KR102202604B1 - 매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 매니퓰레이터는, 구면(球面)의 적어도 일부의 형상에 대응되는 표면을 갖는 베이스; 표면을 따라 이동하도록 마련된 엔드 이펙터; 구면의 중심을 지나도록 규정된 제1 회전축을 중심으로 엔드 이펙터를 회전 이동시키기 위한 제1 구동장치; 및 제1 회전축을 지나는 평면에 의해 표면에 규정되는 경선을 따라 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 제2 구동장치를 포함하고, 엔드 이펙터는, 제1 구동장치 및 제2 구동장치에 의해 이동할 때, 표면에 의해 가이드되어 표면을 따라 이동한다.

Description

매니퓰레이터{MANIPULATOR}

본 발명은 매니퓰레이터에 관한 것이다.

산업에서의 로봇의 활용도가 높아짐에 따라, 로봇의 팔로서 기능할 수 있는 매니퓰레이터에 대한 개발이 이루어지고 있다. 특정 분야에서는 매니퓰레이터의 말단에 결합된 엔드 이펙터를 구면 좌표계 내에서 정확한 위치로 이동시킬 수 있는 매니퓰레이터를 필요로 한다. 그러나 종래의 구면 좌표형 매니퓰레이터들은, 구면 좌표계 상에서 이동할 때 구 표면의 형상을 보존하면서 이동하지 못하는 문제가 있었다. 따라서 구면 좌표계 내에서 실제로 이동한 위치가 설정된 위치와 어긋나는 등 오차가 심하게 나타나거나, 구면 좌표계에서 벗어난 위치로 이동하는 등 그 정확성에 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 문제들 중 적어도 어느 하나를 해결하기 위한 것으로, 엔드 이펙터가 구면 좌표계 상에서 이탈되지 않게 이동시킬 수 있고, 또한 구면 좌표계 상의 정확한 위치로 엔드 이펙터를 이동시킬 수 있는 매니퓰레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 예에서, 매니퓰레이터는, 구면(球面)의 적어도 일부의 형상에 대응되는 표면을 갖는 베이스; 표면을 따라 이동하도록 마련된 엔드 이펙터; 구면의 중심을 지나도록 규정된 제1 회전축을 중심으로 엔드 이펙터를 회전 이동시키기 위한 제1 구동장치; 및 제1 회전축을 지나는 평면에 의해 표면에 규정되는 경선을 따라 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 제2 구동장치를 포함하고, 엔드 이펙터는, 제1 구동장치 및 제2 구동장치에 의해 이동할 때, 표면에 의해 가이드되어 표면을 따라 이동한다.

다른 예에서, 제1 구동장치는, 베이스의 내주면에 고정 결합된 외측 본체와, 외측 본체의 내측에 마련되고 엔드 이펙터와 기계적으로 연결된 내측 본체를 구비하며, 내측 본체를, 제1 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 엔드 이펙터를 제1 회전축을 중심으로 표면을 따라 회전 이동시킬 수 있다.

또 다른 예에서, 외측 본체는, 그 내주면을 따라 형성된 내측 기어를 구비하고, 제1 구동장치는, 내측 기어와 맞물리는 제1 구동기어와, 제1 구동기어를, 제1 회전축과 평행하게 이격된 제1 구동축을 중심으로 회전시키는 제1 구동모터 및 내측 본체와 제1 구동기어가 일체로서 움직이도록 이들을 서로 연결하는 고정부재를 더 구비하며, 제1 구동모터가 제1 구동기어를 회전시키면, 제1 구동기어가 외측 본체의 내주면을 따라 제1 회전축을 중심으로 공전하는 것에 의해, 내측 본체가 제1 회전축을 중심으로 자전하여, 엔드 이펙터가 제1 회전축을 중심으로 회전 이동될 수 있다.

또 다른 예에서, 제2 구동장치는, 내측 본체에 경선 및 제1 회전축과 각각 직교하는 제2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 스프로킷과, 일단에 엔드 이펙터가 결합되고, 스프로킷과 맞물려 스프로킷이 제2 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 엔드 이펙터를 경선을 따라 이동시키는 체인부재를 구비하고, 체인부재는, 표면에 밀착하여 경선을 따라 이동함으로써 엔드 이펙터가 표면에 의해 가이드되며 이동되게 할 수 있다.

또 다른 예에서, 베이스는, 상단부에 형성된 개구를 구비하고, 체인부재는, 개구를 관통하여 적어도 일부는 표면에 위치하고 나머지 일부는 베이스의 내부 공간에 위치하며, 스프로킷이 회전함에 따라 표면 또는 베이스의 내부 공간을 향해 변위될 수 있다.

또 다른 예에서, 제2 구동장치는, 스프로킷을 제2 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 제2 구동모터와, 제2 구동모터의 회전과 스프로킷의 회전을 기계적으로 연동시키는 제2 구동기어를 구비하고, 고정부재는, 제1 구동모터와 제2 구동모터의 상대 위치가 고정되도록 이들을 서로 결합시키는 것에 의해, 제1 구동기어, 제1 구동모터, 제2 구동모터, 제2 구동기어, 스프로킷 및 내측 본체가 일체로서 움직이도록 서로 연결할 수 있다.

또 다른 예에서, 제2 구동기어는, 스프로킷의 일단에 결합되어 제2 회전축을 중심으로 회전하는 스프로킷 베벨기어와, 스프로킷 베벨기어와 맞물려 제1 회전축에 평행한 축을 중심으로 회전하는 구동 베벨기어를 구비하고, 제2 구동모터는, 제1 회전축과 평행하게 이격된 제2 구동축을 중심으로 회전하는 것에 의해 구동 베벨기어를 회전시켜, 스프로킷을 제2 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있다.

또 다른 예에서, 제2 구동기어는, 제2 구동모터에 의해 제2 구동축을 중심으로 회전하는 제1 평기어와, 제1 평기어와 맞물리고, 구동 베벨기어와 동축으로 회전 가능하게 고정부재에 결합된 제2 평기어를 구비하며, 제2 구동모터의 회전동력은 제1 평기어, 제2 평기어, 구동 베벨기어 및 스프로킷 베벨기어를 통해 스프로킷으로 전달될 수 있다.

또 다른 예에서, 체인부재는, 스프로킷과 맞물리는 어태치먼트 체인과, 어태치먼트 체인에서 표면의 반대측에 설치되어, 어태치먼트 체인이 외측으로 휘어지는 것을 방지하는 체인 커버를 구비할 수 있다.

또 다른 예에서, 내측 본체의 상측으로 개구를 통과하여 돌출되게 형성되고, 경선을 따라 연장되게 형성된 가이드홈을 형성하는 가이드부재를 더 포함하며, 체인부재는, 스프로킷의 회전에 의해 변위될 때 가이드홈을 통과함으로써, 경선을 따라 이동하도록 가이드될 수 있다.

본 발명에 의하면, 엔드 이펙터가 구면 형상을 갖는 베이스의 표면에 의해 가이드됨으로써, 구면 좌표계 내에서 이탈하지 않고 이동할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 위도 방향으로의 이동 및 경도 방향으로의 이동 거리가 미세하게 제어 가능하여, 엔드 이펙터가 이동한 위치의 정확성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터를 나타내는 부분 절단 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 내부 구조를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 구동장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 체인부재의 일부를 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터를 나타내는 부분 절단 사시도이 다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 내부 구조를 나타내는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 내부 구조를 나타내는 사시도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터는 베이스(110), 엔드 이펙터(130), 제1 구동장치(150) 및 제2 구동장치(170)를 포함한다.

베이스(110)는 구면의 형상에 대응되는 표면(111)을 갖는다. 도 1에는 베이스(110)가 전체적으로 구 형상으로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 일부 표면(111)만 구 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상단부는 반구 형상으로 형성되고, 하단부는 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 베이스(110)는 내부에 빈 공간이 마련되어 후술하는 구동장치들(150, 170)과, 구동장치들(150, 170)을 제어하기 위한 제어장치(미도시) 등이 설치될 수 있다. 또한, 베이스(110)의 상단부에는 개구(113)가 형성되어, 개구(113)를 통해 후술하는 체인부재(174)가 베이스(110)의 내부 공간으로부터 베이스(110)의 표면(111)으로 노출될 수 있다.

엔드 이펙터(130)는 베이스(110)의 표면(111)을 따라 이동하도록 마련된다. 엔드 이펙터(130)란 매니퓰레이터를 이용하여 특정 작업을 수행할 때, 작업 대상물에 직접적으로 작용하는 기능을 갖는 구성을 말한다. 엔드 이펙터(130)는 후술하는 체인부재(174)의 말단에 결합되어, 베이스(110)의 표면(111)을 따라 이동하도록 마련된다. 엔드 이펙터(130)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 본 실시예에서는 작업 대상물을 파지할 수 있는 그리퍼가 엔드 이펙터(130)로서 도시되어 있다.

제1 구동장치(150)는 엔드 이펙터(130)를 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 표면(111)을 따라 회전시킨다. 제1 회전축(Ⅰ)이란 구면의 중심을 지나 구의 상단부와 하단부를 연결하도록 규정된 축을 말한다. 즉, 엔드 이펙터(130)는 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로, 구의 위도 방향을 따라 이동될 수 있다.

제2 구동장치(170)는 엔드 이펙터(130)를 경선(L)을 따라 이동시킨다. 경선(L)이란 제1 회전축(Ⅰ)을 지나는 가상의 평면에 의해 베이스(110)의 표면(111)에 규정되는 선을 말한다. 엔드 이펙터(130)는 경선(L)을 따라 구의 경도 방향으로 이동될 수 있다.

이에 따라, 엔드 이펙터(130)는 제1 구동장치(150) 및 제2 구동장치(170)에 의해 구의 표면(111)에 따른 좌표 내에서 이동될 수 있다. 그리고 엔드 이펙터(130)는, 이동 시에 베이스(110)의 표면(111)에 의해 가이드되어 표면(111)을 따라 이동한다. 따라서 종래의 매니퓰레이터들과 달리, 엔드 이펙터(130)가 구면 좌표 내에서 이탈되지 않고 구면 좌표를 따라 변위될 수 있으므로, 엔드 이펙터(130)의 위치 정확성이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 구동장치를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 체인부재의 일부를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 엔드 이펙터(130)를 이동시키기 위한 제1 구동장치(150) 및 제2 구동장치(170)에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5에서 제1 구동장치(150)의 일부는 붉은색으로 도시되어 있고, 제2 구동장치(170)의 일부는 푸른색으로 도시되어 있으며, 설명의 편의를 위해 고정부재는 그 도시가 생략되어 있다.

먼저, 제1 구동장치(150)는 엔드 이펙터(130)를 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 회전 이동시키기 위한 장치로서, 외측 본체(151) 및 내측 본체(153)를 구비한다.

외측 본체(151)는 베이스(110)의 내주면에 고정 결합된다(도 4 참조). 즉, 외측 본체(151)는 베이스(110)와 일체가 되도록 베이스(110)의 내주면에 결합되어 있으며, 그 결합 방식은 특별히 한정되지 않는다. 외측 본체(151)는 베이스(110)의 내주면을 따라 돔 형상으로 형성될 수 있고, 그 내주면을 따라 형성된 내측 기어(151a)를 구비한다.

내측 본체(153)는 외측 본체(151)에 대해 상대적인 이동이 가능하도록 외측 본체(151)의 내측에 마련된다. 다시 말해서, 내측 본체(153)는 외측 본체(151)와 일체로 결합된 베이스(110)에 대해서도 상대적인 이동이 가능하다. 내측 본체(153)와 외측 본체(151) 사이에는 내측 본체(153)의 원활한 이동을 위해 베어링(152)이 마련될 수 있다.

또한, 내측 본체(153)는 엔드 이펙터(130)와 기계적으로 연결되어 있다. 엔드 이펙터(130)와 내측 본체(153)가 기계적으로 연결되어 있다는 것은, 후술하는 스프로킷(171)과 체인부재(174)를 매개로 내측 본체(153)와 엔드 이펙터(130)가 서로 물리적으로 연결되어 있다는 것을 의미한다. 따라서 내측 본체(153)의 베이스(110)에 대한 상대 위치가 변경되면, 엔드 이펙터(130)의 베이스(110)에 대한 상대 위치도 변경된다.

내측 본체(153)와 외측 본체(151) 사이의 상대적인 위치 변경을 위해, 제1 구동장치(150)는 제1 구동모터(155), 고정부재(156) 및 제1 구동기어(157)를 구비한다.

제1 구동모터(155)는 제1 회전축(Ⅰ)에 평행하되, 제1 회전축(Ⅰ)과 이격되게 배치된 제1 구동축(S1)을 중심으로, 제1 구동기어(157)를 회전시킨다. 제1 구동기어(157)는 내측 기어(151a)와 맞물리도록 제1 구동축(S1)의 둘레를 따라 기어가 형성되어 있다. 따라서 제1 구동모터(155)가 제1 구동기어(157)를 회전시키면, 제1 구동기어(157)는 내측 기어(151a)와 맞물리면서 외측 본체(151)의 내주면을 따라, 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 공전한다.

이때, 고정부재(156)는 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157)가 일체로서 움직이도록 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157)를 연결한다(도 4 참조). 즉, 고정부재(156)는 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157)를 직접 연결하거나, 다른 구성을 매개로 서로 연결하여, 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157) 사이의 상대적인 위치를 고정한다. 본 실시예에서는, 고정부재(156)로서, 제1 구동모터(155)와 제2 구동모터를 서로 연결하는 플레이트가 사용되지만 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다. 제2 구동모터는 내측 본체(153)와 일체로서 움직이도록 연결되어 있기 때문에, 제1 구동기어(157)가 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 공전하면 내측 본체(153) 역시 이에 대응하여 움직이게 된다.

보다 구체적으로, 외측 본체(151)는 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 대칭되게 형성된 내측 기어(151a)를 가지고(도 3 참조), 제1 구동기어(157)는 내측 기어(151a)와 맞물려 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 공전한다. 이때 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157)는 상대적인 위치가 고정되어 있고, 또한 제1 회전축(Ⅰ)이 내측 본체(153)의 중심을 관통하도록 규정되어 있으므로, 제1 구동기어(157)가 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 공전하면 내측 본체(153)는 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 자전하게 된다. 그리고 내측 본체(153)가 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 자전함에 따라 엔드 이펙터(130)는 베이스(110)의 표면(111)을 따라 위도 방향으로 회전 이동하게 된다. 결국, 제1 구동모터(155)가 작동하면 엔드 이펙터(130)는 제1 회전축(Ⅰ)을 중심으로 구의 위도 방향으로 변위된다.

이때, 엔드 이펙터(130)가 이동하는 거리는 제1 구동기어(157)가 내측 기어(151a)와 맞물려 이동하는 거리에 의해 결정된다. 종래의 구면 좌표형 매니퓰레이터는 모터와 엔드 이펙터가 직접적으로 연결되어, 모터의 회전 각도가 엔드 이펙터의 이동 거리를 결정하였기 때문에, 엔드 이펙터의 이동 거리를 섬세하기 조절하기 어려운 문제가 있었다. 그러나 본 실시예에서는 엔드 이펙터(130)의 이동 거리가 제1 구동기어(157)가 내측 기어(151a)에 맞물려 이동한 거리에 의해 결정되기 때문에, 보다 섬세하고 정확하게 엔드 이펙터(130)의 위치를 조절할 수 있다.

한편, 제2 구동장치(170)는, 스프로킷(171) 체인부재(174), 제2 구동모터(175) 및 제2 구동기어(177)를 구비한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 스프로킷(171)은 내측 본체(153)에 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 제2 회전축(Ⅱ)이란 경선(L) 및 제1 회전축(Ⅰ)과 각각 직교하는 축을 말한다.

체인부재(174)는 스프로킷(171)에 맞물려 스프로킷(171)이 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 회전하는 것에 의해 경선(L)을 따라 변위된다. 이때, 체인부재(174)는 표면(111)에 밀착하여 경선(L)을 따라 이동한다. 따라서 체인부재(174)의 말단에 결합된 엔드 이펙터(130)는 구의 표면(111)에 의해 가이드되면서 구면 좌표 상에서 이탈되지 않고 이동할 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 체인부재(174)는 스프로킷(171)과 맞물리는 어태치먼트 체인(174a)과, 어태치먼트 체인(174a)에서 표면(111)의 반대측에 설치된 체인 커버(174b)를 구비한다. 복수 개의 체인 커버(174b)는 경선(L)을 따라 나열되고, 체인부재(174)가 표면(111)에서 멀어지는 방향으로 구부러지는 경우, 복수 개의 체인 커버(174b)는 서로 간섭함으로써 어태치먼트 체인(174a)이 표면(111)에 밀착된 상태를 유지하게 한다. 따라서 엔드 이펙터(130)의 위치가 구면 좌표 내에 유지되는 것을 더욱 용이하게 할 수 있다.

또한, 체인부재(174)의 적어도 일부는 표면(111)에 위치하고 나머지 일부는 베이스(110)의 내부 공간에 위치할 수 있다. 스프로킷(171)이 회전함에 따라 체인부재(174) 및 엔드 이펙터(130)는 표면(111) 또는 베이스(110)의 내부 공간을 향해 변위될 수 있다. 표면(111)을 따라 이동하는 체인부재(174) 이외에 나머지 부분이 베이스(110)의 내부 공간에 위치함으로써, 엔드 이펙터(130)가 이동 가능한 공간이 제한되지 않을 수 있다.

한편, 스프로킷(171)은 제2 구동모터(175)와 제2 구동기어(177)에 의해 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다. 보다 구체적으로, 제2 구동기어(177)는 제2 구동모터(175)의 회전과 스프로킷(171)의 회전을 기계적으로 연동시켜, 제2 구동모터(175)가 제1 회전축(Ⅰ)과 평행하게 이격된 제2 구동축(S2)을 중심으로 제2 구동기어(177)를 회전시키면, 스프로킷(171)이 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 회전하게 한다.

이를 위해, 제2 구동기어(177)는 스프로킷 베벨기어(177a)와, 구동 베벨기어(177b)와, 제1 평기어(177c) 및 제2 평기어(177d)를 구비한다.

스프로킷 베벨기어(177a)는 스프로킷(171)의 일측에 결합되어 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 스프로킷(171)과 함께 회전한다. 구동 베벨기어(177b)는 제1 회전축(Ⅰ)과 평행한 축을 중심으로 회전하며, 스프로킷 베벨기어(177a)와 맞물리도록 마련된다. 따라서 제2 구동모터(175)가 구동 베벨기어(177b)를 회전시키면, 스프로킷(171)이 제2 회전축(Ⅱ)을 중심으로 회전하게 된다.

이때, 구동 베벨기어(177b)는 제2 구동모터(175)와 직접 연결되어 있을 수도 있지만, 본 실시예에서는 제2 구동모터(175)의 동력은 제1 평기어(177c)와 제2 평기어(177d)를 통해 구동 베벨기어(177b)로 전달된다. 보다 구체적으로, 제1 평기어(177c)는 제2 구동모터(175)와 직접 연결되어 제2 구동축(S2)을 중심으로 회전하고, 제2 평기어(177d)는 제1 평기어(177c)와 맞물리며, 구동 베벨기어(177b)와 동축으로 회전하도록 고정부재(156)에 결합된다. 이에 따라, 제2 구동모터(175)의 회전동력은 제1 평기어(177c), 제2 평기어(177d), 구동 베벨기어(177b) 및 스프로킷 베벨기어(177a)를 통해 스프로킷(171)으로 전달될 수 있다. 그리고 스프로킷(171)이 회전함에 따라, 체인부재(174)의 말단에 결합된 엔드 이펙터(130)가 경선(L)을 따라 경도 방향으로 이동될 수 있다.

제2 구동기어(177)가 제1 평기어(177c) 및 제2 평기어(177d)를 구비함으로써, 제1 구동모터(155)와 제2 구동모터(175) 사이의 수평적인 위치 관계를 용이하게 조절할 수 있다. 특히 베이스(110)의 내부 공간에 위치하는 체인부재(174)가 구동장치들(150, 170)과 간섭하지 않도록 그 위치를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 제2 구동모터(175)가 직접 구동 베벨기어(177b)를 회전시키도록 구성되는 경우, 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157)는 오직 고정부재(156)만을 매개로 서로 연결되는 반면, 제2 구동모터(175)가 제1 평기어(177c) 및 제2 평기어(177d)를 매개로 구동 베벨기어(177b)를 회진시키도록 구성되는 경우, 제2 구동모터(175)뿐만 아니라 내측 본체(153)와 연결된 제2 평기어(177d) 역시 고정부재(156)에 결합됨으로써, 내측 본체(153)와 제1 구동기어(157) 사이에 연결된 지점이 증가하여, 제1 구동모터(155) 및 내측 본체(153)가 더욱 안정적으로 일체로서 움직일 수 있다.

또한, 엔드 이펙터(130)가 경선(L)을 따라 이동하는 거리 역시 제2 구동모터(175)의 동력을 제2 구동기어(177)를 통해 전달받은 스프로킷(171)이 회전한 정도에 의해 결정되므로, 종래와 같이 모터에 직접 연결되어 모터의 축이 회전한 정도를 제어하여 엔드 이펙터의 이동 거리를 제어하는 것보다 정확하게 위치를 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터는 가이드부재(120)를 더 포함할 수 있다. 가이드부재(120)는 내측 본체(153)의 상측으로 개구(113)를 통과하여 돌출되게 형성되고, 경선(L)을 따라 연장되게 형성된 가이드홈(125)을 형성한다(도 2 참조). 체인부재(174)는 스프로킷(171)의 회전에 의해 변위될 때, 가이드홈(125)을 통과함으로써, 경선(L)에서 이탈되지 않고 경선(L)을 따라 이동하도록 가이드될 수 있다. 이때 가이드부재(120)의 내측에는 체인부재(174)가 스프로킷(171)에 맞물려 회전할 때 외측으로 이탈되는 것을 방지하기 위해, 체인부재(174)의 회전 이동을 가이드하는 가이드면(122)이 마련될 수 있다(도 3 또는 도 4 참조). 따라서 체인부재(174)는 스프로킷(171)과 안정적으로 맞물려 이동하면서, 경선(L)을 따라 표면(111)에 밀착하여 이동할 수 있고, 엔드 이펙터(130) 역시 구면 좌표 내에서 이탈하지 않고 경선(L)을 따라 이동할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 구성에 의하면, 사용자는 구면 좌표 상에서 원하는 위치로 엔드 이펙터(130)를 정확하게 이동시킬 수 있다. 가령 엔드 이펙터(130)를 구면 좌표 내에서 위도 방향으로 이동시키고자 하는 경우, 이동해야 하는 거리에 대응되는 만큼 제1 구동기어(157)가 회전하도록 제1 구동모터(155)를 제어함으로써, 엔드 이펙터(130)를 베이스(110)의 표면(111)을 따라 위도 방향으로 회전 이동시킬 수 있다.

또는, 엔드 이펙터(130)를 구면 좌표 내에서 경도 방향으로 이동시키고자 하는 경우, 이동해야 하는 거리에 대응되는 만큼 스프로킷(171)이 회전하도록 제2 구동모터(175)를 제어함으로써, 엔드 이펙터(130)를 베이스(110)의 표면(111)을 따라 경도 방향으로 이동시킬 수 있다.

또는, 엔드 이펙터(130)를 구면 좌표 내에서 경도 방향 및 위도 방향으로 동시에 이동시키고자 하는 경우, 엔드 이펙터(130)의 경도 방향 및 위도 방향으로 이동시키기 위한 구동은 서로 독립되어 있으므로, 이동시킬 거리만큼 제1 구동모터(155)와 제2 구동모터(175)가 각각 제어함으로써, 엔드 이펙터(130)를 베이스(110)의 표면(111)을 따라 구면 좌표 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.

이때 체인부재(174)는 표면(111)에 밀착하여 이동하게 되므로, 엔드 이펙터(130)가 구면 좌표 내에서 외측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경선(L)에 따른 체인부재(174)의 이동은 가이드부재(120)에 의해 가이드되므로, 엔드 이펙터(130)가 경선(L)에서 이탈되는 것도 방지할 수 있으며, 엔드 이펙터(130)의 위도 방향으로의 이동은 제1 구동기어(157)가 내측 기어(151a)와 맞물리면서 이동하는 거리에 의해 제어되고, 엔드 이펙터(130)의 경도 방향으로의 이동은 스프로킷(171)이 회전한 정도에 의해 결정되므로, 엔드 이펙터(130)를 어느 하나의 축을 중심으로 회전시켜 이동시키는 종래 기술에 비해 정교하게 그 위치를 제어할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 베이스
111: 표면
113: 개구
120: 가이드부재
122: 가이드면
125: 가이드홈
130: 엔드 이펙터
150: 제1 구동장치
151: 외측 본체
152: 베어링
153: 내측 본체
155: 제1 구동모터
156: 고정부재
157: 제1 구동기어
170: 제2 구동장치
171: 스프로킷
174: 체인부재
175: 제2 구동모터
177: 제2 구동기어
Ⅰ: 제1 회전축
Ⅱ: 제2 회전축
L: 경선
S1: 제1 구동축
S2: 제2 구동축

Claims (10)

1. 구면(球面)의 적어도 일부의 형상에 대응되는 표면을 갖는 베이스;
   상기 표면을 따라 이동하도록 마련된 엔드 이펙터;
   상기 구면의 중심을 지나도록 규정된 제1 회전축을 중심으로 상기 엔드 이펙터를 회전 이동시키기 위한 제1 구동장치; 및
   상기 제1 회전축을 지나는 평면에 의해 상기 표면에 규정되는 경선을 따라 상기 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 제2 구동장치를 포함하고,
   상기 엔드 이펙터는, 상기 제1 구동장치 및 상기 제2 구동장치에 의해 이동할 때, 상기 표면에 의해 가이드되어 상기 표면을 따라 이동하는, 매니퓰레이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 구동장치는, 상기 베이스의 내주면에 고정 결합된 외측 본체와, 상기 외측 본체의 내측에 마련되고 상기 엔드 이펙터와 기계적으로 연결된 내측 본체를 구비하며, 상기 내측 본체를, 상기 제1 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 상기 엔드 이펙터를 상기 제1 회전축을 중심으로 상기 표면을 따라 회전 이동시키는, 매니퓰레이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 외측 본체는, 그 내주면을 따라 형성된 내측 기어를 구비하고,
   상기 제1 구동장치는, 상기 내측 기어와 맞물리는 제1 구동기어와, 상기 제1 구동기어를, 상기 제1 회전축과 평행하게 이격된 제1 구동축을 중심으로 회전시키는 제1 구동모터 및 상기 내측 본체와 상기 제1 구동기어가 일체로서 움직이도록 이들을 서로 연결하는 고정부재를 더 구비하며,
   상기 제1 구동모터가 상기 제1 구동기어를 회전시키면, 상기 제1 구동기어가 상기 외측 본체의 내주면을 따라 상기 제1 회전축을 중심으로 공전하는 것에 의해, 상기 내측 본체가 상기 제1 회전축을 중심으로 자전하여, 상기 엔드 이펙터가 상기 제1 회전축을 중심으로 회전 이동되는, 매니퓰레이터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 구동장치는, 상기 내측 본체에 상기 경선 및 상기 제1 회전축과 각각 직교하는 제2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 스프로킷과, 일단에 상기 엔드 이펙터가 결합되고, 상기 스프로킷과 맞물려 상기 스프로킷이 상기 제2 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 상기 엔드 이펙터를 상기 경선을 따라 이동시키는 체인부재를 구비하고,
   상기 체인부재는, 상기 표면에 밀착하여 상기 경선을 따라 이동함으로써 상기 엔드 이펙터가 상기 표면에 의해 가이드되며 이동되게 하는, 매니퓰레이터.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 베이스는, 상단부에 형성된 개구를 구비하고,
   상기 체인부재는, 상기 개구를 관통하여 적어도 일부는 상기 표면에 위치하고 나머지 일부는 상기 베이스의 내부 공간에 위치하며, 상기 스프로킷이 회전함에 따라 상기 표면 또는 상기 베이스의 내부 공간을 향해 변위되는, 매니퓰레이터.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 구동장치는, 상기 스프로킷을 상기 제2 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 제2 구동모터와, 상기 제2 구동모터의 회전과 상기 스프로킷의 회전을 기계적으로 연동시키는 제2 구동기어를 구비하고,
   상기 고정부재는, 상기 제1 구동모터와 상기 제2 구동모터의 상대 위치가 고정되도록 이들을 서로 결합시키는 것에 의해, 상기 제1 구동기어, 상기 제1 구동모터, 상기 제2 구동모터, 상기 제2 구동기어, 상기 스프로킷 및 상기 내측 본체가 일체로서 움직이도록 서로 연결하는, 매니퓰레이터.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 구동기어는, 상기 스프로킷의 일단에 결합되어 상기 제2 회전축을 중심으로 회전하는 스프로킷 베벨기어와, 상기 스프로킷 베벨기어와 맞물려 상기 제1 회전축에 평행한 축을 중심으로 회전하는 구동 베벨기어를 구비하고,
   상기 제2 구동모터는, 상기 제1 회전축과 평행하게 이격된 제2 구동축을 중심으로 회전하는 것에 의해 상기 구동 베벨기어를 회전시켜, 상기 스프로킷을 상기 제2 회전축을 중심으로 회전시키는, 매니퓰레이터.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 구동기어는, 상기 제2 구동모터에 의해 상기 제2 구동축을 중심으로 회전하는 제1 평기어와, 상기 제1 평기어와 맞물리고, 상기 구동 베벨기어와 동축으로 회전 가능하게 상기 고정부재에 결합된 제2 평기어를 구비하며,
   상기 제2 구동모터의 회전동력은 상기 제1 평기어, 상기 제2 평기어, 상기 구동 베벨기어 및 상기 스프로킷 베벨기어를 통해 상기 스프로킷으로 전달되는, 매니퓰레이터.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 체인부재는, 상기 스프로킷과 맞물리는 어태치먼트 체인과, 상기 어태치먼트 체인에서 상기 표면의 반대측에 설치되어, 상기 어태치먼트 체인이 외측으로 휘어지는 것을 방지하는 체인 커버를 구비하는, 매니퓰레이터.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 내측 본체의 상측으로 상기 개구를 통과하여 돌출되게 형성되고, 상기 경선을 따라 연장되게 형성된 가이드홈을 형성하는 가이드부재를 더 포함하며,
    상기 체인부재는, 상기 스프로킷의 회전에 의해 변위될 때 상기 가이드홈을 통과함으로써, 상기 경선을 따라 이동하도록 가이드되는, 매니퓰레이터.

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