KR20040108301A - 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절 및 이를 이용한3차원 관절 - Google Patents

동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절 및 이를 이용한3차원 관절 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절 및 이를 이용한 3차원 관절구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동력전달기구와 지지기구를 하나의 부품으로 일체화한 인간형 로봇의 관절 및 이를 3축에 적용하는 복합 관절 구조에 관한 것이다.
본 고안은 두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서, 상기 관절은 동력원에 직결되는 로드의 선단에 착설되는 기어와, 상기 기어를 수납하며 치합되는 랙기어가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트가 형성되는 어댑터로 되고, 상기 어댑터에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트에서 축으로 연결되는 것을 특징으로 한다
따라서, 본 발명은 동력전달과 관절 전후부의 지지를 하나의 일체화된 부품으로 이룰 수 있도록 함으로서 관절을 이루는 부품을 최소화하면서도 정밀한 제어가 가능하도록 할 뿐만 아니라 관절부의 형상을 최소화하고 간극을 없애 이물질의 삽입이나 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있으며, 제어 및 배선이 손쉽게 되어 인간형 로봇을 손쉽게 설계할 수 있도록 한 것이다.

Description

동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절 및 이를 이용한 3차원 관절{Robot drive joint control system}
본 발명은 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절 및 이를 이용한 3차원 관절구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동력전달기구와 지지기구를 하나의 부품으로 일체화한 인간형 로봇의 관절 및 이를 3축에 적용하는 복합 관절 구조에 관한 것이다.
현재까지의 로봇은 강성과 인성이 큰 소재로 제작되어 필요한 동작이나 작업을 하기 위해서는 소정 부분(인간형 로봇의 경우 손목, 발목, 목, 허리, 대퇴부 등)에서 굽히고 펴거나 스윙 또는 틸팅이 되어야 하는데, 이러한 부위를 관절이라 한다.
그런데, 하나의 동작이 가능하도록 하기 위해서는 관절부위 상하간의 힘을 전달하는 하나의 동력전달기구와 관절 상하간에 작용되는 상대적 힘을 지지하는 지지기구가 필요한데, 이렇게 하나의 동력전달기구와 하나의 지지기구로 이루어지는 관절을 1자유도 관절이라고 하는데, 로봇의 관절이 입체적인 동작이 가능하도록 하기 위해서는 최소 3자유도 관절이어야 하며, 본 발명은 산업용 로봇은 물론이고 특히 인간형 로봇까지 적용이 가능한 관절을 제공하고자 개발된 것임으로 1자유도 관절을 비롯하여 3자유도 이상의 관절에까지 적용이 되는 발명이다.
로봇의 통상적인 관절구조로는 실용신안 등록번호 실 1986-927(공고 1986년 5월 21일)호가 있는데, 이는 도 6에 도시된 바와 같이, "제1의 링크(61)와 개재링크를 제1의 축(66)의 주위에 회전 가능하게 연결하고, 개재링크와 제2의 링크(62)를, 2중심선이 제1의 축(66)의 중심선과 교차하는 동일 직선상에 있는 제2의 축(67) 및 제3의 축(68)에 의해서 회전가능 하도록 연결된 관절구조를 가지고, 제1의 축(66)에 고정된 베벨기어(611)에 대응하는 베벨기어(612)를 회전구동 시키는 동력원(617)과 제2의 축에 고정된 베벨기어(611)에 대응하고, 동시에 제1의 축(66)의 주위를 회전자재케 부착된 베벨기어(613)와, 그것을 구동하는 동력원(616)을 구비한 장치에 있어서 제2축에 고정된 베벨기어(615)를 구비하여서, 제1의 링크(61)에 대해서, 제2의 링크(62)를, 제1의 축(66)의 중심선과, 제2, 제3의 축의 중심선과의 교차점을 중심으로 해서 회동운동이 가능할 수 있도록 된 것"이고,
또 다른 발명으로는 공개 특 1998-701448(공개일 1998년 5월 15일)호의 '다관절 로봇의 손목기구'가 있는데, 이는 도 7에 도시된 바와 같이, "기울일 수 있는 암(71)과, 상기 암(71)의 선단측에 상기 암(71)의 긴쪽방향으로 뻗는 회동축(R)과 직교하는 회동축(B)의 둘레에 회동할 수 있도록 손목부(72)와, 상기 손목부(72)에 상기 회동축(B)과 직교하는 회동축(T)의 둘레에 회동할 수 있는 지지부재를 갖추고, 상기 지지부재를 구동하는 구동부를 상기 손목부에 고정하여 상기 손목부를 구동하는 구동부를 상기 암에 장착한 다관절로봇의 손목기구에 있어서, 상기 암의 선단에 상기 암의 긴쪽방향에 대해 경사진 경사암(101)과, 상기 회동축(R)과 서로 마주보는 측의 측면에 상기 회동축(R)과 평행한 장착의자를 설치하고 상기 경사암(101)의 선단에 고정한 하우징(102)을 갖추며, 상기 손목부를 구동하는 구동부를 상기 경사암의 내측에 상기 경사방향을 따라 고정한 구동모터(77)와 상기 장착의자에 장착된 감속기(76)로 구성되고, 상기 구동모터(77)의 출력축(744)과 상기 감속기(76)의 입력축(742)을 2개의 베벨기어를 맞물려 결합하는 것"이다.
그런데, 전자는 2자유도 굴곡의 관절점을 한쪽의 링크에 부착하여 2개의 모터로 구동하도록 하였기 때문에, 인접하는 2개의 링크중 하나를 고정함으로서 선단링크에 걸리는 동력원을 생략할 수 있어 선단부의 경량화가 가능하게 되고, 관절의 전후부를 축소할 수 있으며, 게다가 정밀제어가 가능하였으나, 동력원(모터)과 관절부간에 링크로서 연결함으로서 전체적인 중량과 부피의 감소에 한계가 있고, 특히 직선적 연결에나 적용이 가능하여 산업용 로봇 등과 같이 특정의 작업용으로만 적용이 된다는 문제가 있으며,
상기 후자는 손목부를 암쪽의 긴방향에 대해 오프셋되지 않게 함으로서 상술한 동력원과 구동부재간의 거리를 줄일 수 있어 자세제어를 용이하게 하며, 구조 강도를 상승시킬 수 있었지만, 경사암의 경사각에 따른 제어의 어려움 및 특정 용도로의 용도 제한 등의 문제점은 여전히 남아 있었다.
즉, 상술한 종래 발명을 인간형 로봇에 적용하면, 관절구조는 2개의 관절축이 직교하되 오프셋 되거나, 오프셋을 없애기 위해 타이밍 풀리 등을 사용하여 동력을 전달하는 구조를 가져야 하고, 또, 오프셋이 있던 없던, 예를 들어 롤모터가롤축과 평행하며, 피치모터가 피치축과 평행하게 놓여진다. 이러한 구조에서 관절사이에는 구동에 필요한 공간이 반드시 필요해서 로봇의 크기가 전체적으로 커지고, 동력 전달 손실 등의 문제가 있다. 또, 이 공간에 이물질 또는 손가락 등이 끼이기 쉬워 안전성에서도 문제점이 있고, 축들이 오프셋되는 경우에는 제어상의 불리함도 발생할 수 있는 문제점이 있다.
게다가, 기존의 인간형 로봇의 롤과 피치용 관절에는 모터 자체를 교차하게 배열하여 그 축을 구동축으로 하는 방법이나, 롤과 피치축이 오프셋되어 배치되는 방법 등이 사용되고 있으며, 외부에 노출된 배선을 커버를 사용하여 감추는 방법 등이 사용되고 있는데, 이는 구조의 복잡화 및 제어의 곤란성을 상승시키고, 커버로 감춘 배선은 관절부위에서 꼬여서 단선의 염려가 있으며, 커버로 인한 공간 부피가 늘어나 컴펙트화에도 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점들을 극복하고자 안출된 발명으로, 동력전달과 관절 전후부의 지지를 하나의 일체화된 부품으로 이룰 수 있도록 함으로서 관절을 이루는 부품을 최소화하면서도 정밀한 제어가 가능하도록 할 뿐만 아니라 관절부의 형상을 최소화하고 간극을 없애 이물질의 삽입이나 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있으며, 게다가 롤과 피치축이 오프셋 없이 직교하도록 배치가 되어 제어를 손쉽게 할 수 있게 하였으며, 동력원으로의 전원 공급을 위한 배선이 손쉽게 내장되면서 단선 등의 염려를 불식시키고, 특히, 이러한 구조를 컴펙트하게 복수화 하는 구조를 제공함으로서 작은 공간으로 자유도 높은 관절을 이룰 수 있도록 하여 인간형로봇을 손쉽게 설계할 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 로봇의 예시도이다.
도 2는 도 1의 A부 발췌도이다.
도 3은 도 2의 분해 상태도이다.
도 4는 도 1의 B부 발췌도이다.
도 5는 도 4의 분해 상태도이다.
도 6은 종래 발명의 상태도이다.
도 7은 종래 다른 발명의 상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1; 어댑터 11; 랙기어(rack gear) 12; 볼 조인트 121; 지축 122;슬라이드부 2; 동력원(Motor)
21; 로드(rod) 22; 기어(피니언 기어) 3; 동력전달수단
31; 회동축 32; 풀리 33; 벨트
4; 감속기 51; 다리 52;골반
61; 제1의 링크 611, 612, 613, 615; 베벨기어
616, 617; 동력 62; 제2의 링크 66; 제1의 축
67; 제2의 축 68; 제3의 축 71; 암
72; 손목부 76; 감속기 77; 구동모터
101; 경사암 102; 하우징742; 입력축 744; 출력축
B, R, T; 회동축
본 발명은 두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서, 상기 관절은 동력원에 직결되는 로드의 선단에 착설되는 기어와, 상기 기어를 수납하며 치합되는 랙기어가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트가 형성되는 어댑터로 되고, 상기 어댑터에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트에서 축으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구성으로는, 상기한 구성에 있어서, 상기 기어는 베벨기어형의 피니언기어이고, 상기 어댑터에 설치되는 랙기어는 인터널 기어로서 일부만 형성되는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성으로는, 두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동 또는 이들의 복합적인 운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서, 상기 관절은, 요축, 피치축, 롤축의 3축이 오프셋 없이 직교하고, 상기 3축 중 하나 이상의 축에 대한 동력전달 및 지지기구가, 동력원에 직결되는 로드의 선단에 착설되는 기어와, 상기 기어를 수납하며 치합되는 랙기어가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트가 형성되는 어댑터로 되고, 상기 어댑터에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트에서 축으로 연결되는 것이고, 상기 3축 중 나머지 축에 대한 동력전달 및 지지기구는 동력원에서 동력전달수단으로 연결되어 회전하는 회동축에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직한 태양으로는, 상기한 구성에 있어서, 상기 요축과 피치축에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원에 직결되는 로드의 선단에 착설되는 기어와, 상기 기어를 수납하며 치합되는 랙기어가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트가 형성되는 어댑터로 되고, 상기 어댑터에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트에서 축으로 연결되는 것이고, 상기 롤축에 대한 동력전달 및 지지기구는 동력원에서 동력전달수단으로 연결되어 회전하는 회동축에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 구조와 그 특성을 첨부하는 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 로봇의 예시도이고, 도 2는 도 1의 A부를 발췌하여 확대 도시한 발췌도이고, 도 3은 본 발명의 일 요부의 구성요소간의 상관 관계를 알 수 있도록 도 2를 분해하여 도시한 분해 상태도이다.
두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서, 상기 관절은, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 그 중심의 일측 내부에 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 설치되고, 타단측에는 볼 조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고; 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼 조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 기어(22)는 베벨기어형 또는 헬리컬 베벨기어형의 피니언기어(22)이고, 상기 어댑터(1)에 설치되는 랙기어(11)는 인터널(Internal) 기어로서 일부만 형성되는 것임을 특징으로 하면 바람직하다.
도 4는 본 발명의 다른 구성상태를 알 수 있도록 도 1의 B부를 발췌하여 도시한 발췌도이고, 도 5는 본 발명의 다른 요부의 구성요소간의 상관 관계를 알 수 있도록 도 4를 분해 상태로 도시한 분해 상태도이다.
두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동 또는 이들의 복합적인 운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서, 상기 관절은, 요축(Z축), 피치축(X축), 롤축(Y축)의 3축이 오프셋 없이 직교하고, 상기 3축(X, Y, Z) 중 하나 이상의 축에 대한 동력전달 및 지지기구가, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 일단에 설치되고, 타단에는 볼 조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고; 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼 조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이고, 상기 3축(X, Y, Z) 중 나머지 축에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 요축(Z)과 피치축(X)에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 일단에 설치되고, 타단에는 볼 조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고; 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼 조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이고, 상기 롤축(Y)에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 하면 보다 바람직하다.
산업용이던 인간형이던 로봇의 관절이란 두 부재간을 연결하며, 이들 부재간에 상대적인 운동(스윙, 피치, 롤, 피봇 등)을 할 수 있도록 함으로서 소정의 작업이나 목적하는 운동을 얻을 수 있도록 하는 것인데, 본 발명의 첫 번째 구성의 관절은 상기한 1자유도의 관절로서 특히 하나의 부품인 어댑터(1)에 동력전달수단과 상대적 운동의 지지수단을 일체적으로 할 수 있도록 하는 것으로, 기어(22)는 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 것으로 로봇의 각 부재 내부에 내장되는 동력원(2)은 소형의 DC모터로 하면 제어가 용이하고 큰 감속비를 사용함으로서 큰 힘을 얻을 수 있어서 소형화가 손쉽게 되며, 특히 동력원(2)과 기어(22)를 짧은 로드(21)로 직결함으로 동력의 손실을 최소화하면서 컴펙트화가 용이하다.
게다가, 어댑터(1)는 상기 기어(22)를 그 중심의 일측 내부에 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 설치되고, 타단측에는 볼 조인트(12)가 형성되는 것인데, 이로 인하여 상기 어댑터(1)의 내부에 상기 동력원(2)의 대부분과 로드(21) 및 기어(22)로 이루어지는 동력전달수단이 모두 수납되게 된다.
그리고, 동력원(2)인 모터에는 감속기(4)가 개재되어 작은 힘을 증폭하면서 적절한 속도를 얻을 수 있으며, 또한, 상기 어댑터(1)는 하나의 부재와는 직접 연결되고, 다른 부재와는 상기 볼 조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이라서, 상대적운동의 지지수단으로도 기능하게 되며, 이때 다른 부재는 도시된 바와 같이 다리(51) 부재인 경우 골반(52)의 부재는 직접 또는 다른 어댑터{본 발명에는 일체화 된 어댑터에 의해 Y축상에서 축지지됨}를 통해 연결된다.
본 발명의 바람직한 구성으로는, 상기 기어(22)를 특히 베벨기어형의 피니언기어(22)로 하고, 상기 어댑터(1)에 설치되는 랙기어(11)는 인터널 기어로서 일부만 형성시켰는데, 베벨기어형의 피니언기어(22)는 그 특성상 동력전달 시에 회전축에 대하여 모멘트가 발생하므로 이를 지지할 수 있는 구조가 바람직하다. 본 발명의 경우 동력원(2)이 조립되는 파트는 볼 조인트(12)의 운동을 베벨기어와 랙기어(또는 어댑터)에 의해 규제할 수 있어 이러한 베벨기어형의 피니언기어(22)의 모멘트를 규제할 수 있다. 여기에 더하여 피니언기어(22) 및 랙기어(11)를 원기둥 및 볼형식으로 가공할 수 있어 외관상으로 안정감을 가질 수 있으며, 기능상으로도 외부 볼조인트 지지부인 어댑터(1)와 볼조인트(12)사이에 이물질이 끼이는 현상을 최소화하여 안전성에서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
피니언기어(22)는 예컨대 Z축에 정렬시켜 조립 회전시키면, 이는 피니언기어(22)를 관절의 롤축을 중심으로 회전시킨다.
본 발명의 다른 구성에서는 로봇의 관절 중 3자유도 관절에 관한 것으로, 이는 요축(Z축), 피치축(X축), 롤축(Y축)의 3축이 오프셋 없이 직교하도록 하면서, 상기 3축(X, Y, Z) 중 하나 이상의 축에 대한 동력전달 및 지지기구가, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 일단에 설치되고, 타단에는 볼 조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고, 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼 조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이라서, 상술한 어댑터(1)가 서로 직교하여 배치되고{이때, 어댑터는 하나로 일체화되도록 구성함이 바람직함}, 각 축(X,Y, Z)들에 대한 상대적 운동을 각각 전담하도록 하여 배치함에 따라 여러 가지 복합적인 운동이 가능하며, 전체로서 컴펙트화가 이루어진다.
또한, 상기 3축(X, Y, Z) 중 나머지 축에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재{여기서는 다리(51)와 골반(52)임}간에 축지되어 연결되는 것인데, 이때의 구조는 종래의 산업용 로봇 등에 흔히 사용되는 방식으로, 여기서의 동력전달수단(3)은 도시된 바와 같이 동력원(2)인 모터의 축과 회동축(31)에 각각 풀리(32)를 설치하여 벨트(33)로 동력을 전달하는 방식이라던가, 또는 상기 축(X, Y, Z)들의 선단에 기어를 설치하여 동력을 전달하는 방식 등 어떠한 방식이어도 가능하며, 물론 이때 이들간에 감속기(4)를 게재시켜서 적절한 속도와 힘을 얻을 수 있음은 주지의 사실이다.
롤축에 대한 동력원(2)은 모터 회전축이 관절의 요축에 일치하여 조립되어 어댑터(1)의 볼조인트(12)의 중심에 위치한다. 피치축에 대한 동력원(2)은 요축 및 롤축에 직교하며 피치축에서 오프셋되어 위치한다. 요축에 대한 동력원(2)은 롤축 및 피치축에 직교하며 요축에 오프셋되어 위치한다. 롤축을 구성하는 피니언 기어(22)의 동력원(2)이 회전축의 내부에 직접 조립되므로 3축(X, Y, Z)이 직교하는 조인트에서 부족하기 쉬운 공간을 최대한 활용할 수 있게 한다.
본 발명의 구조에서는, 롤축에 대한 동력원(2)이 롤축에 직교하게 배치되어 피니언 기어(22)의 회전축을 중심으로 피니언 기어(22)를 회전시키고, 이는 롤축을 중심으로 피니언 기어(22) 및 랙기어(11)를 수납하는 어댑터(1)를 회전시킨다. 이때, 랙기어(11)에는 롤축과 오프셋 없이 직교하는 회전축을 가지고 있다.
어댑터(1)는 원기둥형상을 하고 있으나 볼형식으로도 가능하다. 이러한 원기둥 및 볼형식의 구조를 취하고 있을 때에 관절부에는 이물질이 끼일 수 있는 여지를 최소한으로 할 수 있어 안전성에서 유리하게 된다. 또한, 공간활용의 면에 있어서도 최대한으로 사용할 수 있게 된다. 이렇게 발생된 여유공간으로는 배선을 통과시킬 수 있어서 내부배선을 실현할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로서는, 상기 요축과 피치축에 대한 동력전달 및 지지기구는 상술한 어댑터(1)를 이용하는 동력전달 및 지지를 일체화하는 구조가 바람직하며, 상기 롤축에 대한 동력전달 및 지지기구는, 종래의 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것으로 하였는데, 이는 3자유도의 관절을 도시된 바와 같이 인간형 로봇의 대퇴부에 적용되도록 하는 구조로서, 예컨대, 이러한 관절을 양 대퇴부에 장착한 로봇이라면, 요축은 두 발의 가랑이를 벌리고 오므리는 기능을 담당하게 되고, 피치축은 두다리를 올리고 내리는 기능을 하여 무릎 관절(도시 생략)과 더불어 걸음을 걸을 수 있도록 하게 되며, 롤축은 다리를 회전시킴으로서 발끝 방향을 조절하여 목적하는 방향으로 향할 수 있도록 기능하게 된다.
로봇의 관절에는 구동간섭 및 외관상의 이유 및 배선이 동작범위를 제한하는 등의 문제점으로 인하여 배선을 관절의 내부에서 처리하는 것이 중요시되고 있다. 이에 본 발명에서는 볼조인트를 구성하는 피니언기어 및 랙기어, 롤축에 대한 동력원(2)이 취부되는 부재, 볼 조인트(12) 지지부재들에서 모두 내부적으로 모든 배선이 통과할 수 있는 구조를 실현하고 있다. 또한 롤축에 대한 동력원(2)을 요축방향으로 오프셋하여 조립시에는 볼 조인트(12)의 내부공간을 더 넓게 사용할 수 있다.
본 발명은 동력전달과 관절 전후부의 지지를 하나의 일체화된 부품으로 이룰 수 있도록 함으로서 관절을 이루는 부품을 최소화하면서도 정밀한 제어가 가능하도록 할 뿐만 아니라 관절부의 형상을 최소화하고 간극을 없애 이물질의 삽입이나 안전사고 등을 미연에 방지할 수 있으며, 게다가 롤과 피치축이 오프셋 없이 직교하도록 배치가 되어 제어를 손쉽게 할 수 있게 하였으며, 동력원으로의 전원 공급을 위한 배선이 손쉽게 내장되면서 단선 등의 염려를 불식시키며, 특히, 이러한 구조를 컴펙트하게 복수화 하는 구조를 제공함으로서 작은 공간으로 자유도 높은 관절을 이룰 수 있도록 하여 인간형 로봇을 손쉽게 설계할 수 있도록 한 것이다.
이러한 우수한 점은 추후 인간형 및 동물형 로봇의 설계시에 최적의 관절구조를 실현함에 있어서 좋은 방향을 제시하는 효과도 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서,
    상기 관절은 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 그 중심의 일측내부에 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 설치되고, 타단에는 볼조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고,
    상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기어(22)는 베벨기어형의 피니언기어이고, 상기 어댑터(1)에 설치되는 랙기어(11)는 인터널 기어로서 일부만 형성되는 것임을 특징으로 하는 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 관절.
  3. 두 부재간을 연결하여 두 부재간에 상대적인 피봇이나 터닝운동 또는 이들의 복합적인 운동을 하는 로봇의 관절 구조에 있어서,
    상기 관절은, 요축(Z), 피치축(X), 롤축(Y)의 3축이 오프셋 없이 직교하고,
    상기 3축(X, Y, Z) 중 하나 이상의 축에 대한 동력전달 및 지지기구가, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고, 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이고,
    상기 3축(X, Y, Z) 중 나머지 축에 대한 동력전달 및 지지기구는 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 하는 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 3차원 관절.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 요축(Z)과 피치축(X)에 대한 동력전달 및 지지기구는, 동력원(2)에 직결되는 로드(21)의 선단에 착설되는 기어(22)와, 상기 기어(22)를 수납하며 치합되는 랙기어(11)가 일단에 설치되고, 타단에는 볼조인트(12)가 형성되는 어댑터(1)로 되고, 상기 어댑터(1)에 하나의 부재가 연결되고, 다른 부재는 상기 볼조인트(12)에서 지축(121)으로 연결되는 것이고,
    상기 롤축(Y)에 대한 동력전달 및 지지기구는 동력원(2)에서 동력전달수단(3)으로 연결되어 회전하는 회동축(31)에 의해 두 부재간에 축지되어 연결되는 것을 특징으로 하는 동력전달과 지지를 일체화한 로봇용 3차원 관절.
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