KR102395309B1 - 로봇용 관절 구조체 및 그러한 구조체를 포함하는 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되고 상기 상부 플레이트를 지지하는 지지부; 및 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되는 링크부; 를 포함하고, 상기 링크부는 제1 링크 및 제2 링크를 포함하고, 상기 지지부는 상기 링크부에 비해 상기 상부 플레이트의 하면의 중심에 인접하게 구비되고, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되는 로봇용 관절 구조체가 개시된다.

Description

로봇용 관절 구조체 및 그러한 구조체를 포함하는 로봇{Joint structure for robot and robot including the same}
본 발명은 로봇용 관절 구조체 및 그러한 구조체를 포함하는 로봇에 관한 것이다.
로봇의 용도에 따라 로봇에 탑재되는 관절에는 3-자유도를 가질 것이 요구된다. 예를 들어, 로봇에 목 관절이 구비되는 경우, 수평 방향에 각각 x축, y축이 구비되고 수직 방향에 z축이 구비된다고 했을 때, 목 관절은 x축, y축 및 z축 방향으로 각각 회전이 가능할 것이 요구된다.
이러한 3-자유도를 갖는 로봇의 관절을 구현하기 위해, x축 방향, y축 방향 및 z축 방향에 대한 회전력을 제공하는 3개의 서로 다른 모터가 탑재되는 경우를 생각할 수 있다. 그러나, 종래 기술에 따르면, 로봇의 관절 주변의 협소한 공간으로 인해 3개의 모터를 탑재하는 것이 어려우므로, 작은 출력을 갖는 작은 크기의 모터들을 탑재하는 방식으로 3-자유도의 관절을 구현하였다. 이는, 로봇 관절의 성능 저하를 야기하여 로봇이 수행할 수 있는 작업이 제한되는 문제를 초래하였다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 큰 출력을 갖는 모터들을 탑재하고도 3-자유도를 갖는 새로운 형태의 로봇용 관절 구조체를 구현함으로써, 로봇 관절의 성능을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되고 상기 상부 플레이트를 지지하는 지지부; 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되는 링크부; 및 상기 지지부와 상기 링크부에 동력을 제공하는 모터부; 를 포함하고, 상기 링크부는 제1 링크 및 제2 링크를 포함하고, 상기 지지부는 상기 링크부에 비해 상기 상부 플레이트의 하면의 중심에 인접하게 구비되고, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되는 로봇용 관절 구조체가 제공된다.
상기 지지부는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에 구비될 수 있다.
상기 모터부는, 상기 제1 링크에 동력을 제공하는 제1 모터; 및 상기 제2 링크에 동력을 제공하는 제2 모터; 를 포함하고, 상기 제1 모터의 구동과 상기 제2 모터의 구동은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 링크는, 상기 상부 플레이트의 하면에 고정 결합되는 지지 부재; 상기 제1 모터의 회전축에 연결되고, 상기 제1 모터의 상기 회전축의 회전에 따라 상하 방향으로 회전하는 회전 몸체; 및 상기 지지 부재와 연결되는 제1 링크 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 링크는, 상기 회전 몸체와 연결되는 제2 링크 부재; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 링크는, 상기 제1 링크 부재와 상기 제2 링크 부재 사이에 구비되고, 상기 제1 링크 부재 및 상기 제2 링크 부재와 연결되는 제3 링크 부재; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 링크 부재와 상기 지지 부재는 유니버설 조인트(universal joint) 결합으로 연결될 수 있다.
상기 제2 링크 부재와 상기 회전 몸체는 유니버설 조인트 결합으로 연결될 수 있다.
지지부는, 상기 지지부의 하부 영역에 구비되는 제1 부분; 및 상기 제1 부분의 상부에서 상기 제1 부분과 연결되고, 상기 상부 플레이트의 하면에 고정 결합되는 제2 부분; 을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 유니버설 조인트 결합으로 연결될 수 있다.
상기 모터부는, 상기 제1 부분의 하부에 구비되고, 상기 제1 부분을 회전시키는 동력을 제공하는 제3 모터; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는, 서로 호환 가능할 정도의 동일성을 가질 수 있다.
상기 제1 링크 부재는, 상기 지지 부재와 상기 유니버설 조인트 결합되고, U자 형상의 단면을 갖는 제1 U 영역; 및 상기 제1 U 영역에서 상기 제3 링크 부재 방향으로 돌출되고, 상기 제3 링크 부재와 결합되는 제1 돌출 영역; 을 포함할 수 있다.
상기 제2 링크 부재는, 상기 회전 몸체와 상기 유니버설 조인트 결합되고, U자 형상의 단면을 갖는 제2 U 영역; 및 상기 제2 U 영역에서 상기 제3 링크 부재 방향으로 돌출되고, 상기 제3 링크 부재와 결합되는 제2 돌출 영역; 을 포함할 수 있다.
상기 제3 링크 부재는, 상기 제1 돌출 영역에 고정 결합되는 제1 요소; 및 상기 제2 돌출 영역에 고정 결합되는 제2 요소; 를 포함하고, 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 간에는 레볼루트 조인트(revolute joint) 결합으로 연결될 수 있다.
상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 하부에 구비되고, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 지지하는 하부 플레이트; 를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 로봇용 관절 구조체를 포함하는 로봇으로서, 상기 구조체는, 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되고 상기 상부 플레이트를 지지하는 지지부; 상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되는 링크부; 및 상기 링크부에 동력을 제공하는 모터부; 를 포함하고, 상기 링크부는 제1 링크 및 제2 링크를 포함하고, 상기 지지부는 상기 링크부에 비해 상기 상부 플레이트의 하면의 중심에 인접하게 구비되고, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되는 로봇이 제공된다.
상기 구조체는 상기 로봇의 목 관절을 형성할 수 있다.
상기 구조체는 상기 로봇의 손목 관절을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 큰 출력을 갖는 모터들을 탑재하고도 3-자유도를 갖는 새로운 형태의 로봇용 관절 구조체를 구현할 수 있으므로, 로봇 관절의 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크와 모터 간의 결합 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 x축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 y축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 z축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 로봇의 팔 관절에 적용된 모습을 도시한 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체 및 로봇을 설명한다.
로봇용 관절 구조체
도 1은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크와 모터 간의 결합 구조를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체(10, 이하, '구조체'라 한다)는 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트(110), 상부 플레이트(110)의 하면에 결합 구비되고 상부 플레이트(110)를 지지하는 지지부(120), 상부 플레이트(110)의 하면에 결합 구비되는 링크부(200) 및 지지부(120)와 링크부(200)에 동력을 제공하는 모터부(300)를 포함할 수 있다. 한편, 도 1에는 상부 플레이트(110)가 대략 원판 형상을 갖는 모습이 도시되어 있으나, 상부 플레이트(110)의 형상은 도 1에 제한되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 1을 참고하면, 수평 방향으로 가상의 x축 및 y축이 각각 구비되고, 수직 방향으로 가상의 z축이 구비되는 경우, 지지부(120) 및 링크부(200)의 움직임을 제어함으로써 상부 플레이트(110)가 x축, y축 및 z축에 대해 회전 운동을 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 구조체(10)의 상부 플레이트(110)는 3축에 대해 회전 운동이 가능한 구성일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구조체(10)는 상부 플레이트(110)의 회전 운동에 의해 관절(예를 들어, 목 관절 또는 손목 관절) 운동을 구현할 수 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 링크부(200)는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)를 포함할 수 있다. 또한, 모터부(300)는 제1 링크(210)에 동력을 제공하는 제1 모터(310) 및 제2 링크(220)에 동력을 제공하는 제2 모터(320)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 모터(310)의 구동과 제2 모터(320)의 구동은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 지지부(120)는 링크부(200)에 비해 상부 플레이트(110)의 하면의 중심에 인접하게 구비될 수 있다. 보다 바람직하게, 지지부(120)는 상부 플레이트(110)의 하면의 중심에 구비될 수 있다. 이 경우, 지지부(120)가 상부 플레이트(110)를 안정적으로 지지할 수 있으므로, 구조체(10)의 구조적 안정성이 확보될 수 있다.
반면, 본 발명에 따르면, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 상부 플레이트(110)의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비될 수 있다. 이는, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 각각 지지부(120)의 일 측 및 반대편 타 측에 구비되는 것이 아니라, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 모두 지지부(120)의 일 측에 구비되는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 구조체(10)를 위에서 바라보았을 때 상부 플레이트(110)를 가상의 사분면(quadrant)로 나누면, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 사분면 중 어느 한 사분면에 위치할 수 있다. 도 1에는 일 예로서, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 상부 플레이트(110)의 하면의 중심에서 우측 하부 영역에 치우쳐진 상태로 구비된 모습이 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 상부 플레이트(110)의 하면의 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되는 경우, 후술할 바와 같이, 상부 플레이트(110)가 x축에 대해 회전 운동을 하거나 y축에 대해 회전 운동을 하는 하기 위해서는, 제1 모터(310)와 제2 모터(320)가 함께 구동되어야 한다. 본 발명에 따르면, 따라서, 출력이 작은 모터를 제1 모터(310)와 제2 모터(320)에 탑재하더라도, 상부 플레이트(110)를 x축 및 y축에 대해 각각 회전 운동시킬 수 있으므로, 구조체(10)에 탑재되는 모터의 크기를 감축할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 제1 모터(310)에 구비되는 회전축의 회전 방향과 제2 모터(320)에 구비되는 회전축의 회전 방향이 서로 동일하도록 제1 모터(310)와 제2 모터(320)가 제어될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1 모터(310)에 구비되는 회전축의 회전 방향과 제2 모터(320)에 구비되는 회전축의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 제1 모터(310)와 제2 모터(320)가 제어될 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명에 따르면, 지지부(120)와 제1 링크(210) 간의 거리는 지지부(120)와 제2 링크(220) 간의 거리와 동일할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1 링크(210, A)-지지부(120, B)-제2 링크(220, C)가 이루는 각인 ∠ABC의 크기는 10도 이상 170도 이하일 수 있다. 보다 바람직하게, ∠ABC의 크기는 60도 이상 140도 이하일 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 서로 호환 가능할 정도의 동일성을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)를 각각 별도로 제조할 필요가 없어 구조체(10)의 생산성이 향상될 수 있다. 이하에서는 제1 링크(210)의 구조를 중심으로 설명한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 제1 링크(210)와 제2 링크(220)는 서로 호환 가능할 정도의 동일성을 가질 수 있으므로, 제1 링크(210)의 세부 구성 및 구조에 대해 후술할 내용은 제2 링크(220)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 제1 링크(210)는 상부 플레이트(110)의 하면에 고정 결합되는 지지 부재(230), 제1 모터(310)의 회전축에 결합되고 제1 모터(310)의 상기 회전축의 회전에 따라 상하 방향으로 회전하는 회전 몸체(240), 지지 부재(230)와 연결되는 제1 링크 부재(250), 회전 몸체(240)와 연결되는 제2 링크 부재(260) 및 제1 링크 부재(250)와 제2 링크 부재(260) 사이에 구비되고 제1 링크 부재(250) 및 제2 링크 부재(260)와 연결되는 제3 링크 부재(270)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제1 모터(310)가 구동되는 경우 회전 몸체(240)가 상하 방향으로 회전하게 되고, 그에 따라 제1 링크 부재(250), 제2 링크 부재(260) 및 제3 링크 부재(270) 역시 상하 방향으로 움직일 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참고하면, 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230)는 유니버설 조인트(universal joint) 결합으로 연결될 수 있고, 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240) 역시 유니버설 조인트 결합으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230)가 서로 연결되는 영역에는 십자 축이 구비될 수 있고, 십자 축이 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230)에 각각 삽입 결합됨으로써 유니버설 조인트 결합이 이루어질 수 있다. 이와 유사하게, 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240)가 서로 연결되는 영역에도 십자 축이 구비될 수 있고, 십자 축이 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240)에 각각 삽입 결합됨으로써 유니버설 조인트 결합이 이루어질 수 있다.
유니버설 조인트 결합은 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230) 간, 그리고 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240) 간에 서로 자유롭게 상대적인 회전이 가능하도록 하기 위한 것일 수 있다. 십자 축을 이용한 유니버설 조인트 결합 대신 로드 엔드 베어링(rod end bearing)을 이용한 결합 방식도 고려할 수 있으나, 로드 엔드 베어링을 이용한 결합의 경우 구조체의 사용 과정에서 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230) 간, 그리고 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240) 간의 유격이 발생할 수 있으므로, 동력 전달의 효율, 소음 및 진동의 측면에서 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제1 링크 부재(250)와 지지 부재(230) 간, 그리고 제2 링크 부재(260)와 회전 몸체(240) 간의 유격 발생에 의한 문제를 방지하기 위해 유니버설 조인트 결합이 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 제1 내지 제3 링크 부재의 세부 구조에 대해 상술한다.
도 3은 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크의 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 로봇용 관절 구조체에 구비되는 링크의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 링크 부재(250)는 지지 부재(230, 도 1 참고)와 유니버설 조인트 결합되고 U자 형상의 단면을 갖는 제1 U 영역(252) 및 제1 U 영역(252)에서 제3 링크 부재(270) 방향으로 돌출되고 제3 링크 부재(270)와 결합되는 제1 돌출 영역(254)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 링크 부재(260)는 회전 몸체(240, 도 2 참고)와 유니버설 조인트 결합되고 U자 형상의 단면을 갖는 제2 U 영역(262) 및 제2 U 영역(262)에서 제3 링크 부재(270) 방향으로 돌출되고 제3 링크 부재(270)와 결합되는 제2 돌출 영역(264)를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 링크 부재(250)와 제2 링크 부재(260)는 서로 호환 가능할 정도의 동일성을 가질 수 있다.
한편, 제3 링크 부재(270)는 제1 돌출 영역(254)에 고정 결합되는 제1 요소(271) 및 제2 돌출 영역(264)에 고정 결합되는 제2 요소(272)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에 따르면, 제1 요소(271)와 제2 요소(272)는 레볼루트 조인트(revolute joint) 결합으로 연결될 수 있다. 제1 요소(271)와 제2 요소(272)가 레볼루트 조인트 결합으로 연결되는 것은, 제1 모터(310)의 구동에 의해 회전 몸체(240)이 회전함으로써 제1 링크(210)가 상하 방향으로 회전 운동하는 과정에서 제1 링크(210)에 가해질 수 있는 비틀림힘(torsion force)을 제거하기 위함일 수 있다. 보다 상세하게, 제2 요소(272) 중 일부는 제1 요소(271)를 관통하도록 구비될 수 있는데, 이 때, 제3 링크 부재(270)는 제1 요소(271)가 제2 요소(272)를 관통하는 영역에서 제1 요소(271)와 제2 요소(272) 사이에 구비되는 레이디얼(radial) 베어링(273), 레이디얼 베어링(273)의 양 측에 각각 구비되는 제1 스러스트 베어링(274) 및 제2 스러스트 베어링(275)을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 비틀림힘을 제거하기 위한, 제1 링크(210) 내에서의 상대적인 회전 운동은 제1 요소(271)와 제2 요소(272) 사이에서 이루어질 수 있다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 구조체(10)의 지지부(120)는 지지부(120)의 하부 영역에 구비되는 제1 부분(122) 및 제1 부분(122)의 상부에서 제1 부분(122)과 연결되고 상부 플레이트(110)의 하면에 고정 결합되는 제2 부분(124)을 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에 따르면, 제1 부분(122)과 제2 부분(124)은 유니버설 조인트 결합으로 연결될 수 있다. 보다 상세하게, 제1 부분(122)과 제2 부분(124)이 서로 연결되는 영역에는 십자 축이 구비될 수 있고, 십자 축이 제1 부분(122)과 제2 부분(124)에 각각 삽입 결합됨으로써 유니버설 조인트 결합이 이루어질 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조체(10)의 모터부(300)는 지지부(120)의 제1 부분(122)의 하부에 구비되고, z축을 중심으로 제1 부분(122)을 회전시키는 동력을 제공하는 제3 모터(330)를 더 포함할 수 있다. 제3 모터(330)의 구동은 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)의 구동과 독립적으로 제어될 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 부분(122)은 제3 모터(330)에 직결될 수 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 구조체(10)는 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)의 하부에 구비되고, 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)를 지지하는 하부 플레이트(130)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 하부 플레이트(130)는 제3 모터(330)의 상부에 구비될 수 있고, 지지부(120)의 제1 부분(122)는 하부 플레이트(130)를 관통하도록 구비될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)가 배열되는 방향과 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)가 배열되는 방향은 서로 나란할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 x축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 y축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이다. 또한, 도 7은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 z축에 대해 회전하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 1, 도 5, 도 6 및 도 7을 참고하여, 본 발명에 따른 구조체(10)의 작동 방식을 설명하면 다음과 같다.
구조체(10)에 구비되는 상부 플레이트(110)가 x축에 대해 회전 운동하도록 하기 위해, 본 발명에 따르면, 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)가 구동된다. 이때, 제1 모터(310)의 회전축과 제2 모터(320)의 회전축은 서로 반대 방향으로 회전한다. 그에 따라, 제1 링크(210)와 제2 링크(220) 역시 서로 반대 방향으로 이동하게 된다. 예를 들어, 상부 플레이트(110)를 x축에 대해 회전 운동시키기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 링크(210)가 상방으로 이동하는 동안 제2 링크(220)는 하방으로 이동하게 된다. 또는, 상부 플레이트(110)를 x축에 대해 회전 운동시키기 위해 제1 링크(210)가 하방으로 이동하는 동안 제2 링크(220)는 상방으로 이동하게 된다.
이때, 상부 플레이트(110)가 x축에 대해 회전 운동함으로써 상부 플레이트(110)는 일 방향으로 기울어지게 되는데, 전술한 바와 같이 지지 부재(230)는 상부 플레이트(110)의 하면에 고정 결합되므로, 지지 부재(230) 역시 상부 플레이트(110)와 함께 일 방향으로 기울어지게 된다. 반면, 전술한 바와 같이, 지지 부재(230)와 제1 링크 부재(250) 간에는 유니버설 조인트 결합이 이루어지므로, 제1 내지 제3 링크 부재(250, 260, 270)는 일 방향으로 기울어지지 않고 상하 방향으로 연장될 수 있다.
한편, 구조체(10)에 구비되는 상부 플레이트(110)가 y축에 대해 회전 운동하도록 하기 위해, 본 발명에 따르면, 제1 모터(310) 및 제2 모터(320)가 구동된다. 이때, 제1 모터(310)의 회전축과 제2 모터(320)의 회전축은 서로 같은 방향으로 회전한다. 그에 따라, 제1 링크(210)와 제2 링크(220) 역시 서로 같은 방향으로 이동하게 된다. 예를 들어, 상부 플레이트(110)를 y축에 대해 회전 운동 시키기 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 링크(210)가 하방으로 이동하는 동안 제2 링크(220) 역시 하방으로 이동하게 된다. 또는, 상부 플레이트(110)를 y축에 대해 회전 운동시키기 위해 제1 링크(210)가 상방으로 이동하는 동안 제2 링크(220) 역시 상방으로 이동하게 된다.
이때, 상부 플레이트(110)가 y축에 대해 회전 운동함으로써 상부 플레이트(110)는 일 방향으로 기울어지게 되는데, 전술한 바와 같이 지지 부재(230)는 상부 플레이트(110)의 하면에 고정 결합되므로, 지지 부재(230) 역시 상부 플레이트(110)와 함께 일 방향으로 기울어지게 된다. 반면, 전술한 바와 같이, 지지 부재(230)와 제1 링크 부재(250) 간에는 유니버설 조인트 결합이 이루어지므로, 제1 내지 제3 링크 부재(250, 260, 270)는 일 방향으로 기울어지지 않고 상하 방향으로 연장될 수 있다.
마지막으로, 구조체(10)에 구비되는 상부 플레이트(110)가 z축에 대해 회전 운동하도록 하기 위해, 본 발명에 따르면, 제3 모터(330)가 구동된다. 그에 따라, 제3 모터(330)에 연결되어 있는 지지부(120)가 z축에 대해 회전 운동을 하게 되고, 지지부(120)와 연결되어 있는 상부 플레이트(110) 역시 z축에 대해 회전 운동을 하게 된다.
로봇
본 발명에 따른 로봇은 관절 구조를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명에 따른 로봇은 서비스를 제공하기 위한 로봇일 수 있고, 목 관절 및/또는 손목 관절의 움직임을 구현하기 위한 구조체(10)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에 따르면, 구조체(10)는 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트(110), 상부 플레이트(110)의 하면에 결합 구비되고 상부 플레이트(110)를 지지하는 지지부(120), 상부 플레이트(110)의 하면에 결합 구비되는 링크부(200), 및 링크부(200)에 동력을 제공하는 모터부(300)를 포함할 수 있다. 이때, 링크부(200)는 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)를 포함할 수 있고, 지지부(120)는 링크부(200)에 비해 상부 플레이트(110)의 하면의 중심에 인접하게 구비될 수 있다. 또한, 제1 링크(210) 및 제2 링크(220)는 상부 플레이트(110)의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비될 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 구조체(10)는 로봇의 목 관절을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구조체(10)는 로봇의 목 관절의 움직임을 구현할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 로봇용 관절 구조체가 로봇의 팔 관절에 적용된 모습을 도시한 사시도이다.
이와 달리, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조체(10)는 로봇의 손목 관절을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구조체(10)는 로봇의 손목 관절의 움직임을 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 로봇용 관절 구조체
110 : 상부 플레이트
120 : 지지부
122 : 제1 부분
124 : 제2 부분
130 : 하부 플레이트
200 : 링크부
210 : 제1 링크
220 : 제2 링크
230 : 지지 부재
240 : 회전 몸체
250 : 제1 링크 부재
252 : 제1 U 영역
254 : 제1 돌출 영역
260 : 제2 링크 부재
262 : 제2 U 영역
264 : 제2 돌출 영역
270 : 제3 링크 부재
271 : 제1 요소
272 : 제2 요소
273 : 레이디얼 베어링
274 : 제1 스러스트 베어링
275 : 제2 스러스트 베어링
300 : 모터부
310 : 제1 모터
320 : 제2 모터
330 : 제3 모터

Claims (18)

  1. 상부 영역에 구비되는 상부 플레이트;
    상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되고 상기 상부 플레이트를 지지하는 지지부;
    상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되는 링크부; 및
    상기 지지부와 상기 링크부에 동력을 제공하는 모터부; 를 포함하고,
    상기 링크부는 제1 링크 및 제2 링크를 포함하고,
    상기 지지부는 상기 링크부에 비해 상기 상부 플레이트의 하면의 중심에 인접하게 구비되고,
    상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되고,
    상기 지지부는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에 구비되고,
    상기 모터부는,
    상기 제1 링크에 동력을 제공하는 제1 모터; 및
    상기 제2 링크에 동력을 제공하는 제2 모터; 를 포함하고,
    상기 제1 모터의 구동과 상기 제2 모터의 구동은 서로 독립적으로 제어되고,
    상기 제1 링크는,
    상기 상부 플레이트의 하면에 고정 결합되는 지지 부재;
    상기 제1 모터의 회전축에 연결되고, 상기 제1 모터의 상기 회전축의 회전에 따라 상하 방향으로 회전하는 회전 몸체; 및
    상기 지지 부재와 연결되는 제1 링크 부재; 를 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에서,
    상기 제1 링크는,
    상기 회전 몸체와 연결되는 제2 링크 부재; 를 더 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  6. 청구항 5에서,
    상기 제1 링크는,
    상기 제1 링크 부재와 상기 제2 링크 부재 사이에 구비되고, 상기 제1 링크 부재 및 상기 제2 링크 부재와 연결되는 제3 링크 부재; 를 더 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  7. 청구항 6에서,
    상기 제1 링크 부재와 상기 지지 부재는 유니버설 조인트(universal joint) 결합으로 연결되는 로봇용 관절 구조체.
  8. 청구항 5에서,
    상기 제2 링크 부재와 상기 회전 몸체는 유니버설 조인트 결합으로 연결되는 로봇용 관절 구조체.
  9. 청구항 1에서,
    지지부는,
    상기 지지부의 하부 영역에 구비되는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분의 상부에서 상기 제1 부분과 연결되고, 상기 상부 플레이트의 하면에 고정 결합되는 제2 부분; 을 포함하고,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 유니버설 조인트 결합으로 연결되는 로봇용 관절 구조체.
  10. 청구항 9에서,
    상기 모터부는,
    상기 제2 부분의 하부에 구비되고, 상기 제2 부분을 회전시키는 동력을 제공하는 제3 모터; 를 더 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  11. 청구항 1에서,
    상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는,
    서로 호환 가능할 정도의 동일성을 갖는 로봇용 관절 구조체.
  12. 청구항 7에서,
    상기 제1 링크 부재는,
    상기 지지 부재와 상기 유니버설 조인트 결합되고, U자 형상의 단면을 갖는 제1 U 영역; 및
    상기 제1 U 영역에서 상기 제3 링크 부재 방향으로 돌출되고, 상기 제3 링크 부재와 결합되는 제1 돌출 영역; 을 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  13. 청구항 12에서,
    상기 제2 링크 부재는,
    상기 회전 몸체와 상기 유니버설 조인트 결합되고, U자 형상의 단면을 갖는 제2 U 영역; 및
    상기 제2 U 영역에서 상기 제3 링크 부재 방향으로 돌출되고, 상기 제3 링크 부재와 결합되는 제2 돌출 영역; 을 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  14. 청구항 13에서,
    상기 제3 링크 부재는,
    상기 제1 돌출 영역에 고정 결합되는 제1 요소; 및
    상기 제2 돌출 영역에 고정 결합되는 제2 요소; 를 포함하고,
    상기 제1 요소와 상기 제2 요소 간에는 레볼루트 조인트(revolute joint) 결합으로 연결되는 로봇용 관절 구조체.
  15. 청구항 1에서,
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 하부에 구비되고,
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 지지하는 하부 플레이트; 를 더 포함하는 로봇용 관절 구조체.
  16. 로봇용 관절 구조체를 포함하는 로봇으로서,
    상기 구조체는,
    상부 영역에 구비되는 상부 플레이트;
    상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되고 상기 상부 플레이트를 지지하는 지지부;
    상기 상부 플레이트의 하면에 결합 구비되는 링크부; 및
    상기 링크부에 동력을 제공하는 모터부; 를 포함하고,
    상기 링크부는 제1 링크 및 제2 링크를 포함하고,
    상기 지지부는 상기 링크부에 비해 상기 상부 플레이트의 하면의 중심에 인접하게 구비되고,
    상기 제1 링크 및 상기 제2 링크는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에서 일 측으로 치우쳐져 있도록 구비되고,
    상기 지지부는 상기 상부 플레이트의 하면의 상기 중심에 구비되고,
    상기 모터부는,
    상기 제1 링크에 동력을 제공하는 제1 모터; 및
    상기 제2 링크에 동력을 제공하는 제2 모터; 를 포함하고,
    상기 제1 모터의 구동과 상기 제2 모터의 구동은 서로 독립적으로 제어되고,
    상기 제1 링크는,
    상기 상부 플레이트의 하면에 고정 결합되는 지지 부재;
    상기 제1 모터의 회전축에 연결되고, 상기 제1 모터의 상기 회전축의 회전에 따라 상하 방향으로 회전하는 회전 몸체; 및
    상기 지지 부재와 연결되는 제1 링크 부재; 를 포함하는 로봇.
  17. 청구항 16에서,
    상기 구조체는 상기 로봇의 목 관절을 형성하는 로봇.
  18. 청구항 16에서,
    상기 구조체는 상기 로봇의 손목 관절을 형성하는 로봇.
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