KR20130029188A

KR20130029188A - 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇

Info

Publication number: KR20130029188A
Application number: KR1020110092421A
Authority: KR
Inventors: 김승종; 조창현; 최정수; 오경균; 정찬열
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-22
Also published as: US8789440B2; WO2013039281A1; KR101338044B1; US20130061709A1

Abstract

본 발명은 인간의 머리 움직임과 유사하게 작동하는 얼굴로봇 및 로봇의 얼굴을 지지하는 다관절 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 특히 축을 중심으로 회전하는 회전부들에 작용하는 중력에 의한 영향을 보상할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 축들에 연결된 회전부들이 축을 중심으로 회전하는 매니퓰레이터로서, 회전함에 있어 중력을 받는 회전부들에 연결된 와이어들을 스프링으로 지지하며 각 회전부의 회전에 의해 와이어가 스프링을 가압하거나 가압해제하면서 회전부에 가해지는 중력의 영향을 스프링의 탄성복원력으로 보상하는 중력보상기구를 포함하며, 본 발명의 얼굴로봇은 매니퓰레이터의 축들은 중력의 방향과 일치하는 제1축(yaw), 제2축(pitch), 제3축(pitch), 제4축(roll)으로 구분되고, 매니퓰레이터는 제1축과 제2축을 중심으로 각각 회전하는 제1회전부와, 제3축과 제4축을 중심으로 각각 회전하는 제2회전부를 포함하며, 중력보상기구의 제1와이어는 제1회전부에 연결되고, 중력보상기구의 제2와이어는 제2회전부에 연결되며, 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전할 때와 제2회전부가 제3축과 제4축으로 회전할 때에 발생하는 중력을 보상하며, 제2회전부에는 로봇의 얼굴이 장착된 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇{MANIPULATOR WITH WEIGHT COMPENSATION MECHANISM AND FACE ROBOT USING THE SAME}

본 발명은 인간의 머리 움직임과 유사하게 작동하는 얼굴로봇 및 로봇의 얼굴을 지지하는 다관절 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 특히 축을 중심으로 회전하는 회전부들에 작용하는 중력에 의한 영향을 보상할 수 있게 구성한 것이다.

최근 인간의 생활환경을 편리하게 하거나, 산업현장에서의 작업을 보조하기 위한 다양한 로봇이 개발되고 있다. 특히, 도장, 용접 등을 비롯하여 다양한 산업분야에서 활용되는 로봇암들이 다수 개발되고 있다. 이러한 산업용 다관절 로봇암은 고중량의 작업물을 이송 및 지지해야 하므로 높은 토크를 낼 수 있는 것이 매우 중요하다.

다관절 로봇암은 자중이나 작업물의 중량으로 인하여 부하토크를 받게 되며, 부하토크는 구동모터와 같은 구동기의 용량을 설계하는데 직접적인 영향을 미친다. 특히, 구동모터에 작용하는 하중 가운데 로봇암의 자중에 의해 발생하는 토크 성분이 차지하는 비중은 매우 높다.

종래에 로봇암의 구동기의 용량을 결정할 경우, 작업물에 의해 발생하는 토크는 물론 로봇암 자체의 자중에 의해 발생하는 중력토크도 고려해야 하므로, 로봇암을 구동하기 위한 동력원의 용량이 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.

인간의 머리 움직임과 유사하게 로봇의 얼굴을 움직일 수 있도록 개발된 얼굴로봇에 있어서도 머리 자중에 의해 발생하는 토크 성분이 차지하는 비중이 매우 높아 목 구동을 위한 동력원의 용량을 크게 해야 하는 문제점이 동일하게 발생한다.

또한, 종래에는 이론적으로 로봇암 등의 자중에 의한 중력을 보상하는 개념의 단순한 아이디어가 제시되어 왔으나, 현실적으로 이를 실용적으로 적용한 기구들은 개발되지 못하였다. 또한, 얼굴로봇에 있어서, 목 관절 구조가 복잡하고 구성공간이 충분히 확보하기 어려워 중력보상을 적용한 사례를 찾기 어렵다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0024834호

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 얼굴로봇의 목 부위에 해당하는 매니퓰레이터의 회전부에 가해지는 중력을 스프링의 탄성력으로 보상함으로써, 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 줄일 수 있게 구성한 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 공간이 협소한 얼굴로봇의 목 부위에 해당하는 매니퓰레이터의 중력보상을 위해 와이어를 이용하여 목 부위의 바깥에서 중력을 보상함으로써, 협소한 공간에 장착이 용이하도록 구성한 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 축들에 연결된 회전부들이 축을 중심으로 회전하는 매니퓰레이터로서, 회전함에 있어 중력을 받는 회전부들에 연결된 와이어들을 스프링으로 지지하며 각 회전부의 회전에 의해 와이어가 스프링을 가압하거나 가압해제하면서 회전부에 가해지는 중력의 영향을 스프링의 탄성복원력으로 보상하는 중력보상기구를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 매니퓰레이터의 축들은 중력의 방향과 일치하는 제1축(yaw), 제2축(pitch), 제3축(pitch), 제4축(roll)으로 구분되고, 매니퓰레이터는 제1축과 제2축을 중심으로 각각 회전하는 제1회전부와, 제3축과 제4축을 중심으로 각각 회전하는 제2회전부를 포함하며, 중력보상기구의 제1와이어는 제1회전부에 연결되고, 중력보상기구의 제2와이어는 제2회전부에 연결되며, 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전할 때와 제2회전부가 제3축과 제4축으로 회전할 때에 발생하는 중력을 보상한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 매니퓰레이터는 베이스 플레이트에 고정된 제1축에 장착되어 제1축을 중심으로 회전 가능한 제1회전브래킷과, 제3축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 제2회전브래킷과, 제1회전브래킷과 제2회전브래킷에 각각 제1회전관절과 제2회전관절에 의해 상대 회전 가능하게 결합된 연결링크를 포함하며, 제2축과 제3축과 제1회전관절 및 제2회전관절은 평행사변형 구조를 형성한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중력보상기구는 제1회전부의 중력을 보상하는 제1중력보상부와 제2회전부의 중력을 보상하는 제2중력보상부로 구분되며, 중력보상기구는 매니퓰레이터가 장착된 베이스 플레이트의 저면에 설치되고, 제1와이어와 제2와이어는 제1축 방향으로 연장되어 제1회전부와 제2회전부에 각각 연결된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1중력보상부는, 제1축에서 베이스 플레이트의 외측으로 고정된 가이드 바와, 가이드 바를 따라 이동하는 슬라이더와, 슬라이더에 장착된 도르래와, 슬라이더를 베이스 플레이트의 외측방향으로 밀어내도록 탄성복원력을 제공하는 코일스프링과, 제1와이어의 일단이 고정된 장력조절부와, 제1와이어가 제1축의 방향으로 연장되도록 방향을 전환하는 제1풀리를 포함하며, 일단이 장력조절부에 고정된 제1와이어는 도르래와 제1풀리를 거쳐 제1축 방향으로 연장되어 제1회전부에 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1와이어는 제1축의 중공을 관통해 제1회전브래킷에 장착된 제2풀리를 거쳐 제1회전부에 장착된 고정구에 타단이 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2중력보상부는, 제1축에서 베이스 플레이트의 외측으로 고정된 가이드 바와, 가이드 바를 따라 이동하는 슬라이더와, 슬라이더에 장착된 도르래와, 슬라이더를 베이스 플레이트의 외측방향으로 밀어내도록 탄성복원력을 제공하는 코일스프링과, 제2와이어의 일단이 고정된 장력조절부와, 제2와이어가 제1축 방향으로 연장되도록 방향을 전환하는 제3풀리를 포함하며, 일단이 장력조절부에 고정된 제2와이어는 도르래와 제1풀리를 거쳐 제2회전부에 고정되며, 제1회전브래킷과 연결링크 및 제2회전브래킷에는 제2와이어를 지지하는 풀리들이 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2회전부에는 제2와이어 고정부가 장착되며, 제2와이어 고정부는 제2회전부에 회전 가능하게 장착된 와이어 고정구와, 제2와이어가 삽입되도록 와이어 고정구의 횡방향으로 형성되며 제2와이어가 삽입되는 진입부에 구배를 형성한 관통공을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2와이어 고정부는 제2회전부의 정면에 장착 고정되는 고정블록과, 고정블록의 양측면에 고정되어 와이어 고정부가 회전 가능하도록 지지하는 지지브래킷을 포함하며, 제2와이어의 타단은 제2회전부와 고정블록을 관통해 와이어 고정부의 관통공 내측 또는 와이어 고정부의 외주면에 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2회전브래킷에는 제2와이어가 제2회전부를 향하여 위치하도록 제2와이어를 지지하는 풀리조립체가 장착되며, 풀리조립체는 제3축과 제4축을 각각 중심으로 회전하는 제2회전부를 지향하도록 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 풀리조립체는 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착된 중공축과, 중공축의 상단에 고정된 회전홀더와, 회전홀더의 내부에 장착된 풀리를 포함하며, 제2와이어는 중공축의 내부를 관통해 풀리를 거쳐 제2회전부를 향해 연장된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전홀더에는 제2와이어가 제2회전부를 향하도록 안내하는 제2와이어 가이드가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1회전브래킷에는 제2와이어를 지지하는 제4풀리가 장착되고, 연결링크에는 제2와이어가 풀리조립체를 향해 연장되도록 제2와이어를 지지하는 풀리들이 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 매니퓰레이터는 제1회전부가 제1축과 제2축을 중심으로 회전하도록 제1회전부와 베이스의 사이에 제1차동베벨기어가 장착되고, 제2회전부가 제3축과 제4축을 중심으로 회전하도록 제1회전부와 제2회전부의 사이에 제2차동베벨기어가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1차동베벨기어는, 제1축의 상단에 고정된 고정기어와, 제2축에 회전 가능하게 장착된 2개의 이동기어들을 포함하며, 제1회전브래킷이 제1축의 상단에는 고정되고, 제2축이 제1회전브래킷에 회전 가능하게 장착되며 제1회전부는 제2축에 회전 가능하게 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1회전부에는 2개의 제1액추에이터가 장착되고 2개의 제1액추에이터는 2개의 이동기어와 연결되어 이동기어를 회전시키며, 이동기어의 회전방향에 따라 제1회전브래킷과 제1회전부가 제1축을 중심으로 회전하거나 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2차동베벨기어는, 제2회전부에 고정되며 중심에 제4축이 고정된 고정기어와, 제3축에 회전 가능하게 장착된 2개의 이동기어들을 포함하며, 제2회전브래킷이 제4축의 단부에 회전 가능하게 고정되고, 제3축이 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착되며 제2회전부는 제3축에 회전 가능하게 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1회전부에는 2개의 제2액추에이터가 장착되고 2개의 제2액추에이터는 2개의 이동기어와 연결되어 이동기어를 회전시키며, 이동기어의 회전방향에 따라 제2회전부가 제3축을 중심으로 회전하거나 제2회전부가 제4축을 중심으로 회전한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장력조절부는 제1와이어의 일단이 고정된 풀림방지볼트이고, 풀림방지볼트는 제1중력보상부에 고정된 너트에 체결된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장력조절부는 제2와이어의 일단이 고정된 풀림방지볼트이고, 풀림방지볼트는 제2중력보상부에 고정된 너트에 체결된다.

또한, 본 발명에 따른 얼굴로봇은, 복수의 축들에 연결된 회전부들이 축을 중심으로 회전하는 매니퓰레이터와, 회전함에 있어 중력을 받는 회전부들에 연결된 와이어들을 스프링으로 지지하며 각 회전부의 회전에 의해 와이어가 스프링을 가압하거나 가압해제하면서 회전부에 가해지는 중력의 영향을 스프링의 탄성복원력으로 보상하는 중력보상기구를 포함하며, 매니퓰레이터의 축들은 중력의 방향과 일치하는 제1축(yaw), 제2축(pitch), 제3축(pitch), 제4축(roll)으로 구분되고, 매니퓰레이터는 제1축과 제2축을 중심으로 각각 회전하는 제1회전부와, 제3축과 제4축을 중심으로 각각 회전하는 제2회전부를 포함하며, 중력보상기구의 제1와이어는 제1회전부에 연결되고, 중력보상기구의 제2와이어는 제2회전부에 연결되며, 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전할 때와 제2회전부가 제3축과 제4축으로 회전할 때에 발생하는 중력을 보상하며, 제2회전부에는 로봇의 얼굴이 장착된 것을 기술적 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇은 매니퓰레이터를 구성하는 회전부가 회전함에 발생하는 중력의 영향(토크)을 스프링의 탄성복원력으로 보상함에 따라 회전부를 구동시키는 액추에이터의 동력을 감소시킬 수 있고, 작은 동력으로 구동이 가능함에 따라 매니퓰레이터 및 얼굴로봇의 무게를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한 에너지 절감효과 및 제작비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇은 중력을 보상하기 위해 회전부와 와이어로 연결하여 매니퓰레이터의 외측에서 중력을 보상함에 따라 매니퓰레이터의 부피를 증가시키지 않으면서도 중력보상이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 로봇의 얼굴에 비해 협소한 목 부위의 두께 및 길이를 증가시키지 않고서 중력보상기구의 설치가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 얼굴로봇을 나타낸 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 작동을 나타낸 매니퓰레이터의 작동 개념도이며,
도 3a는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 정면도이고,
도 3b는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 측면도이다.
도 4a는 매니퓰레이터의 제2축, 제3축, 제1회전관절, 제2회전관절의 평행사변형 연결구조를 나타낸 개념도이고,
도 4b는 도 4a에 도시된 매니퓰레이터의 정면도이며,
도 4c는 도 4a에 도시된 매니퓰레이터의 제2회전부가 제3축을 중심으로 회전한 상태를 나타낸 단면도이고,
도 5는 제2축을 중심으로 작동하는 매니퓰레이터의 측면도이다.
도 6은 중력보상기구의 구조를 나타낸 개념도이고,
도 7a는 도 7에 도시된 풀리조립체를 나타낸 사시도이며,
도 7b는 도 8에 도시된 풀리조립체의 분해사시도이다.
도 8a는 제2회전부에 장착된 제2와이어 고정부를 나타낸 사시도이고,
도 8b는 도 8a에 도시된 제2와이어 고정부의 분해사시도이며,
도 8c는 도 8b에 도시된 제2와이어 고정구의 단면도이고,
도 9는 제3축을 중심으로 제2회전부의 작동을 설명하는 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터 및 이를 이용한 얼굴로봇의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 얼굴로봇을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 작동을 나타낸 매니퓰레이터의 작동 개념도이며, 도 3a는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 정면도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 얼굴로봇의 측면도이다. 도 4a는 매니퓰레이터의 제2축, 제3축, 제1회전관절, 제2회전관절의 평행사변형 연결구조를 나타낸 개념도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 매니퓰레이터의 정면도이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 매니퓰레이터의 제2회전부가 제3축을 중심으로 회전한 상태를 나타낸 단면도이고, 도 5는 제2축을 중심으로 작동하는 매니퓰레이터의 측면도이다. 도 6은 중력보상기구의 구조를 나타낸 개념도이고, 도 7a는 도 7에 도시된 풀리조립체를 나타낸 사시도이며, 도 7b는 도 8에 도시된 풀리조립체의 분해사시도이다. 도 8a는 제2회전부에 장착된 제2와이어 고정부를 나타낸 사시도이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 제2와이어 고정부의 분해사시도이며, 도 8c는 도 8b에 도시된 제2와이어 고정구의 단면도이고, 도 9는 제3축을 중심으로 제2회전부의 작동을 설명하는 개념도이다.

도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 얼굴로봇은 베이스(110)의 상면에 매니퓰레이터(100)가 장착되며, 매니퓰레이터(100)의 말단에 로봇의 얼굴(101)이 장착된다. 그리고 매니퓰레이터(100)의 중력을 보상하는 중력보상기구(200)는 베이스(110)에 장착된다. 여기에서 매니퓰레이터(100)는 제1축(yaw)(121), 제2축(pitch)(122), 제3축(pitch)(123), 제4축(roll)(124)을 기준으로 회전하며 작동하도록 구성된다. 그리고 제1회전브래킷(151)이 제1축(121)에 고정되어 제1축(121)을 중심으로 회전하고, 제2회전브래킷(152)이 제3축(123)을 기준으로 회전하도록 제3축(123)에 장착되며, 연결링크(170)의 양단이 각각 회전관절(171, 172)에 의해 제1회전브래킷(151)과 제2회전브래킷(152)에 회전 가능하게 연결된다. 여기에서 제1회전브래킷(151)과 연결링크(170)를 연결하는 회전관절을 '제1회전관절(171)'이라 하고, 제2회전브래킷(152)과 연결링크(170)를 연결하는 회전관절을 '제2회전관절(172)'이라 한다.

이와 같이 구성된 매니퓰레이터(100)에 있어서, 제2축(122), 제3축(123), 제1회전관절(171), 제2회전관절(172)은 평행사변형 구조(도 6의 175)를 형성한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(110)의 상면에는 베이스 플레이트(111)가 간격을 두고 고정되고, 베이스 플레이트(111)의 상면에 매니퓰레이터(100)가 장착되며, 매니퓰레이터(100)의 자유단에는 로봇의 얼굴(101)이 장착된다. 한편 매니퓰레이터(100)는 베이스 플레이트(111)의 중심에 수직방향으로 고정된 제1축(yaw)(121)과 상기 제1축(121)에 대해 수직하게 위치하는 제2축(pitch)(122)을 중심으로 자유 회전하는 제1회전부(141)와, 제1회전부(141)의 단부에 장착되어 제2축(pitch)(122)과 평행한 제3축(pitch)(123)과 상기 제3축(123)에 대해 수직하게 장착된 제4축(roll)(124)을 중심으로 자유 회전하는 제2회전부(142)를 포함하며, 제2회전부(142)의 정면에 로봇의 얼굴(101)이 장착된다. 이와 같이 제2회전부(142)에 장착된 로봇의 얼굴(101)은 4자유도를 갖는다.

아래에서는 제1회전부(141) 및 제2회전부(142)의 연결관계에 대해 구체적으로 설명한다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1회전부(141)는 베이스 플레이트(111)의 상면에 위치하며, 베이스 플레이트(111)에는 제1차동베벨기어(131)의 고정기어(131S)가 고정되며 제1축(121)이 고정기어(131S)의 중심에 고정되며, 제1축(121)의 상단에 제1회전브래킷(151)이 회전 가능하게 장착된다. 그리고 제1차동베벨기어(131)의 2개의 이동기어(131M) 중심에는 제2축(122)이 회전 가능하게 장착되고 제2축(122)에는 제1회전부(141)의 하단과 제1회전브래킷(151)이 회전 가능하게 각각 장착된다.

한편, 제2회전부(142)는 제1회전부(141)의 상단에 장착되며, 제3축(123)과 제4축(124)을 중심으로 회전할 수 있도록 제2차동베벨기어(132)가 장착되는데, 제2차동베벨기어(132)의 고정기어(132S)는 제2회전부(142)의 배면에 고정되며 고정기어(132S)의 중심에 고정된 제4축(124)이 제1회전부(141)의 상단에 회전 가능하게 장착된다. 그리고 제2차동베벨기어(132)의 2개의 이동기어(132M) 중심에는 제3축(123)이 회전 가능하게 장착되고 제3축(123)에는 제1회전부(141)의 상단과 제2회전브래킷(152)이 각각 회전 가능하게 장착된다.

그리고 도 1에 보이듯이, 제1회전부(141)의 하부에는 2개의 제1액추에이터(161)가 마주하게 장착되며 제1차동베벨기어(131)의 2개의 이동기어(131M)와 각각 타이밍 벨트 또는 기어 등으로 직결 방식으로 연결된다. 또한 2개의 제2액추에이터(162)가 제1회전부(141)의 상부에 마주하게 장착되며 제2차동베벨기어(132)의 2개의 이동기어(132M)와 각각 타이밍 벨트 또는 기어 등으로 직결방식으로 연결된다.

이와 같이 구성된 제2축(122)에 연결된 2개의 제1액추에이터(161)의 작동방향 즉 회전방향을 제어함으로써, 제1회전부(141)는 제1축(121) 및 제2축(122)을 중심으로 회전한다.

구체적으로 2개의 제1액추에이터(161)를 상호 반대방향(이동기어(131M)의 회전방향은 동일)으로 회전시키면 제1회전부(141)는 제1축(yaw)(121)을 중심으로 회전하고, 제1회전브래킷(151) 또한 제1축(yaw)(121)을 중심으로 회전한다.

반면에, 2개의 제1액추에이터(161)를 상호 같은 방향(이동기어(131M)의 회전방향은 상호 반대)으로 회전시키면 제1회전부(141)는 제2축(pitch)(122)을 중심으로 회전한다.

제2회전부(142) 또한 연결된 2개의 제2액추에이터(162)를 같은 방향(이동기어(132M)의 회전방향은 상호 반대)으로 회전시키면 제2회전부(142)는 제3축(pitch)(123)을 중심으로 회전하고, 2개의 제2액추에이터(162)를 상호 반대방향(이동기어(132M)의 회전방향은 동일)으로 회전시키면 제2회전부(142)는 제4축(roll)(124)을 중심으로 회전한다.

한편, 도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2축(122)에는 제1회전브래킷(151)이 회전 가능하게 장착되고, 제3축(123)에는 제2회전브래킷(152)이 회전 가능하게 장착된다. 그리고 연결링크(170)의 양단이 제1회전브래킷(151)과 제2회전브래킷(152)에 각각 힌지 연결되는데, 연결링크(170)의 일단과 제1회전브래킷(151)이 제1회전관절(171)에 의해 연결되고, 연결링크(170)의 타단과 제2회전브래킷(152)이 제2회전관절(172)에 의해 연결된다. 여기에서 제2축(122), 제1회전관절(171), 제2회전관절(172), 제3축(123)은 평행사변형 구조(175)를 이룬다. 이와 같이 연결링크(170)와 제1회전브래킷(151)과 제2회전브래킷(152)을 연결하는 제1회전관절(171), 제2회전관절(172), 제2축(122), 제3축(123)이 평행사변형 구조(175)를 이룸으로써, 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전하더라도 평행사변형 구조는 유지된다. 여기에서 평행사변형 구조(175)의 두 장변에 해당하는 제1회전부(141)와 연결링크(170)는 평행 이동하고, 한 쪽 단변에 해당하는 제2회전브래킷(152)이 제1회전부(141)의 회전에 의해 이동하더라도 제1회전브래킷(151)과 평행하게 이동한다.

이와 같이 구성된 매니퓰레이터(100)에 있어서, 제2축(122)과 제3축(123)을 중심으로 회전하는 제1회전부(141)와 제2회전부(142)는 위치에 따라 중력을 받게 되며, 아래에서는 매니퓰레이터(100)의 제1회전부(141)와 제2회전부(142)에 작용하는 중력에 대한 보상기구에 대해 설명한다.

중력보상기구(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1회전부(141)의 중력을 보상하는 제1중력보상부(210), 그리고 제2회전부(142)의 중력을 보상하는 제2중력보상부(220)로 구분된다.

제1중력보상부(210)와 제2중력보상부(220)는 베이스 플레이트(111)의 저면에 장착되며, 제1중력보상부(210)에서 연장된 제1와이어(211)는 제1회전부(141)에 장착되고, 제2중력보상부(220)에서 연장된 제2와이어(221)는 제2회전부(142)에 장착된다.

구체적으로 제1중력보상부(210)는 케이스(212)의 내부에서 제1축(121)을 중심으로 베이스 플레이트(111)의 외측으로 연장되어 위치하는 가이드 바(216)와, 가이드 바(216)를 따라 이동하는 슬라이더(217)와, 슬라이더(217)에 장착된 도르래(214)와, 가이드 바(216)를 따라 위치하며 슬라이더(217)가 베이스 플레이트(111)의 바깥방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 코일스프링(213)과, 케이스(212)에 장착되며 제1와이어(211)의 일단이 고정된 장력조절부(218)와, 베이스 플레이트(111)의 저면에 장착되어 제1와이어(211)의 방향을 전환하는 제1풀리(231)와, 제1회전브래킷(151)에 장착되며 제1와이어(211)의 방향을 전환하는 제2풀리(232)와, 제1회전부(141)에 장착되며 제1와이어(211)의 타단이 고정되는 고정구(219)를 포함한다.

그리고 제1와이어(211)는 그 일단이 장력조절부(218)에 고정되고, 제1와이어(211)는 도르래(214)에서 진입하는 방향의 반대방향으로 진출하도록 방향 전환되며, 제1풀리(231)에서 상향으로 방향 전환되어 제1축(121)에 형성된 중공을 관통해 상부로 연장되며, 제2풀리(232)에서 방향 전환되어 제1회전부(141)에 장착된 고정구(219)에 제1와이어(211)의 타단이 고정된다.

이와 같이 구성된 제1중력보상부(210)의 작동관계를 살펴보면, 제1회전부(141)는 제1액추에이터(161)에 의해 제2축(pitch)(122)을 중심으로 회전하나, 제1회전브래킷(151)은 제2축(122)을 중심으로 회전하지 않는다. 따라서 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전하면서, 제1회전부(141)에 고정된 고정구(219)와 제1회전브래킷(151)에 장착된 제2풀리(232)의 사이가 벌어질 경우 즉, 제1회전부(141)가 전방 또는 후방으로 기울어질 경우 고정구(219) 쪽으로 제1와이어(211)를 당겨지면서 제1와이어(211)에 장력이 발생하게 되는데, 이때 제1와이어(211)의 장력에 의해 제1중력보상부(210)의 슬라이더(217)가 스프링 고정부(215) 쪽으로 이동하면서 코일스프링(213)을 압축시킨다. 이와 같이 코일스프링(213)이 압축되면서 발생하는 탄성복원력은 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전함에 발생하는 토크(중력)를 보상한다.

한편, 제2중력보상부(220)는 앞서 설명한 제1중력보상부(210)와 같이 케이스(222)의 내부에 코일스프링(223), 슬라이더(227), 도르래(224), 가이드 바(226), 제1풀리(231)와 같은 기능의 제3풀리(233)가 장착되며 제2와이어(221)의 일단은 장력조절부(228)에 고정되고, 제2와이어(221)는 도르래(224)에서 진입하는 방향의 반대방향으로 진출하며 제3풀리(233)에서 상향으로 방향전환되어 제2회전부(142)에 장착된 제2와이어 고정부(240)에 제2와이어(221)의 타단이 고정된다. 그리고 제2중력보상부(220)에서 연장된 제2와이어(221)는 제1회전브래킷(151)에 장착된 제4풀리(234), 제1회전관절(171) 부위에 장착된 제5풀리(235), 제2회전관절(172) 부위에 장착된 제6풀리(236), 제2회전브래킷(152)에 장착된 제7풀리(237), 제2회전브래킷(152)에 장착된 풀리조립체(250)를 거쳐 제2회전부(142)에 장착된 제2와이어 고정부(240)에 제2와이어(221)의 타단이 고정된다. 여기에서 도 4a에 도시된 바와 같이 연결링크(170)의 형태에 따라 제2와이어(221)를 지지하는 보조풀리(238)들이 장착될 수 있으며, 앞서 설명한 풀리들은 와이어들의 방향전환에 따라 다양하게 변경 가능하다.

아래에서는 풀리조립체(250) 및 제2와이어 고정부(240)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 풀리조립체(250)는 제2회전브래킷(152)의 상단부에 고정되는 고정블록(251)과, 고정블록(251)의 수직 중공에 베어링(235)에 의해 회전 가능하게 장착된 중공축(252)과, 중공축(252)의 상단에 고정되며 상부로 개방된 회전홀더(254)와, 상기 회전홀더(254)에 장착된 2개의 풀리(255)와, 회전홀더(254)에 장착되며 2개의 풀리(255) 사이를 빠져 나온 제2와이어(221)가 제2와이어 고정부(240)를 향하도록 진행방향을 안내하는 제2와이어 가이드(256)를 포함한다. 그리고 2개의 풀리(255)는 원주면이 상호 접한 상태로 풀리(255)의 원주면을 따라 형성된 홈 안쪽에 제2와이어(221)가 위치하며 제2와이어(221)가 이동함에 따라 풀리(255)가 회전하고, 제2회전부(142)가 제3축(123)과 제4축(124)을 중심으로 각각 회전함에 있어 회전홀더(254)가 회전하며 제2회전부(142)를 지향한다.

한편, 제7풀리(237)에 의해 방향이 전환된 제2와이어(221)는 중공축(252)의 중공을 관통해 풀리조립체(250)의 2개의 풀리(255) 사이를 통과하고 풀리(255)에 의해 방향을 전환한 후 제2회전부(142)를 관통해 제2회전부(142) 정면에 장착된 제2와이어 고정부(240)에 고정된다.

또한 제2와이어 고정부(240)는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 제2회전부(142)의 정면에 고정되는 고정블록(241)과, 제2회전부(142)에 고정된 고정블록(241)의 양측에 각각 고정되는 지지브래킷(242)과, 지지브래킷(242)의 사이에 위치하며 베어링(244)에 의해 지지브래킷(242)에 회전 가능하게 장착된 와이어 고정구(243)를 포함하며, 고정블록(241)에는 제2와이어(221)가 와이어 고정구(243)를 향해 진입하도록 관통공이 형성되고, 와이어 고정구(243) 또한 제2와이어(221)가 관통하도록 횡방향으로 관통공(245)이 형성되는데, 와이어 고정구(243)에 형성된 관통공(245)의 진입부(246)에는 구배가 형성된다. 진입부(246)에 형성된 구배는 와이어 고정구(243)가 회전함에 있어 제2와이어(221)가 직각으로 꺾이는 것을 방지하기 위한 것으로서 와이어 고정구(243)가 회전하더라도 제2와이어(221)는 진입부(246)의 구배에 의해 완만하게 만곡된 상태를 유지한다. 이와 같이 제2와이어(221)가 완만하게 만곡됨에 따라 제2와이어(221)의 절단 및 와이어 고정구(243)의 파손을 미연에 방지할 수 있다. 한편 제2와이어(221)의 단부는 와이어 고정구(243)의 관통공(245) 안쪽 또는 관통공(245)을 관통해 외측에 고정된다.

이와 같이 구성된 풀리조립체(250)와 제2와이어 고정부(240)는 도 9에 도시된 바와 같이 제2회전부(142)가 제3축(pitch) 및 제4축(roll)을 중심으로 회전함에 있어 제2와이어(221)가 원활하게 이동하도록 지지한다.

아래에서는 제2회전부(142)에 대한 중력 보상에 대해 설명한다.

제1회전부(141)의 위치를 고정시키고 제2회전부(142)가 제3축(123)을 기준으로 회전할 경우, 제1회전부(141)는 고정되어 있으므로 평행사변형 구조(175)에 포함되는 제2회전브래킷(152)의 위치 또한 고정되며, 제2회전브래킷(152)에 고정된 회전 가능한 풀리조립체(250)의 위치 또한 고정된다.

따라서 제2회전부(142)가 제3축(123)을 중심으로 회전하면 제2와이어 고정부(240)가 제2회전부(142)를 따라 제3축(123)을 중심으로 회전하게 되어 제2와이어(221)를 끌어당기게 되는데, 제2와이어(221)가 제2와이어 고정부(240) 쪽으로 이동하면서 제2중력보상부(220)의 슬라이더(227)는 장력에 의해 스프링 고정부(225) 쪽으로 이동하면서 코일스프링(223)을 압축시킨다. 이와 같이 코일스프링(223)이 압축되면서 발생하는 탄성복원력은 제2회전부(142)가 제3축(123)을 중심으로 회전함에 발생하는 토크(중력)를 보상한다.

한편, 제3축(123)을 기준으로 회전하는 제2회전부(142)를 회전 고정시킨 상태로 제1회전부(141)가 제2축(122)을 기준으로 회전할 경우, 제2회전브래킷(152)은 제1회전부(141)를 따라 제2축(122)을 중심으로 회전하게 되는데 평행사변형 구조(175)에 의해 베이스 플레이트(111)에서 평행하게 이동한다. 따라서 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전하여 로봇의 얼굴(101)이 전방으로 숙여질 경우 제2회전브라켓(152)은 평행 이동함에 따라 제2와이어 고정부(240)에서 풀리조립체(250) 사이의 거리가 멀어지고, 반대로 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전하여 로봇의 얼굴(101)이 후방으로 들어질 경우 제2와이어 고정부(240)에서 풀리조립체(250) 사이의 거리는 좁아지게 된다. 이 경우 제2와이어(221)가 이동하게 되고 제2중력보상부(220)에서 토크(중력)을 보상하며, 동시에 제1회전부(141)의 회전에 따른 토크(중력)을 제1중력보상부(210)에서 보상한다.

한편, 제1회전부(141)가 회전 고정된 상태에서, 제2회전부(142)가 제3축(123)을 중심으로 회전할 경우, 제2회전부(142)에 장착된 제2와이어 고정부(240)가 풀리조립체(250)에서 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동하게 되는데, 이때 제2와이어 고정부(240)에 제2와이어(221)의 타단이 고정되어 있어 제2와이어(221)에 장력이 발생하고 장력에 의해 제2중력보상부(220)의 슬라이더(227)가 이동하게 되며, 제2중력보상부(220)의 코일스프링(223)이 신축되면서 제2회전부(142)의 토크(중력)를 보상한다. 따라서 중력의 영향에 의해 더 이상 제2회전부(142)가 회전하지 않으며, 무중력과 같은 상태로 그 자세를 유지한다.

다음으로 제2회전부(142)가 제3축(123)으로 회전함과 동시에 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전할 경우 앞서 설명한 바와 같이, 제1중력보상부(210)와 제2중력보상부(220)가 제1회전부(141)와 제2회전부(142)의 토크(중력)를 각각 보상하도록 작동한다. 다만, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1회전부(141)가 제2축(122)을 중심으로 회전함에 있어서, 제2회전부(142)가 제3축(123)을 중심으로 회전하면서 제2회전부(142)가 수직한 상태로 유지하도록 제1회전부(141)의 회전을 보상할 경우, 구체적으로 도 5에 보이듯이, 제1회전부(141)가 회전하더라도 제2회전부(142)가 수직한 상태를 유지하며 전후방으로 선회하며 이동할 경우에는 제2와이어 고정부(240)와 풀리조립체(240) 사이의 거리가 일정하다. 이 경우 제2와이어(221)의 이동이 발생하지 않아 제2중력보상부(220)의 토크는 변화하지 않으며 제1중력보상부(210)에서만 변화된 토크(중력)를 보상한다.

아래에서는 제2회전부(142)가 제4축(124)을 중심으로 회전할 경우 발생하는 중력에 대한 보상에 대해 설명한다.

제2회전부(142)는 제4축(124)을 중심으로 회전이 가능하다. 이와 같이 제2회전부(142)가 제4축(124)을 중심으로 회전할 경우, 제2회전부(142)에 장착된 제2와이어 고정부(240)와 제2회전브래킷(152)에 장착된 풀리조립체(250)의 사이가 벌어지거나 좁혀지게 되는데, 풀리조립체(250)가 중공축(252)을 중심으로 회전 가능하게 장착되어 있어 풀리조립체(250)는 제2와이어 고정부(240)의 위치를 지향하도록 회전하게 된다. 즉 풀리조립체(250)의 풀리(255)를 거쳐 제2와이어 고정부(240)로 연장된 제2와이어(221)는 제2회전부(142)가 제4축(124)을 중심으로 회전함에 있어 풀리조립체(250)와 제2와이어 고정부(240)의 거리 변화만큼 제2와이어 고정부(240)로 끌려 이동하거나 반대로 풀어지면서 이동하게 된다. 이 또한 제2중력보상부(220)에서 제2회전부(142)의 토크(중력)를 보상하게 된다.

이와 같이 중력보상기구(200)는 매니퓰레이터(100)가 작동함에 있어서, 중력과 평행한 제1축(121)을 제외한 제2축(122), 제3축(123) 및 제4축(124)으로 작용하는 중력에 따른 영향을 보상한다. 여기에서, 제1축(121)은 중력방향과 평행하기 때문에 제1회전부(141)와 제2회전부(142)가 제1축(121)을 중심으로 회전하더라도 토크는 변화하지 않는다.

한편 앞서 설명한 중력보상기구(200)에 장착된 장력조절부(218, 228)들은 각각에 고정된 제1와이어(211) 및 제2와이어(221)의 장력을 조절할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 와이어의 장력을 조절하는 기능을 다양하게 변경 가능하며, 일예로서, 도면에 도시하지 않았으나, 볼트에 관통공을 뚫고, 와이어를 관통공에 통과시켜 고정한 후에 볼트를 케이스에 고정된 너트에 체결한다. 이와 같이 구성된 장력조절부의 볼트를 회전시키면 와이어가 볼트에 감겨 와이어의 장력을 미세하게 조절할 수 있으며, 이때 볼트와 너트는 풀림방지 기능을 갖는 것이 바람직하다.

100 : 매니퓰레이터
101 : 로봇의 얼굴
110 : 베이스
111 : 베이스 플레이트
121 ~ 124 : 축
131, 132 : 차동베벨기어
141, 142 : 회전부
151, 152 : 회전브래킷
161, 162 : 액추에이터
170 : 연결링크
171, 172 : 회전관절
175 : 평행사변형 구조
200 : 중력보상기구
210, 220 : 중력보상부
211, 221 : 와이어
212, 222 : 케이스
213, 223 : 코일스프링
214, 224 : 도르래
215, 225 : 스프링고정부
216, 226 : 가이드 바
217, 227 : 슬라이더
218, 228 : 장력조절부
231 ~ 238 : 풀리
240 : 제2와이어 고정부
241 : 고정블록
242 : 지지브래킷
243 : 와이어 고정구
244 : 베어링
245 : 관통공
246 : 진입부
250 : 풀리조립체
251 : 고정블록
252 : 중공축
253 : 베어링
254 : 회전홀더
255 : 풀리
256 : 제2와이어 가이드

Claims

복수의 축들에 연결된 회전부들이 축을 중심으로 회전하는 매니퓰레이터로서,
회전함에 있어 중력을 받는 회전부들에 연결된 와이어들을 스프링으로 지지하며 각 회전부의 회전에 의해 와이어가 스프링을 가압하거나 가압해제하면서 회전부에 가해지는 중력의 영향을 스프링의 탄성복원력으로 보상하는 중력보상기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제1항에 있어서,
매니퓰레이터의 축들은 중력의 방향과 일치하는 제1축(yaw), 제2축(pitch), 제3축(pitch), 제4축(roll)으로 구분되고,
매니퓰레이터는 제1축과 제2축을 중심으로 각각 회전하는 제1회전부와, 제3축과 제4축을 중심으로 각각 회전하는 제2회전부를 포함하며,
중력보상기구의 제1와이어는 제1회전부에 연결되고, 중력보상기구의 제2와이어는 제2회전부에 연결되며, 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전할 때와 제2회전부가 제3축과 제4축으로 회전할 때에 발생하는 중력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제2항에 있어서,
매니퓰레이터는 베이스 플레이트에 고정된 제1축에 장착되어 제1축을 중심으로 회전 가능한 제1회전브래킷과, 제3축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 제2회전브래킷과, 제1회전브래킷과 제2회전브래킷에 각각 제1회전관절과 제2회전관절에 의해 상대 회전 가능하게 결합된 연결링크를 포함하며, 제2축과 제3축과 제1회전관절 및 제2회전관절은 평행사변형 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제3항에 있어서,
중력보상기구는 제1회전부의 중력을 보상하는 제1중력보상부와 제2회전부의 중력을 보상하는 제2중력보상부로 구분되며, 중력보상기구는 매니퓰레이터가 장착된 베이스 플레이트의 저면에 설치되고, 제1와이어와 제2와이어는 제1축 방향으로 연장되어 제1회전부와 제2회전부에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제4항에 있어서,
제1중력보상부는, 제1축에서 베이스 플레이트의 외측으로 고정된 가이드 바와, 가이드 바를 따라 이동하는 슬라이더와, 슬라이더에 장착된 도르래와, 슬라이더를 베이스 플레이트의 외측방향으로 밀어내도록 탄성복원력을 제공하는 코일스프링과, 제1와이어의 일단이 고정된 장력조절부와, 제1와이어가 제1축의 방향으로 연장되도록 방향을 전환하는 제1풀리를 포함하며,
일단이 장력조절부에 고정된 제1와이어는 도르래와 제1풀리를 거쳐 제1축 방향으로 연장되어 제1회전부에 고정된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제5항에 있어서,
제1와이어는 제1축의 중공을 관통해 제1회전브래킷에 장착된 제2풀리를 거쳐 제1회전부에 장착된 고정구에 타단이 고정된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제4항에 있어서,
제2중력보상부는, 제1축에서 베이스 플레이트의 외측으로 고정된 가이드 바와, 가이드 바를 따라 이동하는 슬라이더와, 슬라이더에 장착된 도르래와, 슬라이더를 베이스 플레이트의 외측방향으로 밀어내도록 탄성복원력을 제공하는 코일스프링과, 제2와이어의 일단이 고정된 장력조절부와, 제2와이어가 제1축 방향으로 연장되도록 방향을 전환하는 제3풀리를 포함하며,
일단이 장력조절부에 고정된 제2와이어는 도르래와 제1풀리를 거쳐 제2회전부에 고정되며, 제1회전브래킷과 연결링크 및 제2회전브래킷에는 제2와이어를 지지하는 풀리들이 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제7항에 있어서,
제2와이어는 제1회전브래킷과 연결링크 및 제2회전브래킷을 따라 평행사변형 구조로 풀리에 지지되어 연장된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제7항 또는 제8항에 있어서,
제2회전부에는 제2와이어 고정부가 장착되며,
제2와이어 고정부는 제2회전부에 회전 가능하게 장착된 와이어 고정구와,
제2와이어가 삽입되도록 와이어 고정구의 횡방향으로 형성되며 제2와이어가 삽입되는 진입부에 구배를 형성한 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제9항에 있어서,
제2와이어 고정부는 제2회전부의 정면에 장착 고정되는 고정블록과, 고정블록의 양측면에 고정되어 와이어 고정부가 회전 가능하도록 지지하는 지지브래킷을 포함하며, 제2와이어의 타단은 제2회전부와 고정블록을 관통해 와이어 고정부의 관통공 내측 또는 와이어 고정부의 외주면에 고정된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제7항에 있어서,
제2회전브래킷에는 제2와이어가 제2회전부를 향하여 위치하도록 제2와이어를 지지하는 풀리조립체가 장착되며, 풀리조립체는 제3축과 제4축을 각각 중심으로 회전하는 제2회전부를 지향하도록 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제11항에 있어서,
풀리조립체는 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착된 중공축과, 중공축의 상단에 고정된 회전홀더와, 회전홀더의 내부에 장착된 풀리를 포함하며, 제2와이어는 중공축의 내부를 관통해 풀리를 거쳐 제2회전부를 향해 연장된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제12항에 있어서,
상기 회전홀더에는 제2와이어가 제2회전부를 향하도록 안내하는 제2와이어 가이드가 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제12항 또는 제13항에 있어서,
제1회전브래킷에는 제2와이어를 지지하는 제4풀리가 장착되고, 연결링크에는 제2와이어가 풀리조립체를 향해 연장되도록 제2와이어를 지지하는 풀리들이 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제3항에 있어서,
매니퓰레이터는 제1회전부가 제1축과 제2축을 중심으로 회전하도록 제1회전부와 베이스의 사이에 제1차동베벨기어가 장착되고, 제2회전부가 제3축과 제4축을 중심으로 회전하도록 제1회전부와 제2회전부의 사이에 제2차동베벨기어가 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제15항에 있어서,
제1차동베벨기어는, 제1축의 상단에 고정된 고정기어와, 제2축에 회전 가능하게 장착된 2개의 이동기어들을 포함하며, 제1회전브래킷이 제1축의 상단에는 고정되고, 제2축이 제1회전브래킷에 회전 가능하게 장착되며 제1회전부는 제2축에 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제16항에 있어서,
제1회전부에는 2개의 제1액추에이터가 장착되고 2개의 제1액추에이터는 2개의 이동기어와 연결되어 이동기어를 회전시키며, 이동기어의 회전방향에 따라 제1회전브래킷과 제1회전부가 제1축을 중심으로 회전하거나 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제15항에 있어서,
제2차동베벨기어는, 제2회전부에 고정되며 중심에 제4축이 고정된 고정기어와, 제3축에 회전 가능하게 장착된 2개의 이동기어들을 포함하며, 제2회전브래킷이 제4축의 단부에 회전 가능하게 고정되고, 제3축이 제2회전브래킷에 회전 가능하게 장착되며 제2회전부는 제3축에 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제18항에 있어서,
제1회전부에는 2개의 제2액추에이터가 장착되고 2개의 제2액추에이터는 2개의 이동기어와 연결되어 이동기어를 회전시키며, 이동기어의 회전방향에 따라 제2회전부가 제3축을 중심으로 회전하거나 제2회전부가 제4축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제5항에 있어서,
장력조절부는 제1와이어의 일단이 고정된 풀림방지볼트이고, 풀림방지볼트는 제1중력보상부에 고정된 너트에 체결된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
제7항에 있어서,
장력조절부는 제2와이어의 일단이 고정된 풀림방지볼트이고, 풀림방지볼트는 제2중력보상부에 고정된 너트에 체결된 것을 특징으로 하는 중력보상기구를 구비한 매니퓰레이터.
복수의 축들에 연결된 회전부들이 축을 중심으로 회전하는 매니퓰레이터와,
회전함에 있어 중력을 받는 회전부들에 연결된 와이어들을 스프링으로 지지하며 각 회전부의 회전에 의해 와이어가 스프링을 가압하거나 가압해제하면서 회전부에 가해지는 중력의 영향을 스프링의 탄성복원력으로 보상하는 중력보상기구를 포함하며,
매니퓰레이터의 축들은 중력의 방향과 일치하는 제1축(yaw), 제2축(pitch), 제3축(pitch), 제4축(roll)으로 구분되고,
매니퓰레이터는 제1축과 제2축을 중심으로 각각 회전하는 제1회전부와, 제3축과 제4축을 중심으로 각각 회전하는 제2회전부를 포함하며,
중력보상기구의 제1와이어는 제1회전부에 연결되고, 중력보상기구의 제2와이어는 제2회전부에 연결되며, 제1회전부가 제2축을 중심으로 회전할 때와 제2회전부가 제3축과 제4축으로 회전할 때에 발생하는 중력을 보상하며,
제2회전부에는 로봇의 얼굴이 장착된 것을 특징으로 하는 얼굴로봇.