KR102569440B1 - 중력 보상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력 보상 장치에 관한 것으로, 본체부와, 본체부에 설치되고, 부하가 인가되는 기구부와, 제1단부 및 제1단부를 기준으로 신축되고, 기구부와 연결되는 제2단부를 구비하여 기구부에 인가되는 부하를 보상하는 보상부와, 보상부와 이격되게 배치되고, 구동력을 발생시키는 구동부 및 보상부와 구동부 사이에 구비되고, 구동부로부터 발생되는 구동력에 연동되어 제1단부의 위치를 가변시키는 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중력 보상 장치{GRAVITY COMPENSATION APPARATUS}

본 발명은 중력 보상 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 줄꼬임 구동기를 이용한 중력 보상 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 현재 다양한 산업 현장에서는 효율성 향상을 위해 공정 자동화가 활발히 수행되고 있으며, 이에 따라 여러 작업에 유연하게 사용될 수 있는 로봇 암의 중요성이 커지고 있다. 로봇 암은 중량물의 운반이나 조립, 용접, 도색 등 다양한 작업에 사용되고 있으며, 대상 작업에 따라 다양한 크기의 로봇 암이 개발되어 사용되고 있다.

이러한 로봇 암이 자세를 유지하거나 구동할 때, 링크를 연결하는 관절에는 중력 방향으로 로봇 암의 자중에 의한 중력 토크가 인가된다. 로봇 암이 대형화될수록 중력 토크의 크기는 더욱 커지며 관절에 큰 구동부 동력이 필요하게 된다. 따라서 대형 로봇 암은 큰 용량의 모터 및 감속기를 구비해야 해서 제작 비용이 증가하고 작업에 소모되는 전력 역시 크게 증가하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 로봇 암의 관절에 무게 추나 스프링을 이용한 중력 보상 장치를 설치하여 기계식으로 중력토크를 상쇄시키는 다양한 방법이 활용되고 있다.

그러나 종래의 중력 보상 장치는 하나의 선택된 스프링으로 낼 수 있는 힘이 스프링의 강성, 초기 길이 등에 따라 결정된다. 즉, 동일한 스프링이라면 기구부나 로봇에 장착된 후에는 늘어난 길이 또는 위치에서 낼 수 있는 탄성력은 결정된다. 따라서 이미 장착된 스프링으로 위치에 따른 탄성력을 가변시키기는 어려우며, 같은 위치에서 다른 탄성력을 발생시키고 싶다면 스프링을 교체해야 하는 번거로움이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1935144호(2018.12.27 등록, 발명의 명칭: 중력보상장치를 구비한 로봇 암)에 개시되어 있다.

본 발명은 중력 부하에 대한 보상력의 크기를 능동적으로 조절할 수 있는 중력 보상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 중력 보상 장치는: 본체부; 상기 본체부에 설치되고, 부하가 인가되는 기구부; 제1단부 및 상기 제1단부를 기준으로 신축되고, 상기 기구부와 연결되는 제2단부를 구비하여 상기 기구부에 인가되는 상기 부하를 보상하는 보상부; 상기 보상부와 이격되게 배치되고, 구동력을 발생시키는 구동부; 및 상기 보상부와 상기 구동부 사이에 구비되고, 상기 구동부로부터 발생되는 구동력에 연동되어 상기 제1단부의 위치를 가변시키는 조절부;를 포함한다.

상기 보상부와 상기 조절부 사이에 구비되고, 상기 제1단부의 위치 이동을 안내하는 가이드부;를 더 포함한다.

상기 가이드부는, 상기 본체부에 고정되고, 상기 보상부의 길이 방향을 따라 연장되는 레일부; 및 상기 제1단부와 연결되고, 상기 레일부에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 조인트부;를 포함한다.

상기 기구부는, 상기 본체부에 회전 가능하게 연결되는 회전부; 상기 회전부로부터 일측으로 연장되고, 상기 부하가 인가되는 제1기구부재; 및 상기 회전부로부터 타측으로 연장되고, 상기 보상부와 연결되는 제2기구부재;를 포함한다.

상기 제1기구부재와 상기 제2기구부재는 상기 회전부를 기준으로 서로 반대 방향으로 이동된다.

상기 보상부는 상기 제2기구부재에 상기 부하의 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 인가한다.

상기 구동부는, 외부로부터 전원을 인가받아 회전력을 발생시키는 구동부재; 상기 본체부에 결합되어 상기 구동부재를 지지하는 지지부; 및 상기 구동부재와 상기 조절부의 사이에 구비되고, 상기 구동부재로부터 발생되는 회전력을 상기 조절부로 전달하는 연결부;를 포함한다.

상기 지지부는, 상기 본체부에 고정되고, 상기 구동부재의 출력축이 관통되는 브라켓부; 및 상기 브라켓부에 결합되고, 상기 구동부재의 출력축을 상기 브라켓부에 대해 회전 가능하게 지지하는 베어링부;를 포함한다.

상기 조절부는 상기 구동부로부터 구동력을 전달받아 회전되며 길이가 가변되는 조절부재;를 포함한다.

상기 조절부재는, 양단이 각각 상기 구동부와 상기 제1단부에 연결되고, 상기 구동부로부터 전달되는 회전력에 의해 상호 꼬이거나 풀리며 길이가 가변되는 복수개의 와이어부;를 포함한다.

상기 조절부는, 복수개의 상기 와이어부의 꼬임이 발생되는 구간의 길이를 조절하는 세퍼레이터;를 더 포함한다.

상기 세퍼레이터는, 상기 본체부에 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 세퍼레이터바디; 및 상기 세퍼레이터바디를 관통하여 형성되고, 이웃하는 상기 와이어부를 소정 간격 이격된 상태로 유지시키는 간격유지홀부;를 포함한다.

상기 간격유지홀부는 복수개로 구비되어 상기 세퍼레이터바디의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다.

상기 조절부는, 상기 와이어부를 이동 가능하게 지지하고, 상기 조절부재를 통한 장력의 전달 방향을 전환하는 방향전환부;를 더 포함한다.

본 발명에 따른 중력 보상 장치는 조절부에 의해 보상부의 신축 길이를 능동적으로 제어함으로써 부하의 크기 및 위치와 관계 없이 보상부가 기구부로 인가하는 탄성력의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중력 보상 장치는 부하의 움직임으로 인해 기구부의 설치 각도가 지속적으로 변화되더라도 조절부를 통해 보상부의 길이를 일정하게 유지함으로써 기구부에 일정한 탄성력이 인가되도록 유도 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중력 보상 장치는 가이드부에 의해 조절부의 동작에 따른 제1단부의 위치 이동을 안내함에 따라 제1단부의 직선 운동에 따른 마찰을 줄이고, 다른 방향으로의 움직임을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중력 보상 장치는 세퍼레이터에 의해 복수개의 와이어부의 전체 길이 중, 꼬임이 발생되는 구간의 길이를 늘리거나 줄임에 따라 보상부의 빠른 응답성을 확보하거나 보상부의 신축 작동을 보다 정밀하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중력 보상 장치는 방향전환부에 의해 와이어부를 통한 장력의 전달 방향을 보상부의 길이 방향과 일치시킬 수 있어 보다 효율적인 힘 전달이 가능하고, 전체 패키지의 부피를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기구부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향전환부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 11, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 작동도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 중력 보상 장치의 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치(1)는 본체부(100), 기구부(200), 보상부(300), 구동부(400), 조절부(500), 가이드부(600)를 포함한다.

본체부(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치(1)의 골격을 형성하고, 후술하는 기구부(200), 보상부(300), 구동부(400), 조절부(500), 가이드부(600)를 전체적으로 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(100)는 길이 방향이 상하, 즉 지면과 수직한 방향으로 연장되는 기둥의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 본체부(100)는 기구부(200) 등으로부터 가해지는 하중을 충분히 잘 견딜 수 있도록 금속 등과 같은 높은 강성을 지닌 재질로 구비될 수 있다. 본체부(100)의 구체적인 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형상으로 설계 변경이 가능하다.

기구부(200)는 본체부(100)에 설치되고, 일측으로 부하가 인가된다. 기구부(200)는 부하의 크기 및 위치 변화에 따라 본체부(100)에 대한 각도가 조절될 수 있도록 구비된다. 여기서, 부하는 기구부(200)의 일측에 중력 방향과 나란한 방향으로 인가되는 힘으로, 사람의 팔, 물건 등과 같은 부하물이 자체적인 무게에 의해 기구부(200)의 일측에 가하는 힘을 의미할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기구부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기구부(200)는 회전부(210), 제1기구부재(220), 제2기구부재(230)를 포함한다.

회전부(210)는 본체부(100)에 회전 가능하게 연결되고, 후술하는 제1기구부재(220) 및 제2기구부재(230)를 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부(210)는 본체부(100)의 상단부에 핀 결합, 힌지 결합 등을 통해 양방향 회전 가능하게 연결된다. 회전부(210)는 지면에 대해 수평한 방향을 축으로 회전 가능하게 지지될 수 있다.

제1기구부재(220)는 회전부(210)로부터 일측으로 연장되고, 부하가 인가된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1기구부재(220)는 회전부(210)의 외측면으로부터 회전부(210)의 반경 방향 일측(도 3 기준 좌측)으로 연장되는 링크 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1기구부재(220)의 단부는 부하물과 연결되거나, 부하물이 안착 가능하게 구비되어 부하물로부터 부하를 인가받는다.

제2기구부재(230)는 회전부(210)로부터 타측으로 연장되고, 후술하는 보상부(300)와 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2기구부재(230)는 회전부(210)의 외측면으로부터 회전부(210)의 반경 방향 타측(도 3 기준 우측)으로 연장되는 링크 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제1기구부재(220)와 제2기구부재(230)는 본체부(100)를 기준으로 회전부(210)의 좌우 양측으로 연장되는 링크의 형태를 갖도록 형성된다. 제2기구부재(230)의 단부는 후술하는 보상부(300)의 제2단부(320)와 연결 가능하게 구비되어 보상부(300)로부터 탄성력을 인가받는다.

제1기구부재(220)와 제2기구부재(230)는 회전부(210)가 본체부(100)를 축으로 회전되는 경우, 회전부(210)를 기준으로 서로 반대 방향으로 이동된다. 즉 도 3을 기준으로, 회전부(210)가 시계 방향으로 회전되는 경우 제1기구부재(220)는 상승 이동되고, 제2기구부재(230)는 하강 이동된다. 마찬가지로 회전부(210)가 시계 반대 방향으로 회전되는 경우 제1기구부재(220)는 하강 이동되고, 제2기구부재(230)는 상승 이동된다.

보상부(300)는 기구부(200)에 연결되어 기구부(200)에 인가되는 부하를 보상한다. 보다 구체적으로, 보상부(300)는 탄성 변형 가능하게 구비되어 제1기구부재(220)에 인가되는 부하의 방향과 반대되는 방향 즉, 부하를 상쇄시키는 방향으로 제2기구부재(230)에 탄성력을 인가한다. 이 경우, 보상부(300)가 제2기구부재(230)에 인가하는 탄성력의 방향은 중력 방향과 반대 방향인 것으로 예시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보상부(300)는 길이 방향으로 신축 가능하게 구비되는 코일 스프링의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보상부(300)는 길이 방향이 본체부(100)의 길이 방향과 나란하게 배치된다. 보상부(300)의 양측에는 각각 후술하는 조절부(500)와 직접 또는 간접적으로 연결되는 제1단부(310)와, 제2기구부재(230)와 연결되는 제2단부(320)가 형성된다. 일 실시예에 따른 제1단부(310)와 제2단부(320)는 보상부(300)의 양측으로부터 돌출되는 고리 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2단부(320)는 부하의 크기 및 위치 변화에 의해 기구부(200)가 본체부(100)를 축으로 회전되는 경우, 제1단부(310)를 기준으로 신축되며 보상부(300)의 길이를 가변시킨다. 보상부(300)는 이러한 길이 변화에 의해 제2기구부재(230)에 가하는 탄성력이 조절되며 기구부(200)에 인가되는 부하를 보상한다.

구동부(400)는 보상부(300)와 이격되게 배치되고, 구동력을 발생시킨다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 5, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(400)는 구동부재(410), 지지부(420), 연결부(430)를 포함한다.

구동부재(410)는 외부로부터 전원을 인가받아 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부재(410)는 스테이터와 로터의 전자기적 상호작용에 의해 출력축(411)을 회전시키는 다양한 종류의 전동 모터로 예시될 수 있다. 구동부재(410)는 기구부(200)로부터 본체부(100)의 길이 방향을 따라 하방으로 소정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 출력축(411)은 길이 방향이 구동부재(410)로부터 하방으로 수직하게 연장되도록 배치될 수 있다.

지지부(420)는 본체부(100)에 결합되어 구동부재(410)를 지지한다. 보다 구체적으로, 지지부(420)는 본체부(100)에 대해 구동부재(410)를 위치 고정시킴과 동시에 출력축(411)의 축 방향으로 구동부재(410)를 지지할 수 있도록 구비된다. 이에 따라 지지부(420)는 후술하는 조절부(500)의 동작 시 출력축(411)의 축 방향으로 가해지는 하중에 의해 구동부재(410)의 위치가 임의로 변동되거나, 구동부재(410)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지지부(420)는 브라켓부(421), 베어링부(422)를 포함한다.

브라켓부(421)는 본체부(100)에 고정되고, 구동부재(410)의 출력축(411)이 관통된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브라켓부(421)는 제1브라켓(421a)과 제2브라켓(421b)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1브라켓(421a)은 대략 "ㄱ"자 형태를 갖도록 형성되어 일측이 본체부(100)의 측면에 고정된다. 제1브라켓(421a)의 일측은 볼팅 등에 의해 본체부(100)에 착탈 가능하게 결합될 수 있고, 이와 달리 용접 등을 통해 본체부(100)에 일체로 결합되는 것도 가능하다. 제1브라켓(421a)의 타측은 본체부(100)로부터 수평하게 연장되고, 구동부재(410)의 하면에 접해 구동부재(410)를 하방에서 받쳐준다. 제1브라켓(421a)의 중앙부에는 제1브라켓(421a)을 상하로 관통하는 관통홀이 형성된다. 구동부재(410)의 하방으로 연장되는 출력축(411)은 제1브라켓(421a)에 형성된 관통홀을 통해 제1브라켓(421a)을 상하로 관통한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2브라켓(421b)은 대략 "ㄱ"자 형태를 갖도록 형성되어 일측이 본체부(100)의 측면에 고정된다. 제1브라켓(421a)의 일측은 볼팅 등에 의해 본체부(100)에 착탈 가능하게 결합될 수 있고, 이와 달리 용접 등을 통해 본체부(100)에 일체로 결합되는 것도 가능하다. 제2브라켓(421b)은 제1브라켓(421a)으로부터 본체부(100)의 길이 방향을 따라 하방으로 소정 거리 이격되게 배치된다. 제2브라켓(421b)의 타측은 제1브라켓(421a)의 타측과 수평하게 마주보도록 배치된다. 제2브라켓(421b)의 중앙부에는 제2브라켓(421b)을 상하로 관통하는 관통홀이 형성된다. 제1브라켓(421a)의 관통홀을 통해 하방으로 연장되는 출력축(411)의 단부는 제2브라켓(421b)에 형성된 관통홀을 통해 제2브라켓(421b)을 상하로 관통한다.

베어링부(422)는 브라켓부(421)에 결합되고, 구동부재(410)의 출력축(411)을 브라켓부(421)에 대해 회전 가능하게 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부(422)는 제2브라켓(421b)의 상측면에 고정되고, 출력축(411)을 제2브라켓(421b)에 대해 회전 가능하게 지지함과 동시에 출력축(411)의 축 방향으로 가해지는 하중을 받쳐주는 스러스트 베어링으로 예시될 수 있다.

연결부(430)는 구동부재(410)와 후술하는 조절부(500)의 사이에 구비되고, 구동부재(410)로부터 발생되는 회전력을 조절부(500)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부(430)는 대략 원통의 형상을 갖도록 형성되어 제2브라켓(421b)의 하방에 배치된다. 연결부(430)는 상단부가 제2브라켓(421b)의 하면으로부터 돌출되는 출력축(411)의 단부에 연결되어 구동부재(410)의 동작 시 출력축(411)과 함께 회전된다. 연결부(430)의 하단부는 조절부(500)에 구비되는 복수개의 와이어부(511)의 일단부가 삽입 가능하도록 형성된다. 연결부(430)는 구동부재(410)의 동작 시 중심축을 축으로 회전되며 복수개의 와이어부(511)로 회전력을 전달한다.

조절부(500)는 보상부(300)와 구동부(400) 사이에 구비되고, 구동부(400)로부터 발생되는 구동력에 연동되어 제1단부(310)의 위치를 가변시킨다. 이에 따라 조절부(500)는 보상부(300)의 신축 길이를 능동적으로 제어함으로써 부하의 크기 및 위치와 관계 없이 보상부(300)가 기구부(200)로 인가하는 보상력 즉, 탄성력의 크기를 다양하게 조절할 수 있다. 또한, 조절부(500)는 부하의 움직임으로 인해 기구부(200)의 설치 각도가 지속적으로 변화되는 경우, 보상부(300)의 길이를 일정하게 유지함으로써 보상부(300)로 하여금 일정한 탄성력을 제2기구부재(230)에 인가하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(500)는 조절부재(510), 세퍼레이터(520), 방향전환부(530)를 포함한다.

조절부재(510)는 양측이 각각 제1단부(310) 및 구동부(400)와 연결되고, 구동부(400)로부터 구동력을 전달받아 회전되며 길이가 가변된다. 구동부(400)가 본체부(100)에 대해 위치 고정됨에 따라, 조절부재(510)는 길이 변화에 의해 제1단부(310)의 위치를 가변시킴으로써 보상부(300)의 길이를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조절부재(510)는 복수개의 와이어부(511)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와이어부(511)는 형상 변형이 자유롭고, 길이 방향을 따라 장력을 전달할 수 있는 줄의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 와이어부(511)는 양단이 각각 구동부(400)와 제1단부(310)에 연결되고, 길이 방향을 따라 발생되는 장력에 의해 제1단부(310)를 구동부(400)에 대해 지지한다. 보다 구체적으로, 와이어부(511)는 일단이 연결부(430)의 하단부로 삽입되어 고정된다. 와이어부(511)의 타단은 후술하는 가이드부(600)에 구비되는 조인트부(620)와 연결되어 제1단부(310)와 간접적으로 연결된다. 이와 달리 와이어부(511)의 타단은 제1단부(310)와 직접 연결되는 것도 가능하다. 복수개의 와이어부(511)는 길이 방향을 따라 서로 평행하게 배치된다. 복수개의 와이어부(511)는 동일 원주상에서 소정 간격 이격되게 배치된다. 복수개의 와이어부(511)는 구동부재(410)로부터 연결부(430)를 통해 전달되는 회전력에 의해 나선 형태로 상호 꼬이거나 풀리며 길이가 가변된다. 복수개의 와이어부(511)는 이러한 길이 변화를 통해 제1단부(310)의 위치를 조절한다. 즉, 복수개의 와이어부(511)는 연결부(430)가 구동부재(410)에 의해 일측으로 회전되는 경우, 상호 꼬이며 길이가 감소되고, 감소된 길이의 변화량만큼 제1단부(310)를 하방으로 이동시킨다. 복수개의 와이어부(511)는 연결부(430)가 구동부재(410)에 의해 일측으로 회전되는 경우, 꼬임이 해제되며 길이가 증가되고, 증가된 길이의 변화량만큼 제1단부(310)를 상승 이동시킨다.

세퍼레이터(520)는 구동부(400)와 보상부(300) 사이에 설치되고, 복수개의 와이어부(511)의 꼬임이 발생되는 구간의 길이를 조절할 수 있도록 구비된다. 보다 구체적으로, 세퍼레이터(520)는 와이어부(511)와의 연결 지점을 기준으로 연결부(430)와의 사이에서는 와이어부(511)의 꼬임 발생을 허용하고, 제1단부(310)와의 사이에서는 와이어부(511)의 꼬임 발생을 차단한다. 또한, 세퍼레이터(520)는 본체부(100)에 슬라이드 이동 가능하게 설치되고, 이동 방향에 따라 복수개의 와이어부(511)의 전체 길이 중, 꼬임이 발생되는 구간의 길이를 늘리거나 줄인다. 여기서, 와이어부(511)의 꼬임이 발생되는 구간의 길이는 연결부(430)와 세퍼레이터(520) 사이의 간격으로 예시될 수 있다.

세퍼레이터(520)가 일측으로 이동되어 와이어부(511)의 꼬임이 발생되는 구간의 길이가 짧아질수록 복수개의 와이어부(511)가 1회 꼬이기 위해 필요한 꼬임량의 크기는 상대적으로 커지게 되므로, 이 경우 세퍼레이터(520)는 출력축(411)의 1회전 당 제1단부(310)가 이동되는 거리를 증가시켜 보상부(300)의 길이가 신속하게 조절되도록 유도할 수 있다. 반대로, 세퍼레이터(520)가 타측으로 이동되어 와이어부(511)의 꼬임이 발생되는 구간의 길이가 길어질수록 복수개의 와이어부(511)가 1회 꼬이기 위해 필요한 꼬임량의 크기는 상대적으로 작아지게 되므로, 이 경우 세퍼레이터(520)는 출력축(411)의 1회전 당 제1단부(310)가 이동되는 거리를 감소시켜 보상부(300)의 길이가 보다 정밀하게 조절되도록 유도할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터(520)는 세퍼레이터바디(521), 간격유지홀부(522)를 포함한다.

세퍼레이터바디(521)는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터(520)의 개략적인 외관을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터바디(521)는 연결부(430)의 하방에 배치되고, 본체부(100)에 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 세퍼레이터바디(521)는 본체부(100)로부터 와이어부(511)를 향해 연장되고, 후술하는 간격유지홀부(522)를 통해 복수개의 와이어부(511)가 상하면을 수직하게 관통될 수 있는 위치에 배치된다. 세퍼레이터바디(521)의 면적은 복수개의 와이어부(511)가 이루는 면적보다 크게 형성될 수 있다.

간격유지홀부(522)는 세퍼레이터바디(521)를 관통하여 형성되고, 이웃하는 와이어부(511)를 소정 간격 이격된 상태로 유지시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 간격유지홀부(522)는 세퍼레이터바디(521)를 상하 방향으로 수직하게 관통하는 홀의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 간격유지홀부(522)는 복수개로 구비되어 세퍼레이터바디(521)의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다. 간격유지홀부(522)의 개수는 복수개의 와이어부(511)에 대응되는 개수로 형성된다. 복수개의 와이어부(511)는 각각의 간격유지홀부(522)로 개별적으로 삽입되어 세퍼레이터바디(521)를 상하 방향으로 수직하게 관통한다.

방향전환부(530)는 와이어부(511)를 이동 가능하게 지지하고, 와이어부(511)를 통한 장력의 전달 방향을 전환할 수 있도록 구비된다. 보다 구체적으로, 방향전환부(530)는 와이어부(511)와의 접촉 지점을 기준으로 와이어부(511)의 양단부가 팽팽한 상태를 유지하며 각각 지면에 대해 수직한 방향으로 배치되도록 마련된다. 이에 따라 방향전환부(530)는 와이어부(511)를 통한 장력의 전달 방향을 보상부(300)의 길이 방향과 일치시킬 수 있어 보다 효율적인 힘 전달이 가능하고, 전체 패키지의 부피를 감소시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향전환부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방향전환부(530)는 세퍼레이터(520)의 하방에 배치되고, 본체부(100)로부터 와이어부(511)를 향해 수평하게 돌출되는 원통의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 방향전환부(530)는 볼팅 등에 의해 본체부(100)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다. 와이어부(511)는 방향전환부(530)의 하측 외주면을 감싸도록 배치되고, 방향전환부(530)의 외주면에 이동 가능하게 접촉된다. 방향전환부(530)에는 방향전환부(530)의 외주면을 따라 링 형상으로 오목하게 함몰 형성되는 이탈방지홈부(531)가 구비될 수 있다. 와이어부(511)는 이탈방지홈부(531)의 내부로 삽입됨에 따라 방향전환부(530)의 길이 방향을 따라 유동되는 것이 방지될 수 있다.

가이드부(600)는 보상부(300)와 조절부(500) 사이에 구비되고, 조절부(500)의 동작에 따른 제1단부(310)의 위치 이동을 안내한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드부(600)는 레일부(610), 조인트부(620)를 포함한다.

레일부(610)는 본체부(100)에 고정되고, 보상부(300)의 길이 방향을 따라 연장된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레일부(610)는 대략 직사각형의 단면을 갖는 막대의 형태를 갖도록 형성되어 본체부(100)에 고정된다. 레일부(610)는 볼팅 등에 의해 본체부(100)에 착탈 가능하게 고정될 수 있고, 용접 등에 의해 본체부(100)와 일체로 고정되는 것도 가능하다. 레일부(610)는 길이 방향이 보상부(300)의 길이 방향과 나란하게 배치되고, 외측면이 제1단부(310)와 마주보게 배치된다.

조인트부(620)는 제1단부(310)와 연결되고, 레일부(610)에 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트부(620)는 일측이 레일부(610)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하도록 레일부(610)에 결합된다. 조인트부(620)는 타측이 레일부(610)로부터 제1단부(310)를 향해 연장되고, 걸림 결합, 나사 결합, 끼움 결합 등 다양한 결합 방식에 의해 제1단부(310)와 연결되어 제1단부(310)를 이동 가능하게 지지한다. 조인트부(620)는 와이어부(511)의 타단부와 연결되어 와이어부(511)의 길이 변화에 따른 조절력을 제1단부(310)로 전달한다.

제어부(700)는 구동부(400)와 연결되어 구동부(400)의 동작을 전반적으로 제어한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 보상부(300)의 연장 길이를 측정하는 길이 센서 또는 보상부(300)로부터 발생되는 탄성력의 크기를 측정하는 하중 센서 등을 구비하여 현재 보상부(300)에 의한 부하의 보상 정도를 측정하는 측정 모듈과, 사용자로부터 목표하고자 하는 보상부(300)의 보상 정도에 대한 정보를 입력받는 입력 모듈 및 측정 모듈로부터 측정된 보상부(300)의 보상 정도가 입력 모듈로부터 입력받은 보상부(300)의 보상 정도와 일치되도록 구동부재(410)의 구동력 발생 여부, 크기, 방향 등을 제어하는 제어 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치(1)의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.

도 11, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중력 보상 장치의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 작동도이다.

도 11을 참조하면, 고정된 부하에 대한 보상부(300)의 탄성력의 크기를 증가시키거나, 제2기구부재(230)의 하강 이동 시 보상부(300)의 탄성력을 일정하게 유지하고자 하는 경우, 제어부(700)는 구동부재(410)를 동작시켜 출력축(411)을 일측(도 11 기준 시계 반대 방향)으로 회전시킨다.

연결부(430)는 출력축(411)과 함께 일측으로 회전되며 복수개의 와이어부(511)의 꼬임을 발생시킨다.

이 경우, 복수개의 와이어부(511)는 전체 길이 중 세퍼레이터(520)를 기준으로 상방(도 11 기준)에 위치한 구간에서만 꼬임이 발생된다.

복수개의 와이어부(511)의 꼬임으로 인해 조절부재(510)는 길이가 감소되고, 감소된 길이의 변화량만큼 제1단부(310)를 하방으로 이동시킨다.

이 경우, 제1단부(310)의 이동은 레일부(610)에 대한 조인트부(620)의 슬라이드 이동에 의해 가이드될 수 있다.

부하의 위치가 고정된 경우, 제1단부(310)는 하방으로 이동되며 보상부(300)의 길이를 증가시킨다. 이에 따라 고정된 부하에 대해 보상부(300)가 제2기구부재(230)로 인가하는 탄성력의 크기가 증가될 수 있다.

부하의 위치 변동에 의해 제2기구부재(230)가 하강 이동되는 경우, 제1단부(310)는 하방으로 이동되며 보상부(300)의 길이를 일정하게 유지시킨다. 이에 따라 기구부(200)의 회전 동작 시 보상부(300)는 일정한 크기의 탄성력을 제2기구부재(230)로 인가할 수 있다.

도 12를 참조하면, 고정된 부하에 대한 보상부(300)의 탄성력의 크기를 감소시키거나, 제2기구부재(230)의 상승 이동 시 보상부(300)의 탄성력을 일정하게 유지하고자 하는 경우, 제어부(700)는 구동부재(410)를 동작시켜 출력축(411)을 타측(도 12 기준 시계 방향)으로 회전시킨다.

연결부(430)는 출력축(411)과 함께 타측으로 회전되며 복수개의 와이어부(511)의 꼬임을 해제한다.

복수개의 와이어부(511)의 꼬임이 해제됨에 따라, 조절부재(510)는 길이가 증가되며, 증가된 길이의 변화량만큼 제1단부(310)를 상승 이동시킨다.

부하의 위치가 고정된 경우, 제1단부(310)는 상방으로 이동되며 보상부(300)의 길이를 감소시킨다. 이에 따라 고정된 부하에 대해 보상부(300)가 제2기구부재(230)로 인가하는 탄성력의 크기가 감소될 수 있다.

부하의 위치 변동에 의해 제2기구부재(230)가 상승 이동되는 경우, 제1단부(310)는 상방으로 이동되며 보상부(300)의 길이를 일정하게 유지시킨다. 이에 따라 기구부(200)의 회전 동작 시 보상부(300)는 일정한 크기의 탄성력을 제2기구부재(230)로 인가할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 중력 보상 장치 100 : 본체부
200 : 기구부 210 : 회전부
220 : 제1기구부재 230 : 제2기구부재
300 : 보상부 310 : 제1단부
320 : 제2단부 400: 구동부
410 : 구동부재 420 : 지지부
421 : 브라켓부 421a : 제1브라켓
421b : 제2브라켓 422 : 베어링부
430 : 연결부 500 : 조절부
510 : 조절부재 511 : 와이어부
520 : 세퍼레이터 521 : 세퍼레이터바디
522 : 간격유지홀부 530 : 제2피스톤부
531 : 제2실링부 600 : 가이드부
610 : 레일부 620 : 조인트부
700 : 제어부

Claims (14)

1. 본체부;
   상기 본체부에 설치되고, 부하가 인가되는 기구부;
   제1단부 및 상기 제1단부를 기준으로 신축되고, 상기 기구부와 연결되는 제2단부를 구비하여 상기 기구부에 인가되는 상기 부하를 보상하는 보상부;
   상기 보상부와 이격되게 배치되고, 구동력을 발생시키는 구동부; 및
   상기 보상부와 상기 구동부 사이에 구비되고, 상기 구동부로부터 발생되는 구동력에 연동되어 상기 제1단부의 위치를 가변시키는 조절부;를 포함하고,
   상기 구동부는,
   외부로부터 전원을 인가받아 회전력을 발생시키는 구동부재;
   상기 본체부에 결합되어 상기 구동부재를 지지하는 지지부; 및
   상기 구동부재와 상기 조절부의 사이에 구비되고, 상기 구동부재로부터 발생되는 회전력을 상기 조절부로 전달하는 연결부;를 포함하고,
   상기 지지부는,
   상기 본체부에 고정되고, 상기 구동부재의 출력축이 관통되는 브라켓부; 및
   상기 브라켓부에 결합되고, 상기 구동부재의 출력축을 상기 브라켓부에 대해 회전 가능하게 지지하는 베어링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보상부와 상기 조절부 사이에 구비되고, 상기 제1단부의 위치 이동을 안내하는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 가이드부는,
   상기 본체부에 고정되고, 상기 보상부의 길이 방향을 따라 연장되는 레일부; 및
   상기 제1단부와 연결되고, 상기 레일부에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 조인트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 기구부는,
   상기 본체부에 회전 가능하게 연결되는 회전부;
   상기 회전부로부터 일측으로 연장되고, 상기 부하가 인가되는 제1기구부재; 및
   상기 회전부로부터 타측으로 연장되고, 상기 보상부와 연결되는 제2기구부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1기구부재와 상기 제2기구부재는 상기 회전부를 기준으로 서로 반대 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 보상부는 상기 제2기구부재에 상기 부하의 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 인가하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 본체부;
    상기 본체부에 설치되고, 부하가 인가되는 기구부;
    제1단부 및 상기 제1단부를 기준으로 신축되고, 상기 기구부와 연결되는 제2단부를 구비하여 상기 기구부에 인가되는 상기 부하를 보상하는 보상부;
    상기 보상부와 이격되게 배치되고, 구동력을 발생시키는 구동부; 및
    상기 보상부와 상기 구동부 사이에 구비되고, 상기 구동부로부터 발생되는 구동력에 연동되어 상기 제1단부의 위치를 가변시키는 조절부;를 포함하고,
    상기 조절부는 양단이 각각 상기 구동부와 상기 제1단부에 연결되고, 상기 구동부로부터 전달되는 회전력에 의해 상호 꼬이거나 풀리며 길이가 가변되는 복수개의 와이어부를 구비하는 조절부재; 및
    복수개의 상기 와이어부의 꼬임이 발생되는 구간의 길이를 조절하는 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는,
    상기 본체부에 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 세퍼레이터바디; 및
    상기 세퍼레이터바디를 관통하여 형성되고, 이웃하는 상기 와이어부를 소정 간격 이격된 상태로 유지시키는 간격유지홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 간격유지홀부는 복수개로 구비되어 상기 세퍼레이터바디의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.
    
14. 제 11항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 와이어부를 이동 가능하게 지지하고, 상기 조절부재를 통한 장력의 전달 방향을 전환하는 방향전환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 보상 장치.

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