KR20040017431A - Base link of robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 로봇 관절 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소형화와 경량화를 충족하는 로봇의 관절 구조에 적합한 동력 전달 구조를 갖는 로봇의 기준링크에 관한 것이다.The present invention relates to a robot joint structure, and more particularly, to a reference link of a robot having a power transmission structure suitable for the joint structure of the robot that satisfies miniaturization and light weight.
로봇은 팔에 해당하는 연결링크와 관절에 해당하는 기준링크/출력링크로 구성된다. 기준링크 내에는 출력링크를 회전시키기 위한 모터, 모터의 회전속도를 감속시키기 위한 감속기, 모터의 회전량을 모니터링 하는 엔코더 등이 내장되어 있다. 따라서 기준링크 내의 모터의 회전에 의하여 토크가 기준링크 내의 모터 회전축에 연결된 출력링크에 전달된다.The robot consists of a link link corresponding to the arm and a reference link / output link corresponding to the joint. In the reference link, a motor for rotating the output link, a speed reducer for reducing the rotation speed of the motor, and an encoder for monitoring the rotation amount of the motor are embedded. Therefore, the torque is transmitted to the output link connected to the motor rotation shaft in the reference link by the rotation of the motor in the reference link.
이러한 구조에 있어서, 종래 기준링크는, 엔코더가 직렬로 부착된 모터가 감속기에 직결되거나 기어 또는 풀리/벨트로 감속기에 연결되어 동력이 전달되는 구조를 가지고 있다.In such a structure, the conventional reference link has a structure in which a motor in which an encoder is attached in series is directly connected to the reducer or connected to a gear or pulley / belt to the reducer to transmit power.
이와 관련하여, 도면을 참조하면서 종래 기술의 산업용 및 퍼스널 로봇 관절 구조의 기준링크를 설명하기로 한다.In this regard, the reference link of the industrial and personal robot joint structure of the prior art will be described with reference to the drawings.
도 1a 와 도 1b는 종래 로봇 관절의 일실시예를 나타낸 것으로서, 모터, 감속기 및 엔코더가 직결로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타내는 단면 사시도와,도 1a의 A-A선에 대한 단면도이다.1A and 1B illustrate an embodiment of a conventional robot joint, a cross-sectional perspective view showing a joint structure of a robot in which a motor, a reducer, and an encoder are directly connected, and a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1A.
도 1a 와 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 로봇의 관절 구조는 크게 기준링크(10)와 출력링크(20)로 구성된다. 기준링크(10)의 내부에는 엔코더(11), 모터(12) 및 감속기(13)가 직결되며, 감속기(13)에 연결된 회전축(15)이 지지베어링(14a)에 의해 지지된다. 한편, 출력링크(20)는 감속기(13)의 출력단인 회전축(15)과 그 대향단에 있는 지지베어링(14b)에 의해 지지된 회전축(16)을 매개하여 출력링크(20)의 양단부가 기준링크(10)에 연결된다. 상기와 같이 구성된 종래 로봇 관절의 동작을 설명하면 다음과 같다. 기준링크(10)의 모터(12)가 회전하게 되면, 모터(12)에 직결된 엔코더(11)에 의해서 모터(12)의 회전량에 상응되는 전기신호가 모터 제어부(미도시)에 전송되며, 감속기(13)에 의해 모터(12)의 회전속도가 감속비 만큼 감속되어 출력링크(20)에 전달된다. 이러한 종래 로봇 관절의 경우, 엔코더(11), 모터(12) 및 감속기(13)가 직렬로 연결되기 때문에 기준링크(10)의 가로 길이 L(도 1b 참조)이 길어지게 된다. 따라서, 종래 로봇 관절은 로봇의 소형화와 경량화에 대한 요구를 충족시키지 못하고 있다.As shown in Figure 1a and Figure 1b, the joint structure of a conventional robot is largely composed of a reference link 10 and the output link (20). The encoder 11, the motor 12, and the speed reducer 13 are directly connected to the inside of the reference link 10, and a rotation shaft 15 connected to the speed reducer 13 is supported by the support bearing 14a. On the other hand, the output link 20 is a reference to both ends of the output link 20 via the rotating shaft 15 which is the output end of the reducer 13 and the rotating shaft 16 supported by the support bearing 14b at the opposite end thereof. Is connected to the link 10. Referring to the operation of the conventional robot joint configured as described above are as follows. When the motor 12 of the reference link 10 is rotated, an electric signal corresponding to the rotation amount of the motor 12 is transmitted to the motor controller (not shown) by the encoder 11 directly connected to the motor 12. By the reduction gear 13, the rotational speed of the motor 12 is reduced by the reduction ratio and transmitted to the output link 20. In the conventional robot joint, since the encoder 11, the motor 12, and the reducer 13 are connected in series, the horizontal length L of the reference link 10 (see FIG. 1B) becomes long. Therefore, the conventional robot joint does not meet the demand for miniaturization and light weight of the robot.
한편, 도 2a 와 도 2b는 종래 로봇 관절의 다른 실시예로서, 모터와 엔코더가 직결로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타내는 단면 사시도와, 도 2a의 B-B선에 대한 단면도이다. 도 2a 와 도 2b에 도시된 바와 같이, 기준링크(30)내부의 상단에는 모터(32)와 엔코더(31)가 직결되며, 하단에는 감속기(33)가 감속기(33)의 회전축(35)에 연결되고 회전축(35)은 지지베어링(34a)에 의해 지지된다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기준링크(30)의 내부에는 엔코더(32)에 직결된 모터(32)와 감속기(33)가 상하 병렬로 구비된다. 모터(32)의 출력단에는 모터 출력 기어(37)가 연결되어 있고, 감속기(33)의 입력단에는 감속기 입력 기어(38)가 연결되어 있다. 한편, 출력링크(40)는 감속기(33)의 출력단인 회전축(35)과 그 대향단에 있는 지지베어링(34b)에 의해 지지된 회전축(36)을 매개하여 출력링크(40)의 양단부가 기준링크(30)에 연결된다. 상기와 같이 구성됨으로써, 모터(32)가 회전하게 되면 엔코더(31)에 의해 회전량에 상응되는 전기신호가 모터 제어부(미도시)에 전송되고, 모터(32)의 출력단에 위치한 모터 출력 기어(37)와 이와 맞물려 있는 감속기의 입력 기어(38)에 의해 감속기(33)에 동력이 전달된다. 또한, 감속기(33)에 의해 모터(32)의 회전속도가 감속기(33)의 감속비와 감속기 입력 기어(38)간의 감속비의 곱 만큼 감속되어 출력링크(40)에 전달된다. 여기서, 상기 모터의 출력 기어(37)와 감속기의 입력 기어(38) 대신에 풀리/벨트를 사용하기도 한다.2A and 2B are cross-sectional perspective views illustrating a joint structure of a robot in which a motor and an encoder are directly connected as another embodiment of a conventional robot joint, and a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 2A. 2A and 2B, a motor 32 and an encoder 31 are directly connected to an upper end of the reference link 30, and a reducer 33 is connected to the rotation shaft 35 of the reducer 33 at the lower end. The rotary shaft 35 is connected by the support bearing 34a. That is, as shown in FIG. 2B, the motor 32 and the speed reducer 33 directly connected to the encoder 32 are provided in the up and down parallel in the reference link 30. The motor output gear 37 is connected to the output end of the motor 32, and the reducer input gear 38 is connected to the input end of the reducer 33. On the other hand, the output link 40 has both ends of the output link 40 via the rotating shaft 35 which is the output end of the reduction gear 33 and the rotating shaft 36 supported by the support bearing 34b at the opposite end thereof. Is connected to the link 30. By the above configuration, when the motor 32 rotates, an electric signal corresponding to the rotation amount is transmitted by the encoder 31 to the motor controller (not shown), and the motor output gear (located at the output end of the motor 32) Power is transmitted to the reducer 33 by the input gear 38 of the reducer engaged with 37). In addition, the reduction speed 33 reduces the rotational speed of the motor 32 by the product of the reduction ratio of the reduction gear 33 and the reduction ratio between the reduction gear input gear 38 and is transmitted to the output link 40. Here, a pulley / belt may be used instead of the output gear 37 of the motor and the input gear 38 of the reducer.
상기와 같이 모터, 감속기 및 엔코더가 기준링크의 내부에 배치되도록 되어 있는 종래 로봇 관절 구조의 경우, 엔코더가 부착된 모터가 감속기와 병렬 형태의 구조를 가지게 되거나, 감속기, 모터 및 엔코더가 직결 형태의 구조를 가짐으로써 기준링크의 폭(도 1b 와 도 2b의 L) 방향으로 공간을 많이 차지함으로써 관절 구조의 소형화와 경량화를 충족하지 못하는 문제점이 있다.In the case of the conventional robot joint structure in which the motor, the reducer, and the encoder are arranged inside the reference link as described above, the motor with the encoder has a parallel structure with the reducer, or the reducer, the motor, and the encoder are directly connected. Having a structure occupies a large amount of space in the direction of the width of the reference link (L in FIGS. 1B and 2B), thereby preventing the miniaturization and lightening of the joint structure.
따라서 본 발명의 목적은 기준링크를 소형화시켜 가벼운 로봇의 관절구조를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a joint structure of a light robot by miniaturizing the reference link.
도 1a는 종래의 모터와 감속기, 엔코더가 직결로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타내는 단면 사시도;1A is a cross-sectional perspective view showing a joint structure of a robot in which a conventional motor, a reducer, and an encoder are directly connected;
도 1b는 도 1a의 A-A선에 대한 단면도;FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1A; FIG.
도 2a는 종래의 모터와 엔코더가 직결로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타내는 단면 사시도;Figure 2a is a cross-sectional perspective view showing a joint structure of a robot consisting of a conventional motor and encoder directly connected;
도 2b는 도 2a의 B-B선에 대한 단면도;FIG. 2B is a cross sectional view taken along the line B-B in FIG. 2A; FIG.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 모터, 감속기 및 엔코더가 상호 병렬로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타낸 단면 사시도;3A is a cross-sectional perspective view showing a joint structure of a robot in which a motor, a speed reducer, and an encoder according to an embodiment of the present invention are parallel to each other;
도 3b는 도 3a의 C-C선에 대한 단면도;3B is a cross sectional view taken along line C-C in FIG. 3A;
도 4a는 도 3a의 A 방향으로 바라본 기준링크의 기어군에 대한 개략도; 및4A is a schematic diagram of a group of gears of a reference link viewed in direction A of FIG. 3A; And
도 4b는 본 발명의 실시예에 대한 변형예를 나타낸 것으로서, 도 3a의 기어 대신에 풀리와 벨트를 채용한 변형예에 대한 개략도이다.FIG. 4B shows a modification to the embodiment of the present invention, which is a schematic diagram of a modification employing a pulley and a belt instead of the gear of FIG. 3A.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100:기준링크 200:출력링크100: reference link 200: output link
111:모터 112:엔코더111: motor 112: encoder
113:감속기 114a,114b:지지베어링113: Reducer 114a, 114b: Support Bearing
115,116:회전축 121,122,123:기어군115,116: rotating shaft 121,122,123: gear group
131,132,133:풀리군 130:벨트131,132,133: pulley group 130: belt
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 로봇 관절 구조의 기준 링크는, 출력링크를 회전시키기 위한 모터, 상기 모터의 회전 속도를 감속시키기 위한 감속기, 및 상기 모터의 회전량을 모니터링 하기 위한 엔코더를 포함하며, 상기 모터의 출력단, 감속기의 입력단 및 엔코더의 출력단이 삼각형의 상호 병렬 형태로 배치된다.The reference link of the robot joint structure according to an aspect of the present invention for achieving the above object, a motor for rotating the output link, a reducer for reducing the rotational speed of the motor, and an encoder for monitoring the amount of rotation of the motor It includes, the output terminal of the motor, the input terminal of the reducer and the output terminal of the encoder are arranged in a parallel form of a triangle.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 모터의 출력단, 상기 감속기의 입력단, 및 상기 엔코더의 출력단은 각각 모터의 출력 기어, 감속기의 입력 기어, 및 엔코더의 출력기어에 결합되며, 상기 기어들이 상호 맞물리는 것이 바람직하다.Further, in the present invention, the output end of the motor, the input end of the reducer, and the output end of the encoder are respectively coupled to the output gear of the motor, the input gear of the reducer, and the output gear of the encoder, wherein the gears mesh with each other. desirable.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 삼각형의 상호 병렬 형태로 배치된 모터의 출력단, 엔코더의 입력단 및 감속기의 입력단이 각각 풀리를 구비하며, 상기 풀리들이 벨트에 의해 상호 연결되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that the output end of the motor, the input end of the encoder and the input end of the speed reducer, each of which is arranged in parallel with each other in the form of a triangle, have a pulley, and the pulleys are interconnected by a belt.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
전술한 바와 같이, 로봇의 링크는 크게 연결링크, 기준링크 및 출력링크로 구분되는 바, 본 발명의 실시예에 있어서, 기준링크를 기준으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.As described above, the link of the robot is largely divided into a connection link, a reference link, and an output link. In an embodiment of the present invention, the link will be described based on the reference link. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 3a 와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 모터, 감속기 및 엔코더가 상호 병렬로 이루어진 로봇의 관절 구조를 나타낸 단면 사시도와, 도 3a의 C-C선에 대한단면도이다.3A and 3B are cross-sectional perspective views showing a joint structure of a robot in which a motor, a reducer, and an encoder according to an embodiment of the present invention are parallel to each other, and a cross-sectional view of the C-C line of FIG. 3A.
도 4a 와 도 4b는 도 3a의 A 방향으로 바라 본 기준링크의 기어군에 대한 개략도와, 도 3a의 기어군 대신에 풀리와 벨트를 채용한 변형예의 개략도이다.4A and 4B are schematic diagrams of a gear group of the reference link viewed in the direction A of FIG. 3A, and a schematic diagram of a modification in which a pulley and a belt are used instead of the gear group of FIG. 3A.
도 3a 내지 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 관절 구조는 크게 기준링크(100)와 출력링크(200)로 구성된다. 기준링크(100) 내부의 상단에는 모터(111)와 엔코더(112)가 나란히 병렬로 연결되며, 하단에는 감속기(113)가 회전축(115)에 연결되어 지지베어링(114a)에 의해 지지된다. 즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기준링크(100)의 내부에는 엔코더(112), 모터(111) 및 감속기(113)가 삼각형의 상호 병렬 형태로 구비된다. 한편, 도 4a에 도시된 바와 같이, 모터(111)의 출력단에는 모터의 출력 기어(121)가 기계적으로 결합되며, 감속기(113)의 입력단에는 감속기의 입력 기어(123)가 기계적으로 결합되며, 엔코더(112)의 출력단에는 엔코더의 출력 기어(122)가 각각 기계적으로 결합된다. 한편, 출력링크(200)는 감속기(113)의 출력단인 회전축(115)과 그 대향단에 있는 지지베어링(114b)에 의해 지지된 회전축(116)을 매개하여 출력링크(200)의 양단부가 기준링크(100)에 연결된다.As shown in Figures 3a to 4a, the joint structure of the robot according to an embodiment of the present invention is largely composed of a reference link 100 and the output link (200). At the upper end of the reference link 100, the motor 111 and the encoder 112 are connected side by side in parallel, and at the lower end, the reducer 113 is connected to the rotating shaft 115 and supported by the support bearing 114a. That is, as shown in Figure 3a, the encoder 112, the motor 111 and the reducer 113 are provided in a triangular parallel form inside the reference link 100. On the other hand, as shown in Figure 4a, the output gear 121 of the motor is mechanically coupled to the output end of the motor 111, the input gear 123 of the reducer is mechanically coupled to the input end of the reducer 113, The output gear 122 of the encoder 112 is mechanically coupled to the output end of the encoder 112, respectively. On the other hand, the output link 200 is a reference to both ends of the output link 200 via the rotating shaft 115, which is the output end of the reducer 113 and the rotating shaft 116 supported by the support bearing 114b at the opposite end thereof. Is connected to the link 100.
상술한 구성을 가지는 로봇 관절 구조의 동작 및 효과를 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.The operation and effects of the robot joint structure having the above-described configuration will be described in more detail below.
기준링크(100)의 모터(111)가 회전하게 되면 모터(111)의 구동력은 모터의 출력 기어(121)에 전달이 된다. 또한, 모터의 출력 기어(121)와 삼각형 형태로 상호 병렬 연결된 엔코더의 출력 기어(122)와 감속기의 입력 기어(123)를 통해모터(111)의 구동력은 엔코더(112)와 감속기(113)에 동시에 전달이 된다. 보다 상세하게는, 엔코더 출력 기어(122)를 통해 감지되는 모터(111)의 회전량에 상응되는 전기적인 신호가 엔코더(112)에 의해 생성되어 모터 제어부(미도시)에 전송된다. 여기서, 감속기(113), 모터(111) 및 엔코더(112)의 동력전달을 위한 기어군(121,122,123)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 감속기의 입력 풀리(133), 모터의 출력 풀리(131) 및 엔코더의 출력 풀리(132)로 대체 구성될 수 있으며, 풀리군(131,132,133)은 벨트(130)에 의해 매개되어 삼각형 형태로 상호 병렬 연결된다. 또한, 감속기(113)에 의해 기어군(121,122,123) 또는 풀리군(131,132,133)의 감속비와 감속기(113)의 감속비의 곱 만큼 모터(111)의 회전량이 감속되어 감속기(113)의 입력단에 연결된 감속기 입력 기어(123) 또는 감속기 입력 풀리(133)에 전달되어 감속기(113)의 출력단에 연결된 출력링크(200)가 회전된다.When the motor 111 of the reference link 100 is rotated, the driving force of the motor 111 is transmitted to the output gear 121 of the motor. In addition, the driving force of the motor 111 is transmitted to the encoder 112 and the reducer 113 through the output gear 122 of the encoder and the input gear 123 of the speed reducer connected in parallel with the output gear 121 of the motor. It is delivered at the same time. More specifically, an electrical signal corresponding to the amount of rotation of the motor 111 sensed through the encoder output gear 122 is generated by the encoder 112 and transmitted to the motor controller (not shown). Here, the gear group 121, 122, 123 for power transmission of the reducer 113, the motor 111 and the encoder 112, as shown in Figure 4b, the input pulley 133 of the reducer, the output pulley 131 of the motor. And an output pulley 132 of the encoder, and the pulley groups 131, 132, and 133 are connected in parallel to each other in a triangular form by the belt 130. In addition, by the reduction gear 113, the rotational amount of the motor 111 is decelerated by the product of the gear ratio 121, 122, 123 or the pulley group 131, 132, 133 and the reduction ratio of the reduction gear 113, and the reduction gear input connected to the input terminal of the reduction gear 113 is reduced. The output link 200 which is transmitted to the gear 123 or the speed reducer input pulley 133 and connected to the output end of the speed reducer 113 is rotated.
상기 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 로봇 관절 구조의 구성과 동력 전달에 있어서, 반드시 상기와 같도록 한정할 필요는 없으며, 감속기, 모터 및 엔코더의 동력 전달을 위해서 사용되는 기어군, 풀리군/벨트의 종류와 감속비는 다르게 구성하여도 무방하다. 또한 감속기의 출력단과 출력링크 사이의 회전축과 같은 동력 전달 장치도 직결형태 이외에 기어군과 같이 동일한 동력 전달 기능을 가지는 장치로 다르게 구성할 수 있다. 또한, 상술한 본 발명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허 청구 범위와 특허 청구 범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.In the configuration and power transmission of the robot joint structure according to the specific embodiment of the present invention, it is not necessarily limited to the same as above, the gear group, pulley group / belt used for power transmission of the reducer, motor and encoder. The type and the reduction ratio may be configured differently. In addition, a power transmission device such as a rotating shaft between the output end of the reduction gear and the output link may also be configured differently as a device having the same power transmission function as the gear group in addition to the direct connection type. In addition, in the above-described present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the invention should not be defined by the described embodiments, but by the equivalents of the claims and the claims.
상술한 바와 같이 본 발명은 로봇 관절의 기준링크 내에 구비된 감속기, 모터 및 엔코더를 삼각형의 상호 병렬 형태로 구비함으로써 기준링크의 내부공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 그에 따라 로봇 관절의 기준링크를 소형화하여 로봇 관절을 경량화 시킬 수 있다.As described above, the present invention can effectively utilize the internal space of the reference link by providing a reduction gear, a motor, and an encoder provided in the reference link of the robot joint in a parallel form of triangles, thereby miniaturizing the reference link of the robot joint. Can make the robot joint lighter.
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