KR20130112981A

KR20130112981A - 로봇 암 구동장치와 이를 구비한 로봇 암

Info

Publication number: KR20130112981A
Application number: KR1020120033695A
Authority: KR
Inventors: 이연백; 김용재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-15
Also published as: CN103358304B; CN103358304A; US20130255410A1; US9939053B2; KR102025125B1

Abstract

로봇 암 자체의 강성을 증가하면서 작은 힘으로 구동이 가능한 로봇 암을 개시한다. 로봇 암은 복수의 링크 모듈이 적층되어 형성되는 조인트 유닛과, 조인트 유닛을 적어도 하나의 축을 따라 회동하게 하는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고, 구동장치는 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통하도록 배치되는 케이블과, 케이블이 경유하면서 케이블의 경로를 변경하게 하여 케이블이 복수의 링크 모듈을 복수 회관통할 수 있게 하는 복수의 멀티턴 풀리와, 케이블을 당기거나 밀어 복수의 조인트 유닛이 회동할 수 있게 하는 구동 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

로봇 암 구동장치와 이를 구비한 로봇 암{DRIVING DEVICE USABLE WITH ROBOT ARM AND ROBOT ARM}

본 발명은 로봇 암에 관한 것으로, 상세하게는 로봇 암을 구동시키는 구동 장치를 구비하는 로봇 암에 관한 것이다.

종래에는 복강 내의 수술을 위해 배를 절개하고 개방시킨 상태에서 시술하는 개복수술이 일반적이었다. 이러한 개복수술은 통증이 크고 회복기간이 길며 흉터가 남을 우려가 있기 때문에 최소침습수술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

최소침습수술이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭하는 명칭이다. 이의 대표적인 예로서 복강경 수술이 있다. 복강경 수술은 환자에게 복수의 작은 절개공을 내고, 환자의 내부에 가스를 채워 수술공간을 만든 후 절개공을 통해 복강경과 소형 수술도구를 삽입하여 수술을 하는 방법이다. 절개공을 복수개 형성한다고 하여 Multi Port 수술이라고도 한다.

복강경 수술은 개복수술에 비해 많은 단점이 있으나, 여전히 복수의 절개공을 형성해야 하므로 개복수술의 문제점을 일부를 가지고 있다.

따라서, 절개공을 하나만 내는 Single Port 수술 내지 절개공을 하나도 형성하지 않는 자연 개구부 수술(Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery ; NOTES)이 연구되고 있다.

이 중 자연 개구부 수술은 유연성있는 수술용 장치가 자연 개구부, 즉 입, 항문 등으로 삽입되어 수술부위까지 접근한 후 오버튜브 내에 구비된 수술도구를 조종하여 수술을 행하는 방식이다.

위의 Single Port 수술 내지 자연 개구부 수술은 로봇 암이 굴곡이 있는 환자의 내부 또는 장기를 따라 지나갈 수 있어야 하는 동시에 수술부위에서는 견고하게 고정되어 수술도구를 지지할 수 있어야 한다. 이와 같이 로봇 암이 유연성과 강성을 동시에 갖출 수 있는 구조에 대한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.

본 발명의 일 측면은 로봇 암의 강성을 증가하면서 작은 힘으로 구동이 가능한 로봇 암을 개시한다.

본 발명의 사상에 따른 로봇 암은 복수의 링크 모듈이 적층되어 형성되는 조인트 유닛;과, 상기 조인트 유닛을 적어도 하나의 축을 따라 회동하게 하는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는 상기 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통하도록 배치되는 케이블;과, 상기 케이블이 경유하면서 상기 케이블의 경로를 변경하게 하여 상기 케이블이 상기 복수의 링크 모듈을 복수 회관통할 수 있게 하는 복수의 멀티턴 풀리;와, 상기 케이블을 당기거나 밀어 상기 복수의 조인트 유닛이 회동할 수 있게 하는 구동 유닛을; 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 케이블은 상기 복수의 링크 모듈의 제1단을 병렬로 복수 회 관통하도록 배치되는 제1라인과, 상기 제1단의 타측에 마련되는 제2단을 병렬로 복수 회 관통하도록 배치되는 제2라인을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 케이블은 상기 제1라인과 상기 제2라인이 이어져 하나의 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1라인과 상기 제2라인은 상기 구동 유닛에서 이어져 하나의 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 조인트 유닛은 상기 조인트 유닛의 말단에 배치되어 상기 제1라인과 상기 제2라인이 연결될 수 있도록 구성되는 캡 모듈을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 멀티턴 풀리는 상기 조인트 유닛에 있어서 상기 구동 유닛과 먼 쪽 단부에 배치되어 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 아웃-인 풀리를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 멀티턴 풀리는 상기 조인트 유닛에 있어서 상기 구동 유닛과 인접한 단부에 배치되어 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 인-아웃 풀리를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 인-아웃 풀리와 상기 아웃 인 풀리는 상기 케이블을 서로 다른 위치에서 지지하여 상기 케이블이 상기 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통할 수 있도록 하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 복수의 링크 모듈은 제1축을 따라 회동할 수 있도록 구성되는 제1링크 모듈과, 상기 제1축에 수직한 제2축을 따라 회동할 수 있도록 구성되는 제2링크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1링크 모듈과 상기 제2링크 모듈을 교차하여 반복되어 적층되어 상기 조인트 유닛을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 구동 유닛은 상기 제1링크 모듈을 상기 제1축을 따라 회동하게 하는 제1구동 유닛과, 상기 제2링크 모듈을 상기 제2축을 따라 회동하게 하는 제2구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 케이블은 상기 제1링크 모듈을 복수 회 관통하면서 상기 제1구동 유닛에 감기도록 배치되는 제1케이블과, 상기 제2링크 모듈을 복수 회 관통하면서 상기 제2구동 유닛에 감기도록 배치되는 제2케이블을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1케이블과 상기 제2케이블이 상기 제1구동 유닛과 상기 제2구동 유닛에 감길 수 있도록 상기 제1케이블과 상기 제2케이블의 경로를 조절하는 정렬 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 로봇 암은 제1단과, 상기 제1단의 타측에 마련되는 제2단을 포함하는 복수의 링크 모듈;과, 정, 역회전이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 구동 유닛;과, 상기 구동 유닛의 구동력을 상기 복수의 링크 모듈에 전달하도록 구성된 적어도 하나의 케이블;과, 상기 케이블이 경유하면서 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 복수의 멀티턴 풀리;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 케이블은 상기 제1단을 복수 회 관통하도록 배치되는 제1라인;과, 상기 제2단을 복수 회 관통하도록 배치되는 제2라인;을 포함하고, 상기 제1라인과 상기 제2라인은 하나의 케이블인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 케이블은 상기 링크 모듈을 제1축을 따라 회동하는 제1케이블과, 상기 링크 모듈을 상기 제1축에 수직한 제2축을 따라 회동하게 하는 제2케이블을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1케이블과 상기 제2케이블은 서로 간섭하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 로봇 암 구동장치는 정, 역회전이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 구동 유닛;과, 상기 구동 유닛에 구동력을 전달 받아 회전하는 적어도 하나의 케이블;과, 상기 구동 유닛과 인접한 부분에서 상기 케이블을 지지하도록 구성되는 적어도 하나의 인-아웃 풀리;와, 상기 구동 유닛과 먼 부분에서 상기 케이블을 지지하도록 구성되는 적어도 하나의 아웃-인 풀리;를 포함하고, 상기 케이블은 상기 인-아웃 풀리와 상기 아웃-인 풀리 사이에서 복수 회 감아지도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 적어도 하나의 케이블 각각은 1줄의 케이블로 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

케이블이 복수의 멀티 턴 풀리 사이를 복수 회 반복하면서 감겨 병렬로 배치되어, 조인트 유닛 간 결합을 견고하게 하고 구동 유닛에서 전달하는 구동력을 증폭시켜 로봇 암을 회동하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 암을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 암의 구동장치를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 로봇 암의 제1구동장치의 주요 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 1의 로봇 암의 제2구동장치의 주요 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 1의 로봇 암의 상단부를 확대하여 도시한 도면.
도 6은 도 3의 제1구동장치를 개념적으로 도시한 도면.
도 7은 도 1의 로봇 암의 조인트 유닛을 확대하여 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 도 1의 로봇 암의 동작을 도시한 도면.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하 도면에서 설명의 편의를 위해 도면을 상하좌우를 기준으로 하여 상, 하, 좌, 우를 정의하도록 한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고 실제 제품에서 위치 관계를 한정하는 문구는 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 암을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 암(1)은 조인트 유닛(500)과, 구동장치(10, 20)을 포함하여 구성될 수 있다.

조인트 유닛(500)은 복수의 링크 모듈(510, 520)이 링크되어 형성될 수 있다. 링크 모듈(510, 520)은 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)이 교차로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 제1링크 모듈(510) 위에 제2링크 모듈(520)이 적층되고, 제2링크 모듈(520) 위에는 제1링크 모듈(510)이 적층되는 방식으로 조인트 유닛(500)이 형성될 수 있다.

조인트 유닛(500)의 최 상단, 즉 구동장치(10, 20)에서 가장 떨어진 단분에는 케이블(110, 210)이 넘어갈 수 있도록 구성되는 동시에 멀티턴 풀리(130, 140, 230, 240) 중 하나인 아웃-인 풀리(140, 240)를 수용하는 캡 유닛(400)이 배치될 수 있다.

조인트 유닛(500)에 있어서, 캡 유닛(400)이 배치되는 단부의 반대측 단부에는 인-아웃 풀리(130, 230)를 수용하는 미들 유닛(160)이 배치될 수 있다.

미들 유닛(160)의 하측에는 정렬 풀리(300)를 수용하는 정렬 풀리 케이스(310)가 배치될 수 있다.

구동장치(10, 20)은 조인트 유닛(500)을 관통하는 적어도 하나의 케이블(110, 210)과, 케이블(110, 210)을 당기거나 밀어 케이블(110, 210)을 회동하게 하는 구동 유닛(100, 200)을 포함할 수 있다.

구동 유닛(100, 200)은 구동 풀리의 형태만이 도시되어 있으나, 이 외에 리니어 액츄에이터와 같이 케이블(110, 210)을 이동하게 할 수 있는 다른 수단은 모두 구동 유닛(100, 200)에 포함될 수 있다.

구동 유닛은 제1구동 유닛(100)과 제2구동 유닛(200)을 포함할 수 있다. 제1구동 유닛(100)은 조인트 유닛(500)을 X축을 따라 회동하게 하고, 제2구동 유닛(200)은 조인트 유닛(500)을 Y축을 따라 회동하게 한다. 본 실시예에서 2자유도를 가지는 하나의 조인트 유닛(500)만이 개시되어 있으나, 서로 다른 자유도를 가지고 움직일 수 있는 복수의 조인트 유닛(500)이 로봇 암(1)을 형성할 수 있다. 이렇게 조인트 유닛(500)이 더 추가되는 경우에는 추가되는 조인트 유닛(500)의 자유도만큼의 구동장치가 더 추가될 수도 있다.

조인트 유닛(500)은 서로 다른 축을 따라 이동하지만, 구동장치(10, 20)는 그 형상 때문에 서로 평행하게 배치된다.

제1구동장치(10)와 제2구동장치(20)는 각각의 구동 유닛 프레임(150, 250)에 장착되고, 구동 유닛 프레임(150, 250)은 메인 프레임(60)에 장착된다. 메인 프레임(60)을 사이에 두고 두 구동 유닛 프레임(150, 250) 및 구동장치(100, 200)가 병렬로 배치된다.

제1구동장치(10)에는 제1케이블(110)이 감겨 지지되고, 제2구동장치(20)에는 제2케이블(120)이 감겨 지지될 수 있다.

제1케이블(110)은 조인트 유닛(500)을 관통하도록 배치되어, 조인트 유닛(500)을 X축을 따라 회동하게 한다. 제2케이블(120)은 조인트 유닛(500)을 관통하도록 배치되어, 조인트 유닛(500)을 Y축을 따라 회동하게 한다.

도 2는 도 1의 로봇 암의 구동장치를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 1에 도시된 바와 같이, 제1구동 유닛(100)에서 연장되는 제1케이블(110)은 복수의 제1멀티턴 풀리(130, 140)를 거쳐 다시 제1케이블(110)을 향해 연장된다. 제1케이블(110)을 조인트 유닛(500)에 있어서 X축을 따라 서로 마주 보는 두 단부를 관통하도록 배치될 수 있다.

제2구동 유닛(200)에서 연장되는 제2케이블(120)은 복수의 제2멀티턴 풀리(230, 240)를 거쳐 다시 제2케이블(120)을 향해 연장된다. 제1케이블(110)은 조인트 유닛(500)에 있어서 Y축을 따라 서로 마주보는 두 단부를 관통하여 배치될 수 있다.

제1케이블(110)과 제2케이블(120)은 하나의 케이블로 형성되며 하나의 폐루프를 형성하게 된다.

각각의 구동장치(10, 20)에 대한 멀티턴 풀리(130, 140, 230, 240)는 상측에 배치된 두 개의 아웃-인 풀리(140, 240)와 하측에 배치된 네 개의 인-아웃 풀리(130, 230)를 포함할 수 있다.

아웃-인 풀리(140, 240)는 구동 유닛(100, 200)을 기준으로 구동 유닛(100, 200)에서 연장되어 나가는 케이블(110, 210)의 경로를 변경하게 하여 다시 케이블(110, 210)의 경로가 다시 구동 유닛(100, 200)을 향하도록 하게한다.

반면에 인-아웃 풀리(130, 230)는 구동 유닛(100, 200)을 기준으로 구동 유닛(100, 200)을 향해 연장되어 들어오는 케이블(110, 210)의 경로를 변경하게 하여 케이블(110, 210)의 경로가 구동 유닛(100, 200)에서 멀어지는 방향으로 연장되어 나가도록 하게한다.

제1구동장치(10)와 제2구동장치(20)는 각각 두 개의 아웃-인 풀리(140, 240)를 포함할 수 있다. 두 개의 아웃-인 풀리(140, 240)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

제1구동장치(10)에 있어서 두 개의 아웃-인 풀리(140)는 X축을 따라 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 제2구동장치(20)에 있어서 두 개의 아웃-인 풀리(240)는 Y축을 따라 서로 마주 보도록 배치될 수 있다.

제1구동장치(10)와 제2구동장치(20)는 각각 네 개의 인-아웃 풀리(130, 230)를 포함할 수 있다. 인-아웃 풀리(130, 230)는 두 개가 하나의 세트를 형성하여 한 쌍의 인-아웃 풀리(130, 230)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

제1구동장치(10)에 있어서 두 쌍의 인-아웃 풀리(130)는 X축을 따라 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 제2구동장치(20)에 있어서 두 쌍의 인-아웃 풀리(230)는 Y축을 따라 서로 마주 보도록 배치될 수 있다.

제1구동 유닛(100)과 제2구동 유닛(200)은 서로 평행하게 배치되는 반면, 제1케이블(110)과 제2케이블(120)은 서로 수직하도록 배치된다. 따라서, 제1케이블(110)과 제2케이블(120)에 각각 제1구동 유닛(100)과 제2구동 유닛(200)에 감기기 위해서는 그 경로를 변경할 필요가 있다. 따라서, 정렬 풀리(300)가 마련될 수 있다. 정렬 풀리(300)는 제1케이블(110)과 제2케이블(120)의 연장 방향을 변경하여 제1케이블(110)과 제2케이블(120)이 제1구동 유닛(100)과 제2구동 유닛(200)에 각각 안정적으로 감길 수 있도록 하게한다.

가이드 풀리(120, 220)는 제1케이블(110)과 제2케이블(120)이 제1구동 유닛(100)과 제2구동 유닛(200)에서 빠지지 않고 안정적으로 고정될 수 있게 하는 동시에 제1케이블(110)과 제2케이블(120)을 멀티턴 풀리(130, 230, 140, 240)를 향해 연장될 수 있게 한다.

이하 도 3 및 도 4에서 케이블의 경로를 위주로 설명한다.

도 3은 도 1의 로봇 암의 제1구동장치의 주요 구성을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1구동장치(10)는 제1케이블(110)과, 아웃-인 풀리(140)와, 인-아웃 풀리(130)와, 제1구동 유닛(100)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1구동장치(10)는 제1케이블(110)의 위치를 정렬하는 정렬 풀리(300)와, 가이드 풀리(120)를 더 포함할 수 있다.

제1케이블(110)에 있어서 제1구동 유닛(100)에서 제1가이드 풀리(121)를 향해 연장되는 부분을 시작점으로 하여 제1케이블(110)의 경로를 설명한다.

제1경로(111)는 제1케이블(110)에서 제1가이드 풀리(121)를 경유하여 제1아웃-인 풀리(141)를 향해 연장되는 경로로 정의한다.

제1케이블(110)은 제1경로(111)를 따라 제1구동 유닛(100)에서 멀어지는 방향으로 연장되다가 제1아웃-인 풀리(141)에 감기면서 다시 제1구동 유닛(100)에 인접하는 방향으로 연장된다. 이렇게 하측으로 연장되는 경로를 제2경로(112)로 정의한다. 제2경로(112)는 제1아웃-인 풀리(141)에서 두 개의 제1인-아웃 풀리(131, 132)에 까지 연장된다.

제1케이블(110)은 두 개의 제1인-아웃 풀리(131, 132)에 감아지면서 경로를 바꾸어 다시 제1구동 유닛(100)에서 멀어지는 방향으로 연장된다. 이 경로를 제3경로(113)로 정의한다.

제3경로(113)는 제1인-아웃 풀리(131)에서 캡 유닛(400)에 이르기 까지 연장된다.

제1경로(111), 제2경로(112) 및 제3경로(113)를 포함하는 것을 제1라인(114)으로 정의한다.

제3경로(113)는 상측에서 연결 경로(115)를 거쳐 X축을 따라 제1라인(114)과 반대편에 위치하는 경로로 넘어가게 된다.

연결 경로(115)는 다시 제1구동 유닛(100)을 향해 연장된다. 이 경로는 제4경로(116)로 정의한다. 제4경로(116)는 연결 경로(115)에서 제2인-아웃 풀리(133, 134)에 이르기까지 연장된다.

제1케이블(110)은 제2인-아웃 풀리(133, 134)에 감아지면서 방향을 바꾸어 제1구동 유닛(100)에서 멀어지는 방향으로 연장된다. 이 경로는 제5경로(117)로 정의한다. 제5경로(117)는 제2인-아웃 풀리(133, 134)에서 제2아웃-인 풀리(142)까지 연장된다.

제1케이블(110)은 제2아웃-인 풀리(142)에 감아지면서 방향을 바꾸어 제1구동 유닛(100)을 향해 연장되고, 이 경로는 제6경로(118)가 된다.

제6경로(118)는 제2아웃-인 풀리(142)에서 제2가이드 풀리(122)를 거쳐 제1구동 유닛(100)에 이르게 된다.

제4경로(116), 제5경로(117) 및 제6경로(118)를 포함하는 것을 제2라인(119)으로 정의한다.

이렇게 제1케이블(110)은 제1경로(111) 내지 제6경로(118)를 거치면서 조인트 유닛(500)의 양 단부를 한번에 거치게 되는 폐루프를 형성한다.

제1라인(114)과 제2라인(119)은 조인트 유닛(500)에 있어서 서로 다른 단부를 관통하며 조인트 유닛(500)을 회동하게 할 수 있다. 즉, 제1라인(114)과 제2라인(119)은 X축을 따라 서로 마주보도록 배치된다.

제1케이블(110)은 조인트 유닛(500)을 여러 번 관통하는 경로를 형성하여 링크 모듈(510, 520) 사이의 강성을 충분히 확보할 수 있게 한다. 또한, 하나의 제1케이블(110)을 이용하여 조인트 유닛(500)을 구동하게 할 수 있어 그 전체적인 구동 구조를 간단하게 할 수 있다.

결국, 제1라인(114)과 제2라인(119)은 하나의 케이블이므로 제1라인(114)이 움직이는 정도와 제2라인(119)이 움직이는 정도를 일치시킬 수 있다. 따라서, 조인트 유닛(500)의 회동을 더욱 정확하게 조절할 수 있을 것이다.

도 5는 도 1의 로봇 암의 상단부를 확대하여 도시한 도면이다.

제3경로(113)에서 연결 경로(115)를 통해 제4경로(116)로 연장되는 것은 도 5에 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제3경로(113)는 캡 유닛(400)을 관통하여 캡 유닛(400)의 상부로 연장된다. 따라서, 제1케이블(110)은 캡 유닛(400)의 상부에서 절곡되어 연결 경로(115)를 거쳐 제4경로(116)로 연장된다. 제4경로(116)를 캡 유닛(400)의 상부에서 캡 유닛(400)을 관통하여 캡 유닛(400)의 내측으로 연장된다.

도 4는 도 1의 로봇 암의 제2구동장치의 주요 구성을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2구동장치(20)는 제2케이블(120)과, 아웃-인 풀리(140)와, 인-아웃 풀리(130)와, 제2구동 유닛(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 제2구동장치(20)는 제2케이블(120)을 위치를 정렬하는 정렬 풀리(300)와, 가이드 풀리(120)를 더 포함할 수 있다.

제2케이블(120)에 있어서 제2구동 유닛(200)에서 제1가이드 풀리(221)를 향해 연장되는 부분을 시작점으로 하여 제2케이블(120)의 경로를 설명한다.

제1경로(211)는 제2구동 유닛(200)에서 제1가이드 풀리(221)를 경유하여 제1아웃-인 풀리(241)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제2케이블(120)이 제1아웃-인 풀리(241)에 감아지면서 경로를 변경하면서 제1경로(211)는 제2경로(212)와 연결된다. 제2경로(212)는 제1아웃-인 풀리(241)에서 두 개의 제1인-아웃 풀리(231, 232)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제2케이블(120)이 두 개의 제1인-아웃 풀리(231, 232)에 감아지면서 경로를 변경하면서 제2경로(212)는 제3경로(213)와 연결된다. 제3경로(213)는 제1인-아웃 풀리(231, 232)에서 캡 유닛(400)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제1경로(211), 제2경로(212) 및 제3경로(213)를 포함하는 것을 제3라인(214)으로 정의한다.

도 5를 참조하면 제3경로(213)는 캡 유닛(400)을 관통하여 캡 유닛(400)의 상단에서 연결 경로(215)와 연결된다. 연결 경로(215)는 다시 캡 유닛(400)의 상단에서 제4경로(216)와 연결된다.

제4경로(216)는 캡 유닛(400)을 관통하여 캡 유닛(400)의 하측으로 연장된다. 제4경로(216)는 캡 유닛(400)에서 두 개의 제2인-아웃 풀리(233, 234)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제2케이블(120)이 두 개의 제2인-아웃 풀리(233, 234)에 감아지면서 경로를 변경하면서 제4경로(216)는 제5경로(217)와 연결된다. 제5경로(217)는 제2인-아웃 풀리(233, 234)에서 제2아웃-인 풀리(242)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제2케이블(120)은 제2아웃-인 풀리(242)에 감아지면서 경로를 변경하여 제5경로(217)는 제6경로(218)와 연결된다. 제6경로(218)는 제2아웃-인 풀리(242)에서 제2가이드 풀리(222)를 경유하여 제2구동 유닛(200)에 까지 이르는 경로로 정의한다.

제4경로(216), 제5경로(217) 및 제6경로(218)를 포함하는 것을 제4라인(219)으로 정의한다.

이하 도 6 내지 도 9에서 로봇 암(1)의 동작을 중심으로 설명한다.

도 6은 도 3의 제1구동장치를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 6은 제1구동장치(10)를 개념적으로 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해 제2구동장치(20)는 생략하고 제1구동장치(10)의 움직임을 기준으로 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 조인트 유닛(500)의 일단으로 제1라인(114)이 관통하고, X축을 기준으로 제1라인(114)의 반대편에 제2라인(119)이 배치된다.

제1라인(114)과 제2라인(119)은 앞서 살펴본 바와 같이 하나의 케이블로 형성된다. 따라서, 제1구동 유닛(100)이 회전하면서 제1라인(114)을 당기면 그 만큼 제2라인(119)은 밀리게 된다. 반대로 제1구동 유닛(100)이 회전하면서 제2라인(119)을 당기면 그 만큼 제1라인(114)은 밀리게 된다.

위와 같은 방식으로 제1구동 유닛(100)의 회전에 따라 조인트 유닛(500)이 X축을 따라 회동하게 된다.

제1구동 유닛(100)이 제1라인(114)을 당기면 조인트 유닛(500)은 X축 방향으로 회동하게 된다. 위와 달리, 제1구동 유닛(100)이 제2라인(119)을 당기면 조인트 유닛(500)은 ??X축 방향으로 회동하게 된다.

제1라인(114)과 제2라인(119)은 각각의 3개의 경로가 병렬로 배치되어 형성된다. 따라서, 하나의 케이블 또는 하나의 경로만이 조인트 유닛(500)을 관통하는 경우보다 조인트 유닛(500)의 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520) 간의 결합 강도가 강해질 수 있다.

도 7은 도 1의 로봇 암의 조인트 유닛을 확대하여 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 조인트 유닛(500)은 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)을 포함할 수 있다.

제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)이 교차로 적층되면서 조인트 유닛(500)을 형성한다.

제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)은 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 그 형상이 동일한 경우에는 서로 90도 비틀어 배치되는 점에 차이가 있다.

제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)은 상하면이 굴곡지도록 형성될 수 있다. 이 굴곡에 의해 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)이 용이하게 회동할 수 있다.

다만, 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)은 서로 비틀어져 배치되므로 서로 다른 방향으로 회동하도게 될 것이다.

도면에 도시된 바에 의하면 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)의 회동 방향은 서로 수직하도록 배치된다.

이러한 제1링크 모듈(510)과 제2링크 모듈(520)의 회동 방향으로 차이에 의해 제1구동 장치(10, 도 1 참조) 및 제2구동 장치(20, 도 2 참조)에 의해 서로 다른 방향으로 조인트 유닛(500)이 회동할 수 있다.

도 8 및 도 9는 도 1의 로봇 암의 동작을 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1구동장치(10)가 회동하여 제1라인(114, 도 3 참조)을 밀고, 제2라인(119, 도 3 참조)을 당기면 조인트 유닛(500)이 도면에 도시된 바와 같이 X축을 따라 회동하게 된다.

위와 달리 제1라인(114)을 당기고, 제2라인(119)을 밀면 조인트 유닛(500)이 도면에 도시된 반대 방향으로 회동하게 될 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제2구동장치(20)가 회동하여 제3라인(214, 도 4 참조)을 밀고, 제4라인(219, 도 4 참조)을 당기면 조인트 유닛(500)이 도면에 도시된 바와 같이 Y축을 따라 회동하게 된다.

위와 달리 제3라인(214)을 당기고, 제4라인(219)을 밀면 조인트 유닛(500)이 도면에 도시된 바와 반대 방향으로 회동하게 될 것이다.

1 : 로봇 암 10, 20 : 구동 장치
100, 200 : 구동 유닛 110, 210 : 케이블
114 : 제1라인 119 : 제2라인
120, 220 : 가이드 풀리
130, 140, 230, 240 : 멀티턴 풀리
500 : 조인트 유닛

Claims

복수의 링크 모듈이 적층되어 형성되는 조인트 유닛;
상기 조인트 유닛을 적어도 하나의 축을 따라 회동하게 하는 적어도 하나의 구동장치를 포함하고,
상기 구동장치는
상기 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통하도록 배치되는 케이블;
상기 케이블이 경유하면서 상기 케이블의 경로를 변경하게 하여 상기 케이블이 상기 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통할 수 있게 하는 복수의 멀티턴 풀리;
상기 케이블을 당기거나 밀어 상기 복수의 조인트 유닛이 회동할 수 있게 하는 구동 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 케이블은
상기 복수의 링크 모듈의 제1단을 병렬로 복수 회 관통하도록 배치되는 제1라인과,
상기 제1단의 타측에 마련되는 제2단을 병렬로 복수 회 관통하도록 배치되는 제2라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제2항에 있어서,
상기 케이블은 상기 제1라인과 상기 제2라인이 이어져 하나의 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제2항에 있어서,
상기 제1라인과 상기 제2라인은 상기 구동 유닛에서 이어져 하나의 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제2항에 있어서,
상기 조인트 유닛은
상기 조인트 유닛의 말단에 배치되어 상기 제1라인과 상기 제2라인이 연결될 수 있도록 구성되는 캡 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 멀티턴 풀리는
상기 조인트 유닛에 있어서 상기 구동 유닛과 먼 쪽 단부에 배치되어 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 아웃-인 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제6항에 있어서,
상기 멀티턴 풀리는
상기 조인트 유닛에 있어서 상기 구동 유닛과 인접한 단부에 배치되어 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 인-아웃 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제7항에 있어서,
상기 인-아웃 풀리와 상기 아웃 인 풀리는 상기 케이블을 서로 다른 위치에서 지지하여 상기 케이블이 상기 복수의 링크 모듈을 복수 회 관통할 수 있도록 하게 하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제1항에 있어서,
상기 복수의 링크 모듈은
제1축을 따라 회동할 수 있도록 구성되는 제1링크 모듈과,
상기 제1축에 수직한 제2축을 따라 회동할 수 있도록 구성되는 제2링크 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제9항에 있어서,
상기 제1링크 모듈과 상기 제2링크 모듈을 교차하여 반복되어 적층되어 상기 조인트 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제9항에 있어서,
상기 구동 유닛은
상기 제1링크 모듈을 상기 제1축을 따라 회동하게 하는 제1구동 유닛과,
상기 제2링크 모듈을 상기 제2축을 따라 회동하게 하는 제2구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제11항에 있어서,
상기 케이블은
상기 제1링크 모듈을 복수 회 관통하면서 상기 제1구동 유닛에 감기도록 배치되는 제1케이블과,
상기 제2링크 모듈을 복수 회 관통하면서 상기 제2구동 유닛에 감기도록 배치되는 제2케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제12항에 있어서,
상기 제1케이블과 상기 제2케이블이 상기 제1구동 유닛과 상기 제2구동 유닛에 감길 수 있도록 상기 제1케이블과 상기 제2케이블의 경로를 조절하는 정렬 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제1단과, 상기 제1단의 타측에 마련되는 제2단을 포함하는 복수의 링크 모듈;
정, 역회전이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 구동 유닛;
상기 구동 유닛의 구동력을 상기 복수의 링크 모듈에 전달하도록 구성된 적어도 하나의 케이블;
상기 케이블이 경유하면서 상기 케이블의 경로를 변경하게 하는 복수의 멀티턴 풀리;를 포함하고,
상기 적어도 하나의 케이블은
상기 제1단을 복수 회 관통하도록 배치되는 제1라인;
상기 제2단을 복수 회 관통하도록 배치되는 제2라인;을 포함하고,
상기 제1라인과 상기 제2라인은 하나의 케이블인 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제14항에 있어서,
상기 케이블은
상기 링크 모듈을 제1축을 따라 회동하는 제1케이블과, 상기 링크 모듈을 상기 제1축에 수직한 제2축을 따라 회동하게 하는 제2케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
제15항에 있어서,
상기 제1케이블과 상기 제2케이블은 서로 간섭하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 암.
정, 역회전이 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 구동 유닛;
상기 구동 유닛에 구동력을 전달 받아 회전하는 적어도 하나의 케이블;
상기 구동 유닛과 인접한 부분에서 상기 케이블을 지지하도록 구성되는 적어도 하나의 인-아웃 풀리;
상기 구동 유닛과 먼 부분에서 상기 케이블을 지지하도록 구성되는 적어도 하나의 아웃-인 풀리;를 포함하고,
상기 케이블은 상기 인-아웃 풀리와 상기 아웃-인 풀리 사이에서 복수 회 감아지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 암 구동장치.
제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 케이블 각각은 1줄의 케이블로 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 구동장치.