KR102265691B1 - 경량 설계의 다중 커플링 트랜스미션 유닛을 구비한 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 베이스(3), 상기 베이스(3)에 관절 연결되고, 회전 축(13)에 대하여 피벗 가능한 피벗 암(4)으로서 피벗 암(4)의 자유 단부에 지지 암(5)을 위한 피벗 가능한 마운팅이 마련되는 피벗 암(4), 및 피벗 암(4) 및 지지 암(5)을 구동하기 위한 적어도 하나의 구동 유닛(6, 7)을 구비한 로봇에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 제1 구동 유닛(6)은 제1 4절 링크(8)에 결합되고, 제2 4절 링크(9)는 피벗 암(4)이 제1 구동 유닛(6)에 의해 피벗될 수 있는 방법으로 상기 제1 4절 링크(8)에 결합된다.

Description

경량 설계의 다중 커플링 트랜스미션 유닛을 구비한 로봇

본 발명은, 베이스, 상기 베이스에 힌지 결합되고 피벗 축에 대해 피벗할 수 있는 피벗 암으로서 피벗 암의 자유 단부에 피벗 장착 영역이 마련될 수 있는 피벗 암, 피벗 암을 구동하고 지지 암을 구동할 수 있는 적어도 하나의 구동 유닛, 및 피벗 암에 움직임을 전달하고 지지 암에 움직임을 전달할 수 있는 복수의 링크를 구비한 로봇에 관한 것이다.

정의

기계식 링크 장치(mechanical linkage)는 트랜스미션의 6개의 기초적인 형태 중 하나이다. 캠 기어와 함께, 이들은 불 균일 전달 기어(non-uniformly transmitting gear)의 그룹을 형성한다.

적어도 4개의 링크로 구성된 커플링 트랜스미션 유닛은 4절 링크(four-bar linkage)를 형성한다. 본 건에서, 4절 링크는 제1 링크를 대신하는 두 개의 베어링과 3개의 추가적인 움직이는 링크로 정의된다. 제1 베어링과 결합하는 피동 링크는 자유 단부에 커플링이 피벗 식으로 배치되는 크랭크이다. 후자(latter)는 차례로 또 다른 링크, 즉 피벗 식으로 결합된 로커(rocker)의 자유 단부에 피벗 식으로 결합되고, 다른 로커 조인트는 차례로 제2 베어링에 결합된다.

링크는 다른 링크들과 함께 피벗 암 및/또는 지지 암의 운동에 영향을 미치고, 정지 시에도 적어도 부분적으로, 특히 베이스 및 피벗 암에 힘을 분배하는 요소로 이해된다. 각 링크는 다른 링크와 결합을 위해 그 자유 단부에 조인트를 갖는다. 바디는 조인트들의 사이에 마련된다. 링크는 수개의 요소로 구성될 수 있다. 그리하여, 자유 단부에 피벗이 평면 상에서 자유도를 가질 수 있는 조인트로서 마련된다. 대안으로서, 3개의 회전 자유도를 가지는 볼 조인트도 마련될 수 있다. 대안으로서, 이러한 링크들은 조인트를 형성하도록 그들의 자유 단부에 별도의 마운팅을 가질 수도 있다. 링크의 바디는 판 형상 및/또는 막대 형상의 요소이다. 이것들은 세장형(넓기 보다는 긴)이고 얇은 직경, 즉 얇은 빔형(beam-like) 또는 막대형 또는 판형 디자인을 가지는 요소들로 이해될 수 있다. 이것들은 자유로운 형태의 구조를 가질 수 있어, 해당 일련의 동작 중에 다른 부재 요소들과의 충돌을 피할 수 있다. 상기 언급한 형식의 링크들은 3D 프린팅에 의해 제조될 수도 있다.

로봇은 베이스를 가진다. 이 베이스는 이동 지지 구조, 특히 피벗 암과 지지 암을 수용하기 위한 기초로서 이해된다. 이 베이스는 일체형 또는 수개의 부분으로 형성된다. 베이스는 병진 운동 및/또는 회전 운동하거나 고정적으로 배치되도록 마련될 수 있다.

구동 유닛은 모터에 결합될 수 있는 구동 모터 및 기어 유닛 및/또는 구동 모터의 토크를 구동 샤프트에 전달하기 위한 트래스미션 유닛에 속하는 것으로 이해될 수 있다. "기어 유닛"이라는 용어는 주로 기어 커플링을 의미하고, "트랜스미션 유닛"이라는 용어는 벨트 커플링과 같은 모든 다른 커플링을 의미한다.

로봇의 모든 움직이는 부분(베이스 제외), 특히 피벗 암 및 지지 암은 움직이는 지지 구조로서 이해해야 한다.

베이스, 피벗 암 및 지지 암은 로봇의 기본 요소로 정의된다. 이것들은 한 개 또는 여러 개로 구현될 수 있다.

공지된 로봇, 특히 다관절 로봇(Articulated robot)의 종래의 기술적 해결 수단은 베이스, 피벗 암 및 지지 암으로 구성된다. 베이스, 피벗 암 및 지지 암은 관절로 연결되고, 바람직하게는 서로 피벗 식으로 결합되고, 회전 축이 적어도 부분적으로 구동된다. 이는 피벗 암과 지지 암이 보통 구동 모터에 의해 해당 회전 축으로 직접 구동되는 것을 의미하고, 구동 모터는 트랜스미션 유닛에 선택 부가적으로 결합될 수 있다. 또한, 두 개의 암(arm) 요소가 벨트 구동 또는 케이블에 의해 구동되는 다관절 로봇도 공지되어 있다. 또한, 암 요소가 4절 링크에 의해 간접적으로 구동되는 다관절 로봇도 최신 기술이다.

최신 기술

커플링 기어를 구비한 다관절 팔 로봇은 EP 2 397 279 A1에 공지되어 있다. 이 다관절 팔 로봇은 제1 회전축을 갖는 베이스 및 피벗 암이 피벗 식으로 결합되는 베이스 유닛을 갖는다. 적어도 간접적으로, 지지 암은 피벗 암에 결합되고, 그 자유 단부에는 파지 공구가 배치된다.

베이스 유닛에 구동 모터가 마련되어, 피벗 암은 커플링 기어에 의해 구동된다. 또 다른 구동 모터가 역시 베이스에 배치되고, 또 다른 커플링 기어를 통해 지지 암을 구동하며, 이 커플링 기어는 4절 링크를 나타낸다.

본 발명의 목적은 기존의 로봇 변형에 비하여 낮은 순 중량과 동시에 전체 지지 구조의 높은 강성을 갖는 로봇을 제공하는 것이다.

상기 목적의 해결 수단은 청구항 1의 특징에 의해 제공된다.

상기 과제를 해결하는 것 이외에도, 본 발명의 기본 사상은 로봇의 특정 실시예가 저 비용으로 생산될 수 있는 기본 구성 요소로 구성되고 큰 작업 공간과 증가된 속도를 갖는 이점을 갖는다. 동적 구조 및 그에 따른 중량 기반 경량 구성 요소로 인해, 더 낮은 구동력으로 충분하다. 그 결과, 로봇은 기능에 대한 절충 없이 매우 저렴하게 생산될 수 있다.

한편, 본 발명의 설계는 로봇이 확장 가능하도록 하므로 다르게 응용될 수 있다. 피벗 암 및 지지 암에 대한 운동학 설계로 인해, 예컨대 무거운 하중을 들어올리고 움직이기 위한 운동학을 적절히 치수 설정(dimensioning)할 수 있다.

여기서 제시된 로봇에서, 피벗 암 및 지지 암은 두 개의 기본 요소로 구성된 기계식 직렬 운동학적 체인을 형성한다. 이것들은 링크를 통해 구동 유닛에 의해 움직인다. 이러한 로봇의 최소 설계는 2 자유도를 가질 수 있다. 최대 자유도는 베이스를 수직 축 주위로 회전시키고 지지 암의 단부에 손목(wrist)를 연결하는 것에 의해 달성될 수 있다.

여기서 제시된 발명의 기본적인 사상은 4절 링크를 통해 적어도 간접적으로 피벗 암과 지지 암을 모두 구동하려는 것이다. 이는 각 구동 축이 각 암의 회전 축과 정렬되지 않음을 의미한다. 각각의 경우에서, 구동 유닛은 바람직하게는 베이스에 위치되고, 따라서 이동 지지 구조 내에 있지 않다. 이것은 움직이는 구성요소 자체에 구동 모터, 기어, 벨트 풀리 베어링 및 기어 휠 등과 같은 구동 구성요소가 없다는 큰 이점이 있다. 따라서, 상당한 무게가 감소될 수 있으며, 이는 적절하게 치수가 설정된 베어링에 의해 추가적으로 이동되고 흡수 될 필요가 없다. 결과적으로 로봇의 경량 구조가 가능하다.

바람직한 실시예는 막대 및/또는 판형 요소로부터 지지 암 및 4절 링크의 각각의 링크를 형성하는 것을 포함한다. 피벗 암 및 지지 암은 연결 요소에 의해 일정 거리가 유지되도록 서로 연관되어 배치된 적어도 두 개의 막대 및/또는 판형 요소로 각각 구성되어, 각각의 팔 모양의 설계에 대해 더 큰 관성 모멘트를 발생시킨다.

베이스는 바람직하게는 막대 및/또는 판형 요소로 형성된다. 그리하여, 베이스에 필요한 안정성을 제공하는 연결 요소가 존재한다. 또한, 구동 유닛 용 마운트가 베이스에 마련된다. 막대 및/또는 판형 요소 사이의 거리는 피벗 암 및 지지 암의 형성이 이들 사이에 배치되는 방식으로 설계된다. 로봇의 바람직한 실시예는 베이스의 U자형 디자인이다. 구동 유닛은 아래쪽에, 즉 폐쇄된 U측에 장착되고, 회전 운동은 벨트 구동을 통해 구동 축으로 가이드된다.

이러한 유형의 막대 및/또는 판형 요소의 실시는 매우 작고 단단한 전체 구조를 달성하는 것을 가능하게 한다. 개별 요소(베이스, 피벗 암, 지지 암 및 4절 링크와 그 링크들)는 합금, 섬유 복합 재료 또는 플라스틱 또는 리세스(recess)가 마련된 기타 재료로 만들어진 막대 및/또는 판형 요소로 조립된다. 이는 막대 및/또는 판형 요소가 효율적인 비용으로 생산될 수 있고, 단지 몇 개의 작업 단계만을 수행함으로써 강성 구조로 조립될 수 있으므로, 로봇의 제조 비용을 감소시킨다. 대안적으로, 개별 요소는 예를 들어, 다이 캐스팅 부품, 밀링 부품, 회전 부품 또는 3D 인쇄 부품으로 구성 될 수 있다.

로봇은 대칭적으로 구성될 수 있으며, 이는 바람직하지 않은 비틀림 응력 및 모멘트가 로봇의 지지 구조에 도입되지 않는다는 이점이 있습니다.

간단한 설계는 구동 유닛이 베이스에 배치되게 하고, 상기 구동 유닛이 제1 4절 링크의 제1 링크에 결합되고, 이 4절 링크는 제2 4절 링크에 결합되고 후자는 로봇의 피벗 암에 결합된다.

바람직하게는, 2 개의 구동 유닛이 베이스에 배치되고, 하나의 구동 유닛은 제1 4절 링크의 제1 링크에 결합되고, 제2 구동 유닛은 제3 4절 링크의 제1 링크에 결합된다.

상기 피벗 암은 2 개의 4절 링크를 통해 제1 구동 유닛에 의해 구동된다. 제1 4절 링크는 크랭크로서 제1 링크를 갖는다. 이 링크는 제1 구동 유닛에 적어도 간접적으로 결합되는 구동 샤프트에 연결된다. 제2 링크는 이 링크에 피벗 조인트로서 연결되고, 자유 단부에는 제3 링크가 제1 단부에 로커로서 연결되고, 차례로 그 자유 단부는 베이스에 고정되지만 피벗 식으로 결합된다.

제2의 4절 링크는 크랭크와 같은 추가의 링크 요소로 이루어지며, 그 중 하나의 자유 단부는 바람직하게는 베이스에 결합되고 제1 4절 링크의 로커에 대응한다. 그러나 이 크랭크는 구동에 의해 움직이지 않고 제1 4절 링크에 의해 움직인다. 타 단부는 다른 링크 요소 (커플링)에 피벗 식으로 결합되고, 이에 의해 제1 4절 링크와 반대쪽의 단부는 피벗 암에 피벗 식으로 결합된다. 피벗 암이 베이스에 피벗 식으로 결합되기 때문에, 피벗 암은 제2 4절 링크의 로커에 대응한다.

제1 및 제2 4절 링크의 일부인 링크는 바람직하게는 베이스에 피벗 식으로 결합되도록 배치된다. 결과적으로, 로봇을 정지 및/또는 이동하여 생성된 힘, 특히 하중의 상당 부분이 안정되고 견고한 베이스로 전달된다. 따라서 구동 모터의 동력은 지지 구조에 거의 독점적으로 발생된 힘을 분배하는 다관절 로봇의 이전 실시예에 비해 더 낮을 수 있다. 이것은 결국 구동 유닛에 부하를 감소시킨다.

대안으로서, 지금까지 설명된 제2 4절 링크 대신에, 2 개의 추가의 4절 링크가 존재할 수 있고, 지금까지 설명된 제2 4절 링크의 커플링은 2개의 링크, 즉 지금까지 설명된 제2 4절 링크의 커플링으로 나타낸 제1 링크 및 다른 4절 링크의 커플링으로 나타낸 제2 링크의 2 개의 링크로 구성되며, 또 다른 피벗 식으로 연결된 링크는 이들 링크의 피벗 식의 관절 연결로부터 연장되고, 자유 단부에서 베이스에 피벗 식으로 결합되고, 제2의 로커 및 또 다른 4절 링크의 크랭크로 나타난다. 크랭크 반대편의 벨트의 단부에는 또 다른 링크(로커)가 피벗 암의 형태로 결합된다.

제2 구동 유닛은 제3 4절 링크의 링크 요소에 회전 불가능하게 결합되는 구동 축을 갖는다. 결과적으로, 지지 암은 이에 따라 이동될 수 있다.

아래에 설명된 다른 실시예들은 지지 암이 1 개, 2 개 또는 심지어 3 개의 4절 링크로 어떻게 유리하게 움직일 수 있는지를 보여준다.

제1 대안

이 제3 4절 링크는 구동 장치의 구동 축에 회전 가능하게 연결되는 제1 링크를 가지며, 다른 링크는 커플링으로서 구동 축 반대편의 단부에서 제1 링크 (크랭크)에 연결되고, 후자는 결국 지지 암에 회전 가능하게 연결되며, 따라서 제3 링크는 4절 링크의 로커로서 형성된다.

제2 대안

대안적으로, 전술한 제3 4절 링크 대신에, 2 개의 링크가 상술된 커플링(제1 대안)을 대체하도록 2 개의 4절 링크가 제공될 수 있으며, 이들 링크 각각은 새로운 제3 4절 링크 및 제4 4절 링크의 커플링들을 나타내고, 다른 피벗 식으로 연결된 링크는 자유 단부에서 피벗 암에 피벗 식으로 결합되고 새로운 제 3 4절 링크의 로커 및 새로운 제4 4절 링크의 크랭크를 형성하는 이들 2 개의 링크의 피벗 식 연결부로부터 연장한다.

제3 대안

하나의 유리한 설계는 지지 암을 이동시키기 위해 3 개의 4절 링크, 즉 제3, 제4 및 제5의 4절 링크가 사용된다는 것이다.

제3 4절 링크는 제2 구동 유닛의 구동 축에 회전 가능하게 결합된 제1 링크, 구동 축의 반대편 단부에서 제1 링크(크랭크)에 인접하는 다른 링크를 포함하고, 인접한 제3 링크는 로커로서, 제3 4절 링크의 제3 링크의 자유 단부는 종국에 그 일단 부에서 피벗 암에 회전 가능하게 결합된다. 제3의 4절 링크의 제3 링크는 제4 4절 링크의 제2 링크의 단부에 결합되는 크랭크로서의 역할을 하는 제4 4절 링크의 제1 링크에 대응하고, 차례로 자유 단부가 피벗 암에 피벗 식으로 연결되는 제3 링크에 피벗 식으로 결합된다. 제4 4절 링크의 제3 링크는 제5 4절 링크의 제2 링크의 단부에 결합되는 크랭크로서의 역할을 하는 제5 4절 링크의 제1 링크에 대응하며, 결국 지지 암에 회전 가능하게 결합되어 4절 링크의 로커의 형태로 제3 링크를 형성한다.

위에 설명된 4절 링크의 설계는 페이로드(Payload) 또는 유사한 응력에 의해 로봇에 가해지는 하중이 피벗 암, 그리고 지지 구조 및 베이스로 균등하게 전달되도록 하고, 링크들은 로봇 위치에 따라 피벗 암에 작용하는 두 개의 링크 중 적어도 하나는 힘을 흡수하는 것과 같은 방법으로 서로를 보완하고, 따라서 로봇의 거의 모든 위치에서 구동 모터를 현저하게 완화한다. 또한 구동 유닛과 함께 4절 링크를 형성하면 더 큰 작업 영역을 커버할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 피벗 암은 회전축 주위에 로커를 형성하도록 설계되고, 피벗 암의 구동(제1 및 제2 4절 링크에 의한)은 로커의 일측에 배치되고, 다른 측에는 지지 암이 배치된다. 이것은 하중에 의해 야기되는 지지 암 상의 힘이 로커 형 구조에 의해 부분적으로 보상됨으로써 필요한 구동력을 눈에 띄게 최소화하여 결국 제조 비용에 긍정적인 영향을 미친다는 이점을 갖는다.

또 다른 실시예는 특히 제2 회전축과 피벗 암 구동의 작용점 사이의 영역에 장착되는 보상 요소(스프링 또는 웨이트와 같은)와의 조합을 제공한다.

링크의 배치 및 길이 비율, 특히 크랭크로 설계된 링크는 하중에서 발생하는 힘이 적어도 부분적으로 균형을 유지하게 할 수 있고, 개별적인 관절 축 사이의 거리에 맞추어 토크 곡선에서 토크 피크가 최소화되도록 할 수 있다.

로봇의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 링크들(양 구동의), 특히 크랭크로 설계된 링크의 배열은 두 개의 구동 모터의 최대 구동력이 같도록 선택된다. 이것은 동일한 구성 요소 (모터, 변속기, 벨트 등)를 사용할 수 있다는 이점을 가지므로 더 많은 비용이 절약될 수 있다.

로봇의 간단한 실시예는 이동 지지 구조에서 낮은 중량을 달성하도록 막대형 및/또는 판형 요소 중에서 피벗 암 및 지지 암을 제공하는 것이다. 대안적으로, 이것은 구조와 관계없이 섬유 복합 재료와 같은 경량 재료에 의해 달성될 수 있다. 관절 연결 요소는 막대형, 판형 또는 다른 자유로운 형태를 가질 수 있다.

추가적인 유리한 실시예는 다음의 설명, 청구 범위 및 도면으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 로봇의 개략적인 측면도;
도 2는 도 1의 화살표 II 방향에서 구동 유닛을 제외한 도 1에 따른 로봇의 후면도;
도 3은 도 1에 따른 로봇에 제1 및 제2 복합 링크 체인을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 도 1에 따른 로봇에 제3 복합 링크 체인을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇(1)의 개략적인 측면도를 보여준다. 이 로봇(1)은 베이스(3)를 포함하는 베이스 유닛(2), 피벗 암(4) 및 이 피벗 암(4)에 관절 연결되는(articulated) 지지 암(5)을 포함하고, 핸들링 유닛(H)는 지지 암(5), 예컨대 그리퍼(gripper) 암의 자유 단부에 마련된다.

여기서 보여주는 로봇은 6 자유도를 갖는다. 첫 번째 자유도는 베이스(3)가 제1 회전 축(3')을 중심으로 회전하는 것에 의해 나타난다. 다른 자유도들은 피벗 암(4) 및 지지 암(5)의 피벗 운동에 의해 얻어지고, 이로써 피벗 암(4)의 피벗 운동은 제1 4절 링크(8) 및 제2 4절 링크(9)와 함께 제1 구동 유닛(6)에 의해 달성된다. 지지 암(5)의 피벗 운동은 제3 4절 링크(10), 제4 4절 링크(15) 및 제5 4절 링크(16)와 함께 제2 구동 유닛(7)에 의해 달성된다. 피벗 암(4)은 제1 피벗 축(13)을 중심으로 피벗되고, 지지 암(5)은 제2 피벗 축(14)을 중심으로 피벗되고, 다른 자유도들은 핸들링 유닛(H)에 의해 달성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 유닛(2), 따라서 베이스(3)뿐만 아니라 피벗 암(4) 및 지지 암(5)은 판형 요소로 구성된다. 판형 요소들은 서로 거리를 두고 배치되고, 하나 이상의 연결 요소(1)에 의해 서로 연결된다. 이는 매우 가볍지만 매우 강성인 구조로 귀결된다. 이러한 대칭 설계는 구조가 서로 지지하여 지지 구조 자체에 어떠한 굽힘 및 비틀림 하중이 거의 없다는 것을 의미한다.

제1 4절 링크(8)는 구동 유닛(6)으로부터 시작한다. 이 구동 유닛(6)은 베이스(3)에 배치되고, 베이스(3)에 장착된 구동 샤프트(6a)에 트랜스미션 또는 트랜스미션 동등물을 갖는다. 제1 링크(8a)는 구동 샤프트(6a)에 토크가 발생하지 않도록(torque-proof) 연결된 크랭크로서 마련된다. 제2 링크(8b)는 커플링으로서 링크(8a)에 피벗식으로 연결되고, 제3 링크(8c)는 피벗 암으로서 자유 단부의 제1 단부와 피벗 식으로 연결되고, 제3 링크(8c)의 자유 단부는 피벗 조인트(12)를 통해 고정적이지만 피벗식으로 결합되고, 피벗 조인트(12)는 베이스(3)에 배치된다. 제3 링크는 베이스(3)에 직접 장착되거나 베이스(3)에 상대적으로 고정될 수 있고, 회전될 수 있다. 이것은 링크(8c)가 베이스에 직접 배치될 필요가 없다는 것을 의미한다.

링크(8c)는 제2 구동 유닛(6)이 완화되도록 제2 4절 링크(9)를 통해 피벗 암(4)에 의해 전달된 힘을 적어도 부분적으로 흡수하는 역할을 한다.

제2 4절 링크(9)는 제1 4절 링크(8)에 의해 움직이고, 그러므로 제2 4절 링크(9)는 제1 4절링크(8)에 연결된다.

제2 4절 링크(9)는 자유 단부 하나가 베이스(3)에 (피벗 조인트(12)에 의해) 회전 방식으로 연결된 크랭크로서의 또 다른 링크(9a)로 구성되고, 그 자체로 제1 4절 링크(8)의 (링크(8c)로 표시된) 로커에 대응한다. 타 단부는 또 다른 링크(9b)(커플링)에 회전 가능하게 결합되어, 제1 4절 링크(8)와 반대 측의 단부는 피벗 암(4)의 자유 단부(9c)에 회전 가능하게 결합된다. 피벗 암(4)이 피벗 조인트를 통해 베이스(3)에 있는 피벗 조인트 축(13)에 결합하기 때문에, 피벗 암(4)의 이 부분은 제2 4절 링크(9)의 로커에 대응한다. 피벗 조인트 축(13)는 제2 구동 유닛(7)의 구동 샤프트(7a)의 축에 대응할 수 있다. 대안적으로, 피벗 조인트 축(13) 및 구동 샤프트(7a)dml 축은 서로 이격되도록 마련될 수 있다. 피벗 암(4)은 로커로 설계되고, 2 개의 섹션, 즉 제2 4절 링크(9)의 또 다른 링크(9b)가 배치된 자유 단부의 제1 섹션과 지지 암(5)이 힌지 결합되는 자유 단부의 제2 섹션을 갖는다.

제2 구동 유닛(7)은 제3 4절 링크(10)의 제1 링크(10a)에 결합되는 구동 샤프트(7a)를 갖는다. 이는 제4 4절 링크(5) 및 제5 4절 링크(6)와 함께 지지 암(5)이 따라 움직이도록 해준다.

제1 링크(크랭크)는 커플링으로서의 또 다른 링크(10b)와 로커로서의 제3 링크(10c)에 의해 구동 샤프트(7a)의 반대측 단부에서 이어지고, 제3 4절 링크(10)의 제3 링크(10c)의 자유 단부는 결국 그 일 단부에 의해 피벗 암(4)에 결합된다.

이러한 제3 4절 링크(10)의 제3 링크(10c)는 크랭크로서의 역할을 하는 제4 4절 링크(15)의 제1 링크(15a)이다. 이는 제4 4절 링크(15)의 제2 링크(15b)의 단부에 결합되고, 제2 링크(15b) 차례로 제3 링크(15c)에 결합되고, 차례로 제3 링크(15c)의 자유 단부는 피벗 암(4)에 피벗 식으로 연결된다.

이러한 제4 4절 링크(15)의 제3 링크(15c)는 크랭크로서의 역할을 하는 제5 4절 링크(16)의 제1 링크(16a)이다. 이는 제5 4절 링크(16)의 제2 링크(16b)의 단부에 결합되고, 제2 링크(16b)는 차례로 지지 암(5)에 회전 식으로 결합되고, 로커 암의 형태로 제3 링크 요소(6c)를 형성한다. 그러므로, 이 링크(16c)는 지지 암(5)의 설계에 대응할 수 있다.

제5 4절 링크(16b)의 제2 링크(16b)의 이 링크는 피벗 암(4)의 링크로부터 지지 암(5)으로 이격된다.

제2 구동 유닛의 설계, 4절 링크(10, 15, 16) 및 제3 및 제4 4절 링크(10, 15)의 링크(10c, 15c)의 설계로 인해, 부하 용량으로부터 발생하는 하중이 피벗 암(4)에 고르게 분포되고, 결국 이는 피벗 암(4)과 지지 암(5)을 피벗하는 데에 더 적은 구동력이 필요하다는 것을 의미한다. 피벗 암(4) 및 지지 암(5)의 경량 설계, 적어도 운동학적(kinematic) 움직임을 위한 제1 4절 링크(8) 및 제2 4절 링크(9)의 사용 및 베이스(3)의 영역에 구동 유닛(6, 7)의 배치는 높은 강성을 가지고 매우 빠른 움직임을 수행하도록 매우 경량일 수 있고, 넓은 작업 영역을 커버할 수 있으며, 그 설계로 인해 비용 효율적으로 제조가 가능한 관절 로봇 형태의 다축(multi-axis) 로봇을 생성한다.

1 로봇
2 베이스 유닛
3 베이스
3' 제1 회전축
4 피벗 암
5 지지 암
6 구동 유닛
6a 구동 샤프트
7 구동 유닛
7a 구동 샤프트
8 4절 링크
8a 링크
8b 링크
8c 링크
9 4절 링크
9a 링크
9b 링크
9c 자유 단부
10 4절 링크
10a 링크
10b 링크
10c 링크
11 연결 요소
12 피벗
13 피벗 축
14 피벗 축
15 4절 링크
15a 링크
15b 링크
15c 링크
16 4절 링크
16a 링크
16b 링크
16c 링크
H 핸들링 유닛

Claims (8)

1. 베이스(3);
   상기 베이스(3)에 관절 연결되고, 회전 축(13)에 대하여 피벗 가능한 피벗 암(4)으로서, 지지 암(5)을 위한 마운트가 상기 피벗 암(4)의 제1 자유 단부에 마련될 수 있는 피벗 암(4);
   상기 피벗 암(4)을 구동할 수 있는 적어도 하나의 구동 유닛(6, 7); 및
   상기 피벗 암(4) 및 상기 지지 암(5)에 움직임을 전달하는 복수의 링크요소들;을 포함하고,
   제1 구동 유닛(6)은 제1 4절 링크(8)에 결합되며, 크랭크 형상의 제1 링크요소(8a)가 제1 구동 샤프트(6a)에 회전 가능하게 고정되는 방식으로 결합되고, 상기 제1 구동 샤프트(6a)는 상기 베이스(3)에 장착되고 상기 제1 구동 유닛(6)에 연결되어, 상기 제1 링크요소(8a)는 상기 피벗 암(4)이 상기 회전 축(13)에 대하여 피벗될 수 있는 방법으로 회전 운동하도록 설정될 수 있고, 상기 제1 링크요소(8a)의 제2 단부는 커플링으로서의 제2 링크요소(8b)에 결합되며 상기 제2 링크요소(8b)의 제2 단부는 스윙 암으로서의 제3 링크요소(8c)에 결합되고, 상기 제3 링크요소(8c)의 제2 단부는 상기 베이스(3)에 또는 상기 베이스(3) 상에 고정된 위치에 배치되어 상기 제1 링크요소(8a), 상기 제2 링크요소(8b) 및 상기 제3 링크요소(8c)가 상기 제1 4절 링크(8)를 형성하며,
   제2 4절 링크(9)는 상기 제1 4절 링크(8)에 결합되고, 상기 제2 4절 링크(9)는 상기 제1 4절 링크(8)의 상기 제3 링크요소(8c)에 대응하는 링크요소(9a)를 포함하며, 상기 링크요소(9a)의 제1 단부는 상기 제3 링크요소(8c)의 상기 제2 단부에 대응하고, 상기 링크요소(9a)의 제2 단부는 커플링 역할을 하는 또 다른 링크요소(9b)의 제1 단부에 결합되며, 상기 제1 4절 링크(8)의 반대측에 제2 단부를 갖는 상기 또 다른 링크요소(9b)는 상기 피벗 암(4)의 제2 자유 단부에 결합되고,
   상기 피벗 암(4)은 로커로서 설계되고, 상기 피벗 암(4)의 상기 제2 자유 단부가 상기 로커의 제1 측에 마련되며, 상기 제2 4절 링크(9)의 또 다른 링크요소(9b)는 상기 피벗 암(4)의 상기 제2 자유 단부에 배치되고, 상기 피벗 암(4)의 상기 제1 단부는 상기 마운트가 배치되는 상기 로커의 제2 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 링크요소들은 막대형 및/또는 판형 요소로 구성되고, 각각은 각각의 제1 단부 및 제2 단부에 조인트 또는 조인트를 위한 수용부(receptacle)를 갖는 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스(3) 및/또는 상기 피벗 암(4) 및/또는 상기 지지 암(5) 및/또는 상기 복수의 링크요소들들 중 하나 이상이 판형 및/또는 막대형 구조이며, 판형 및/또는 막대형 연결 요소를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지 암(5), 상기 피벗 암(4), 상기 베이스(3) 및 상기 복수의 링크요소들들 중 하나 이상이 경량 구조 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 암(5)의 운동학적 움직임을 위해 마련된 제3 4절 링크(10)를 더 포함하고,
   상기 제3 4절 링크(10)는 제2 구동 유닛(7)의 제2 구동 샤프트(7a)에 회전 가능하게 고정되는 방식으로 결합되는 제1 링크요소(10a)의 제1 단부를 가지며,
   크랭크의 역할을 하는 상기 제1 링크요소(10a)의 제2 단부는, 상기 제2 구동 샤프트(7a)의 반대측에서 커플링의 역할을 하는 제2 링크요소(10b)의 제1 단부에 연결되고,
   상기 제2 링크요소(10b)의 제2 단부는 로커 암 형상의 제3 링크요소(10c)를 나타내는 상기 지지 암(5)에 피벗 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지지 암(5)의 운동학적 움직임을 위해 마련된 제3 4절 링크(10) 및 제4 4절 링크(15)를 더 포함하며,
   상기 제3 4절 링크(10)의 제2 링크요소(10b) 및 상기 제4 4절 링크(15)의 제2 링크요소(15b)는 각각 상기 제3 4절 링크(10) 및 상기 제4 4절 링크(15)의 커플링을 형성하도록 상기 제2 구동 유닛(7)의 상기 제2 구동 샤프트(7a)에 결합되고,
   상기 제3 링크요소(10c)는 상기 제3 4절 링크(10)의 상기 제2 링크요소(10b) 및 상기 제4 4절 링크(15)의 제2 링크요소(15b)의 피벗식으로 관절 연결된 연결부에서 제1 단부를 가지며,
   상기 제3 링크요소(10c)는 제2 단부에서 상기 피벗 암에 피벗식으로 결합되고, 상기 제3 4절 링크(10)의 로커 암을 형성하고,
   상기 제3 링크요소(10c)는 상기 제4 4절 링크(15)의 크랭크를 형성하는 제1 링크요소(15a)에 대응하는 것을 특징으로 하는, 로봇.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   또 다른 세 개의 4절 링크(10, 15, 16)가 상기 지지 암(5)의 운동학적 움직임을 위하여 마련되고,
   제3 4절 링크(10)는, 제2 구동 유닛(7)의 제2 구동 샤프트(7a)에 회전 가능한 고정 방식으로 결합되는 크랭크 역할을 하는 제1 링크요소(10a)를 가지고,
   제2 링크요소(10b)의 제1 단부는 상기 제1 링크요소(10a)의 제2 단부에 커플링으로서 연결되고, 제3 링크요소(10c)의 제1 단부는 로커 암으로서 상기 제2 링크요소(10b)의 제2 단부에 연결되며, 상기 제3 4절 링크(10)의 상기 제3 링크요소(10c)의 제2 단부는 피벗 암(4)에 피벗식으로 결합되고,
   상기 제3 4절 링크(10)의 상기 제3 링크요소(10c)는 제4 4절 링크(15)의 크랭크 역할을 수행하는 제1 링크요소(15a)에 대응하고, 상기 제1 링크요소(15a)의 제2 단부는 제4 4절 링크(15)의 제2 링크요소(15b)의 제1 단부에 결합되며, 상기 제2 링크요소(15b)의 제2 단부는 상기 피벗 암(4)에 피벗 식으로 연결된 제2 단부를 갖는 제3 링크요소(15c)의 제1 단부에 피벗식으로 결합되고,
   상기 제4 4절 링크(15)의 상기 제3 링크요소(15c)는 제5 4절 링크(16)의 크랭크 역할을 하는 제1 링크요소(16a) 대응하고, 상기 제1 링크요소(16a)는 상기 제5 4절 링크(16)의 제1 단부에 결합되고, 제2 링크요소(16b)의 제2 단부는 로커 암 형상의 제3 링크요소(16c)를 형성하는 상기 지지 암(5)의 제1 단부에 피벗식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제5 4절 링크(16)의 상기 제2 링크요소(16b)의 상기 링크 연결은 상기 피벗 암(4)의 링크 연결로부터 상기 지지 암(5)을 향하여 이격되는 것을 특징으로 하는 로봇.
   
   
   
   

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