KR20140101680A - 관절 기구 및 로봇 - Google Patents

관절 기구 및 로봇 Download PDF

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KR20140101680A
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아츠시 이치반가세
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Abstract

중공 직경을 확보할 수 있고, 또한 백러쉬를 억제할 수 있는 관절 기구 및 로봇을 제공한다. 모터축의 선단에 하이포이드 피니언이 마련된 모터와, 모터의 회전 속도를 소정의 감속비로 감속하는 감속기를 구비한다. 감속기는 나사 형상 입력축과 링 형상 기어를 구비한다. 나사 형상 입력축은 축체에 나사부가 형성됨과 함께, 일단에 하이포이드 피니언과 맞물리는 하이포이드 기어가 마련되고, 축심이 모터축과 직각으로 3차원적 교차한다. 링 형상 기어는 나사 형상 입력축과 맞물리고, 축심이 나사 형상 입력축과 직각으로 3차원적 교차한다.

Description

관절 기구 및 로봇{JOINT AND ROBOT}
개시되는 실시형태는 관절 기구 및 로봇에 관한 것이다.
종래에, 복수의 링크끼리 회동 가능하게 연결된 아암부나 리스트부를 구비하는 로봇이 있다. 이러한 로봇에 있어서, 예컨대, 아암부 내에 케이블 등을 배설하기 위해 링크의 축을 중공으로 한 것이 있다.
이러한 중공의 축을 회동 가능하게 연결하는 관절 기구로서, 모터로부터의 동력을 전달하는 전달 기구에 베벨 기어를 이용한 것이 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
일본 특허 공개 공보 제 1996-229874 호
그러나, 상술한 종래의 구성을, 감속기를 구비한 관절 기구에 적용한 경우, 링크 축의 중공 부분의 직경을 충분히 확보하기 어렵다. 또한, 베벨 기어 등으로 기어 구동시키는 경우, 백래쉬(backlash)가 커지기 때문에, 링크에 높은 정밀도의 동작을 시키기 어렵게 된다.
여기 개시된 실시형태는 상기 사항을 감안하여 이루어진 것으로서, 중공축을 갖는 링크의 중공 부분의 직경을 충분하게 확보할 수 있고, 또한 백래쉬를 억제할 수 있는 관절 기구 및 로봇을 제공한다.
개시된 실시형태의 일 측면에 따른 관절 기구는, 모터축의 선단에 하이포이드 피니언(hypoid pinion)이 마련된 모터와, 해당 모터의 회전 속도를 소정의 감속비로 감속하는 감속기를 구비한다. 상기 감속기는, 나사 형상 입력축과 링 형상 기어를 구비한다. 나사 형상 입력축은, 축체에 나사부가 형성됨과 함께, 일단에 상기 하이포이드 피니언과 맞물리는 하이포이드 기어(hypoid gear)가 마련되고, 축심이 상기 모터축과 직각으로 3차원적 교차한다. 링 형상 기어는 상기 나사 형상 입력축과 맞물리고, 축심이 상기 나사 형상 입력축과 직각으로 3차원적 교차한다.
개시된 실시형태에 의하면, 링크의 중공 부분의 직경을 충분하게 확보할 수 있고, 또한 백래쉬를 가급적 억제할 수 있는 관절 기구 및 로봇을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 로봇을 도시하는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 로봇의 리스트부가 구비하는 관절부를 도시하는 도면,
도 3은 모터와 리스트 프레임 간의 위치 관계를 나타내기 위한 도 2의 III-III선의 단면을 볼 때의 설명도,
도 4는 실시형태에 따른 관절 기구가 구비하는 감속기를 나타내기 위한 도 2의 IV-IV선의 단면을 볼 때의 설명도.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 관절 기구 및 로봇의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 실시형태에 따른 로봇(1)의 개요에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 로봇(1)의 설치면(예컨대, 수평면)에 서로 직교하는 X축 및 Y축을 정의하고, 설치면의 법선 방향(normal direction)으로 Z축을 정의하여 방향을 설명한다.
본 실시형태에 따른 로봇(1)은, 예컨대, 다관절 로봇이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기대(11) 상에 마련된 동체부(12)와, 이 동체부(12)에 연결된 아암부(13)와, 아암부(13)의 선단에 마련된 리스트부(14)를 구비한다.
기대(11)는 설치면에 자리부(11a)를 거쳐서 고정되어 있다. 이러한 기대(11) 상에, 동체부(12)는 수직축(도 1에서 Z축)을 중심으로 수평 방향으로 회동 가능하게 마련된다. 또한, 이 동체부(12)는 모터부(20)의 구동에 의해 수평 회전한다.
상기 동체부(12)에 연결된 아암부(13)는, 복수의 링크로서의 제 1 아암(131)과 제 2 아암(132)이 서로 관절부를 거쳐서 회동 가능하게 연결되어 구성된다.
즉, 제 1 아암(131)은 동체부(12) 상에 제 1 관절부(2a)를 거쳐서 전후 방향(Y 방향)으로 요동 가능하게 연결된다. 또한, 제 2 아암(132)은 제 1 아암(131)의 선단부에 제 2 관절부(2b)를 거쳐서 상하 방향(Z 방향)으로 요동 가능하게 연결된다. 또한, 제 1 아암(131)을 요동시키는 제 1 관절부(2a)는 제 1 모터부(21)를, 제 2 아암(132)을 요동시키는 제 2 관절부(2b)는 제 2 모터부(22)를 구비한다.
리스트부(14)는, 복수의 링크로서의 제 1 리스트(71)와 제 2 리스트(72)를 구비하고, 제 1 리스트(71)와 제 2 리스트(72)가 서로 관절부를 거쳐서 회동 가능하게 연결되어 구성된다. 제 1 리스트(71)의 리스트 프레임(710)은, 기단부가 아암부(13)의 제 2 아암(132)의 선단에 제 3 관절부(2c)를 거쳐서 회동축 주위로 회동 가능하게 연결됨과 함께, 선단부가 2분기 형상으로 형성되어 있다.
또한, 리스트 프레임(710) 내에는 케이블(8) 등이 배설된다(도 2 및 도 3을 참조). 또한, 제 1 리스트(71)의 중앙부의 공간에는 제 2 아암(132)의 길이 방향에 따라 호스 등을 포함하는 별도의 케이블류(80)가 통과하고 있다. 이 케이블류(80)는 계속하여 제 2 리스트(72)의 후술하는 중공부(53)를 통과하고 있다(도 2 내지 도 4 참조).
한편, 제 2 리스트(72)는 대략 원통 형상으로 형성되고, 제 1 리스트(71)의 2분기 형상으로 형성된 리스트 프레임(710)의 선단부에, 제 4 관절부(2d)에 의해 요동축을 중심(예컨대, 도 1에서 Z 방향)으로 요동 가능하게 연결된다. 또한, 이 제 2 리스트(72)는 내장한 제 5 관절부(2e)를 거쳐서 회동축 주위로 회동한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 4 관절부(2d)는 제 2 리스트(72)에 마련된 감속 기구(9)와, 도시하지 않는 요동용 모터 및 동력 전달 기구를 구비한다. 또한, 요동용 모터는, 예컨대, 제 1 리스트(71)의 2분기 부분의 기단측에 마련할 수 있고, 드라이브 샤프트나 기어 기구, 혹은 벨트 기구 등의 동력 전달 기구를 거쳐서 감속 기구(9)와 연동하도록 연결한다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 2 리스트(72)는 제 1 리스트(71)에 제 5 관절부(2e)를 거쳐서 회동축 주위로 회동 가능하게 연결된다. 제 5 관절부(2e)는 피구동 부재가 되는 제 2 리스트(72)에 내장되어 있고, 이 제 5 관절부(2e)에 본 실시형태에 따른 관절 기구(3)가 마련된다.
다음으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면서, 제 2 리스트(72)를 회동축 주위로 회동시키는 제 5 관절부(2e)가 구비하는 관절 기구(3)에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 5 관절부(2e)에 마련된 관절 기구(3)는 모터(4)와, 모터(4)의 회전 속도를 소정의 감속비로 감속하는 감속기(5)를 구비한다. 모터(4)는 리스트부(14)의 길이 방향을 따라, 리스트 프레임(710)의 2분기 형상으로 형성된 선단 부분의 내측에 배설된다.
모터(4)의 모터축(41)은 베어링(42)으로 지지되어 제 2 리스트(72)를 향해 연장되어 있고, 선단에는 하이포이드 피니언(61)이 마련된다. 또한, 모터(4)의 본체부는 케이스 내면에 고정된 고정자와, 이 고정자와 소정의 갭을 두고 회전 가능하게 마련된 회전자를 구비하는 일반적인 구조를 갖는다.
한편, 모터(4)와 연동 연결되는 감속기(5)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 중공부(53)를 갖는 중공 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 감속기(5)는 바깥 둘레에 기어 톱니에 상당하는 복수의 캠 팔로워(52a)를 구비한 링 형상 기어(52)와, 이 링 형상 기어(52)에 모터(4)로부터의 동력을 전달하는 나사 형상 입력축(51)을 구비한다.
나사 형상 입력축(51)은, 축체(51b)에, 링 형상 기어(52)의 캠 팔로워(52a)를 자전시키면서 변이시키는 캠 부재로서 기능하는 나사부(51a)가 형성됨과 함께, 일단에는 하이포이드 기어(62)가 마련된다. 이 하이포이드 기어(62)가 모터축(41)에 마련된 하이포이드 피니언(61)과 맞물린다.
이 나사 형상 입력축(51)은, 축심(A)이 모터축(41)과 직각으로 3차원적 교차하고 있다. 즉, 감속기(5)는, 모터축(41)이 나사 형상 입력축(51)의 중심보다 링 형상 기어(52)측에 가깝게 위치하여, 축심이 모터축(41)과 직각으로 3차원적 교차하도록 배설된다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 나사 형상 입력축(51)과 모터축(41)은 거리(D)만큼 오프셋되어 있고, 그만큼 모터(4)를 감속기(5)의 중공부(53)측에 가깝게 배치할 수 있다.
즉, 모터(4)를, 도 3에 도시하는 바와 같이, 소망하는 영역(100) 내로부터 밀려나는 일 없이 리스트 프레임(710)에 가급적 근접시켜서 배치할 수 있다. 또한, 이 영역(100)은, 예컨대, 리스트부(14)의 가장 바깥쪽의 둘레가 포함되는 소정의 직경을 갖는 원형의 영역이다.
또한, 나사 형상 입력축(51)과 맞물리는 링 형상 기어(52)는, 중공부(53)의 축심이 나사 형상 입력축(51)과 직각 방향으로 3차원적 교차한다. 즉, 나사 형상 입력축(51)과 링 형상 기어(52)는, 이른바 웜 기어(worm gear)와 같은 구성을 갖고, 나사 형상 입력축(51)이 웜, 링 형상 기어(52)가 웜 휠에 상당하게 된다.
이러한 구성에 의해, 모터(4)의 회전은 감속기(5)에 전달되고, 제 2 리스트(72)는 소정의 감속비로 감속되어 회동축 주위로 회동한다. 즉, 모터(4)의 회전은 모터축(41) → 하이포이드 피니언(61) → 하이포이드 기어(62) → 나사 형상 입력축(51) → 링 형상 기어(52)로 전달되어, 제 2 리스트(72)가 회동축 주위로 회동한다. 이와 같이, 모터(4)로부터 제 2 리스트(72)로의 입력 경로가 하이포이드 피니언(61) 및 하이포이드 기어(62)와, 나사 형상 입력축(51) 및 링 형상 기어(52)에 의해 2단계로 변경된다.
본 실시형태에 있어서의 감속기(5)는, 중공부(53)를 갖는 링 형상 기어(52)를 구비하고 있다. 이 때문에, 감속기(5)를 로봇(1)의 리스트부(14)의 선단에 배치하면, 리스트부(14)의 축심의 위치 결정 정밀도를 확보하면서, 중공 부분으로서의 충분한 직경(중공 직경)을 확보할 수 있다.
또한, 링 형상 기어(52)는, 상술한 바와 같이, 나사 형상 입력축(51)과 맞물리는 기어 톱니에 상당하는 부재가 캠 팔로워(52a)에 의해 구성되어 있다. 이 때문에, 링 형상 기어(52)는 백래쉬의 발생이 가급적 억제된다. 따라서, 로봇(1)으로서 리스트부(14)의 정교하고 치밀한 움직임을 실현할 수 있다.
또한, 상술한 구성과 동일한 구성을 갖는 감속기(5)로서, 예컨대, 롤러 드라이브(등록상표)가 있으며, 이를 적절히 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 관절 기구(3)는 회동되는 링크, 즉, 제 2 리스트(72)에 마련된다. 구체적으로는, 모터축(41)의 선단에 하이포이드 피니언(61)을 장착하는 한편, 감속기(5)의 입력축이 되는 나사 형상 입력축(51)에 하이포이드 기어(62)를 장착하여, 모터(4)로부터의 회전을 입력하고 있다.
따라서, 감속기(5)에는, 하이포이드 피니언(61) 및 하이포이드 기어(62)에 의해, 모터(4)의 회전이 일단 감속되어 전달되게 되고, 감속기(5) 자체를 소형화할 수 있다. 이 때문에, 제 2 리스트(72) 내에 감속기(5)를 내장시키는 것이 가능해져서, 로봇(1)의 리스트부(14)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 하이포이드 피니언(61) 및 하이포이드 기어(62)를 채용함으로써, 모터축(41)에 대하여, 감속기(5)의 나사 형상 입력축(51)의 방향을 직각 방향으로 변경할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 모터(4)를 리스트부(14)의 길이 방향을 따라 배치하고, 제 2 리스트(72) 내에 감속기(5)를 마련할 수 있다. 이 때문에, 로봇(1)의 리스트부(14)의 소형화를 추가로 도모할 수 있다.
또한, 모터(4)도 제 2 리스트(72)에 근접하여 배치하는 것이 가능하기 때문에, 모터(4)의 동력은 모터축(41)으로부터 직접 감속기(5)에 전달할 수 있다. 따라서, 모터(4)와 감속기(5)의 사이에, 드라이브 샤프트나 그 외의 구동 기어 등을 마련할 필요가 없어서, 부품수의 삭감, 및 경량화에 기여할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 관절 기구(3)에 의하면, 감속기(5) 자체의 소형화를 실현하면서, 설계 자유도를 높이고, 리스트부(14)의 소형화에 공헌할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 실시형태에서는, 관절 기구(3)를 리스트부(14)의 제 2 리스트(72)의 구동에 적용했다. 그러나, 실시형태에 따른 관절 기구(3)는, 예컨대, 도 1에 나타내는 제 3 관절부(2c)에 적용할 수도 있다. 이 경우, 제 2 아암(132)을 중공 구조로 한 경우에, 이러한 중공 구조와 연속하는 중공 직경을 확보할 수 있어서, 제 2 아암(132) 안에 케이블류의 배치가 가능해진다.
다른 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출할 수 있다. 본 발명의 보다 광범위한 형태는 이상과 같이 나타내고 또한 기술한 특정 상세 설명 및 대표적인 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하는 일 없이, 여러 가지 변경이 가능하다.
1 : 로봇 3 : 관절 기구
4 : 모터 5 : 감속기
13 : 아암부 14 : 리스트부
41 : 모터축 51 : 나사 형상 입력축
52 : 링 형상 기어

Claims (5)

  1. 모터축의 선단에 하이포이드 피니언이 마련된 모터와,
    축체에 나사부가 형성됨과 함께, 일단에 상기 하이포이드 피니언과 맞물리는 하이포이드 기어가 마련되고, 축심이 상기 모터축과 직각으로 3차원적 교차하는 나사 형상 입력축과, 상기 나사 형상 입력축과 맞물리고, 축심이 상기 나사 형상 입력축과 직각으로 3차원적 교차하는 링 형상 기어를 구비하고, 상기 모터의 회전 속도를 소정의 감속비로 감속하는 감속기를 구비하는 것을 특징으로 하는
    관절 기구.
  2. 제 1 항에 기재된 관절 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 관절 기구에 의해 회동 가능한 링크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    로봇.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 관절 기구는 상기 회동 가능한 링크에 마련되는 것을 특징으로 하는
    로봇.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    복수의 링크가 직렬로 연결된 아암부와,
    상기 아암부의 선단에 마련되는 리스트부를 더 구비하고,
    상기 회동 가능한 링크는 상기 관절 기구에 의해 상기 아암부에 연결되는 상기 리스트부인 것을 특징으로 하는
    로봇.
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