KR20130001434U

KR20130001434U - 로봇 암의 풀리 구조

Info

Publication number: KR20130001434U
Application number: KR2020110007631U
Authority: KR
Inventors: 원종석; 장형준
Original assignee: 주식회사 이턴
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-03-06
Also published as: KR200480520Y1

Abstract

로봇 암의 풀리 구조가 개시된다. 로봇 암을 작동시키기 위해 로봇 암에 설치되는 풀리(pulley) 구조로서, 지지점에 상응하는 위치에서 로봇 암에 결합되며, 로봇 암의 작동에 필요한 구동력을 전달하는 주동 풀리와, 작동점에 상응하는 위치에서 로봇 암에 결합되며, 주동 풀리로부터 구동력을 전달받아 작동되는 종동 풀리와, 주동 풀리 및 종동 풀리의 외주면에 각각 병렬로 권취되는 복수의 와이어를 포함하는 로봇 암의 풀리 구조는, 풀리 구조에 타이밍 벨트 대신 병렬로 배치된 복수의 강선 와이어를 사용함으로써, 벨트 자체의 변형으로 인한 로스트 모션을 방지할 수 있다.

Description

로봇 암의 풀리 구조{Pulley structure of robot arm}

본 고안은 로봇 암의 풀리 구조에 관한 것이다.

로봇 암 등의 기계 장치를 움직이기 위해 주동축으로부터 종동축으로 동력 전달이 필요하며, 이를 위해 주동 풀리, 종동 풀리 및 양 풀리를 연결하는 벨트로 이루어지는 풀리 구조가 사용되었다.

최근, 수술용 로봇 등 로봇 암의 정교한 작동이 요구되는 경우가 증대되고 있으며, 이를 위해 도 1에 도시된 것처럼, 풀리 구조에 타이밍 벨트(7)를 사용하여 주동 풀리(3)로부터 종동 풀리(5)로의 동력 전달을 공고히 하려는 시도가 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 타이밍 벨트 방식은 벨트의 소재가 고무나 합성수지 등 소프트한 재질로 이루어짐에 따라, 동력 전달 과정에서 벨트 자체의 변형으로 인하여 로스트 모션(lost motion), 즉 동력 전달의 손실이 발생하는 문제가 있었다.

수술용 로봇과 같이 로봇 암에 정교한 작동이 요구되는 로봇의 경우, 전술한 로스트 모션은 자칫 의료사고로까지 이어질 수 있는 치명적인 결함이 될 수 있어, 보다 정확한 동력 전달이 가능한 풀리 구조가 절실한 실정이다.

전술한 배경기술은 고안자가 본 고안의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 고안의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 고안의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한편, 공개특허 제10-2010-0077504호에는 풀리 휠(pulley wheel)에 와이어를 권취한 동력전달 구조가 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 공개특허 10-2010-0077504호

본 고안은, 벨트의 변형이나 미끄러짐으로 인하여 동력 전달에 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있는 로봇 암의 풀리 구조를 제공하는 것이다.

본 고안의 일 측면에 따르면, 로봇 암을 작동시키기 위해 로봇 암에 설치되는 풀리(pulley) 구조로서, 지지점에 상응하는 위치에서 로봇 암에 결합되며, 로봇 암의 작동에 필요한 구동력을 전달하는 주동 풀리와, 작동점에 상응하는 위치에서 로봇 암에 결합되며, 주동 풀리로부터 구동력을 전달받아 작동되는 종동 풀리와, 주동 풀리 및 종동 풀리의 외주면에 각각 병렬로 권취되는 복수의 와이어를 포함하는 로봇 암의 풀리 구조가 제공된다.

주동 풀리와 종동 풀리 사이에 개재되며, 로봇 암의 형상에 상응하여 와이어의 경로가 규정되도록, 그 외주면에 복수의 와이어가 병렬로 권취되는 하나 이상의 더미 풀리를 더 포함할 수 있다. 더미 풀리에는 텐션(tension) 인가 장치가 결합되어, 텐션 인가 장치의 작동에 따라 더미 풀리의 위치가 변경됨으로써, 와이어의 텐션이 조절될 수 있다.

주동 풀리, 더미 풀리, 더미 풀리의 외주면에는 복수의 와이어 각각이 삽입되는 복수의 홈이 병렬로 함입될 수 있다. 와이어는, 그 변형으로 인한 로스트 모션(lost motion)을 방지할 수 있도록 강선(鋼線)으로 제작될 수 있다. 와이어와 풀리 간의 슬립(slip)으로 인한 로스트 모션(lost motion)을 방지할 수 있도록, 와이어의 단부는 풀리의 외주면의 소정 지점에 고정될 수 있다. 풀리의 와이어가 고정되는 지점은 응력 집중을 방지하기 위해 완만한 곡면으로 가공될 수 있다.

복수의 와이어의 말단에는 연결부재가 결합되어 있어, 복수의 와이어는 하나의 부품으로서 사용 및 교체될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 실용신안등록청구범위 및 고안의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 풀리 구조에 타이밍 벨트 대신 병렬로 배치된 복수의 강선 와이어를 사용함으로써, 벨트 자체의 변형으로 인한 로스트 모션을 방지할 수 있다. 또한, 와이어의 말단을 풀리에 고정시킴으로써, 와이어와 풀리 간의 슬립으로 인한 로스트 모션도 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 로봇 암의 풀리 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 풀리 구조를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 'A'를 확대하여 나타낸 도면.
도 4는 도 2의 'B'를 확대하여 나타낸 도면.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 와이어 고정부위를 나타낸 도면.

본 고안은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 고안을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 풀리 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 'A'를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 'B'를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 5는 본 고안의 실시예에 따른 와이어 고정부위를 나타낸 도면이다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 로봇 암(1), 주동 풀리(10), 종동 풀리(12), 더미 풀리(14), 와이어(16), 홈(18)이 도시되어 있다.

본 실시예는, 종래의 풀리 구조에서 타이밍 벨트가 소프트한 재질로 이루어짐에 따라 벨트 자체의 변형으로 인하여 로스트 모션(lost motion)이 발생하는 문제를 해결하고자 한 고안으로서, 벨트 대신에 여러 가닥의 와이어를 병렬로 풀리(pulley)에 권취(拳取)하고, 이와 병행하여 또는 이와 별도로, 와이어의 단부를 풀리에 고정시킴으로써, 로스트 모션을 최소화한 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따른 풀리 구조는, 도 2에 도시된 것처럼 수술용 로봇의 로봇 암(1)을 작동시키기 위한 동력 전달 구조로서 사용될 수 있는바, 이하 수술용 로봇의 로봇 암에 풀리 구조가 적용된 경우를 예로 들어 설명한다. 다만, 본 실시예에 따른 풀리 구조가 반드시 수술용 로봇이나 로봇 암의 작동에만 사용되어야 하는 것은 아니며, 동력 전달을 위한 다양한 기계 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 풀리 구조는 기본적으로 주동 풀리(10), 종동 풀리(12) 및 주동 풀리(10)와 종동 풀리(12)를 연결하는 복수의 와이어(16)로 이루어질 수 있다.

로봇 암(1)이 소정의 지지점(도 2의 'S' 참조)을 중심으로 작동점(도 2의 'M' 참조)이 움직이는 방식으로 작동된다고 할 때, 주동 풀리(10)는 로봇 암(1)의 지지점의 위치에 결합될 수 있으며, 종동 풀리(12)는 로봇 암(1)의 작동점의 위치에 결합될 수 있다.

지지점과 작동점의 구분은 동력 전달 체계 내에서의 상대적인 구분으로서, 도 2에 도시된 로봇 암(1)의 지지점이 그 선단(proximal end)에 결합된 부재에 대해서는 작동점이 될 수도 있고, 도 2에 도시된 로봇 암(1)의 작동점이 그 말단(distal end)에 결합된 부재에 대해서는 지지점이 될 수도 있다.

지지점에 결합된 주동 풀리(10)는 그 작동(회전)에 의해 로봇 암(1)의 작동에 필요한 구동력을 전달하게 된다. 주동 풀리(10)의 회전에 필요한 구동력은 로봇 암(1)의 선단에 결합된 다른 부재, 또는 로봇의 본체로부터 전달받을 수 있다.

작동점에 결합된 종동 풀리(12)는 주동 풀리(10)로부터 구동력을 전달받아 작동(회전)된다. 종동 풀리(12)의 회전으로 인하여 로봇 암(1)의 작동점 또는 로봇 암(1)의 말단에 결합된 다른 부재가 움직이게 된다. 이처럼, 주동 풀리(10)는 그 작동으로 인하여 동력을 전달하고, 종동 풀리(12)는 주동 풀리(10)로부터 동력을 전달받아 작동됨으로써, 주동 풀리(10)로부터 종동 풀리(12)로 동력이 전달된다.

본 실시예는 주동 풀리(10)와 종동 풀리(12) 간의 동력 전달은 매개체로서 복수의 와이어(16)가 사용되는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 복수의 와이어(16)는 주동 풀리(10) 및 종동 풀리(12)의 외주면에 각각 병렬로 권취되어, 복수의 와이어군(群)이 마치 벨트와 같이 거동하여 주동 풀리(10)로부터 종동 풀리(12)로 동력을 전달하는 역할을 한다.

본 실시예에 따른 와이어(16)는 강선(鋼線)을 꼬아 만들어질 수 있는데, 고무나 합성수지 재질로 된 종래의 타이밍 벨트 대신에, 강선 와이어(16)를 병렬로 배치하여 마치 벨트처럼 작동되도록 함으로써, 벨트의 변형으로 인하여 로스트 모션이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 강선을 꼬아 만들어진 와이어(16)의 경우, 그 꼬이는 과정에서 표면에 요철이 생기게 되는데, 이처럼 매끄러운 표면이 아니라 요철(凹凸)면을 가지는 와이어(16)를 사용함으로써, 와이어(16)와 풀리 간의 마찰력이 증대되어 미끄러짐, 즉 슬립(slip)의 발생을 최소화할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 것처럼 로봇 암(1)의 형상이 一자가 아니라 ㄱ자 형상으로 구부러진 경우, 주동 풀리(10)와 종동 풀리(12)를 연결하는 와이어(16)가 로봇 암(1) 내에 수용되지 못하고 밖으로 노출될 우려가 있다.

이를 방지하기 위해, 주동 풀리(10)와 종동 풀리(12) 사이에 하나 또는 복수의 더미 풀리(14)를 설치함으로써, 와이어(16)가 로봇 암(1)의 형상을 추종하여 설치되도록, 즉 와이어(16)의 경로가 로봇 암(1)의 형상을 따라 규정되도록 할 수 있다.

한편, 더미 풀리(14)에는 텐션 인가 장치를 설치하여, 와이어(16)의 텐션을 조절하는 기능도 부가할 수 있다.

본 실시예에 따른 복수의 와이어군은 마치 하나의 벨트처럼 설치 및 작동되므로, 도 3에 도시된 것처럼 더미 풀리(14)의 외주면에도 복수의 와이어(16)가 병렬로 권취될 수 있다.

복수의 와이어(16)를 병렬로 권취하여 와이어군이 하나의 벨트처럼 움직이도록 하기 위해 각 와이어(16) 간의 간격이 일정하게 유지되도록 할 수 있으며, 이를 위해 본 실시예에 따른 풀리(주동 풀리(10), 종동 풀리(12), 더미 풀리(14))에는 각 와이어(16)가 삽입될 수 있도록 그 외주면에 병렬로 홈(18)을 함입, 형성할 수 있다

예를 들어, 도 3에 도시된 것처럼, 6가닥의 와이어(16)를 병렬로 배치하여 벨트처럼 사용한다고 할 때, 풀리의 외주면에도 6개의 홈(18)을 병렬로 형성하여 6가닥의 와이어(16) 각각이 홈(18)에 삽입되도록 할 수 있다.

이처럼 풀리의 외주면에 각 와이어(16)가 삽입될 수 있는 홈(18)을 형성함으로써, 복수의 와이어(16) 간의 간격이 항상 일정하게 유지되도록 할 수 있어, 보다 효과적으로 와이어군이 하나의 벨트처럼 거동하도록 할 수 있으며, 각 홈(18)이 와이어(16)의 설치 위치를 규정하게 되므로 풀리 구조의 제작이 용이해지게 된다.

한편, 본 실시예에서처럼 타이밍 벨트 대신에 강선 와이어(16)를 동력 전달 매체로 사용할 경우, 종래의 타이밍 벨트 방식에 비하여 강선과 풀리의 외주면 간의 마찰력이 작아져 슬립이 발생할 우려가 있다.

이를 방지하기 위해, 전술한 것처럼, 그 표면에 요철면이 생기도록 강선을 꼬아 만든 와이어(16)를 사용함으로써 슬립의 발생을 최소화할 수 있다. 나아가, 와이어(16)의 끝을 아예 풀리에 고정시킴으로써 슬립을 원천적으로 방지할 수도 있다.

즉, 도 4에 도시된 것처럼, 와이어(16)의 단부를 주동 풀리(10)(및/또는 종동 풀리(12))의 외주면의 소정 지점(도 4의 'C' 참조)에 고정시킴으로써, 풀리의 회전 과정에서 와이어(16)와 풀리 간에 슬립이 발생하는 것을 차단할 수 있으며, 이로 인해 풀리 구조의 로스트 모션을 최소화할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 것처럼, 주동 풀리(10)(및/또는 종동 풀리(12))에 와이어(16)를 고정시킬 때, 고정부위에 응력(힘)이 집중되는 것을 막기 위해, 고정부위의 형상이 반원형(도 5의 'H' 참조)과 같이 완만한 곡선(곡면)을 이루도록 가공할 수 있다. 이러한 가공 기술은 캡스턴 효과를 응용한 것으로, 와이어 고정부위에 고정된 부분의 응력 집중을 줄이는 효과를 가져올 수 있다.

또한, 와이어(16)를 쉽게 교체할 수 있도록 복수의 와이어(16)의 단부를 연결하여 하나의 부품처럼 사용할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 것처럼 복수의 와이어(16) 말단에 고정 부품(도 5의 'M' 참조)과 같은 연결부재를 사용함으로써, 복수의 와이어(16)를 마치 하나의 벨트처럼 묶어 사용 및 교체할 수 있다.

한편, 주/종동 풀리(10, 12)에도 더미 풀리(14)와 마찬가지로 와이어(16)의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 그 외주면에 홈을 함입, 형성할 수 있음은 전술한 바와 같다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 로봇 암 10 : 주동 풀리
12 : 종동 풀리 14 : 더미 풀리
16 : 와이어 18 : 홈

Claims

로봇 암을 작동시키기 위해 상기 로봇 암에 설치되는 풀리(pulley) 구조로서,
지지점에 상응하는 위치에서 상기 로봇 암에 결합되며, 상기 로봇 암의 작동에 필요한 구동력을 전달하는 주동 풀리와;
작동점에 상응하는 위치에서 상기 로봇 암에 결합되며, 상기 주동 풀리로부터 구동력을 전달받아 작동되는 종동 풀리와;
상기 주동 풀리 및 상기 종동 풀리의 외주면에 각각 병렬로 권취되는 복수의 와이어를 포함하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 주동 풀리와 상기 종동 풀리 사이에 개재되며, 상기 로봇 암의 형상에 상응하여 상기 와이어의 경로가 규정되도록, 그 외주면에 상기 복수의 와이어가 병렬로 권취되는 하나 이상의 더미 풀리를 더 포함하는 로봇 암의 풀리 구조.
제2항에 있어서,
상기 더미 풀리에는 텐션(tension) 인가 장치가 결합되어, 상기 텐션 인가 장치의 작동에 따라 상기 더미 풀리의 위치가 변경됨으로써, 상기 와이어의 텐션이 조절되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 주동 풀리 및 상기 더미 풀리의 외주면에는 상기 복수의 와이어 각각이 삽입되는 복수의 홈이 병렬로 함입되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 와이어는, 그 변형으로 인한 로스트 모션(lost motion)을 방지할 수 있도록 강선(鋼線)으로 제작되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 와이어와 상기 주동 풀리 간의 슬립(slip)으로 인한 로스트 모션(lost motion)을 방지할 수 있도록, 상기 와이어의 단부는 상기 주동 풀리의 외주면의 소정 지점에 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 와이어와 상기 종동 풀리 간의 슬립(slip)으로 인한 로스트 모션(lost motion)을 방지할 수 있도록, 상기 와이어의 단부는 상기 종동 풀리의 외주면의 소정 지점에 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 풀리의 상기 와이어가 고정되는 지점은 응력 집중을 방지하기 위해 완만한 곡면으로 가공되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.
제1항에 있어서,
상기 복수의 와이어의 말단에는 연결부재가 결합되어 있어, 상기 복수의 와이어는 하나의 부품으로서 사용 및 교체되는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 풀리 구조.