KR20050113975A - 높은 결합강성을 갖는 로봇 관절 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 머니퓰레이터를 구성하는 로봇 관절에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관절 모듈을 연결하는 구조 및 관절 모듈간의 동력 전달구조를 개선하여 강성을 증대시킨 로봇 관절 모듈에 관한 것이다.

본 발명은 로봇의 관절을 구성하는 관절 모듈에 있어서, 모터가 내장되며 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 모터박스; 상기 모터박스와 결합되며, 상기 모터에 의해 구동되는 다수의 전달기어가 내장되어 있고, 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 기어박스; 상기 기어박스와 모터박스에 연결,지지되며, 상기 전달기어에 의해 회전되는 회전축기어를 장착한 회전축; 및 상기 기어박스와 모터박스의 삽입홈에 삽입,결합되는 링크;로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

로봇 관절 모듈{Joint module of robot}

본 발명은 로봇의 머니퓰레이터를 구성하는 로봇 관절에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관절 모듈을 연결하는 구조 및 관절 모듈간의 동력 전달구조를 개선함에 따라 관절 모듈간의 결합강성을 증대시킨 로봇 관절 모듈에 관한 것이다.

로봇의 아암은 인체의 관절과 유사한 기능이 필요하며 서로 맞물려 회전할 수 있는 다수의 관절 모듈로 구성되어 있다.

최근에는 다수의 관절을 갖는 가정용 로봇과 완구가 소개되고, 그 종류도 다양하게 소개되고 있다. 로봇이나 완구에서 가장 중요한 점은 동작을 사용자에게 보여준다는 점이다. 그러기 위하여 어떠한 동작을 만들기 위해서는 관절과 관절 사이의 연결부위인 조인트에 회전을 발생시키고, 그 회전들의 조합을 이용하게 된다.

즉, 조인트는 그 특성에 맞는 구조를 유지하여야 하고, 각 관절사이의 조인 트 위치에 정확히 위치하여야 하며, 주어진 회전영역을 만족시켜야 하고, 관절들을 신뢰성이 있게 연결시켜 주어야 한다.

그러나, 조립,해체가 어려운 종래 기술에 따른 고정체결 방식의 로봇 관절 모듈의 구조는 조인트 부위에 일체로 구성되는 구성부위에 연결되는 다른 관절이 연결되도록 되어 있어서 여러 형태의 관절특성에 따라 조인트구조를 변경하는 것이 용이하지 못한 문제점이 있었다.

또, 종래 기술에 따른 로봇의 관절 구조는 관절간의 결합강성을 기대하기 어려울 뿐만 아니라, 조립구성이 복잡하여 관절 단위 모듈의 조립,해체가 어려운 단점이 있다.

로봇의 머니퓰레이터(manipulator)는 외형 및 동작이 실물과 구별할 수 없을 정도의 유사성과 유연함을 갖춰야 하므로 필요에 따라 여러 형태의 로봇 관절에 용이하게 적용할 수 있도록 변경해야 하는바, 종래 기술에 따른 고정체결 방식의 로봇 관절 모듈로서는 조립,해체에 어려운 문제가 있어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하고자 창안한 것으로서, 상호 결합되는 관절 모듈간의 결합강성을 증대시키고, 필요에 따라 관절 단위 모듈의 조립,해체가 용이한 로봇 관절 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 로봇의 관절을 구성하는 관절 모듈에 있어서, 모터가 내장되며 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 모터박스; 상기 모터박스와 결합되며, 상기 모터에 의해 구동되는 다수의 전달기어가 내장되어 있고, 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 기어박스; 상기 기어박스와 모터박스에 연결,지지되며, 상기 전달기어에 의해 회전되는 회전축기어를 장착한 회전축; 및 상기 기어박스와 모터박스의 삽입홈에 삽입,결합되는 링크;로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈을 제공 한다.

상기 링크 내부에는 기어박스와 모터박스와의 접촉력을 증가시키기 위한 나사홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 기어박스와 모터박스의 일측하부에 형성된 삽입홈은 상기 링크가 억지끼워 맞춤될 수 있도록 테이퍼진 것을 특징으로 한다.

상기 기어박스 내부에는 상기 회전축의 회전반경을 제어할 수 있는 회전제어홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 추구하는 기술적 사상은 로봇의 관절을 구성하는 관절 모듈 구조 및 관절 모듈간의 동력 전달구조를 개선함에 따라, 로봇 관절의 강성이 증대되고 조립구조가 단순화된 로봇 관절 모듈에 있다.

이를 위해, 본 발명은 크게 링크를 삽입,장착할 수 있는 삽입홈이 형성된 기어박스 및 모터박스, 상기 기어박스와 모터박스에 연결,지지되어 동력을 전달시키 위한 회전축으로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 구조를 보다 상세히 설명 하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈을 연결한 일예를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 로봇 관절 모듈의 기어박스 내부를 도시한 절개 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 링크 부재가 기어박스 및 모터박스의 삽입홈에 장착된 단면도, 도 5는 본 발명의 링크 부재 회전각을 설명하기 위한 측면도이고, 도 6은 본 발명의 로봇 관절 모듈의 회전축과 링크와의 또다른 결합관계를 설명하기 위한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 로봇 관절 모듈을 고정조립하여 양단을 회전운동부로 구성할 때의 일실시예를 도시한 평면도, 및 도 8은 사이드 회전형 동력전달 구조를 구현하기 위해 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 일변형예를 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 로봇 관절 모듈을 구성하는 주요 구성 부재는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 로봇 관절 모듈은 모터박스(1)와 기어박스(2)가 결합되어 있는 구조이고, 동력을 전달하는 회전축(3)이 베어링(11, 15)을 이용하여 상기 모터박스(1) 및 기어박스(2)에 연결,지지되어 있는 구성이다.

참고로, 본 발명의 관절 모듈을 이용한 조립체는 도 1 좌측 관절 모듈과 같이 관절의 설계형상에 따라 얼마든지 관절 구조의 각도를 변형하여 고정할 수 있는 구조이며, 고정수단은 하기와 같다.

도 2를 참조하면, 링크(14)에는 다수의 관통홀(14c)이 형성되어 있어서, 상기 링크(14)에 형성된 관통홀(14c)과 회전축(3)에 형성된 관통홀(3c)을 관통하는 체결볼트(14d)를 이용하여 고정체결할 수 있는 구조이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 모터박스(1) 내에는 구동모터(4)가 내장되며, 도시하지는 않았지만 모터박스(1) 일측 하부에 형성된 전원공급틈(5)을 통하여 상기 구동모터(4)에 전원이 공급되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 모터박스(1) 일측에는 모터박스커버(6)가 다수의 체결볼트(7)를 이용하여 상기 모터박스(1)에 결합된다. 상기 체결볼트(7)는 하기에 언급하는 기어박스 내측커버(8) 및 기어박스(2)를 관통하여 너트(20)로 체결되는 구조로 되어 있다. 단, 링크(14)가 설치되는 상기 모터박스커버(6) 일측 상부에 위치하는 체결볼트(7a)의 경우에는 상기 모터박스(1) 일측을 관통하여 너트(미도시)로 고정된다.

상기와 같은 기어박스(2)와 모터박스(1)의 체결구조가 구성되기 위해 모터박스커버(6), 모터박스(1), 기어박스 내측커버(8), 기어박스(2)에는 동일축을 형성하는 다수의 체결볼트 관통홀(2a, 8a, 6a)이 형성되어 있는 구조 이다.

상기 기어박스(2)에는 상기 구동모터(4)의 구동기어(4a)로 부터 동력을 전달받는 다수의 전달기어(9a, 9b)가 내장되어 있고, 상기 전달기어(9a, 9b)로 부터 동력을 전달받아 타측 관절로 회전력을 전달하는 회전축기어(10)가 상기 회전축(3)에 고정결합되어 베어링(11)을 이용하여 상기 기어박스(2)에 연결,지지되는 구조이다.

상기 전달기어(9a, 9b)의 축은 도 2에 나타낸 바와 같이, 기어박스(2) 내의 축지지홈(22a)과 기어박스 내측커버(8)의 축지지홈(22b)에 삽입되어 지지되는 구조이다.

기어박스(2)가 상기와 같이 조립이 용이한 구조로 되어 있어서 의도하는 감속비를 얻고자 할때, 용이하게 해체하여 전달기어(9a,9b)를 변경할 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 전달기어(9a, 9b)의 구조는 관절의 동력 전달 목적에 따라 얼마든지 감속비를 조절할 수 있도록 구성할 수 있음은 당업자에게 있어서는 자명할 것이다.

상기 회전축기어(10) 일측면에는 상기 기어박스(2)내에 형성된 회전제어홈(12, 도 3 참조)을 따라 회전할 수 있는 돌출부(13)가 형성되어 있고, 상기 회전제어홈(12)은 반원가공되어 있어서, 도 5에 도시된 바와 같은 큰 회전각을 갖는 링크(14)의 회전이 가능한 구조로 되어 있다.

또한, 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 구동모터(4)가 내장되는 모터박스(1)의 외형이 반원가공(30)되어 있어서, 모서리로 가공된 관절모듈의 경우 보다 링크(14)의 회전범위를 크게 할 수 있는 구조로 되어 있다.

이하, 상기 모터박스(1) 및 기어박스(2)의 일측하부에 형성된 삽입홈(1b, 2b)에 삽입체결되는 링크에 관해 언급하고자 한다.

상기 링크(14)의 일측은 상기 회전축(3)에 결합되어 동력을 전달받고, 상기 링크(14)의 타측은 상기 모터박스(1) 및 기어박스(2)의 일측하부에 형성된 삽입홈(1b, 2b)에 삽입됨으로써 고정체결되어 있는 구조이다.

링크(14)가 삽입체결되는 상기 삽입홈(1b, 2b)은 테이퍼진 구조로 가공되어 있기 때문에 링크(14)와의 접촉력을 높일수 있는 구조이다. 또, 링크(14)가 삽입되는 부분에 턱(1c, 2c)을 형성하여 링크(14)와의 접촉 결합력을 부가할 수 있는 구조로 되어 있다(도 2 및 도 3 참조).

상기 링크(14)에는 다수의 관통홀(14c)이 형성되어 있어서, 상기 회전축(3)과의 결합력을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 결합의 방향성을 유지할 수 있는 구조로 되어 있다. 부연하면, 회전축(3)이 상기 링크(14)에 형성된 회전축 관통라인(14a)을 관통하게 되면, 상기 링크(14)에 형성된 관통홀(14c)과 상기 회전축(3)에 형성된 관통홀(3c)을 관통하는 체결볼트(14d)를 이용하여 결합강성을 높일수 있고, 결합의 방향성을 유지할 수 있는 것이다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 링크(14) 내부에는 나사홀이 형성되어 있어서 모터박스(1) 및 기어박스(2)에 삽입장착된 후, 접촉유지나사(21)를 이용하여 모터박스(1) 및 기어박스(2)와 상기 링크(14)와의 접촉부의 밀착력을 높일수 있는 구조로 되어 있다.

뿐만 아니라, 상기 회전축 관통라인(14a)의 축중심부 외측에도 다수의 관통홀(14b)이 형성되어 있어서, 체결볼트를 이용하여 결합강성을 부가할 수 있는 구조이다(도 2 참조).

참고로, 상기와 같은 링크(14)의 구조에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 링크(14)의 회전축 관통라인(14a)을 관통하는 회전축(3)의 형상을 도 6의 왼편 도면과 같이 기계가공하여 조립할 수 있을 뿐만 아니라, 도 6의 오른편 도면의 회전축(3)과 같은 금형사출품으로 조립하여 회전력 전달을 손실없이 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 7은 상기에 언급한 본 발명의 따른 로봇 관절 모듈을 연결고정링크(18)를 이용하여 고정결합시키고 양쪽을 운동전달부로 조립할 때의 일예를 보여준다.

또한, 도 8은 본 발명에 따른 관절 모듈의 형상을 변형시킨 일예로서, 출력축(29)을 변형조립함에 따라 다양한 기구적 연결조합이 가능한 일예를 보여준다. 동력전달 구조를 사이드 회전형으로 구성하여 출력축(29)을 기어박스(2) 일측에 구현한 다양성을 볼 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 특징을 부가하면 다음과 같다.

본 발명의 관절 모듈 구조에 있어서는 다양한 링크를 이용할 수 있어, 각 모듈간의 다양한 조립이 가능하고, 링크의 양단 체결부위의 접촉력을 증가시키기 위해 기어박스 및 모터박스에 테이퍼진 삽입홈을 형성시킴에 따라 관절 모듈간의 강성이 극대화 되는 구조이고 조립착탈이 용이한 구조이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 로봇의 각 관절 모듈간의 동력 전달을 수행하는 링크의 결합구조를 개선시켜 결합강성을 증대시키고, 다양한 결합구조로 변경이 가능한 이득을 얻을수 있다.

또한, 상기 링크가 결합되며, 상기 로봇 관절 모듈을 구성하는 기어박스 및 모터박스에는 상호 접촉력을 높일수 있으며 조립,해체가 용이한 삽입홈이 구성됨에 따라 필요에 따라 조립,해체가 가능하여 다양한 구조의 로봇 관절 모듈을 구성할 수 있는 효과가 기대 된다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈을 연결한 일예를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 분해 사시도.

도 3은 본 발명의 로봇 관절 모듈의 기어박스 내부를 도시한 절개 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 링크 부재가 기어박스 및 모터박스의 삽입홈에 장착된 단면도.

도 5는 본 발명의 링크 부재 회전각을 설명하기 위한 측면도.

도 6은 본 발명의 로봇 관절 모듈의 회전축과 링크와의 또다른 결합관계를 설명하기 위한 단면도.

도 7은 본 발명의 로봇 관절 모듈을 고정조립하여 양단을 회전운동부로 구성할 때의 일실시예를 도시한 평면도.

도 8은 사이드 회전형 동력전달 구조를 구현하기 위해 본 발명에 따른 로봇 관절 모듈의 일변형예를 도시한 사시도.

[도면의 주요 부분에 대한 설명]

1: 모터박스 2: 기어박스

3: 회전축 4: 구동모터

4a: 구동기어 9a, 9b: 전달기어

10: 회전축기어 12: 회전제어홈

5, 11: 베어링 14: 링크

Claims (4)

1. 로봇의 관절을 구성하는 관절 모듈에 있어서,

   모터가 내장되며 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 모터박스;

   상기 모터박스와 결합되며, 상기 모터에 의해 구동되는 다수의 전달기어가 내장되어 있고, 일측하부에 삽입홈이 형성되어 있는 기어박스;

   상기 기어박스와 모터박스에 연결,지지되며, 상기 전달기어에 의해 회전되는 회전축기어를 장착한 회전축; 및

   상기 기어박스와 모터박스의 삽입홈에 삽입,결합되는 링크;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 링크 내부에는 기어박스와 모터박스와의 접촉력을 증가시키기 위한 나사홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기어박스와 모터박스의 일측하부에 형성된 삽입홈은 상기 링크가 억지끼워 맞춤될 수 있도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기어박스 내부에는 상기 회전축의 회전반경을 제어할 수 있는 회전제어홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈.