KR20120043887A

KR20120043887A - 유니버셜 로봇 관절모듈

Info

Publication number: KR20120043887A
Application number: KR1020100105160A
Authority: KR
Inventors: 김동호
Original assignee: 김동호
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-05-07
Also published as: KR101264483B1

Abstract

본 발명은 모터와 감속기가 내설되고, 양단에 체결링이 나사결합되는 출력단과 고정단이 구비되는 감속드라이버; 상기 감속드라이버의 출력단과 고정단이 수용되어 체결링에 의해 조립되는 체결홀이 양단에 형성되는 로봇암;이 구비되고, 상기 감속드라이버와 로봇암은 반복배치되고, 로봇암이 감속드라이버를 축으로 선회하며 모션운동을 구현하도록 형성되는 것을 특징 특징으로 한다.
이에 따라, 감속드라이버와 로봇암이 체결링에 의해 간단하게 분해조립됨에 따라 모션영역의 확장 및 변경이 간편 용이하고, 구조의 단순화와 더불어 저가형으로 상용화된 감속기로 감속드라이버를 형성하므로 제조원가가 대폭 절감되어 누구나 부담없이 모션영상촬영을 포함하는 로봇활용작업을 수행가능한 효과가 있다.

Description

유니버셜 로봇 관절모듈{Joint module of universal robot}

본 발명은 유니버셜 로봇 관절모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관절모듈의 조립구조를 간단하게 변경하여 모션영역을 다양한 형태로 확장 및 변경하기 위한 유니버셜 로봇 관절모듈에 관한 것이다.

통상적으로 로봇은 인간을 흉내 내어 인간이 할 수 있는 일을 대신 수행하는 것으로, 일반적으로 제품 생산을 목적으로 그 용도 및 기능이 특화된 산업용 로봇이 대다수를 차지하며, 그 외 인간이 활동하기 어려운 특수한 환경에서의 작업을 대신하거나 일반적인 가사활동을 보조하기 위한 용도 등 다양한 형태로 개발되고 있다.

이러한 로봇은 인간과 유사한 행동을 하기 위해서 사람의 관절과 같은 다양한 관절을 가지며, 관절운동에 의해 인간의 동작처럼, 때로는 인간이 불가능한 동작까지도 정밀하게 수행하므로 다양한 산업분야에 널리 활용되고 있다.

종래에 개시된 로봇을 살펴보면, 특허등록번호 제10-0695471호에서 지지체에 일측이 지지되며 관절로 회전가능하게 연결된 다수개의 로봇암과, 상기 로봇암 중 종단부의 가이드암에 결합된 수술도구 지지대로 구성되어 수술도구를 시술 부위에 위치시키도록 하고 있다.

또, 특허등록번호 제10-0749878호에서 로봇암이 어깨관절부와, 팔꿈치관절부, 손목관절부에서 각각 3, 1, 3 자유도를 가지도록 설계되어 인체의 팔 움직임과 유사한 모션으로 작동하고, 인간의 팔로 가능한 모든 동작을 가능하게 하도록 하고 있다.

또한, 특허공개번호 제10-2009-0086656호에서는, 다수의 관절로 연결된 로봇암의 유동되는 변위의 폭을 감소시킴으로써, 상대적으로 의사가 넓은 시술공간과 안전을 확보함과 동시에 다른 수술장치에 간섭되지 않도록 하고 있다.

그러나, 상기 선행기술은 로봇의 변위 및 자유도를 제어하여 인간대용으로 활용효율을 높이기 위한 것이나, 사용자에 의해 모션영역의 확장 및 변경이 사실상 어렵다. 즉 로봇을 구성하는 로봇암 및 구동부와 감속부로 구성되는 관절부, 관절부의 선회동작 범위를 제어하는 제어회로 및 안전장치 등의 다양한 제어부가 함께 조합되어 구조가 복잡하고, 고가이면서 비전문가에 의한 분해조립이 불가능한 문제점이 따랐다.

한편, 근자에는 Full-HD동영상 촬영이 가능한 디지털 카메라의 보급으로 일반들까지 소규모 영상물제작에 관심도가 높아지고, 이에 모션촬영을 포함하는 특수촬영을 위한 컨트롤로봇의 수요가 급증함에 따라 저렴하면서 일반 수요자들이 간편 용이하게 조작할 수 있는 컨트롤로봇의 개발이 시급한 실정이다.

이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 모션영역의 확장 및 변경이 간편 용이하고, 구조의 단순화와 더불어 제조원가를 대폭 절감하여 누구나 부담없이 모션영상촬영을 포함하는 로봇활용작업을 수행하기 위한 유니버셜 로봇 관절모듈에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 체결링(23)이 나사결합되는 출력단(16)과 고정단(17)이 양단에 구비되고, 모터(11) 및 감속기(14), 제어부가 내설되는 감속드라이버(10); 상기 감속드라이버(10)의 출력단(16)과 고정단(17)이 수용되어 체결링(23)에 의해 조립되는 체결홀(21)이 양단에 형성되는 로봇암(20);이 구비되고, 상기 감속드라이버(10)와 로봇암(20)은 반복배치되고, 로봇암(20)이 감속드라이버(10)를 축으로 선회하며 모션운동을 구현하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 체결홀(21)은 각홀로 형성되고, 체결홀(21)상에 수용되는 출력단(16) 및 고정단(17) 일측에 각봉체결부(18)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터(11)의 구동축(12) 또는 구동축(12)의 동력을 전달하는 주축(12a)은 출력단(16) 또는 고정단(17) 일측으로 노출되고, 단부에 드라이버, 복스를 포함하는 공구(T)가 체결되도록 수동조작부(13)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력단(16)과 고정단(17)이 대응하는 위치에 설치되어 출력단(16)의 선회각을 검출제어하는 근접센서(30)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 감속드라이버와 로봇암이 체결링에 의해 간단하게 분해조립됨에 따라 모션영역의 확장 및 변경이 간편 용이하고, 구조의 단순화와 더불어 저가형으로 상용화된 감속기로 감속드라이버를 형성하므로 제조원가가 대폭 절감되어 누구나 부담없이 모션영상촬영을 포함하는 로봇활용작업을 수행가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유니버셜 로봇 관절모듈을 전체적으로 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 유니버셜 로봇 관절모듈에 적용되는 감속드라이버를 분해하여 나타내는 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 유니버셜 로봇 관절모듈에 적용되는 감속드라이버의 내부성을 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유니버셜 로봇 관절모듈을 모션로봇에 적용한 상태를 나타내는 사용상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 유니버셜 로봇 관절모듈에 관련되며, 이때 유니버셜 로봇 관절모듈은 로봇 모션영역의 확장과 변경을 용이하게 하기 위해 감속드라이버(10), 로봇암(20)을 포함하는 주요구성으로 이루어진다.

본 발명에 따른 감속드라이버(10)는 체결링(23)이 나사결합되는 출력단(16)과 고정단(17)이 양단에 구비되고, 모터(11) 및 감속기(14), 제어부가 내설된다. 감속드라이버(10)는 제어부로부터 작동신호를 전달받아 동작하는 모터(11)와, 모터(11)의 구동축(12)으로부터 전달받은 회전력을 출력단(16)으로 감속 전달해주는 감속기(14)가 내설된다.

이때, 감속기(14)는 모터(11)의 회전속도를 감속시키는 대신 토크를 증가시키는 동력전달 수단으로서, 도 2에서 하모닉 드라이버를 적용한 상태를 도시하지만, 이에 국한되지 않고 기어방식 및 사이클로이드 감속기와 유성치차 감속기, RV감속기 중 어느 하나를 택일하여 적용하는 구성도 가능하다.

도 2에서, 감속기(14)가 하모닉 드라이버형태로 적용된 상태를 보다 상세하게 살펴보면, 타원형의 웨이브제네레이터(14a) 둘레를 감싸는 플렉스플라인(14b)과, 플렉스플라인(14b)의 둘레를 감싸는 서큘러스플라인(14c)의 3단 동심원형태로, 웨이브제네레이터(14a)가 회전시, 타원형으로 변형되는 플렉스플라인(14b)의 외치가 서큘러스플라인(14c)의 내치와 접촉하며 회전이 전달되고, 이때 양측의 접촉잇수 차이로 인해 감속이 이루어진다.

한편, 하모닉 드라이버 감속기(14)는 구조가 간단하여 소형 및 경량화에 용이하고 감속효율이 우수할 뿐만 아니라, 구동축(12)과 동일 축 선상에서 감속제어가 가능하고, 이러한 상용화된 감속기를 로봇관절 구동수단으로 적용하므로서 로봇팔의 경량화 및 제조원가가 대폭 절감되는 이점이 있다.

또, 감속드라이버(10)의 양단에 출력단(16)과 고정단(17)이 구비되되, 출력단(16)은 감속기(14)의 플렉스플라인(14b)에 연결되어 일단이 로봇암(20) 결합되고, 고정단(17)은 서큘러스플라인(14c)과 일체로 조립되어 일단에 또 다른 로봇암(20)이 결합된다.

그리고, 로봇암(20)은 체결링(23)에 의해 출력단(16)과 고정단(17)상에 체결되고, 이때 출력단(16)과 고정단(17)의 일단에 수나사부(19)가 형성되어 체결링(23)이 나사결합된다. 체결링(23)은 캡 또는 너트형태로 형성(도 1에서는 체결링이 캡형태로 형성된 상태를 도시)되고, 사용자가 맨손으로 간편하게 회전시켜 분해조립할 수 있도록 외주면에 요철부(너링부) 또는 키면이 형성된다.

또, 상기 출력단(16)과 고정단(17)이 대응하는 위치에 설치되어 출력단(16)의 선회각을 검출제어하는 근접센서(30)가 구비된다. 근접센서(30)는 빛을 이용한 광학식 또는 자석이나 전기적 접점을 이용한 감지식을 포함하는 센서로서, 제어부와 연결되어 출력단(로봇암)의 선회각을 검출제어하여 모션영역을 다양한 형태로 설정 및 제어하게 된다.

한편, 상기 근접센서(30)의 오류로 인한 작동불량을 방지하기 위해 출력단(16)과 고정단(17)이 대응하는 위치에 스토퍼(31a,31b)를 구비하여 하드웨어적으로 로봇암의 회전영역이 제한되되, 도 2처럼 출력단(16)상에 스토퍼(31a)가 설치되고, 이와 대응하는 고정단(17)상에 다른 스토퍼(31b)가 설치되어 출력단(16)이 회전시 스토퍼(31a,31b)에 의해 설정된 각도에서 회전이 정지된다.

또한, 본 발명에 따른 로봇암(20)은 감속드라이버(10)의 출력단(16)과 고정단(17)이 수용되어 체결링(23)에 의해 조립되는 체결홀(21)이 양단에 형성된다. 로봇암(20)은 양단에 2개소 또는 양단 및 중앙부 3개소에 체결홀(21)이 형성되고, 체결홀(21)을 통하여 감속드라이버(10)의 출력단(16)과 고정단(17)이 연결된다.

그리고, 로봇암(20)의 길이 및 형상에 따라 로봇팔의 모션영역이 다양한 형태로 확장 및 변경된다. 로봇암(20)은 도 1처럼 양측의 체결홀(21)이 수평으로 배치되는 "I"형과, 서로 직교하도록 배치되는 "L"형을 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 동작모션의 확장 및 변경을 위해 로봇암(20)의 길이 및 절곡각도를 다양한 형태로 변경하게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 유니버셜 로봇 관절모듈은 감속드라이버(10)와 로봇암(20)이 반복배치되고, 로봇암(20)이 감속드라이버(10)를 축으로 선회하며 모션운동을 구현하게 된다.

이때, 체결홀(21)은 각홀로 형성되고, 체결홀(21)상에 수용되는 출력단(16) 및 고정단(17) 일측에 각봉체결부(18)가 형성된다. 여기서 체결홀(21)과 각봉체결부(18)는 4~8각으로 형성되어 조립위치에 따라 로봇암(20)의 설치각이 간편하게 변경되고, 서로 맞물린 상태로 감속드라이버(10)의 구동력이 로봇암(20)상으로 정확하게 전달된다. 그리고 각봉체결부(18)는 체결홀(21)에 수용된 상태로 체결링(23)에 의해 긴밀하게 밀착고정되도록 로봇암(20)의 두께보다 좁은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 모터(11)의 구동축(12) 또는 구동축(12)의 동력을 전달하는 주축(12a)이 출력단(16) 또는 고정단(17) 일측으로 노출되고, 단부에 드라이버, 복스를 포함하는 공구(T)가 체결되도록 수동조작부(13)가 형성된다. 수동조작부(13)는 각봉 또는 +,-드라이버홈의 형상으로 형성되고, 출력단(16) 또는 고정단(17) 내측에 위치된다.

이에 수동조작부(13)상에 드라이버, 복스를 포함하는 공구(T)를 체결하여 회전시 모터(11)가 구동하면서 감속드라이버(10)가 수동조작됨에 따라 정전이나 사고로 로봇의 동작이 불가능하거나 미세한 조정이 필요한 상황에서도 제어가 가능한 이점이 있다.

이는 감속기(14)의 특성상 기어감속비로 인해 모터(11)의 회전력에 의한 출력단(16)의 구동은 제어되나, 반대로 출력단(16)을 회전시 역방향으로 구동력이 전달되지 않아 외부에서 수동조작이 불가능하였던 문제점이 따랐지만, 본 발명은 수동조작부(13)를 구비하여 외부에서 감속드라이버(10)의 수동조작이 가능케 하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유니버셜 로봇 관절모듈을 모션로봇에 적용한 상태를 나타내는 사용상태도이다.

도 4에서, 본 발명의 유니버셜 로봇 관절모듈을 삼각대와 조합하여 촬영용 컨트롤 로봇을 형성한 것으로, 삼각대(B)상에 감속드라이버(10)를 수직방향으로 설치하고, 수직방향으로 설치된 감속드라이버(10)상에 로봇암(20)과 감속드라이버(10)로 이루어진 관절모듈조립체(J)를 설치하며, 이때 관절모듈조립체(J)의 일단에는 카메라(C)를 장착하고, 다른 일단에는 무게중심을 잡아주기 위한 무게추(W)가 삼각대(B)를 중심으로 카메라(C)의 반대편에 결합된다.

그리고, 촬영용 컨트롤 로봇은 각각의 관절모듈이 가지는 모션이 유기적으로 조합되어 다양한 모션촬영을 흔들림없이 안정적으로 수행하게 된다.

이때, 감속드라이버(10)는 토크가 서로 상이한 규격별로 준비되고, 주축(삼각대)에서부터 카메라(C)로 갈수록 토크가 약한 감속드라이버(10)를 배치 즉, 주축에서 멀어질수록 중량이 가벼운 감속드라이버(10)를 배치하여 작동중 각각의 감속드라이버(10)에 가해지는 부하를 경감시키게 된다.

한편, 감속드라이버(10)는 일단에 케이블포트(도시생략)가 구비되고, 케이블포트를 통하여 각각의 감속드라이버(10)가 케이블로 연결되어 전원 공급 및 모션동작을 위한 신호가 전송된다.

10 : 감속드라이버 11 : 구동모터 12 : 구동축
12a : 주축 13 : 수동조작부 14 : 감속기
16 : 출력단 17 : 고정단 18 : 각봉체결부
20 : 로봇암 21 : 체결홀 23 : 체결링
30 : 근접센서

Claims

체결링(23)이 나사결합되는 출력단(16)과 고정단(17)이 양단에 구비되고, 모터(11) 및 감속기(14), 제어부가 내설되는 감속드라이버(10);
상기 감속드라이버(10)의 출력단(16)과 고정단(17)이 수용되어 체결링(23)에 의해 조립되는 체결홀(21)이 양단에 형성되는 로봇암(20);으로 구성되고,
상기 감속드라이버(10)와 로봇암(20)은 반복배치되고, 로봇암(20)이 감속드라이버(10)를 축으로 선회하며 모션운동을 구현하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 로봇 관절모듈.
제 1항에 있어서,
상기 체결홀(21)은 각홀로 형성되고, 체결홀(21)상에 수용되는 출력단(16) 및 고정단(17) 일측에 각봉체결부(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 로봇 관절모듈.
제 1항에 있어서,
상기 모터(11)의 구동축(12) 또는 구동축(12)의 동력을 전달하는 주축(12a)은 출력단(16) 또는 고정단(17) 일측으로 노출되고, 단부에 드라이버, 복스를 포함하는 공구(T)가 체결되도록 수동조작부(13)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 로봇 관절모듈.
제 1항에 있어서,
상기 출력단(16)과 고정단(17)이 대응하는 위치에 설치되어 출력단(16)의 선회각을 검출제어하는 근접센서(30)가 구비되는 것을 특징으로 하는 유니버셜 로봇 관절모듈.