변형 가능한 상태로서의 지지를 가능하게 함으로써 진동에 의한 드렁 와이어(320)에 연결되는 엔드이펙터(3,3a)의 동작 불안정성을 방지 내지 최소화시킬 수도 있다. That is, as shown in FIG. 11, the restrainer body 510 has a dual support structure, but the restrainer first body 510a has the restrainer pulley 520 disposed, and the restrainer second body 510b ) Is spaced apart from the first restrainer body 510a, is positioned and fixed to the unit housing 100, and supports the first restrainer body 510a through the restrainer body supporters 530; 530a, 530b, and 530c. By taking the configuration, it is possible to support the drum wire 320 in contact with the restrainer pulley 520 as an elastically deformable state having a predetermined rigidity for the three-dimensional behavior, and thus the drum wire 320 due to vibration It is also possible to prevent or minimize the operation instability of the connected end effectors 3 and 3a.

상기 실시예에서 밸런서 전달부(420)와 유니트 드럼(300)은 직결되는 방식을 취하여 전체적 구성의 배치가 일축 장방형 배치 구성을 취하나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 컴팩트한 배치를 요하는 경우 본 발명의 카운터 밸런싱 유니트(10)는 유니트 연결부(600)를 더 구비할 수 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 유니트 연결부(600)는 밸런서 전달부(420)와 상기 유니트 드럼(300) 사이에 배치된다. 즉, 유니트 연결부(600)는 밸런서 전달부(420)의 회동축과 유니트 드럼(300)의 회동축의 비동축선 상의 배치를 가능하게 하는데, 유니트 연결부(600)는 본 실시에에서 베벨 기어 세트로 구현된다. 이러한 연결 구성요소인 유니트 연결부(600)의 배치 구조를 채택함으로써, 장방형 길이를 충족시키지 못하는 공간적 제약이 수반되는 경우 유니트 연결부(600)를 통한 배치 구성의 변화를 통하여 공간적 제약 조건을 극복하고 중력 보상 기능을 실행하도록 할 수도 있다. In the above embodiment, the balancer transmission unit 420 and the unit drum 300 are directly connected to each other so that the overall configuration is arranged in a uniaxial rectangular arrangement, but the present invention is not limited thereto. That is, when a compact arrangement is required, the counter balancing unit 10 of the present invention may further include a unit connection part 600. As shown in FIG. 7, the unit connection part 600 is a balancer transmission part 420 ) And the unit drum 300. That is, the unit connection part 600 enables arrangement of the rotation shaft of the balancer transmission part 420 and the rotation shaft of the unit drum 300 on a non-coaxial line, and the unit connection part 600 is a bevel gear set in this embodiment. Is implemented. By adopting the arrangement structure of the unit connection part 600, which is such a connection component, when a spatial restriction that does not meet the rectangular length is accompanied, the spatial restriction condition is overcome and gravity compensation through a change in the arrangement configuration through the unit connection part 600 You can also have the function run.

한편, 본 발명의 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 상기한 본 발명의 일실시예에 따른 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는데, 카운터 밸런싱 유니트(10)와 입력부(50)와 저장부(30)와 제어부(20)와 연산부(40)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 카운터 밸런싱 유니트(10)는 복수 개가 구비되어 복수 지점에 배치된다. 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 모션 지지부(2)를 포함하는데, 모션 지지부(2)는 도 1에서 단순한 폴 샤프트로 구성되나 이는 단지 일예로서 다양한 변형이 가능하다. On the other hand, the counter balancing motion device 1 of the present invention includes the counter balancing unit 10 according to an embodiment of the present invention described above, the counter balancing unit 10, the input unit 50, and the storage unit 30 And a control unit 20 and an operation unit 40. As shown in FIG. 1, a plurality of counter balancing units 10 are provided and disposed at a plurality of points. The counter balancing motion device 1 comprises a motion support 2, which is composed of a simple pole shaft in FIG. 1, but this is only an example and various modifications are possible.

도 1에서 모션 지지부(2)는 지면 상 4개의 지점에 각각 이격되어 독립 배치되는 폴 샤프트로 구현된다. 도면에서 도시되지는 않았으나, 모션 지지부(2)는 연장 가능한 익스텐션 크레인 구조를 취할 수도 있고, 경우에 따라 별도의 지지 와이어(미도시)를 통하여 지지되는 구조를 취할 수도 있다. In FIG. 1, the motion support part 2 is implemented as a pole shaft that is spaced apart and independently disposed at four points on the ground. Although not shown in the drawing, the motion support 2 may take a structure of an extension crane that can be extended, or may take a structure supported through a separate support wire (not shown) in some cases.

각각의 모션 지지부(2)의 단부에는 카운터 밸런싱 유니트(10)가 배치되고, 복수 개의 모션 지지부(2)에 배치되는 각각의 카운터 밸런싱 유니트(10)가 배치된다. 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 모션 지지부(2)에 배치되는 하나 이상의 카운터 밸런싱 유니트(10)와 더불어, 입력부(50)와 저장부(30)와 제어부(20)와 연산부(40)를 포함할 수 있다. A counter balancing unit 10 is disposed at an end of each motion support 2, and each counter balancing unit 10 is disposed on a plurality of motion support 2. The counter balancing motion device 1 including the counter balancing unit 10 includes at least one counter balancing unit 10 disposed on the motion support unit 2, as well as an input unit 50, a storage unit 30, and a control unit 20. ) And an operation unit 40 may be included.

입력부(50)는 운영자의 운영 지시를 입력하는 입력 수단으로 배치된다. 이러한 입력부(50)는 컴퓨터 장치의 입력 단말 장치로 구현될 수도 있고, 작업 현장에서 사용가능한 모바일 작업 가능 형태의 앱으로 구현될 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구현이 가능하다. The input unit 50 is disposed as an input means for inputting an operation instruction of an operator. The input unit 50 may be implemented as an input terminal device of a computer device, or may be implemented as an app in a mobile workable form that can be used at a work site, and various implementations may be possible according to design specifications.

저장부(30)는 사전 설정 데이터 및 유니트 구동부의 작동 데이터가 저장될 수 있다. 여기서, 저장부(30)에 저장되는 사전 설정 데이터는 밸런서 탄성부(410)의 초기 탄성력에 대한 초기 탄성력 정보 및 드럼 와이어(320)의 구동 정보를 포함한다. The storage unit 30 may store preset data and operation data of the unit driving unit. Here, the preset data stored in the storage unit 30 includes initial elastic force information on the initial elastic force of the balancer elastic unit 410 and driving information of the drum wire 320.

제어부(20)는 유니트 구동부(200)에 유니트 구동 제어 신호를 인가하거, 유니트 카운터 밸런서(400)에 조정 제어 신호를 인가한다. 즉, 제어부(20)는 입력부(50)를 통하여 입력된 입력 정보 및 사전 설정 데이터에 기초하여 유니트 카운터 밸런서(400)의 초기 탄성력을 조정하는 조정 제어 신호를 인가하여 밸런서 모듈레이터 구동부(431)의 작동을 제어하거나 유니트 구동부(200)에 구동 제어 신호를 인가하여 유니트 구동부(200)와 연결되는 드럼 바디(310)에 권취되는 드럼 와이어(320)의 가동을 제어한다. The controller 20 applies a unit driving control signal to the unit driving unit 200 and applies an adjustment control signal to the unit counter balancer 400. That is, the control unit 20 applies an adjustment control signal that adjusts the initial elastic force of the unit counter balancer 400 based on input information and preset data input through the input unit 50 to operate the balancer modulator driving unit 431 Or by applying a driving control signal to the unit driving unit 200 to control the operation of the drum wire 320 wound around the drum body 310 connected to the unit driving unit 200.

연산부(40)는 제어부(20)와 연결되는데, 제어부(20)의 연산 제어 신호에 따라 초기 탄성력 정보 및 사전 설정 데이터에 기초하여 유니트 카운터 밸런서(400)와 유니트 구동부(200)에 인가되는 제어 신호를 산출한다. The operation unit 40 is connected to the control unit 20, and a control signal applied to the unit counter balancer 400 and the unit driving unit 200 based on initial elastic force information and preset data according to an operation control signal of the control unit 20 Yields

이러한 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 입력부(50)를 통한 입력 신호를 받아 제어부(20)가 저장부(30)의 사전 설정 데이터 및 입력 신호에 따라 연산부(40)를 통한 소정의 연산 과정을 거쳐 구동 제어 신호를 카운터 밸런싱 유니트(10)의 유니트 구동부(200) 측으로 인가하여 드럼 와이어(320)의 작동 상태 제어가 가능하다. The counter balancing motion device 1 receives an input signal through the input unit 50 and the control unit 20 passes through a predetermined calculation process through the operation unit 40 according to the preset data and input signal of the storage unit 30. By applying a driving control signal to the unit driving unit 200 of the counter balancing unit 10, the operating state of the drum wire 320 can be controlled.

본 실시예에서 제어부(20), 연산부(40), 저장부(30) 등이 단수 개가 배치되는 구성을 취하였으나, 경우에 따라 이들도 복수 개가 각각의 카운터 밸런싱 유니트에 개별 배치되고 이들을 총합하여 제어하는 마스터 제어부의 기능을 별도의 제어부 내지 복수 개의 제어부 중 하나가 실행하는 방식을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. In this embodiment, the control unit 20, the operation unit 40, the storage unit 30, etc. are arranged in a single number, but in some cases, a plurality of these are also individually arranged in each counter balancing unit, and these are collectively controlled. Various modifications may be made according to design specifications, such as a method in which a separate control unit or one of a plurality of control units executes the function of the master control unit.

한편, 본 발명의 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 밸런서 모듈레이터(430)의 동작 상태를 조정하는 조정 제어 방법을 구현할 수도 있다. 즉, 카운터 밸런싱 모션 장치(1)의 제어 방법은, 제공 단계(S10)와, 감지 단계(S20)와, 목적 함수 산출 단계(S30)와, 최적 초기 각도 산출 단계(S40)와, 밸런서 조정 단계(S50)를 포함할 수 있다. Meanwhile, the counter balancing motion apparatus 1 of the present invention may implement an adjustment control method for adjusting the operating state of the balancer modulator 430. That is, the control method of the counter balancing motion device 1 includes a provision step (S10), a detection step (S20), an objective function calculation step (S30), an optimal initial angle calculation step (S40), and a balancer adjustment step. It may include (S50).

먼저, 제공 단계(S10)에서 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치(1)가 제공되는데, 앞선 기술 사항으로 대체하며, 중복된 기술은 생략한다. 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치(1)가 제공된 후, 감지 단계(S20)가 실행된다. 감지 단계(S20)에서 제어부(20)는 드럼 와이어(320)에 형성되는 장력을 감지한다. 이러한 장력 감지는 별도의 인장 센서(미도시)를 통하여 이루어질 수도 있고, 드럼 와이어(320)가 권취되는 드럼 바디(310)에 연결되는 유니트 구동부(200)를 통하여 감지될 수도 있는 등 다양한 선택이 가능하다. First, a counter balancing motion device 1 including the counter balancing unit 10 is provided in the providing step S10, which is replaced by the above description, and the redundant description is omitted. After the counter balancing motion device 1 including the counter balancing unit 10 is provided, a detection step S20 is executed. In the sensing step (S20), the controller 20 detects the tension formed in the drum wire 320. Such tension detection may be performed through a separate tension sensor (not shown), or may be sensed through the unit driving unit 200 connected to the drum body 310 on which the drum wire 320 is wound, and various selections are possible. Do.

그런 후, 제어부(20)는 목적 함수 산출 단계(S30)를 실행하는데, 목적 함수 산출 단계(S30)에서 제어부(20)는 감지된 장력 신호와 저장부(30)에 저장되는 사전 설정 데이터를 활용하여 연산부(40)에 연산 제어 신호를 인가하여 연산부(40)로 하여금 하나 이상의 카운터 밸런싱 유니트(10)의 드럼 와이어(320)에 형성되는 장력과, 각각의 드럼 와이어(320)에 형성되는 유니트 카운터 밸런서(400)에 의한 중력 보상값으로 형성되는 목적함수를 산출한다. Then, the control unit 20 executes the objective function calculation step (S30). In the objective function calculation step (S30), the control unit 20 utilizes the sensed tension signal and preset data stored in the storage unit 30. Thus, by applying an operation control signal to the operation unit 40, the operation unit 40 causes the tension formed in the drum wire 320 of the one or more counter balancing units 10, and the unit counter formed in each of the drum wires 320. An objective function formed as a gravity compensation value by the balancer 400 is calculated.

먼저, 장력 분석을 위해서 n은 드럼 와이어(케이블)의 수, F는 각 드럼 와이어의 장력, 그리고 J는 목적함수라고 하면, 목적 함수는 다음과 같이 표현될 수도 있다. First, for the tension analysis, if n is the number of drum wires (cables), F is the tension of each drum wire, and J is the objective function, the objective function may be expressed as follows.

다만, 본 발명의 카운터 밸런싱 유니트는 유니트 카운터 밸런서를 통한 중력보상이 이루어지는바, 이를 방영하여 최적화를 통한 장력 분석 결과를 이용하여 중력 보상 메커니즘의 각 파라미터를 설계해야 한다. 즉, 이를 위해서 다음과 같은 목적 함수의 수정이 이루어진다. However, since the counter balancing unit of the present invention performs gravity compensation through the unit counter balancer, each parameter of the gravity compensation mechanism must be designed using the result of tension analysis through optimization by broadcasting this. In other words, for this purpose, the following objective function is modified.

여기서,

, here,

,

,

여기서, 모션 지지부(2)에 장착되는 카운터 밸런싱 유니트(10)를 포함하는 카운터 밸런싱 모션 장치로서의 케이블 로봇으로서의 카운터 밸런싱 모션 장치의 작업 공간을 메쉬(mesh)화하여 각 메쉬의 교점에서의 평가함수를 모두 합산하게 되는데, t는 고려된 모든 교점의 수를 나타낸다. Here, the working space of the counter balancing motion device as a cable robot as a counter balancing motion device including the counter balancing unit 10 mounted on the motion support unit 2 is meshed to determine the evaluation function at the intersection of each mesh. All are summed up, where t represents the number of all considered intersections.

그런 후 목적 함수 값을 사전 설정 데이터에 포함되는 사전 설정 기준값과 비교하여 최적화되는 초기 중력보상값을 형성하도록 스프링의 최적화된 스프링의 초기 각도 값을 산출하는 최적 초기 각도 산출 단계(S40)가 실행되고, 제어부(20)는 산출된 최적 초기 각도로 조정되도록 밸런서 모듈레이터(430)에 조정 제어 신호를 인가하여 초기 중력 보상력을 조정하는 밸런서 조정 단계(S50)를 실행한다. Then, the optimum initial angle calculation step (S40) of calculating the initial angle value of the optimized spring of the spring to form an optimized initial gravity compensation value by comparing the objective function value with a preset reference value included in the preset data is executed. , The control unit 20 executes a balancer adjustment step (S50) of adjusting the initial gravity compensation force by applying an adjustment control signal to the balancer modulator 430 so as to be adjusted to the calculated optimum initial angle.

도 4 내지 도 6은 작업 공간이 1.7m x 1.7 m x 2 m인 케이블 로봇에서 위 과정을 거쳐 중력보상 메커니즘을 설계했을 때의 효율을 시뮬레이션을 통해 나타낸 선도로서, x축과 y축은 각각 평면의 위치(단위 : 미터)이며, 높이가 0m, 1m, 그리고 2m 일 때의 효율을 나타낸다. 효율은 0~1로 표현하였으며, 효율이 1이면 100%의 효율(무동력)을 의미하는데, 본 실시예에서 중력 보상 메커니즘의 가동 범위는 300도에 달하며, 최대 90%의 고효율을 구현할 수 있고, 이러한 목적함수를 최적화시키는 최적 초기 각도 산출이 가능하다. 4 to 6 are diagrams showing the efficiency when designing the gravity compensation mechanism through the above process in a cable robot with a working space of 1.7mx 1.7 mx 2 m through simulation, where the x-axis and y-axis are respectively plane positions ( Unit: meter) and indicates the efficiency when the height is 0m, 1m, and 2m. Efficiency is expressed as 0 to 1, and if the efficiency is 1, it means 100% efficiency (no power).In this embodiment, the operation range of the gravity compensation mechanism reaches 300 degrees, and high efficiency of up to 90% can be implemented, It is possible to calculate an optimal initial angle that optimizes this objective function.

한편, 앞선 실시예에서 카운터 밸런싱 유니트(10)가 복수 개가 구비되는 경우를 도시하였으나, 본 발명의 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 단일의 카운터 밸런싱 유니트(10)를 구비하는 구성을 취할 수도 있다 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 모션 지지부(2a,2b)에 배치되는 카운터 밸런싱 유니트(10)가 가동 가능하게 배치되는 구성을 취할 수도 있는데, 이 경우 전체적 구조는 호이스트 타입으로 구현될 수도 있다. 모션 블록(5)은 모션 지지부(2;2a,2b)를 따라 가동 가능하게 배치되고, 모션 블록(5)에 카운터 밸런싱 유니트(10)가 배치된다. Meanwhile, in the previous embodiment, a case in which a plurality of counter balancing units 10 is provided is illustrated, but the counter balancing motion apparatus 1 of the present invention may take a configuration including a single counter balancing unit 10. , As shown in FIG. 10, the counter balancing unit 10 disposed on the motion support 2a and 2b may be movably disposed, and in this case, the overall structure may be implemented as a hoist type. The motion block 5 is movably disposed along the motion support 2; 2a, 2b, and a counter balancing unit 10 is disposed in the motion block 5.

모션 블록(5)에는 모션 블록 구동 모터(미도시) 및 모션 블록 구동 휠(미도시)이 배치되어, 모션 블록 구동 모터에서 인가되는 모션 블록 구동력은 모션 블록 구동 모터에 연결되는 모션 블록 구동 휠에 전달되고, 모션 블록 구동 휠의 회동 상태는 격자 내지 H자 형상으로 연결 배치되는 모션 지지부(2a,2b)의 길이를 따라 마찰 구동되어 모션 블록(5)의 위치 이동을 발생시키고, 궁극적으로 모션 블록(5)에 배치되는 카운터 밸런싱 유니트(10)의 위치 이동을 이룰 수도 있다. A motion block driving motor (not shown) and a motion block driving wheel (not shown) are arranged in the motion block 5, and the motion block driving force applied from the motion block driving motor is applied to the motion block driving wheel connected to the motion block driving motor. It is transmitted, and the rotational state of the motion block driving wheel is frictionally driven along the length of the motion support parts 2a and 2b connected in a grid or H-shape to generate the positional movement of the motion block 5, and ultimately the motion block The position of the counter balancing unit 10 disposed in (5) may be moved.

본 발명의 카운터 밸런싱 유니트(10) 및 이를 구비하는 카운터 밸런싱 모션 장치(1)는 본 실시예에서 건설 장비, 예를 들어 3D 프린터 건설 장비 등이 사용될 수도 있고, 다양한 하중 범위의 부하를 운반하는데 사용되는 장비로 구현될 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. The counter balancing unit 10 of the present invention and the counter balancing motion device 1 having the same may be used in the present embodiment as construction equipment, for example, 3D printer construction equipment, etc., and used to transport loads of various load ranges. Various modifications are possible according to design specifications, such as being able to be implemented as equipment to be used.

상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니고 다양한 변형이 가능하다.The above embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications are possible.

10...카운터 밸런싱 유니트 100...유니트 하우징
200…유니트 구동부 300…유니트 드럼
400…유니트 카운터 밸런서 500…유니트 리스트레이너10...counter balancing unit 100...unit housing
200… Unit drive unit 300... Unit drum
400… Unit Counter Balancer 500… Unit Restraint

Claims

A unit drum 300 including a unit housing 100, a unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and a drum wire 320 connected to the unit driving unit 200 to transmit a driving force. And, a unit counter balancer 400 that provides an initial gravity compensating force to the drum wire 320 through an initial elastic force of the balancer elastic portion 410 connected to the other side of the unit drum 300, and one end of the Including a unit restrainer 500 in contact with the drum wire 320 to guide the operation of the drum wire 320,
The unit counter balancer 400 includes: a balancer transmission unit 420 connected between the other side of the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300 side, and the balancer elastic unit 410 interposed therebetween. A counter balancing unit (10), characterized in that it comprises a balancer modulator (430) disposed opposite to the balancer transmission unit (420) and adjusting the initial elastic force of the balancer elastic unit (410).

The method of claim 1,
The unit drum 300 is a counter balancing unit 10, characterized in that one end is connected to the unit driving unit 200 and includes a drum body 310 on which the drum wire 320 is wound around the outer periphery.

delete

The method of claim 1,
The balancer transmission unit 420 is a counter balancing unit 10, characterized in that the planetary gear set.

The method of claim 1,
The balancer elastic part 410 is:
A balancer elastic body 411 having one end connected to the balancer modulator 430,
Counter balancing unit (10), characterized in that it comprises a balancer elastic plate (413) connected to the other end of the balancer elastic body (411), and the other end to the balancer transmission unit (420).

The method of claim 1,
The balancer modulator 430 is:
A balancer modulator transmission plate 435 connected to the balancer elastic part 410 to adjust the initial elastic force of the balancer elastic part 410,
A balancer modulator driving unit 431 that generates an adjustment driving force for adjusting the initial elastic force of the balancer elastic unit 410,
A balancer modulator transmission unit 433 disposed between the balancer modulator driving unit 431 and the balancer modulator transmission plate 435 to transmit the adjustment driving force of the balancer modulator driving unit 431 to the balancer modulator transmission plate 435 Counter balancing unit 10, characterized in that it comprises a.

The method of claim 1,
The unit restrainer 500 is:
A restrainer pulley 520 forming a constant contact state with the drum wire 320,
A restrainer body 510 for supporting the rotation of the restrainer pulley 520,
A counter balancing unit (10), characterized in that one end is disposed in the unit housing (100) and the other end includes a restrainer body supporter (530) supporting the restrainer body (510).

The method of claim 7,
The unit restrainer 500 is a counter balancing unit 10, characterized in that it further comprises a restrainer detent unit 540 for detenting the rotation.

The method of claim 8,
The restrainer detent unit 540 is:
A restrainer detent 541 disposed on an outer surface of the restrainer pulley 520 and irregularly disposed on a rotational circumferential surface of a portion extending in the longitudinal direction of the pivoting shaft of the restrainer pulley 520,
And a restrainer detent elastic part 543 which is fixedly positioned on the inner surface of the end of the restrainer body 510 and is in constant contact with the restrainer detent 541 at least in part. Balancing unit (10).

The method of claim 9,
The restrainer detent elastic part 543 is:
A restrainer detent elastic support part 543 that is positioned and disposed inside the restrainer body 510,
A counter balancing unit (10), comprising: a restrainer detent elastic body (5431) connected to the restrainer detent elastic support portion (5433) and protruding toward the restrainer detent (541).

The method of claim 10,
The restrainer detent elastic body 5431 and the shopping mall restrainer detent elastic support part 543 take an integral structure, and the restrainer detent elastic support part 543 at both ends of the restrainer detent elastic body 541 Counter balancing unit (10), characterized in that the arrangement.

The method of claim 1,
The unit restrainer 500 is:
A restrainer pulley 520 forming a constant contact state with the drum wire 320,
A restrainer body (510; 510a, 510b), at least partly supporting the rotation of the restrainer pulley 520, and at least partly being fixedly disposed on the unit housing,
A counter balancing unit (10), characterized in that a plurality of pieces are disposed to be spaced apart from each other, and includes a restrainer body supporter (530) having both ends connected to the restrainer body (510).

The method of claim 12,
The restrainer body 510 has a double support structure,
A first restrainer body 510a on which the restrainer pulley 520 is disposed,
The first restrainer body 510a is spaced apart from the first restrainer body 510a and fixedly positioned in the unit housing 100, and the restrainer first body 510a through the restrainer body supporters 530; 530a, 530b, and 530c. Counter balancing unit (10), characterized in that it comprises a second body (510b) to support the restrainer.

The method of claim 1,
A unit connection unit that is disposed between the balancer transmission unit 420 and the unit drum 300 to enable arrangement of the rotation axis of the balancer transmission unit 420 and the rotation axis of the unit drum 300 on a non-coaxial line A counter balancing unit 10, characterized in that 600 is further provided.

The unit housing 100, the unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and a drum connected to the unit driving unit 200 side to transmit driving force and to which end effectors 3 and 3a are connected to the ends An initial gravity compensating force is provided to the drum wire 320 through the initial elastic force of the unit drum 300 including the wire 320 and the balancer elastic portion 410 connected to the other side of the unit drum 300 A unit counter balancer 400 that has one end in contact with the drum wire 320 and a unit restrainer 500 for guiding the operation of the drum wire 320, and the unit counter balancer 400 includes: A balancer transmission unit 420 connected between the other side of the balancer elastic unit 410 and the unit drum 300 side, and the balancer elastic unit 410 interposed therebetween, and the balancer transmission unit 420 and the opposite arrangement And a balancer modulator 430 for adjusting the initial elastic force of the balancer elastic part 410, and at least one counter balancing unit 10 disposed on the motion support part 2 side,
An input unit 50 for inputting an operator's operation instruction,
A storage unit 30 storing preset data including initial elastic force information on the initial elastic force of the balancer elastic unit 410 and driving information of the drum wire 320;
A controller that adjusts the initial elastic force of the unit counter balancer 400 or outputs a control signal for controlling the operation of the drum wire 320 based on input information input through the input unit 50 and the preset data ( 20) and,
An operation unit 40 for calculating a control signal applied to the unit counter balancer 400 and the unit driving unit 200 based on the initial elastic force information and the preset data according to the operation control signal of the control unit 20 Counter balancing motion device comprising.

The method of claim 15,
A counter balancing motion device, characterized in that there are a plurality of counter balancing units (10).

The method of claim 15,
The motion support (2,2a, 2b) is provided with a movable motion block (5) along the motion support (2; 2a, 2b), and the counter balancing unit (10) is disposed on the motion block (5). Counter balancing motion device, characterized in that.

The unit housing 100, the unit driving unit 200 disposed in the unit housing 100, and a drum connected to the unit driving unit 200 side to transmit driving force and to which end effectors 3 and 3a are connected to the ends An initial gravity compensating force is provided to the drum wire 320 through the initial elastic force of the unit drum 300 including the wire 320 and the balancer elastic portion 410 connected to the other side of the unit drum 300 A unit counter balancer 400 having one end in contact with the drum wire 320 and a unit restrainer 500 that guides the operation of the drum wire 320, and is disposed on the motion support part 2 side. Includes at least one counter balancing unit 10, an input unit 50 for inputting an operation instruction of an operator, initial elastic force information for the initial elastic force of the balancer elastic unit 410, and driving information of the drum wire 320 Adjusting the initial elastic force of the unit counter balancer 400 or adjusting the initial elastic force of the unit counter balancer 400 based on the storage unit 30 for storing the preset data and the input information input through the input unit 50 and the preset data The controller 20 outputs a control signal for controlling the operation of 320, and the unit counter balancer 400 and the unit counter balancer 400 and the unit based on the initial elastic force information and the preset data according to an operation control signal of the controller 20 A providing step (S10) of providing a counter balancing motion device including an operation unit 40 that calculates a control signal applied to the unit driving unit 200,
A sensing step (S20) in which a tension formed in the drum wire 320 of the counter balancing unit 10 is sensed in the providing step (S10) and a sensing signal is transmitted to the control unit 20,
Applying an operation control signal to the operation unit 40 using the tension signal sensed by the control unit 20 and the preset data stored in the storage unit 30,
An objective function calculation step (S30) of calculating an objective function including a tension formed in the drum wire 320 of the counter balancing unit 10 and a gravity compensation value by the unit counter balancer 400,
By comparing the objective function value calculated in the objective function calculation step (S30) with a preset reference value included in the preset data, the optimized initial angle value of the spring of the spring is determined to form an initial gravity compensation value in which the objective function value is optimized. The optimal initial angle calculation step (S40) to be calculated, and
Including a balancer adjustment step (S50) of adjusting an initial gravity compensation force by applying an adjustment control signal to the balancer modulator 430 so that the control unit 20 adjusts to the optimum initial angle calculated in the initial angle calculation step (S40). A counter balancing motion device control method, characterized in that.

The method of claim 18,
The objective function (J) is:

here,

,

,
In addition, F denotes the tension of each drum wire, t denotes the counter-balancing motion apparatus including the counter-balancing unit 10 mounted on the motion support unit 2, when the working space of the counter-balancing motion apparatus is meshed. Counter balancing motion device control method, characterized in that the number of all the intersections of the mesh considered.