KR20090090136A

KR20090090136A - 로봇용 파워모듈 구조체

Info

Publication number: KR20090090136A
Application number: KR1020080015432A
Authority: KR
Inventors: 박남규; 김진오
Original assignee: (주)로봇앤드디자인
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-25
Also published as: KR100925177B1

Abstract

본 발명은 로봇용 파워모듈 구조체에 관한 것으로서, 특히 암나사를 갖는 체결구멍을 다수의 측면으로 형성하고, 일 측면으로는 전원과 기기의 유닛 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터 및 하나 이상의 주변장치를 제어하는 제어기를 일체로 형성한 하우징 내에 인코더를 갖는 모터와 감속기를 직결시킴으로써, 기구 적인 조립 유연성을 확보하여 다른 부품 또는 모듈과 쉽게 분해, 조립이 가능토록 함과 동시에 연결 케이블의 간소화를 이루고, 케이블의 연결방향을 용이하게 변경할 수 있게 한 로봇용 파워모듈 구조체에 관한 것이다. 그 구성은 일 측면으로는 전원과 기기, 기기와 기기, 또는 기기 내부 단위(unit)들 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터 및 상기 커넥터에 연결되며 데이터 처리 시스템에서 하나 이상의 주변장치를 제어하는 기능 단위로 기억장치에 축적되어 있는 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치 간의 정보 조작을 제어하는 제어기가 일체로 결합 되고, 다수의 측면으로는 다른 부품 또는 모듈과의 조립을 용이하게 하기 위한 암나사가 형성된 복수의 체결구멍을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내부에는 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 모터를 지지하는 모터 브래킷과, 상기 모터 브래킷에 지지 고정되고 전기신호를 부호화 또는 별개의 신호형식으로 변환하는 인코더(encoder)를 일체로 형성한 모터와, 상기 모터의 축에 직결되어 모터의 회전을 감속제어하는 감속기와, 상기 모터 브래킷의 일 측으로는 원점좌표를 감지하는 원점 감지기가 일체로 형성된다.

로봇, 파워모듈, 체결, 제어

Description

로봇용 파워모듈 구조체{power module structure for robot}

본 발명은 로봇용 파워모듈 구조체에 관한 것으로서, 특히 암나사를 갖는 복수의 체결구멍을 다수의 측면으로 형성하고, 일 측면으로는 전원과 기기의 유닛 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터 및 하나 이상의 주변장치를 제어하는 제어기를 일체로 형성한 하우징 내에 인코더를 갖는 모터와 감속기를 직결시킴으로써, 기구 적인 조립 유연성을 확보하여 다른 부품 또는 모듈과 쉽게 분해, 조립이 가능토록 함과 동시에 연결 케이블의 간소화를 이루고, 케이블의 연결방향을 용이하게 변경할 수 있게 한 로봇용 파워모듈 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 컴퓨터의 통제에 의하여 일정한 공정 작업을 하는 산업용 로봇과, 교육을 위한 교육용 로봇 등이 있다.

그리고, 이와 같은 로봇에는 동력을 발생시키는 모터, 전기신호를 부호화 또는 별개의 신호형식으로 변환하는 인코더(encoder), 모터의 회전을 감속제어하는 감속기 및 전원과 기기, 기기와 기기, 또는 기기 내부 단위(unit)들 사이를 전기적으로 연결하는 구동전달부인 커넥터를 갖는 전용 모션 제어기 등의 부품이 사용되고 있으나, 상기 부품들은 특정한 용도와 목적에 맞춰 각각으로 설치될 수밖에 없 고, 또 산업용 로봇의 경우 산업용에 제품의 안정성 및 신뢰성과 작업속도 향상 등을 위해 특정모터 및 커넥터(구동전달부)를 채택하기 때문에 고액의 부품을 사용하여야 하며, 또한 기업비밀보호 때문에 모션 보드 타입의 특정 알고리즘이 구현되어 있어 내부의 소스코드에 대한 접근이 허용되지 않아, 로봇의 제어 알고리즘을 연구하는 대학교, 연구소 및 로봇을 교육하는 기관 등에서 알고리즘을 테스트하기 위한 연구개발용 로봇 또는 다른 교육용 로봇의 제작시에는 산업용 로봇 또는 기존 일반 교육용 로봇을 구입하여 분해 등을 통해 사용자가 원하는 사양으로 수정하거나, 재설계하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

즉, 소프트웨어(software) 개발자의 경우 자신의 소프트웨어 알고리즘을 적용해 보고 테스트할 로봇을 원하게 되나, 상용제품의 경우 정해진 특정목적에 맞도록 각 부품과 프로그램이 제작되어 있어 연구개발용 또는 교육용으로 수정 또는 재설계가 어려운 문제점이 있었다.

또, 상기 일반 교육용 로봇은 위치 반복 정밀도 및 로스트 모션(lost motion)에서 성능 미달이거나, 진동에 취약한 구조를 이루므로 로봇으로서 성능에 미달하게 되어 이 또한 사용자가 원하는 사양으로 수정이나 재설계가 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 실제로 연구소나 대학교 등에서 실험 및 연구용으로 제작되는 로봇은 정밀한 동작을 요구하는 경우가 대부분이나, 이러한 요구사항을 만족시키지 못하는 수준의 로봇을 구성함에 따라 실험시 실패의 확률이 높은 문제점이 있었다.

이에 따라, 연구용 및 실험용 로봇 개발자는 항상 로봇의 하드웨어개발의 부 담을 가지게 됨은 물론, 전공분야인 로봇제어 알고리즘 개발 및 테스트 이외에 하드웨어 구현을 위하여 노력을 낭비하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 로봇용 관절 등에 사용되는 파워 부품은 제어기 및 감속기 등이 각각 별도로 설치되기 때문에 각 부품을 수용지지하는 하우징 또한 각각 별도로 설치됨에 따라 무게가 더 무거워져 모바일 로봇에는 장착이 쉽지 않은 문제점이 있고, 또 고장이나 파손시에 각 부품별로 복잡하게 배선된 케이블로 인해 케이블의 위치 변경이나 교체가 어려우며, 또한 다른 부품을 추가 장착할 수 있는 체결구멍이나 체결구조를 이루고 있지 않기 때문에 수리나 교환 및 수정이 어려워 시험이나 실수에 의한 시행착오의 경험을 할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 쉽게 분해 및 조립 가능한 모듈 구조체로 형성하여 사용자가 간단하고 편리하게 고장이나 파손에 의한 수리 및 교체를 이루도록 함과 동시에, 사용자의 목적에 따라 알고리즘을 제어하는 프로그램의 수정 및 변경 가능하도록 셋팅된 제어기와 소스코드를 제공함으로써, 알고리즘의 유효성 여부를 용이하게 확인할 수 있도록 함과 동시에 경량을 이루도록 하여 모바일 로봇에도 용이하게 장착할 수 있는 로봇용 파워모듈 구조체를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일 측면으로는 전원과 기기, 기기와 기기, 또는 기기 내부 단위(unit)들 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터 및 상기 커넥터에 연결되며 데이터 처리 시스템에서 하나 이상의 주변장치를 제어하는 기능 단위로 기억장치에 축적되어 있는 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치 간의 정보 조작을 제어하는 제어기가 일체로 결합 되고, 타 측면으로는 다른 부품 또는 모듈과의 조립을 용이하게 하기 위한 암나사가 형성된 복수의 체결구멍을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내부에는 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 모터를 지지하는 모터 브래킷과, 상기 모터 브래킷에 지지 고정되고 전기신호를 부호화 또는 별개의 신호형식으로 변환하는 인코더(encoder)를 일체로 형성한 모터와, 상기 모터의 축에 직결되어 모터의 회전을 감속제어하는 감속기와, 상기 모터 브래킷의 일 측으로는 모터의 원점좌표를 감지하는 원점 감지기가 일체로 형성된다.

선택적으로, 상기 체결구멍은 상기 하우징의 하나 이상의 면에 복수로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 로봇용 파워모듈 구조체는 회전모듈 구조체 또는 직선모듈 구조체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로봇용 파워모듈 구조체는 사용자가 개발한 소프트웨어 알고리즘을 적용하여 구동 테스트를 이룰 수 있도록 PC와 연결하여 PC의 소프트웨어 함수를 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 로봇용 모듈 구조체에 의하면, 모터, 인코더, 감 속기, 제어기, 커넥터를 일체화하여 무게와 부피가 50% 정도 감소 되어 모바일 로봇에 용이하게 장착할 수 있는 효과가 있다.

또, 하우징의 외면으로 체결구멍을 형성하여 감속기 및 제어기를 추가 장착할 수 있으므로 산업용 로봇 수주의 정밀도를 가지면서 연구소나 대학 및 일선 교육현장에서 원하는 사양을 최소의 모듈 구조체로서 다양하게 조합할 수 있는 효과가 있다.

또한, 모듈 구조체의 제품성 확보로 사용자는 모듈 구조체를 목적에 맞도록 회전모듈 구조체 또는 직선모듈 구조체를 조합하여 제공된 소스코드를 이용하여 알고리즘을 제어하는 프로그램을 짜는 것만으로 알고리즘의 유효성 여부를 쉽게 확인할 수 있는 효과가 있다.

사용자의 요구사항에 유연하게 대응하면서 연구소 및 대학에서의 실험용 및 산업현장에서의 AS에 유연하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

외부 입력 전원을 DC 24V 입력 방식으로 배터리 베이스 이동용 로봇에 적합하며 누전에 의한 감전으로부터 안전하다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모듈 구조체의 분리 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 조립 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 하우징(110)과, 제어기(120)와, 모터(130)와, 감속기(160)로 대별되어 이루어진다.

상기 하우징(110)은 가볍고 견고한 소재로 구성되고, 상단부로는 보호 및 차폐를 위한 덮개(110a)가 형성되고, 외부 각 측면으로는 다른 부품, 예컨대 감속기, 제어기 등을 추가로 연결가능하도록 암나사를 만드는 탭(tap)에 의해 암나사(111a)가 형성된 복수의 체결구멍(111)이 형성된다.

상기 체결구멍(111)은 상기 하우징(110)의 하나 이상의 면에 복수로 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 체결구멍(111)이 형성된 상기 하우징(110)의 각 측면을 통하여 별도의 감속기 및 제어기를 추가 장착할 수 있으므로 산업용 로봇 수주의 정밀도를 가지면서 연구소나 대학 및 일선 교육 현장에서 원하는 사양을 최소의 모듈 구조체로서 다양하게 조합할 수 있다.

여기서, 상기 하우징(110)은 본 실시 예에서는 상부와 하부 2개의 몸체로 이루어져 있으나, 필요에 따라 하나의 몸체로 형성할 수도 있다.

상기 제어기(120)는, 상기 하우징(110)의 일 측면으로 분리 및 결합이 용이하도록 체결되고, 사용자에 의한 명령 및 설정 값을 입력시키기 위한 키 패드(미도시)에 의해 입력되는 위치 정보와 상기 모터(130)와 일체로 결합 된 인코더(131) 신호에 따라 모터 구동 신호를 발생시키는 디지털 서보 구동부(미도시) 및 상기 키패드를 통해 사용자에 의해 설정된 설정 값과, 내장된 오퍼레이팅 시스템, 및 상기 서보 구동부로부터의 현재 위치 정보에 따라, 상기 서보 구동부에 위치 명령을 출 력하고, 그 처리 결과를 사용자 출력부(미도시)에 전송하는 주 제어부(미도시)로 대별된다.

그리고, 상기 키 패드의 주요 키는, 로봇 프로그램을 실행시키기 위한 RUN 키, 로봇의 동작 속도를 올리기 위한 SPEED UP 키, 로봇의 동작 속도를 내리기 위한 SPEED DOWN 키, 및 복합 키의 기능을 위한 SHIFT 키 등으로 이루어진다.

상기 디지털 서보 구동부는 상기 모터(130)의 인코더(131)의 신호를 계수하는 계수부(미도시) 및 출력되는 모터 구동 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 디지털/아날로그 변환기(미도시)를 포함한다.

또, 상기 주 제어부는, 키 패드로부터의 입력 신호 및 표시부(미도시)로의 출력 신호를 인터페이싱하는 직렬 통신부(미도시)와, 로봇 동작 프로그램 및 관련 파라메터의 값들을 저장하는 비휘발성 램(미도시)과, 오퍼레이팅 시스템이 저장된 롬(미도시) 및 상기 오퍼레이팅 시스템을 실행하는 CPU(미도시)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 제어기(120)는 데이터 처리 시스템에서 하나 이상의 주변장치를 제어하는 기능 단위로 기억장치에 축적되어 있는 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치 간의 정보 조작을 제어하도록 내부 일 측으로는 집적 회로, 저항기 또는 스위치 등의 전기적 부품들이 납땜 되어 있는 얇은 인쇄 배선 회로용의 기판(基版)인 PCB(printed circuit board)가 내장되어 있고, 상기 PCB에는 전원과 기기, 기기와 기기, 또는 기기 내부 단위(unit)들 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터(121)가 형성된다.

상기 커넥터(121)는 아날로그 전송 방식의 수 커넥터(미도시)의 핀을 수용하여 전기적 접속을 이루는 다수의 홀이 형성된 암 커넥터로 이루어진다.

또, 상기 제어기(120)는 상기 커넥터(121)에 의해 외부 입력 전원을 DC 24V 입력 방식을 채용할 수 있으므로, 배터리 베이스 이동용 로봇에 적합하며 누전에 의한 감전으로부터 안전하다.

특히, 상기 로봇용 파워모듈 구조체(100)의 제어기(120)에는 사용자가 개발한 소프트웨어 알고리즘을 적용하여 구동 테스트를 이룰 수 있도록 케이블에 의해 PC와 연결된다.

이에 따라, 상기 개인 컴퓨터(personal computer)의 소프트웨어(software) 함수를 사용할 수 있도록 형성된다.

따라서, 소프트웨어 개발자의 경우 자신의 소프트웨어 알고리즘을 적용해보고 테스트할 수 있는 로봇을 용이하게 수정 또는 재설계할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 소스코드를 갖는 제어기(120)는 개인 컴퓨터의 소프트웨어 함수를 사용할 수 있으므로, 사용자가 알고리즘을 제어하는 프로그램을 짜는 것만으로 알고리즘의 유효성 여부를 쉽게 확인할 수 있으므로, 사용자의 요구사항에 유연하게 대응하면서 연구소 및 대학에서의 실험용 및 산업현장에서의 AS에 유연하게 대응할 수 있다.

상기 모터(130)는, 일 측에 상기 하우징(110)의 내부에 형성되는 상기 모터 브래킷(140)에 고정지지 되고 전기신호를 부호화 또는 별개의 신호형식으로 변환하는 인코더(131)가 일체로 형성된다.

여기서, 상기 모터(130)는 고분해능의 피드백 기구인 폐회로(Closed Loop)의 제어를 위하여 인코더(131)와 결합 된 고정밀모터를 채용하는 것이 바람직하다.

상기 감속기(160)는 상기 모터(130)의 축과 직결 형성되어 상기 모터(130)의 회전을 제어하여 감속한다. 그리고, 상기 감속기(160)는 위치 반복 정밀도 및 부품 간의 헐거움으로 인한 역회전(backlash)을 제거하거나 최소화하기 위하여 하모닉드라이브를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 모터 브래킷(140)의 일 측으로는 원점좌표를 감지하도록 원점 감지기(origin sensor)(150)가 일체로 형성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 로봇용 파워모듈 구조체(100)는 무한 회전이나, 일정 범위의 각도로 회전이 제어되는 회전모듈 구조체 또는 가로방향과 세로방향으로 직진 왕복 운동하며 직진 동작이 제어되는 직선모듈 구조체로 형성된다.

또, 내측으로는 인코더를 결합한 모터와, 감속기 등을 수용하고, 외 측으로는 커넥터가 연결된 제어기를 결합 형성한 하우징에 의해 하나의 모듈 구조체를 이룸에 따라 각 부품이 각각 또는 부분 모듈로 설치되는 종래의 부품보다 무게와 부피가 50% 정도 감소 되므로, 모바일 로봇에 용이하게 장착할 수 있다.

이하, 본 발명의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 로봇용 파워 모듈 구조체(100)를 연결링크(300) 또는 직선동작을 위한 직선모듈(400)을 사용하여 사용자의 필요에 따라 회전동작 또는 직선동작이 필요한 위치에 각각으로 설치한다.

이때, 상기 파워 모듈 구조체(100)는 하우징(110)의 일 측에 형성된 제어기(120)의 커넥터(121)에 케이블(200)을 이용하여 상호 연결하고, 기본 1축을 형성하는 하나의 파워모듈 구조체(100)의 커넥터(121)에는 DC 24V의 외부 입력 전원이 공급되며, 또 상기 제어기(120)에는 사용자가 개발한 소프트웨어 알고리즘을 적용하여 구동 테스트를 이룰 수 있도록 케이블(200)에 의해 PC(personal computer)와 연결한다.

다음, 상기 각 모듈 구조체(100)의 하우징(110) 내에 형성된 모터(130)를 구동시키게 되면 상기 모터(130)는 동력을 발생시켜 사용자가 적용한 프로그램에 따라 동작하게 된다.

이때, 상기 감속기(160)는 프로그램에 따라 상기 모터(130)의 회전을 제어하고, 상기 원점 감지기(150)는 상기 모터(130)의 원점좌표를 감지하면서 위치 반복 정밀도 및 부품 간의 헐거움으로 인한 역회전(backlash)을 제거하거나 최소화하여 로봇의 동작 정밀도를 이루게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모듈 구조체의 분리 상태를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 조립 상태를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 A-A선 단면을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 로봇용 파워모듈 구조체 110 : 하우징

111 : 체결구멍 111a : 암나사

120 : 제어기 121, 122 : 커넥터

130 : 모터 131 : 인코더

140 : 모터 브래킷 150 : 원점 감지기

160 : 감속기 200 : 케이블

300 : 연결링크 400 : 직선모듈

Claims

일 측면으로는 전원과 기기, 기기와 기기, 또는 기기 내부 단위들 사이를 전기적으로 연결하는 커넥터 및 상기 커넥터에 연결되며 데이터 처리 시스템에서 하나 이상의 주변장치를 제어하는 기능 단위로 기억장치에 축적되어 있는 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치 간의 정보 조작을 제어하는 제어기가 일체로 결합 되고, 타 측면으로는 다른 부품 또는 모듈과의 조립을 용이하게 하기 위한 암나사가 형성된 복수의 체결구멍을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내부에는 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 모터를 지지하는 모터 브래킷과, 상기 모터 브래킷에 지지 고정되고 전기신호를 부호화 또는 별개의 신호형식으로 변환하는 인코더를 일체로 형성한 모터와, 상기 모터의 축에 직결되어 모터의 회전을 감속제어하는 감속기와, 상기 모터 브래킷의 일 측으로는 모터의 원점좌표를 감지하는 원점 감지기가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 파워모듈 구조체.
제1항에 있어서, 상기 체결구멍은 하우징의 하나 이상의 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 파워모듈 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로봇용 파워모듈 구조체는 회전모듈 구조 체 또는 직선모듈 구조체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 로봇용 파워모듈 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로봇용 파워모듈 구조체는 사용자가 개발한 소프트웨어 알고리즘을 적용하여 구동 테스트를 이룰 수 있도록 PC와 연결하여 PC의 소프트웨어 함수를 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 로봇용 파워모듈 구조체.