KR102203728B1 - Apparatus for variable gravity compensation for rotation and linear motion joint - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회전 및 직동 관절용 중력보상장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전운동 뿐만 아니라 직선운동(직동) 시에도 중력 토크를 보상할 수 있는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gravity compensation device for rotational and linear joints, and more particularly, to a gravity compensation device for rotational and linear joints capable of compensating for gravity torque even during linear movement (direct movement) as well as rotational movement.
중력보상장치는 다양한 분야에서 활용되는 매니퓰레이터 로봇의 에너지 소모량 절감을 위해 관절에 작용하는 중력토크를 대응 질량, 스프링 등 수동형 기계요소를 통해 보상하는 메커니즘을 의미한다.The gravity compensation device refers to a mechanism that compensates the gravitational torque acting on the joint through passive mechanical elements such as corresponding mass and spring to reduce the energy consumption of manipulator robots used in various fields.
회전 관절로만 구성된 매니퓰레이터는 설치영역 대비 작업영역이 넓어 많이 사용되고 있다. 그러나, 직선 운동을 구현할 경우 불필요한 움직임으로 인해 많은 토크를 발생시켜야 하는 단점이 있다. 따라서, 수술용 로봇이나 스튜어트 플랫폼(Stewart Platform)에는 직동(직선운동) 관절을 포함하는 매니퓰레이터가 사용되고 있다. 직동 관절을 포함하는 매니퓰레이터도 마찬가지로 관절에 인가되는 하중과 중력토크를 지지하기 위해 지속적으로 전력을 소모한다. Manipulators composed only of rotating joints are widely used because their work area is wider than the installation area. However, when implementing linear motion, there is a disadvantage in that a lot of torque must be generated due to unnecessary motion. Therefore, a manipulator including a linear motion (linear motion) joint is used in a surgical robot or a Stewart platform. Manipulators including linear joints likewise consume power continuously to support the load and gravity torque applied to the joint.
이 문제점은 중력보상 장치를 적용하여 개선할 수 있으나, 이러한 매니퓰레이터의 중력보상장치에 대한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 따라서, 회전 직동 관절용 매니퓰레이터의 중력보상장치에 대한 연구가 필요한 실정이다.This problem can be improved by applying a gravity compensation device, but studies on the gravity compensation device of such a manipulator are hardly in progress. Therefore, there is a need for research on a gravity compensation device for a manipulator for a rotating linear joint.
본 발명은 회전 및 직동 관절 조작에 따라 변화하는 중력토크를 보상할 수 있는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a gravity compensation device for rotational and linear joints capable of compensating for gravity torque that changes according to rotation and linear joint manipulation.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 하우징; 상기 하우징에 회전 및 직동 가능하게 설치되는 관절부재; 상기 관절부재의 회전에 연동하여 회전되는 캠 프로파일; 상기 하우징에 상기 캠 프로파일을 따라 상하로 이동되도록 설치되는 캠 팔로워; 상기 하우징에 상기 캠 팔로워와 함께 이동되도록 설치되는 스프링 프레셔; 및 상기 관절부재의 직동에 연동하여 직동되도록 상기 하우징에 설치되고, 상기 관절부재가 회전 및 직동될 때 상기 스프링 프레셔에 일단부가 눌러짐으로써 상기 관절부재의 회전방향의 반대방향으로 탄성력을 제공하는 비틀림 스프링을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the present invention includes a housing; A joint member that is rotatably and directly installed in the housing; A cam profile rotated in association with the rotation of the joint member; A cam follower installed in the housing to move up and down along the cam profile; A spring pressure installed in the housing so as to move together with the cam follower; And a torsion installed in the housing so as to be directly driven in connection with the direct motion of the joint member, and when the joint member rotates and moves directly, one end is pressed against the spring pressure to provide an elastic force in a direction opposite to the rotational direction of the joint member. It may contain springs.
상기 하우징은 원통 형상으로 형상되고 상기 캠 프로파일은 원형면으로 형성되는데, 상기 캠 프로파일은 상기 관절부재의 회전중심에 대하여 편심되게 형성될 수 있다. The housing is formed in a cylindrical shape and the cam profile is formed in a circular surface, and the cam profile may be formed to be eccentric with respect to the rotation center of the joint member.
상기 하우징에는 상기 캠 팔로워 및 상기 스프링 프레셔가 설치되는 캠 팔로워 블록이 설치될 수 있다.The cam follower block on which the cam follower and the spring pressure are installed may be installed in the housing.
상기 캠 팔로워는 상기 캠 팔로워 블록의 전면에 설치되고, 상기 스프링 프레셔는 상기 캠 팔로워 블록의 후면에 설치될 수 있다.The cam follower may be installed on a front surface of the cam follower block, and the spring pressure may be installed on a rear surface of the cam follower block.
상기 스프링 프레셔에는 상기 비틀림 스프링의 일단부가 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.A through hole through which one end of the torsion spring passes may be formed in the spring pressure.
상기 하우징의 일면에는 변환 벨트가 설치되는 벨트부재가 회전가능하게 설치되고, 상기 변환 벨트는 상기 관절부재와 연동되게 설치되어 상기 관절부재의 직동을 회전 운동으로 변환시킬 수 있다.A belt member on which a conversion belt is installed is rotatably installed on one surface of the housing, and the conversion belt is installed to be interlocked with the joint member to convert a linear motion of the joint member into a rotational motion.
상기 변환 벨트의 일측은 상기 관절부재와 체결구에 의해 연결될 수 있다.One side of the conversion belt may be connected by the joint member and the fastener.
상기 하우징에는 상기 벨트부재의 회전중심이 되는 중심축이 설치되는데, 상기 벨트부재의 일측에는 상기 중심축에 설치되는 기어부가 구비되고, 타측에는 상기 벨트부재가 감아지는 풀리가 구비될 수 있다.A central shaft serving as a rotation center of the belt member may be installed in the housing, and a gear portion installed on the central shaft may be provided on one side of the belt member, and a pulley on which the belt member is wound may be provided on the other side.
상기 하우징에는 상기 중심축에 연동되는 슬라이딩 요크가 설치되는데, 상기 슬라이딩 요크는 상기 중심축의 회전에 연동하여 직동될 수 있다.A sliding yoke interlocked with the central axis is installed in the housing, and the sliding yoke may be directly driven in association with the rotation of the central axis.
상기 중심축의 일단부에는 수직방향으로 연장되는 연장부가 구비되고, 상기 연장부의 단부에는 상기 슬라이딩 요크에 형성된 장공에 삽입되는 요크 돌기가 구비될 수 있다.An extension part extending in a vertical direction may be provided at one end of the central axis, and a yoke protrusion inserted into a long hole formed in the sliding yoke may be provided at an end of the extension part.
상기 슬라이딩 요크에는 상기 비틀림 스프링의 고정단이 삽입되는 고정축이 구비될 수 있다.The sliding yoke may be provided with a fixed shaft into which the fixed end of the torsion spring is inserted.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전 및 직동 관절 조작에 따라 변화하는 중력토크를 보상하게 되는데, 특히 회전에 대해서는 변화된 중력토크를 보상하고 직동에 대해서는 증폭된 중력토크를 보상할 수 있다. 이와 같이 회전 및 직동 관절에 대하여 중력토크를 보상하면 에너지 효율을 높일 수 있어 재활기구, 비행 시뮬레이션 장비, 의료용 수술로봇 등 다양한 장비에 활용이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to compensate for the gravity torque that changes according to rotation and manipulation of the linear joint. In particular, it is possible to compensate for the changed gravity torque for rotation and the amplified gravity torque for linear motion. In this way, when the gravity torque is compensated for the rotational and linear joints, energy efficiency can be increased, and thus, it can be used in various equipment such as rehabilitation equipment, flight simulation equipment, and medical surgical robots.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 관절부재 측의 구성을 보인 도면.
도 3은 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 초기 상태를 개략적으로 보인 도면.
도 4은 관절부재가 90°로 회전되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면.
도 5는 관절부재가 직동되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면.
도 6은 관절부재가 180°로 회전되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면. 1 is a perspective view of a gravity compensation device for rotation and direct motion joint according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view showing the configuration of the joint member side of the gravity compensation device for rotation and direct motion joint according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view schematically showing the initial state of the gravity compensation device for rotation and direct motion joint.
Figure 4 is a view schematically showing the gravity compensation when the joint member is rotated by 90 °.
Figure 5 is a view schematically showing the gravity compensation when the joint member is moved directly.
Figure 6 is a view schematically showing the gravity compensation when the joint member is rotated by 180 °.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하, 본 발명에 의한 중력보상장치의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the gravity compensation device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numbers and overlapped therewith. Description will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 관절부재 측의 구성을 보인 도면이다.1 is a perspective view of a gravity compensation device for a rotational and linear joint according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the configuration of a joint member side of a gravity compensation device for a rotational and linear joint according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치는 하우징(10); 상기 하우징(10)에 회전 및 직동 가능하게 설치되는 관절부재(60); 상기 관절부재(60)의 회전에 연동하여 회전되는 캠 프로파일(12); 상기 하우징(10)에 상기 캠 프로파일(12)을 따라 상하로 이동되도록 설치되는 캠 팔로워(22); 상기 하우징(10)에 상기 캠 팔로워(22)와 함께 이동되도록 설치되는 스프링 프레셔(24); 및 상기 관절부재(60)와 함께 직동되도록 상기 하우징(10)에 설치되고, 상기 관절부재(60)가 회전 및 직동될 때 상기 스프링 프레셔(24)에 일단부가 눌러짐으로써 상기 관절부재(60)의 회전방향의 반대방향으로 탄성력을 제공하는 비틀림 스프링(30)을 포함할 수 있다.As shown, the gravity compensation device for rotation and direct motion joint according to an embodiment of the present invention includes a
하우징(10)은 대략 원통 형상으로 만들어지는데, 이는 일 예로 제시한 것에 불과하고 하우징(10)은 다양한 형상으로 만들어질 수 있다. 하우징(10)의 내부에는 원형면의 캠 프로파일(12)이 형성된다. 캠 프로파일(12)은 실질적으로 관절부재(60)의 회전 및 직동에 연동하여 함께 동작되도록 하우징(10)의 내부에 형성되는 것으로서, 캠 프로파일(12)은 하우징(10)의 회전 중심에 대하여 편심되게 배치된다. 따라서, 캠 프로파일(12)에 상에 위치한 캠 팔로워(22)는 관절부재(60)가 회전 및 직동되면 캠 프로파일(12)에 연동하여 상하로 이동하게 된다. 이는 이하에서 설명할 도 3 내지 도 6에 잘 도시되어 있다. The
하우징(10)의 일면에는 커버(14)가 결합되는데, 커버(14)는 하우징(10)에 설치되는 캠 팔로워 블록(20), 비틀림 스프링(30), 슬라이딩 요크(40) 등의 구성을 커버하는 역할을 한다. A
캠 팔로워 블록(20)은 하우징(10)의 내부에서 상하 방향으로 이동가능하게 설치된다. 캠 팔로워 블록(20)은 상하 방향으로 평행하게 설치된 가이드 샤프트(28)를 따라 상하 방향으로 이동하게 된다. The
그리고, 캠 팔로워 블록(20)의 전면에는 캠 팔로워(22)가 설치되고, 후면에는 스프링 프레셔(24)가 설치된다. 도 1에서는 캠 팔로워(22)가 후면에 설치되는 것처럼 도시하였으나, 이하에서는 관절부재(60)와 가까운 쪽을 전면으로 정의하고 설명하기로 한다. Then, the
캠 팔로워(22)는 캠 팔로워 블록(20)의 전면에서 돌기와 같이 돌출되어 형성되는 부분으로서, 캠 프로파일(12) 상에 배치되어 캠 프로파일(12)의 회전 및 직동에 연동하여 이동된다. 캠 팔로워(22)는 캠 팔로워 블록(20)에 설치되기 때문에 캠 팔로워(22)가 캠 프로파일(12)을 따라 이동되면 캠 팔로워 블록(20)과 함께 이동될 것이다. 즉, 캠 팔로워 블록(20)은 캠 프로파일(12)의 회전 및 직동에 연동하여 하우징(10) 내부에서 상하 방향으로 이동될 수 있다. The
스프링 프레셔(24) 또한 캠 팔로워 블록(20)에 설치되기 때문에 캠 팔로워 블록(20)이 이동되면 이에 연동하여 상하 방향으로 이동하게 된다. 스프링 프레셔(24)의 일측에는 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 관통하는 관통홀(26)이 형성된다. 따라서, 스프링 프레셔(24)가 캠 팔로워 블록(20)에 연동하여 하방으로 이동되면 이 과정에서 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)를 눌러 고정단(32)이 탄성력을 제공하도록 한다. Since the
비틀림 스프링(30)은 실질적으로 탄성력을 제공하는 원형의 고정단(32)과, 고정단(32)의 일측에서 소정 길이만큼 연장되는 일단부(34)를 포함한다. 원형의 고정단(32)은 이하에서 설명할 슬라이딩 요크(40)의 고정축(46)에 삽입되어 고정된다. 그리고, 수평 방향으로 연장된 일단부(34)는 스프링 프레셔(24)의 관통홀(26)을 관통하여 스프링 프레셔(24)에 연동하여 눌러지게 된다. 이와 같이 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 눌러지면(관절부재(60)가 회전에 연동하여) 비틀림 스프링(30)은 관절부재(60)의 회전방향에 대하여 반대방향으로 탄성력을 제공하기 때문에 변화된 중력에 대한 토크를 보상하게 된다. The
다음으로, 슬라이딩 요크(40)는 하우징(10)의 내부에서 수평 방향으로 이동가능하게 설치된다. 슬라이딩 요크(40)는 관절부재(60)의 직동 운동에 연동하여 수평 방향으로 직동된다. 본 실시예에서 슬라이딩 요크(40)의 중요한 기능은 관절부재(60)의 직동에 따라 직동됨으로써 비틀림 스프링(30)의 고정단(32)의 위치를 변화시키는 것이다. 비틀림 스프링(30)의 고정단(32)의 위치가 이동함으로써 변화되면, 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 눌러지는 비율이 증폭되기 때문에 증폭된 중력에 대한 토크를 보상할 수 있다. 이는 비틀림 스프링(30)이 스프링 프레셔(24) 쪽으로 직동되면서 발생하게 되고 이 과정에서 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 상대적으로 많이 눌러지는 것이다. Next, the sliding
슬라이딩 요크(40)는 하우징(10)의 내부에 수평 방향으로 설치된 요크 가이드(42)를 따라 직동되고, 슬라이딩 요크(40)에는 중심축(70)의 요크 돌기(74)가 삽입되는 장공(44)이 형성된다. 장공(44)은 상하 방향으로 길게 형성되어 있어, 중심축(70)이 회전되면 요크 돌기(74)가 회전되면서 장공(44)을 따라 이동되고, 이에 연동하여 슬라이딩 요크(40)가 수평 방향으로 직동되는 것이다. The sliding
중심축(70)은 하우징(10)의 내부를 관통하여 설치되는 것으로서, 이하에서 설명할 벨트부재(50)가 회전되는 중심 역할을 한다. 중심축(70)의 단부(슬라이딩 요크(40)와 가까운 쪽)에는 연장부(72)가 수직 방향으로 연장되며, 연장부(72)의 단부에 요크 돌기(74)가 형성된다. 중심축(70)이 상술한 바와 같이 연장부(72)와 요크 돌기(74)의 구성을 가지기 때문에 중심축(70)이 회전되면 이에 연동하여 슬라이딩 요크(40)가 수평 방향으로 직동될 수 있다. The
도 2를 참조하면, 하우징(10)의 일면에는 변환 벨트(54)가 설치되는 벨트부재(50)가 회전가능하게 설치된다. 벨트부재(50)는 기어부(52)(예: 유성 기어)를 통해 중심축(70)과 연결되므로, 벨트부재(50)는 중심축(70)을 회전시키게 된다. 한편, 변환 벨트(54)는 관절부재(60)와 체결구(62)를 통해 연결되기 때문에 관절부재(60)가 직동되면 이에 연동하여 변환 벨트(54)가 회전하게 되고, 기어부(52)에 의해 중심축(70)이 회전되도록 변환된다. 다시 말해, 관절부재(60)의 직동 운동이 변환 벨트(54) 및 기어부(52) 등의 구성을 통해 중심축(70)의 회전 운동으로 변환되는 것이다. 한편, 변환 벨트(54)의 일측은 기어부(52)에 감아지고 타측은 풀리(56)에 감아진다. Referring to FIG. 2, a
이상에서 설명한 관절부재(60)의 직동 운동 변환 매커니즘은 일 예를 제시한 것에 불과하며 관절부재(60)의 직동 운동을 비틀림 스프링(30)의 고정단(32) 위치를 변화시킬 수 있는 매커니즘 구현이 가능하다면 어떠한 구성이라도 채용될 수 있을 것이다. The mechanism for converting the linear motion of the
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 중력보상 과정을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 3은 회전 및 직동 관절용 중력보상장치의 초기 상태를 개략적으로 보인 도면이고, 도 4은 관절부재가 90°로 회전되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면이며, 도 5는 관절부재가 직동되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면이고, 도 6은 관절부재가 180°로 회전되었을 때 중력보상하는 것을 개략적으로 보인 도면이다. 참고로 도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 복잡한 구성을 간략화하여 중력보상 매커니즘을 보인 것이다.Hereinafter, a gravity compensation process of the gravity compensation device for a rotational and linear joint according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. 3 is a view schematically showing the initial state of the gravity compensation device for rotation and direct motion joint, Figure 4 is a view schematically showing the gravity compensation when the joint member is rotated by 90 °, Figure 5 is a joint member is a direct motion It is a view schematically showing the compensation of gravity when the joint member is rotated by 180°, and FIG. 6 is a view schematically showing the compensation of gravity when the joint member is rotated by 180°. For reference, FIGS. 3 to 6 illustrate a gravity compensation mechanism by simplifying the complex configuration shown in FIGS. 1 and 2.
도 3을 참조하면, 초기 상태의 중력보상장치는 관절부재(60)는 위를 향한 상태이고 캠 팔로워(22)는 캠 프로파일(12)에서 최상단에 위치한 상태이다. 실제로 캠 팔로워(22)는 캠 프로파일(12) 상에서 최하단에 위치할 수도 있는데 이는 중력보상장치의 설계에 따라 변경될 수 있는 것이며 본 도면에서는 편의상 캠 팔로워(22)가 캠 프로파일(12)의 최상단에 위치하는 것으로 도시하였다. Referring to FIG. 3, in the initial state of the gravity compensation device, the
이 상태에서 관절부재(60)가 시계방향으로 90°만큼 회전되면 도 4에 도시된 위치가 된다. 이때, 관절부재(60)의 회전에 연동하여 캠 프로파일(12)이 함께 회전되고, 캠 팔로워(22)는 캠 프로파일(12)에 연동하여 하방으로 이동하게 된다. 이는 캠 프로파일(12)이 관절부재(60)의 회전중심(중심축(70))에 대하여 편심되어 있기 때문에 캠 팔로워(22)의 이동이 이루어진 것이다. 이와 같이 캠 팔로워(22)가 하방으로 이동되면 스프링 프레셔(24)가 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)를 누르게 된다. 이때 비틀림 스프링(30)은 관절부재(60)의 회전방향에 대하여 반대방향으로 탄성력을 제공하기 때문에 변화된 중력토크를 보상할 수 있다. In this state, when the
다음으로, 도 4에 도시된 상태에서 관절부재(60)가 우측으로 소정 거리만큼 직동되면 도 5에 도시된 상태가 된다. 이때, 관절부재(60)의 회전 각도는 그대로 유지되고 관절부재(60)의 이동에 연동하여 비틀림 스프링(30)의 고정단(32)의 위치가 우측으로 이동하게 된다. 그러면 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 스프링 프레셔(24)에 의해 눌려지는 비율이 증폭되므로, 증폭된 중력토크를 보상할 수 있다. 한편, 위에서 설명한 비틀림 스프링(30)의 이동은 상술한 슬라이딩 요크(40)의 이동에 의해 이루어진다. Next, when the
끝으로, 도 5에 도시된 상태에서 관절부재(60)가 시계방향으로 90°만큼 회전되면(직동 길이 유지), 캠 팔로워(22)의 위치가 캠 프로파일(12)에 연동하여 하방으로 더욱 이동하게 된다. 즉, 캠 팔로워(22)의 변위만큼 비틀림 스프링(30)의 일단부(34)가 눌려지기 때문에 증폭 및 변화된 중력토크를 보상할 수 있다. Finally, when the
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to specific embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the relevant technical field may vary the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that it can be modified and changed.
10 : 하우징 12 : 캠 프로파일
14 : 커버 20 : 캠 팔로워 블록
22 : 캠 팔로워 24 : 스프링 프레셔
26 : 관통홀 28 : 가이드 샤프트
30 : 비틀림 스프링 32 : 고정단
34 : 일단부 40 : 슬라이딩 요크
42 : 요크 가이드 44 : 장공
46 : 고정축 50 : 벨트부재
52 : 기어부 54 : 변환 벨트
56 : 풀리 60 : 관절부재
62 : 체결구 70 : 중심축
72 : 연장부 74 : 요크 돌기10: housing 12: cam profile
14: cover 20: cam follower block
22: cam follower 24: spring pressure
26: through hole 28: guide shaft
30: torsion spring 32: fixed end
34: one end 40: sliding yoke
42: yoke guide 44: long hole
46: fixed shaft 50: belt member
52: gear part 54: conversion belt
56: pulley 60: joint member
62: fastener 70: central axis
72: extension 74: yoke protrusion
Claims (11)
상기 하우징에 회전 및 직동 가능하게 설치되는 관절부재;
상기 관절부재의 회전에 연동하여 회전되는 캠 프로파일;
상기 하우징에 설치되고, 상기 캠 프로파일을 따라 상하로 이동되는 캠 팔로워;
상기 하우징에 상기 캠 팔로워와 함께 이동되도록 설치되는 스프링 프레셔; 및
상기 관절부재의 직동에 연동하여 직동되도록 상기 하우징에 설치되고, 상기 관절부재가 회전 및 직동될 때 상기 스프링 프레셔에 일단부가 눌러짐으로써 상기 관절부재의 회전방향의 반대방향으로 탄성력을 제공하는 비틀림 스프링을 포함하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. housing;
A joint member that is rotatably and directly installed in the housing;
A cam profile rotated in association with the rotation of the joint member;
A cam follower installed in the housing and moved up and down along the cam profile;
A spring pressure installed in the housing so as to move together with the cam follower; And
A torsion spring that is installed in the housing so as to be directly driven by interlocking with the linear motion of the joint member, and provides an elastic force in a direction opposite to the rotation direction of the joint member by pressing one end of the spring pressure when the joint member is rotated and moved Gravity compensation device for rotation and direct motion joints comprising a.
상기 하우징은 원통 형상으로 형상되고 상기 캠 프로파일은 원형면으로 형성되는데,
상기 캠 프로파일은 상기 관절부재의 회전중심에 대하여 편심되게 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치.The method of claim 1,
The housing is shaped in a cylindrical shape and the cam profile is formed in a circular surface,
The cam profile is formed to be eccentric with respect to the rotation center of the joint member.
상기 하우징에는 상기 캠 팔로워 및 상기 스프링 프레셔가 설치되는 캠 팔로워 블록이 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 1,
In the housing, the cam follower and a cam follower block on which the spring pressure is installed are installed.
상기 캠 팔로워는 상기 캠 팔로워 블록의 전면에 설치되고, 상기 스프링 프레셔는 상기 캠 팔로워 블록의 후면에 설치되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 3,
The cam follower is installed on the front side of the cam follower block, and the spring pressure is installed on the rear side of the cam follower block.
상기 스프링 프레셔에는 상기 비틀림 스프링의 일단부가 관통하는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 1,
Gravity compensation device for rotational and linear joints, characterized in that the spring pressure has a through hole through which one end of the torsion spring passes.
상기 하우징의 일면에는 변환 벨트가 설치되는 벨트부재가 회전가능하게 설치되고, 상기 변환 벨트는 상기 관절부재의 직선 운동에 연동하여 회전되도록 설치됨으로써 상기 관절부재의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 1,
A belt member on which a conversion belt is installed is rotatably installed on one surface of the housing, and the conversion belt is installed to rotate in association with the linear motion of the joint member, thereby converting the linear motion of the joint member into a rotational motion. Gravity compensation device for rotary and linear joints.
상기 변환 벨트의 일측은 상기 관절부재와 체결구에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 6,
One side of the conversion belt is a gravity compensation device for rotation and direct motion joint, characterized in that connected by the joint member and fastener.
상기 하우징에는 상기 벨트부재의 회전중심이 되는 중심축이 설치되는데,
상기 벨트부재의 일측에는 상기 중심축에 설치되는 기어부가 구비되고, 타측에는 상기 벨트부재가 감아지는 풀리가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 6,
The housing is provided with a central axis serving as the center of rotation of the belt member,
One side of the belt member is provided with a gear unit installed on the central shaft, and the other side is provided with a pulley on which the belt member is wound.
상기 하우징에는 상기 중심축에 연동하여 직선 운동하는 슬라이딩 요크가 설치되는데, 상기 슬라이딩 요크는 상기 중심축의 회전 운동에 연동하여 직선 운동되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 8,
The housing is provided with a sliding yoke for linear motion in association with the central axis, wherein the sliding yoke linearly moves in association with the rotational motion of the central axis.
상기 중심축의 일단부에는 수직방향으로 연장되는 연장부가 구비되고, 상기 연장부의 단부에는 상기 슬라이딩 요크에 형성된 장공에 삽입되는 요크 돌기가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치. The method of claim 9,
An extension portion extending in a vertical direction is provided at one end of the central axis, and a yoke protrusion inserted into a long hole formed in the sliding yoke is provided at an end of the extension portion.
상기 슬라이딩 요크에는 상기 비틀림 스프링의 고정단이 삽입되는 고정축이 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 및 직동 관절용 중력보상장치.
The method of claim 10,
Gravity compensation device for rotating and linear joints, characterized in that the sliding yoke is provided with a fixed shaft into which the fixed end of the torsion spring is inserted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190089126A KR102203728B1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Apparatus for variable gravity compensation for rotation and linear motion joint |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190089126A KR102203728B1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Apparatus for variable gravity compensation for rotation and linear motion joint |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR102203728B1 true KR102203728B1 (en) | 2021-01-15 |
Family
ID=74127028
Family Applications (1)
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KR1020190089126A KR102203728B1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Apparatus for variable gravity compensation for rotation and linear motion joint |
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KR (1) | KR102203728B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101212397B1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-12-13 | 고려대학교 산학협력단 | Cam-cam follower type safety unit with nonlinear stiffness |
KR101790863B1 (en) | 2016-01-27 | 2017-10-26 | 영남대학교 산학협력단 | Robot arm with gravity compensation mechanism |
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2019
- 2019-07-23 KR KR1020190089126A patent/KR102203728B1/en active IP Right Grant
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KR101790863B1 (en) | 2016-01-27 | 2017-10-26 | 영남대학교 산학협력단 | Robot arm with gravity compensation mechanism |
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