KR20130057362A

KR20130057362A - 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조

Info

Publication number: KR20130057362A
Application number: KR1020110123222A
Authority: KR
Inventors: 임현섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-05-31

Abstract

본 발명은 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동력전달용 케이블이 연결되는 메인풀리가 각각 구비된 두 개 이상의 힌지부에 복수개의 연결링크가 직렬방식으로 연결되는 케이블 구동방식의 관절구조에 있어서, 상기 복수개의 힌지부 중 제1단부와 최종 말단부를 제외한 그 중간부 힌지부에 구비되는 메인풀리에는 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리가 설치되고, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 연결링크 일측에는 또 다른 제3보조풀리가 설치되며, 상기 제1 및 제2보조풀리와 제3보조풀리 사이에는 고정축에 의해 회동가능한 텐션바가 설치된 구성으로 이루어져, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 힌지부 메인풀리에 연결되는 동력전달케이블이 상기 제1 및 제2보조풀리 사이를 통과하고 상기 텐션바를 거쳐 제3보조풀리에 한번 감긴 후에 연결되는 구조로 이루어져 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 힌지부 전단의 연결링크 회전시에 상기 제1 및 제2보조풀리 사이의 접촉면적 차이에 따른 상기 텐션바의 회동으로 장력이 조절되어 제3보조풀리 이후의 힌지부에 연결된 연결링크가 모션갑섭이 발생되지 않도록 하는 특징적인 구조로 이루어진다.

Description

모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조{Hinge structure with cable-driving type for eliminate of the motion coupling}

본 발명은 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 힌지부를 갖는 다축 관절구조의 장치에서 각 힌지부를 동작시키는 동력전달케이블이 각 메인풀리에 설치된 한 쌍의 보조풀리와 텐션바 및 또 다른 보조풀리를 경유하면서 연결링크의 회전각도에 따라 자동으로 장력이 조절되어 후단부의 연결링크가 전단부의 연결링크와 연계되어 동작되는 모션간섭 현상이 발생되지 않도록 구성된 케이블 구동방식의 힌지구조에 관한 것이다.

자동차를 비롯한 다양한 기계장치 뿐만 아니라 기술의 발전과 더불어 인간의 능력을 향상시키고 보완하기 위한 산업용, 의료용 로봇의 개발이 이루어져 널리 사용되고 있는 추세에 있다.

이러한 다양한 기계장치 뿐만 아니라 로봇 등에는 각 부위의 동작을 위한 다수의 관절부(이하, 힌지부라 통칭함)가 형성되어 있으며, 다수의 관절이 구비된 장치의 경우 힌지부의 동작을 위해서는 일정한 동력전달수단이 각 힌지부에 연결 설치되어 있다.

또한, 동력을 전달하는 수단으로는 체인이나 벨트, 케이블 등이 이용되고 있으나, 본 발명은 케이블 구동방식으로 힌지부의 구동이 이루어지는 기술분야에 관한 것으로, 본 발명의 설명에서는 종래이 케이블 구동방식으로 이루어진 기술에 한정해서 그 설명을 하기로 한다.

케이블 구동방식의 동력전달구조는 전체 장치의 경량화, 소형화를 가져올 수 있어 산업용, 의료용 로봇 등의 분야에서 널리 이용되고 있다.

이러한 케이블 구동방식은 각 관절의 힌지부에 메인풀리가 고정 설치되고, 각 메인풀리에는 제어부측과 연결된 동력전달케이블이 설치되어 상기 동력전달케이블의 신축에 따라 각 힌지부에 결합된 메인풀리를 회동시켜 각 연결링크를 동작시킬 수 있도록 구성된다.

이러한 케이블 구동방식의 다(多) 관절 구조의 일실시예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 종래의 3축 직렬형 관절을 갖는 로봇 또는 장치의 경우, 제어부측과 연결된 복수의 제1, 제2, 제3동력전달케이블(14,24,34)이 각 제1, 제2, 제3힌지부(10,20,30)의 메인풀리(12,22,32)에 각각 연결되어 메인풀리(12,22,32)의 회동에 따라 각 풀리에 연결된 제1, 제2연결링크(15,35) 등을 동작시킬 수 있도록 구성된다.

즉, 도 1과 같이 3축 직렬 관절형 로봇의 경우, 제1동력전달케이블(14)은 제1힌지부(10)의 메인풀리(12)에 연결되고, 제2동력전달케이블(24)은 제1힌지부(10)의 메일풀리(12)에 한 번 감긴 후에 제2힌지부(20)의 메인풀리(22)에 결합되며, 제3동력전달케이블(34)은 제1, 제2힌지부(10,20)의 메인풀리(12,22)에 각각 한번씩 감긴 후에 제3힌지부(30)의 메인풀리(32)에 연결된다.

물론, 제4, 제5의 힌지부 및 연결링크가 연속 설치된 경우, 제4, 제5동력전달케이블도 상술한 바와 같이, 그 전방부에 설치된 다수의 힌지부에 결합된 메인풀리를 거쳐서 연결될 것이다.

이와 같이 다축 관절구조를 갖는 경우, 예를 들어 제1연결링크(15)와 제2연결링크(35)를 동작시키기 위해 제1동력전달케이블(14)과 제2동력전달케이블(24)을 당기게 되면, 도 2와 같이 제1힌지부(10)의 메인풀리(12)와 제2힌지부(20)의 메인풀리(22)가 회전하게 되고, 각 힌지부 축상에 결합된 메인풀리에 감겨진 동력전달케이블은 풀리와의 접촉면적이 달라지게 되어 케이블에 작용하는 장력이 변하게 된다.

따라서, 제1힌지부(10)와 제2힌지부(20)를 동작시킬 때, 제1힌지부(10) 축과 제2힌지부(20) 축에 결합된 메인풀리(12,22)에 감겨진 후 제3힌지부(30)에 연결되는 제3동력전달케이블(34)은 제1, 제2힌지부(10,20)의 메인풀리(12,22) 외주연에 감겨진 케이블의 접촉부분이 달라지게 되어 제3힌지부(30)에 작용하는 제3동력전달케이블(34)의 장력이 변하게 되고, 이로 인해서 동작이 필요없는 제3힌지부(30)의 메인풀리(32)가 회전운동을 하게 됨으로써 불필요한 제3힌지부(30)의 운동을 유발하는 결과를 초래하게 된다.

즉, 도 1과 같이 무동력 상태의 경우, 제1힌지부(10)에서 제2힌지부(20) 사이의 동력전달케이블(24)의 길이는 L1+2πr1이 되고, 제2힌지부(20)에서 제3힌지부(30)까지 설치된 동력전달케이블(35)의 길이는 L1+L2+2πr1+2πr2가 된다.

그러나, 도 2와 같이 제1힌지부(10) 및 제2힌지부(20)가 회전하는 경우, 제1힌지부(10)에서 제2힌지부(20) 사이의 동력전달케이블(24)의 길이는 L1+2πr1×(360°+θ1/360°)가 되고, 제1힌지부(10)에서 제3힌지부(30)까지 설치된 동력전달케이블(34)의 길이는 L1+L2+2πr1×(360°+θ1/360°)+2πr2×(360°-θ2/360°)가 된다.

이와 같이, 제1힌지부(10)와 제2힌지부(20)의 동작시 각 힌지부(10,20)의 메인풀리(12,22)에 동력전달케이블(24,34)이 접촉하는 부분의 길이가 달라져 동력전달케이블의 장력이 변하게 되고, 의도하지 않은 제3힌지부(30)가 움직이는 현상인 모션간섭(motion coupling)이 나타나게 된다.

따라서, 이러한 종래의 케이블 방식에서 발생되는 모션간섭을 제거하기 위해서 다양한 제어기법이 제시되고 있다.

그 일례로 동력전달케이블이 수축된 양만큼 구동기를 추가 구동시켜 제거하는 방법이 있지만, 힌지부를 구동시키는데 사용되는 구동기의 구동력 이외에 장력 유지를 위해 추가 구동력이 필요하기 때문에 모터사양이 증가하고, 이로 인해 기구의 중량 증가와 단가 상승의 문제점이 발생되고, 추가 제어 알고리즘이 필요하다는 단점이 있게 되어, 추가적인 장치를 부가하지 않으면서 기구적인 메카니즘을 통해 모션간섭 현상을 제거할 수 있는 방법에 대한 기술개발이 필요하였다.

본 발명은 상술한 종래의 케이블 구동방식의 다(多) 관절 힌지부의 모션 간섭현상을 제거할 수 있도록 하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 간단한 기구적 요소를 추가하여 별도의 동력장치 없이 관절조인트의 모션간섭 현상을 제거할 수 있는 케이블 구동방식의 관절구조를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 관절 구동계의 크기를 크게 하지 않고 별도의 제어 프로그램을 개발하지 않아도 사용자가 원하는 동작을 정확하게 수행할 수 있으며, 중량증가 및 단가상승을 초래하지 않는 모션간섭 현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조는 동력전달케이블이 연결되는 메인풀리가 각각 구비된 두 개 이상의 힌지부에 복수개의 연결링크가 직렬방식으로 연결되는 케이블 구동방식의 관절구조에 있어서, 상기 복수개의 힌지부 중 제1단부와 최종 말단부를 제외한 그 중간부의 힌지부에 구비되는 메인풀리에는 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리가 설치되고, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 연결링크 일측에는 또 다른 제3보조풀리가 설치되며, 상기 제1 및 제2보조풀리와 제3보조풀리 사이에는 고정축에 의해 회동가능한 텐션바가 설치되어, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 연결링크 힌지부에 결합되는 메인풀리 구동용 동력전달케이블이 상기 제1 및 제2보조풀리 사이를 통과하고 상기 텐션바를 거쳐 제3보조풀리에 한번 감긴 후에 연결되는 구조로 이루어져 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 힌지부 전단의 연결링크 회전시에 상기 제1 및 제2보조풀리 사이의 접촉부분의 크기가 달라져 상기 텐션바의 회동으로 그 장력이 조절되어 제3보조풀리 이후의 힌지부가 모션갑섭이 발생되지 않도록 구성된다.

특히, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 메인풀리의 이면에는 그 메인풀리의 회전축에 결합되어 메인풀리의 회전과 함께 회전되는 구동타이밍기어가 설치되고, 상기 텐션바가 설치된 연결링크 이면에는 텐션바의 고정축에 결합되어 상기 구동타이밍기어와 벨트로 연결되는 종동타이밍기어가 설치되어 상기 구동타이밍기어의 회전에 따라 동일방향으로 회전되는 종동타이밍기어에 의해 텐션바의 위치가 가변되어 동력전달케이블의 장력을 조절할 수 있는 구조로 이루어진다.

이와 더불어, 상기 제1 및 제2보조풀리는 그 중심축이 하나의 수직선상에 외주연이 접촉되도록 맞대어 설치되고, 제3보조풀리는 제2보조풀리와 동일한 수평선상에 설치되며, 상기 제3보조풀리는 제2보조풀리와 동일한 크기로 구성된 특징을 갖는다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조는 케이블 구동방식의 관절 힌지부에 설치됨으로써 그 후단의 힌지부에 대한 모션간섭 현상을 제거함으로써 사용자가 원하는 위치로 정확하게 조정할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 힌지구조는 연결되는 힌지부의 풀리 및 그 내측에 적용이 가능함으로써 관절 구동계의 크기를 크게 할 필요가 없어 중량과 제조단가를 절감시킬 수 있고, 이의 제어를 위한 추가적인 알고리즘이 필요 없는 간단한 시스템 구현이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 힌지구조를 산업용 및 의료용 로봇이나 자동차와 같은 복잡한 구조에 이용하는 경우에도 동력을 효율적으로 전달할 수 있을 뿐만 아니라 정확한 동력전달이 가능하도록 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 케이블 구동방식의 다축 직렬 힌지구조 및 동작상태도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조의 전체 개략적 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에서 제2힌지부의 이면에 구비된 구동계의 발췌도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 구동방식의 힌지구조가 적용된 3축 힌지구조에서 제2힌지부에 대한 동력전달케이블의 동작상태도이다.

본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조는 복수개의 힌지부 중 제1단부와 최종 말단부를 제외한 그 중간부의 힌지부에 구비되는 메인풀리에 한 쌍의 보조풀리가 상호 맞대어 설치되고, 그 일측으로 또 다른 하나의 보조풀리가 설치되며, 한 쌍의 보조풀리와 또 다른 하나의 보조풀리 사이에는 고정축을 중심으로 회동 가능한 텐션바가 설치된 구조로 이루어진다.

따라서, 한 쌍의 보조풀리가 설치된 후단의 연결링크에 연결되는 동력전달케이블이 상기 한 쌍의 보조풀리를 통과한 후에 텐션바를 거쳐 또 다른 하나의 보조풀리에 한번 감긴 후에 연결됨으로써, 상기 한 쌍의 보조풀리가 설치된 메인풀리의 회전시 메인풀리 외주연에 접촉하는 동력전달케이블의 접촉부분이 변경되더라도 상기 텐션바가 회동되어 동력전달케이블의 장력을 조절해줌으로써 그 후단의 메인풀리에 연결되는 동력전달케이블의 장력을 원래 상태로 유지시켜 보조풀리 이후에 연결되는 연결링크의 힌지부가 모션간섭 현상이 발생되지 않도록 하는 특징적인 구성 및 구조로 이루어진다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

그러나 다음에 예시되는 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있는 것으로, 상세한 설명에 예시된 실시예는 당업자가 본 발명을 보다 완전하게 실시할 수 있도록 설명하기 위한 예시에 불과하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 힌지구조가 적용된 전체적인 구성을 개략적인 모식도로 도시하고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 케이블 구동방식의 힌지구조는 동력전달케이블이 연결되는 메인풀리가 각각 구비된 두 개 이상의 힌지부에 복수개의 연결링크가 직렬방식으로 연결되는 다축 관절구조로 이루어져 동력전달케이블을 이용하여 동력을 각 연결링크에 전달하는 구조에 적용되는 것으로, 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서는 그 설명의 편리를 위해 3개의 힌지부(10,20,30)와 메인풀리(12,22,32), 동력전달케이블(14,24,34)이 구비되고, 2개의 연결링크(12,35)가 힌지부 사이에 구비된 동력전달구조를 토대로 설명을 한다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이, 3개의 힌지부를 갖는 동력방식의 경우, 각 힌지부에 동력을 전달하는 동력전달케이블은 각각 개별적으로 구성되는 것으로, 제1동력전달케이블(14)은 제1힌지부(10)의 메인풀리(12)에 연결되고, 제2동력전달케이블(24)은 제1힌지부(10)의 메인풀리(12)에 한번 감긴 후에 제2힌지부(20)의 메인풀리(22)에 연결되고, 제3동력전달케이블(34)은 제1힌지부(10)의 메인풀리(12)에 한번 감긴 후에 제2힌지부(20)의 메인풀리(22) 외측으로 설치된 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)를 통과한 후에 텐션바(50)를 거쳐 또 다른 제3보조풀리(42)에 한번 감긴 후에 제3힌지부(30)의 메인풀리(32)에 연결되어 각 힌지부에 동력이 전달되는 구조로 이루어진다.

이와 같은 기본적인 동력전달구조에 대해서는 그 설명을 간단히 하고, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 특징적 구성부에 대하여 자세히 설명한다.

즉, 다(多) 축을 갖는 복수개의 힌지부 중 제1단부와 최종 말단부를 제외한 그 중간부위, 도 3과 같이 3축 힌지구조의 경우 제1힌지부(10)와 제3힌지부(30)를 제외한 그 중간부에 설치된 제2힌지부(20)에 구비되는 메인풀리(22)에 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)가 설치되어지되, 상기 제1 및 제2보조풀리(40,41)는 동일한 수직선상에 그 중심축이 위치되록 하여 두개의 보조풀리(40,41)의 외주연이 접촉되게 설치되며, 상기 제1 및 제2보조풀리(40,41)가 설치된 후단의 제2연결링크(35) 일측에는 또 다른 제3보조풀리(42)가 설치된다.

또한, 상기 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)와 제2연결링크(35)의 측면에 구비된 제3보조풀리(42) 사이에는 고정축(52)에 의해 일단이 고정되고 타단이 회동가능하게 고정된 텐션바(50)가 설치된 구조로 이루어진다.

상기 텐션바(50)는 후단 제2연결링크(35)의 제3힌지부(30)에 연결되는 동력전달케이블(34)과 직접 접촉되어 회동이 용이하도록 고정축(52)에 힌지 고정된 지지대(53)의 상단에 텐션롤러(54)가 추가로 설치된 구성으로 이루어진다.

또한, 도 3의 A부위에 대한 이면 발췌도인 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)가 설치된 제2힌지부(20)의 메인풀리(22)의 이면에는 메인풀리(22)의 회전축에 결합되어 메인풀리(22)의 회전과 함께 회전되는 구동타이밍기어(60)가 설치되고, 상기 텐션바(50)의 고정축(52)이 설치된 연결링크(35)의 내측면에는 상기 구동타이밍기어(60)와 벨트(64)로 연결되어 구동타이밍기어(60)의 회전에 따라 동일방향으로 회전되어 상기 텐션바(50)의 위치를 가변시키는 종동타이밍기어(62)가 설치된 구조로 이루어진다.

이하에서는 상술한 구성으로 이루어지는 케이블 구동방식의 관절구조에 대한 동작메커니즘에 대하여 도 5 내지 도 7을 참고하여 상세히 설명한다.

상술한 제1 및 제2보조풀리(40,41)는 최전방의 힌지부(10)와 최종 말단부의 힌지부(30)에 구비된 메인풀리(12,32)에는 설치되지 않고, 최전방과 최후단 사이의 중간부위에 구비된 힌지부(20)의 메인풀리(22)에만 설치되는 것으로, 이러한 제1 및 제2보조풀리(40,41)와 제3보조풀리(42)는 그 다음단, 즉 제3보조풀리(42)가 설치된 연결링크(35)의 힌지부(30)에 설치되는 메인풀리(32)의 동작을 저지하기 위한 것이다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1연결링크(15)와 제2연결링크(35) 사이에 구비된 제2힌지부(20)의 메인풀리(22) 일측에 상기 제1 및 제2보조풀리(40,41)가 상하로 설치되어 양 보조풀리의 외주연이 상호 접촉되도록 동일 수직축 선상에 설치되어 있다.

또한, 상기 제1 및 제2보조풀리(40,41)의 후단 방향으로 제3보조풀리(42)가 제2연결링크(35)의 일측면에 설치되어 있으며, 상기 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)와 제3보조풀리(42) 사이의 제2연결링크(35) 일측면에는 고정축(52)을 중심으로 회동 가능한 구조로 이루어지는 텐션바(50)가 설치된다.

따라서, 제2연결링크(35)에 구비된 제3힌지부(30)의 메인풀리(32)에 동력전달을 위한 동력전달케이블(34)은 최전방의 힌지부(10)에 구비된 메인풀리(12)에 1회전 감긴 후에 제2힌지부(20)에 구비된 상기 제1 및 제2보조풀리(40,41) 사이를 통과한 후에 텐션바(50)를 거쳐서 제3보조풀리(42)에 한번 감긴 후에 연결된다.

물론, 상기 제2힌지부(20)에 구비된 메인풀리(22)에는 제1연결링크(15)의 동작용 동력전달케이블(24)이 외감되어 설치되고, 동작제어부(도시안됨)에서 각 연결링크의 동작을 위해 동력전달케이블을 동작시키면 상기 동력전달케이블이 연결된 풀리 및 연결링크가 동작된다.

즉, 동력전달케이블(24)이 당겨져서 제2힌지부(20)의 메인풀리(22)가 회전을 하게 되면, 상기 메인풀리(22)에 구비된 상기 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41) 사이를 통과하는 제2연결링크(35)용 제3동력전달케이블(34)의 접촉면적이 제1연결링크(15)와 제2연결링크(35)가 수평상태일때보다 더 많은 접촉면적을 갖게 되어 장력이 커짐으로 인해서 상기 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리(40,41)와 제3보조풀리(42) 사이에 설치된 텐션바(50)가 장력이 작용하는 전방 방향으로 젖혀지면서 장력의 크기만큼 제3동력전달케이블(34)의 접촉저항을 줄여주게 되고, 도 6과 같이 제1연결링크(15)가 제2연결링크(35)에 대해 직각으로 위치하게 되면 상기 텐션바(50)는 수평상태로 유지되어 텐션바(50)에 의한 제3동력전달케이블(34)의 장력을 부가하지 않도록 한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 제1연결링크(15)와 제2연결링크(35)가 수평상태일 경우에는 제 2연결링크(35) 쪽 메인풀리(32)에 연결되는 제3동력전달케이블(34)이 통과하는 제1 및 제2보조풀리(40,41) 사이의 접촉면적이 줄어들면서 그 장력이 완화됨에 따라 상기 텐션바(50)는 수직으로 위치하면서 완화된 장력마큼 제3동력전달케이블(34)을 받쳐주게 되어 제3보조풀리(42) 이후의 제3동력전달케이블(34)의 장력을 처음과 동일한 긴장상태가 유지되어 제3힌지부(30)의 메인풀리는 회전을 하지 않게 된다.

이와 같이, 제1연결링크(15)의 힌지부(20)에 구비된 메인풀리(22)가 회전하게 되면, 상기 메인풀리(22)의 회전은 메인풀리(22)의 후단에서 메인풀리의 회전축에 결합된 구동타이밍기어(60)를 회전시키게 되고, 상기 구동타이밍기어(60)의 회전은 벨트(64)로 연결된 종동타이밍기어(62)를 회전시키게 됨으로써 메인풀리(22)의 회전각도 및 회전방향과 동일한 방향으로 구동 및 종동타이밍기어가 회전되어 종동타이밍기어(62)의 회전축(52)에 결합된 상기 텐션바(50)의 회전을 통해 그 후단 측 연결링크(35)에 전달되는 제3동력전달케이블(34)의 장력을 자동으로 조절하게 되어 전단측 연결링크의 회전방향에 관계없이 후단측 연결링크에 결합된 메인풀리에 동력전달 부하전과 동일한 균일한 장력을 유지할 수 있도록 한다.

물론, 제3연결링크가 연결된 경우에는 제2연결링크 측에 구비된 한 쌍의 보조풀리 및 제3연결링크에 구비된 보조풀리와 텐션바에 의해 그 후단으로 연결되는 동력전달케이블의 장력을 조절하게 되고, 제4연결링크가 연결된 경우에는 제3연결링크 측에 구비된 메인풀리에 한 쌍의 보조풀리 및 제4연결링크에 구비된 또하나의 보조풀리와 텐션바에 의해 동력전달케이블의 장력을 조절하여 그 후단부에 구비되는 힌지부의 메인풀리에 동력전달이 저지될 수 있도록 구성된다.

이와 같이, 후단의 연결링크 힌지부에 결합되는 메인풀리에 연결되는 동력전달케이블이 그 전단의 힌지부 메인풀리에 구비된 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리와 그 후단의 연결링크에 설치된 텐션바 및 제3보조풀리를 통해 그 장력이 조절됨으로써 전단부 힌지부의 메인풀리 회전시에 상기 제1 및 제2보조풀리 사이의 접촉면적 차이에 따른 상기 텐션바의 회동으로 장력이 조절되어 제3보조풀리 이후의 힌지부 및 연결링크가 모션갑섭이 발생되지 않게 되는 것이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형된 실시 또한 첨부된 청구범위에 속하는 것은 당연하다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조는 각 힌지부에 구비된 메인풀리 및 연결링크에 설치되어 기구적으로 동작되므로, 그 구조가 간단하고 소형화도 가능하여 다양한 장치 및 설비에 적용이 가능하도록 한다.

특히, 다관절 구조를 갖는 산업용 및 의료용 로봇관절구조에 적용할 경우 별도의 제어기법을 적용하기 위한 알고리즘 등이 필요하지 않아 손쉽게 채택하여 이용가능하도록 한다.

10 : 제1힌지부 12,22,32 : 메인풀리
14 : 제1동력전달 케이블 15 : 제1연결링크
20 : 제2힌지부 24 : 제2동력전달 케이블
30 : 제3힌지부 34 : 제3동력전달 케이블
35 : 제2연결링크 40,41 : 제1, 제2보조풀리
42 : 제3보조풀리 50 : 텐션바
52 : 고정축 53 : 지지대
54 : 텐션롤러 60 : 구동타이밍기어
62 : 종동타이밍기어 64 : 벨트

Claims

동력전달용 케이블이 연결되는 메인풀리가 각각 구비된 두 개 이상의 힌지부에 복수개의 연결링크가 직렬방식으로 연결되는 케이블 구동방식의 관절구조에 있어서,
상기 복수개의 힌지부 중 제1단부와 최종 말단부를 제외한 그 중간부 힌지부에 구비되는 메인풀리에는 한 쌍의 제1 및 제2보조풀리가 설치되고, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 연결링크 일측에는 또 다른 제3보조풀리가 설치되며, 상기 제1 및 제2보조풀리와 제3보조풀리 사이에는 고정축에 의해 회동가능한 텐션바가 설치된 구성으로 이루어져, 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 후단의 힌지부 메인풀리에 연결되는 동력전달케이블이 상기 제1 및 제2보조풀리 사이를 통과하고 상기 텐션바를 거쳐 제3보조풀리에 한번 감긴 후에 연결되는 구조로 이루어져 상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 힌지부의 메인풀리 회전시에 상기 제1 및 제2보조풀리 사이의 접촉부분 차이에 따른 상기 텐션바의 회동으로 장력이 조절되어 제3보조풀리 이후의 힌지부 메인풀리에서 모션갑섭이 발생되지 않도록 구성되는 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2보조풀리가 설치된 메인풀리의 이면에는 메인풀리의 회전축에 결합되어 메인풀리의 회전과 함께 회전되는 구동타이밍기어가 설치되고,
상기 텐션바의 고정축 이면에는 상기 구동타이밍기어와 벨트로 연결되어 구동타이밍기어의 회전에 따라 동일방향으로 회전되어 텐션바의 위치를 가변시키는 종동타이밍기어가 설치된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2보조풀리는 그 중심부가 동일 수직선상에 위치되도록 상하로 서로 맞대어 설치되고, 상기 제3보조풀리는 제2보조풀리의 중심 수평선상에 설치되는 것을 특징으로 하는 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조.
청구항 1에 있어서,
상기 제3보조풀리는 제2보조풀리와 동일한 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조.
청구항 1에 있어서,
상기 텐션바의 상단에는 후단 연결링크의 힌지부에 연결되는 제3동력전달케이블과 직접 접촉되어 회동이 용이하도록 텐션롤러가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 모션 간섭현상 제거를 위한 케이블 구동방식의 관절구조.