KR20140121572A - Counter balance unit with variable moment arm mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가되는 하중으로 인하여 발생하는 토크를 보상할 수 있고 작동 안전성 및 신뢰성을 증대시키는 구조의, 필요 토크가 실질적으로 0이 되도록 하는 중력보상기구에 관한 것이다. The present invention relates to a variable moment arm-based load compensating unit, and more particularly, to a variable moment arm-based load compensating unit capable of compensating a torque generated due to an applied load and increasing a required torque To a gravity compensation mechanism.
하중, 예를 들어 자중과 같은 하중이 지속적으로 작용하는 장치 등의 경우 자중을 보상하는 보상 기구 등이 구비된다. 예를 들어, 로봇 장치 등의 경우 자체적인 자중이 상당하여 안전 사고 발생 가능성이 증대되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 보상 기구가 사용된다. 특히, 상하이동 기구의 경우, 이동시키는 대상의 자중에 의하여 항상 일정한 힘이 중력방향으로 인가되어 보상 기구는 중력 보상 기구로 구현된다. And a compensating mechanism for compensating the self-weight in the case of a load, for example, an apparatus in which a load such as self-weight continuously acts. For example, in the case of a robot device, the self-weight is considerable, and the possibility of a safety accident increases. To solve such a problem, a compensation mechanism is used. In particular, in the case of the vertical movement mechanism, a constant force is always applied in the direction of gravity by the weight of the object to be moved, and the compensation mechanism is implemented as a gravity compensation mechanism.
현재까지 개발된 중력 보상 기구는 무게 추를 사용한 방법과 모터 및 스프링을 사용한 방법이 주를 이룬다. 특히, 산업용 기기에서는 장비의 무게 중심을 유지하고 자중을 보상하기 위하여 힘의 작용점 반대쪽에 적당한 무게 추를 설치한다. 그러나 이와 같은 방법은 기구부 전체의 질량을 증가시킴으로써, 장비의 이동성을 저하 시키고, 충돌 안전 등이 중요한 로봇 팔 등에는 사용하기 힘들다. 예를 들어 수직 칼럼 형태의 장비의 경우, 즉 도 1 내지 도 3에 도시되는 바와 같이 이동체의 자중으로 인하여 변위에 상관없이 중력방향으로 항상 일정한 힘이 인가되는 경우, 도 4에 도시되는 바와 같이 풀리 등을 사용하여 힘의 방향을 바꾼 뒤, 중력 토크에 상응하는 무게 추를 설치함으로써 중력을 보상하는 방법을 사용할 수 있는데, 이러한 무게 추 보상 구조의 경우 장비 전체의 무게를 증가시켜서 장비의 이동성을 저하시키는 요인이 되었다. The gravity compensating mechanism developed up to now is mainly composed of a weight weighting method and a motor and a spring weighting method. In particular, in industrial equipment, an appropriate weight is placed on the opposite side of the point of application of force in order to maintain the center of gravity of the equipment and compensate its own weight. However, such a method increases the mass of the entire mechanism, thereby reducing the mobility of the equipment and making it difficult to use in robotic arms where collision safety is important. For example, in the case of a vertical column type apparatus, that is, as shown in FIGS. 1 to 3, when a constant force is always applied in the gravity direction regardless of displacement due to the self weight of the moving body, And the gravity compensation is performed by installing a gravity weight corresponding to the gravity torque. In such a gravity compensation structure, the weight of the whole equipment is increased to lower the mobility of the equipment .
이를 해결하기 위하여 스프링의 압축력 및 인장력을 사용하는 방법이 제안되었다. 이와 같은 스프링을 사용하는 방법은 기존의 방법에 비하여 비교적 작은 부피 및 무게로 제작이 가능하므로, 다양한 크기의 기구부에 적용이 용이하다. 이와 같은 장치에서는 일반적으로 자중에 의해서 인가되는 하중이 수직 위치에 상관없이 일정한 반면에, 스프링은 압축 거리에 따라서 탄성력이 비례적으로 증가하므로, 스프링의 변형량을 항상 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 장치가 필요하다. 즉, 도 5에 도시되는 바와 같이 무게 추 대신에 스프링을 삽입하여 보상력을 제공하는 중력보상 방법이 제안되었는데, 이와 같은 방법의 경우, 일반적으로 이동체의 수직 위치가 변하더라도 이동체에 의한 중력은 항상 일정하므로, 이를 보상하는 스프링의 변형량도 항상 일정하게 유지되어야 하나, 이동체와 스프링이 도 5에 도시되는 바와 같이, 와이어로 연결되어 있어 이동체의 수직 위치가 변하면 스프링의 변형량이 계속 변하므로, 스프링에서 일정한 크기의 보상력을 제공하지 못하였다.
In order to solve this problem, a method of using a compression force and a tensile force of a spring has been proposed. The method of using such a spring can be manufactured in a relatively small volume and weight as compared with the conventional method, so that it can be easily applied to a mechanical part having various sizes. In such a device, the load applied by its own weight is constant regardless of the vertical position, while the spring increases proportionally with the compression distance, so that a device capable of always maintaining the deformation amount of the spring constant need. That is, as shown in FIG. 5, a gravity compensation method for providing a compensating force by inserting a spring instead of a weight is proposed. In this method, gravity due to a moving object is always The amount of deformation of the spring that compensates for the deformation of the spring is constant. However, as the moving body and the spring are connected with the wire as shown in FIG. 5 and the vertical position of the moving body changes, And did not provide a compensation force of a certain size.
이를 위해서 기존에는 별도의 모터를 사용하여 상하 이동체의 위치에 연동하여 스프링 고정단의 위치를 변화시킴으로써 스프링의 변형량을 일정하게 유지 시켰으나 이 방법은 별도의 모터 및 이동체의 수직 위치를 측정하는 센서의 장착이 필요하므로 장비의 제작 단가를 증가시키고, 별도의 제어 알고리즘이 필요하다는 단점이 있다. In order to achieve this, a separate motor was used to change the position of the spring fixed end in association with the position of the vertical moving body, thereby maintaining the amount of deformation of the spring constant. However, this method requires a separate sensor for measuring the vertical position of the motor and the moving object It is necessary to increase the manufacturing cost of the equipment, and a separate control algorithm is required.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하고, 효과적인 중력보상을 구현하기 위해서는 무게 추 및 추가적인 모터의 사용을 가능한 배제하고 순수하게 기구적 요소만으로 보상력을 제공할 수 있는 중력보상기구에 대한 요구가 증대되었다.Therefore, in order to solve these problems and realize an effective gravity compensation, a need for a gravity compensating mechanism that can compensate for the weight and the motor by purely mechanical factors has been increased.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 무게 추 및 추가적인 모터의 사용을 가급적 배제하고 가능한 기구적 요소로 보상력을 제공할 수 있는 하중 보상 기구 내지 중력 보상 기구를 제공하는 것이다. 이를 위하여 상하 이동체의 위치 변화에 따라 이와 연결된 스프링의 변형량이 변하더라도, 일정한 보상력이 제공되어 이동체의 자중을 보상할 수 있는 장치를 구현함으로써, 사용자가 큰 힘을 들이지 않고, 즉 필요 힘 내지 필요 토크를 최소화하여 이동체를 상하로 움직일 수 있게 하며, 모터 등이 구비되는 경우 전동 시스템 구성 시에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화시킬 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a load compensation mechanism or a gravity compensation mechanism which can eliminate the use of a weight and an additional motor as much as possible and provide a compensation force with a possible mechanical factor. For this purpose, even if the amount of deformation of the spring connected to the upper and lower movable bodies varies, a constant compensating force is provided to compensate for the weight of the movable body. Thus, The present invention provides a structure capable of moving a moving object up and down by minimizing torque and minimizing the capacity of an actuator required when a motor system is provided.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일단에 외부 하중이 연결되는 와이어와, 외주면에 상기 와이어가 권취 가능하고 상기 와이어의 타단이 고정 장착되는 와이어 드럼과, 상기 와이어 드럼 측과 연동 가능하도록 배치되고, 상기 와이어 드럼의 회동시 함께 탄성 변형되어 탄성 복원력을 생성하고, 상기 와이어 드럼 측으로 상기 탄성 복원력을 인가 가능한 카운터 탄성부를 구비하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wire harness including a wire to which an external load is connected at one end, a wire drum to which the wire can be wound on an outer circumferential surface and the other end of the wire is fixedly mounted, And a counter elastic portion that elastically deforms when the wire drum rotates together to generate an elastic restoring force and can apply the elastic restoring force to the wire drum.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 와이어가 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취되는 지점에서의 상기 와이어 드럼의 회전축 중심으로부터의 모멘트 길이는, 상기 와이어 드럼의 회전 변위에 비례하여 증가할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, the moment length from the center of the rotation axis of the wire drum at a point at which the wire is wound on the outer circumferential surface of the wire drum may increase in proportion to the rotational displacement of the wire drum .
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 와이어 드럼은 회전축을 포함하는 평면 상에서 사다리꼴 단면 형상을 구비하고, 상기 와이어가 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취되는 지점에서의 상기 와이어 드럼의 회전축 중심으로부터의 모멘트 길이(r)는 일단에서 최대 모멘트 길이(r2) 및 타단에서 최소 모멘트 길이(r1)을 구비할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, the wire drum has a trapezoidal cross-sectional shape on a plane including a rotation axis, and has a trapezoidal cross-sectional shape on a plane including a rotation axis, The moment length r may have a maximum moment length r2 at one end and a minimum moment length r1 at the other end.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 초기 상태에서 상기 와이어는 상기 와이어 드럼의 외주면에 최대로 권취되되 상기 와이어의 외부 하중을 향한 단부는 상기 최소 모멘트 길이(r1) 측에 배치되고, 외부 하중이 지면을 향하여 가동됨에 따라 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취된 상기 와이어가 권출되면서 상기 모멘트 길이(r)가 증가하여 상기 카운터 탄성부 측으로 제공되는 길이 변위를 증가시킬 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, in the initial state, the wire is wound around the outer circumferential surface of the wire drum at the maximum, and an end portion of the wire facing the external load is disposed on the side of the minimum moment length r1, As the wire is driven toward the ground, the wire wound on the outer circumferential surface of the wire drum is pulled out, so that the moment length r increases to increase the length displacement provided to the counter elastic portion.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 와이어 드럼의 외주면에는 상기 와이어의 권취 및 권출을 안내하는 와이어 가이드가 구비될 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, a wire guide for guiding the winding and unwinding of the wire may be provided on an outer circumferential surface of the wire drum.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 와이어 드럼과 상기 카운터 탄성부 사이에 드럼 기어부가 구비되고, 상기 드럼 기어부의 일단은 상기 와이어 드럼과 그리고 상기 드럼 기어부의 타단은 상기 카운터 탄성부와 연결되어, 상기 와이어 드럼의 회전 변위를 상기 카운터 탄성부로 전달할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, a drum gear part is provided between the wire drum and the counter elastic part, one end of the drum gear part is connected to the wire drum and the other end of the drum gear part is connected to the counter elastic part So that the rotational displacement of the wire drum can be transmitted to the counter elastic portion.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 드럼 기어부는 상기 와이어 드럼 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 전달하는 피니언 기어와, 상기 피니언 기어와 외접하고 일단은 상기 카운터 탄성부에 연결되어 상기 피니언 기어의 회전 변위를 직선 변위로 변환시키는 랙 기어를 포함할 수도 있다. The variable moment arm-based load compensation unit is characterized in that the drum gear portion includes a pinion gear that transmits a rotational displacement at a predetermined gear ratio in accordance with the rotational displacement of the wire drum side and a pinion gear that is external to the pinion gear, And a rack gear connected to convert the rotational displacement of the pinion gear into a linear displacement.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 카운터 탄성부는: 상기 와이어 드럼가 배치되는 하우징에 연결되어 상기 와이어 드럼와의 상대 운동이 제한되는 카운터 탄성부 지지체와, 일단은 상기 랙 기어와 연결되고, 타단은 상기 카운터 탄성부 지지체와 접촉하여 상기 랙 기어가 직선 변위를 이루는 경우 길이 변화를 이루는 코일 스프링 타입의 카운터 탄성체를 포함할 수도 있다. The counterweight elastic member includes: a counter elastic supporting member connected to the housing in which the wire drum is disposed and restricting relative movement with respect to the wire drum; one end connected to the rack gear, May include a coil spring type counter elastic body that changes in length when the rack gear is in linear displacement in contact with the counter elastic support.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 드럼 기어부는, 상기 와이어 드럼과 상기 피니언 기어 사이에 배치되는 스퍼어 기어를 더 구비할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, the drum gear unit may further include a spur gear disposed between the wire drum and the pinion gear.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 드럼 기어부는 상기 와이어 드럼 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 전달하는 엔드 바디를 포함할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, the drum gear unit may include an end body that transmits a rotational displacement at a predetermined gear ratio in accordance with the rotational displacement of the wire drum.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 카운터 탄성부는: 상기 와이어 드럼가 배치되는 하우징에 연결되어 상기 와이어 드럼와의 상대 운동이 제한되는 카운터 탄성부 지지체와, 일단은 상기 엔드 바디와 연결되고 타단은 상기 카운터 탄성부 지지체에 연결되는 토션 스프링 타입의 카운터 탄성체를 포함할 수도 있다. The counterweight elastic member may include: a counter elastic supporting member connected to the housing in which the wire drum is disposed and having a relative motion with respect to the wire drum, the counter elastic supporting member having one end connected to the end body, And a torsion spring type counter elastic body connected to the counter elastic body support.
상기 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 있어서, 상기 드럼 기어부는, 상기 와이어 드럼과 상기 피니언 기어 사이에 배치되는 스퍼어 기어를 더 구비할 수도 있다. In the variable moment arm-based load compensation unit, the drum gear unit may further include a spur gear disposed between the wire drum and the pinion gear.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트는 다음과 같은 효과를 갖는다. The variable moment arm-based load compensation unit according to the present invention having the above-described configuration has the following effects.
첫째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트는, 가변 모멘트 아암을 형성하도록 와이어 드럼을 형성하고, 카운터 탄성부가 와이어 드럼과 연결되는 구조를 취하여 탄성 복원력을 이용하여 반력으로서 하중 보상 내지 중력 보상을 이루어 간단한 구조를 통하여 신속하고 정확한 중력 보상을 이루는 구조를 제공할 수 있다. First, the variable moment arm-based load compensation unit according to the present invention includes a wire drum formed to form a variable moment arm, a counter elastic part connected to the wire drum, and a load compensation or gravity compensation So that it is possible to provide a structure for performing quick and accurate gravity compensation through a simple structure.
둘째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트는, 와이어에 연결되는 외부 하중, 내지 외부 질량체를 움직이는데 소요되는 힘을 와이어 드럼 및 카운터 탄성부를 사용하여 상쇄시킴으로써, 필요 토크 내지 필요 힘을 최소화하여 사용자가 큰 힘을 들이지 않고 기기를 조작할 수 있게 할 수 있다.Second, the variable moment arm-based load compensation unit according to the present invention minimizes necessary torque or required force by offsetting the external load connected to the wire or the force required to move the external mass by using the wire drum and the counter elastic portion So that the user can operate the device without applying great force.
셋째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트는, 전기모터와 같은 액추에이터를 삽입하여 전동 시스템을 구성하는 경우에도 액츄에이터의 필요 용량을 최소화시켜 부하를 경감시킬 수 있다.Third, the variable moment arm-based load compensating unit according to the present invention can reduce the load by minimizing the required capacity of the actuator even in the case of constructing a transmission system by inserting an actuator such as an electric motor.
넷째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트는, 하중 보상 유니트의 간결한 구조를 통하여 범용성을 증진시킴으로써, 각종 의료 장비 및 산업용 장비에서부터 직교좌표 로봇 등에 이르기까지 하중이 인가되어 소정의 하중 보상이 요구되는 메커니즘에 적용 가능하다. Fourth, since the variable moment arm-based load compensating unit according to the present invention improves the versatility through a simple structure of the load compensating unit, a load is applied from various medical equipment and industrial equipment to a rectangular coordinate robot, Applicable to the required mechanism.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
도 1 내지 도 5는 종래 기술에 따른 하중 보상 기구를 개략적으로 도시한 구성도 및 선도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 작동 원리를 설명하는 선도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 핵심 작동 원리를 설명하는 개략적인 구조도 및 선도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 구체적인 구조도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 와이어 드럼의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 시뮬레이션 결과를 나타내는 선도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 구체적인 구조도이다.1 to 5 are a schematic view and a diagram showing a load compensation mechanism according to the prior art.
6 is a diagram illustrating a principle of operation of a variable moment arm-based load compensation unit according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7 to 10 are a schematic structural view and a diagram illustrating a principle of operation of a variable moment arm-based load compensation unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a specific structural diagram of a variable moment arm-based load compensation unit according to an embodiment of the present invention.
12 is a perspective view of a wire drum of a variable moment arm-based load compensation unit according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing simulation results of a variable moment arm-based load compensation unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a specific structural diagram of a variable moment arm-based load compensation unit according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the variable moment arm-based load compensation unit will be described with reference to the drawings.
본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트(10)는 로봇의 팔에 배치될 수도 있고, 토크 하중이 가해지는 구조물에 연결 배치되는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 설치가 가능한데, 본 실시예에서는 단일 메커니즘 유니트로서의 구조를 중심으로 설명한다. The variable moment arm-based
본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트(10)는 와이어(100)와 와이어 드럼(200)과 카운터 탄성부(400)를 포함하는데, 본 실시예에서는 와이어 드럼(200)과 카운터 탄성부(400) 사이에 드럼 기어부(300)가 더 구비되는 구성을 취한다.The variable moment arm-based
도 6에 도시된 바와 같이, 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트(10)의 와이어(100)는 일단이 외부 질량체(W)와 연결된다. 본 실시예에서 와이어(100)는 스틸 와이어로 설정되었으나, 복수 개의 스틸 와이어의 스트랜드(strand)를 꼬아 형성하는 와이어 로프로 형성될 수도 있고, 경우에 따라 케뷸러 등과 같은 합성섬유를 통한 구조를 이룰 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다. 6, one end of the
와이어(100)의 일단에 연결 배치되는 외부 질량체(W)는 단순 하중체일 수도 있고, 가동 가능한 로봇 아암일 수도 있는 등 다양한 선택이 가능하다. 와이어(100)의 타단은 와이어 드럼(200)에 연결된다. The external mass W connected to one end of the
와이어(100)의 타단이 연결되는 와이어 드럼(200)과의 사이에 하나 이상의 아이들러(101)가 배치되어, 일단에 외부 질량체(W)가 연결되고 타단이 와이어 드럼(200)에 연결되는 와이어(100)의 안정적인 가이드를 원활하게 할 수 있다. 아이들러(101)는 본 실시예에서 도시되지는 않았으나, 와이어(100)가 수용 가능하고 와이어 드럼(200)이 회동 가능하게 배치되는 하우징(11)에 위치 고정되어 배치될 수 있다. One or
와이어 드럼(200)은 외주면에 와이어(100)가 권취 가능하고 와이어(100)의 타단이 고정 장착되는데, 와이어 드럼(200)은 회동축(O-O)를 중심으로 회동 가능하도록 하우징(11)에 장착된다.The
본 발명의 일실시예에서 와이어(100)가 와이어 드럼(200)의 외주면에 권취되는 지점에서의 와이어 드럼(200)의 회전축(O-O) 중심으로부터의 모멘트 길이는, 와이어 드럼의 회전변위에 비례하여 증가한다. 즉, 와이어 드럼(200)의 외주면은 회전축(O-O)에 대하여 경사진 직선 구조를 이루는데, 모멘트 아암으로서의 회전축(O-O)과 외주면 간의 수직 거리는 회전축(O-O)을 따른 1차 함수와 같은 직선 구조를 이룬다.The length of the moment from the center of the rotation axis OO of the
이와 같은 구조는 원추 형상의 와이어 드럼으로 구현될 수도 있으나, 본 실시예에서 와이어 드럼(200)은 회전축(O-O)을 포함하는 평면 상에서 사다리꼴 단면 형상을 구비하고, 와이어(100)가 와이어 드럼(200)의 외주면에 권취되는 지점에서의 와이어 드럼(200)의 회전축(O-O) 중심으로부터의 모멘트 길이(r)는 일단에서 최대 모멘트 길이(r2)이고 와이어(100)의 타단에서 최소 모멘트 길이(r1)는 최소 모멘트 이(r1)를 갖는다. 이와 같은 사다리꼴 형상으로 양단에서 각각 최대 및 최소 모멘트 길이를 구비하는 구조를 통하여 와이어 드럼의 안정적인 회전과 더불어 와이어(100)의 와이어 드럼(200)의 외주면에서의 안정적인 권취 및 권출 구조를 형성할 수 있다. In this embodiment, the
본 실시예서 와이어 드럼(200)에 권취되는 와이어(100)의 장착 위치가 특정되는 구조를 취할 수 있다. 이는 와이어 드럼(200)의 외주면에 위치에 따른 모멘트 아암의 길이가 상이할 수 있기 때문인데, 본 실시예에서 초기 상태에서 와이어(100)는 와이어 드럼(200)의 외주면에 최대로 권취되고, 와이어(100)의 외부 질량체(W)를 향한 단부가 최소 모멘트 길이(r1) 측에 배치되고, 그런 후 외부 질량체(W)가 지면을 향하여 가동됨에 따라 와이어 드럼(200)의 외주면에 권취된 와이어(100)가 권출되면서 모멘트 길이(r)가 증가하여 카운터 탄성부(400) 측으로 제공되는 탄성 변위를 증가시킨다. 즉, 외부 질량체(W)가 초기 상태 위치에 배치되는 경우 와이어(100)가 와이어 드럼(200)의 외주면에서 분리되는 지점에서의 모멘트 아암은 최소 모멘트 길이(r1)를 갖고, 외부 질량체(W)가 지면으로 이동하여 중력 보상이 필요한 경우 와이어(100)와 와이어 드럼(200) 간의 접촉이 해제되는 지점에서의 모멘트 아암의 길이가 증대되어 궁극적으로 동일한 질량체가 와이어(100)를 통하여 와이어 드럼(200)에 전달하는 토크의 크기를 증대시키고, 종국에 토크가 전달되어 보상토크 내지 보상력을 생성하는 카운터 탄성부(400) 측에서의 탄성 변위를 증대시킬 수 있다. 카운터 탄성부(400)에서의 탄성 변위는 카운터 탄성부(400)의 탄성 변형으로 인하여 탄성 복원력을 축적시키는 변위로서, 본 실시예에서는 직선 길이 변위로 구현될 수도 있고, 회전 각도로서의 회전 변위로 구현될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.The mounting position of the
또한, 와이어 드럼(200)의 외주면에 회전축(O-O)에 대하여 이루는 직선의 기울기는 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능할 뿐만 아니라, 본 실시예에서 도시되지는 않았으나, 와이어 드럼(200)의 외주면은 곡선으로 이루어질 수도 있는 등 변형이 가능하다.The slope of the straight line formed on the outer circumferential surface of the
와이어 드럼(200)의 외주면에 와이어(100)가 권취되는데, 와이어 드럼(200)의 외주면에는 와이어 가이드(201)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서 와이어 가이드(201)는 소정의 나선형 홈으로 구현되는데, 와이어(100)가 와이어 드럼(200)의 외주면에 권취되는 경우 와이어(100)는 와이어 가이드(201)를 따라 안내됨으로써 사전 설정된 위치로의 권취 구조를 형성할 수도 있다. A
카운터 탄성부(400)는 와이어 드럼(200) 측과 연동 가능하도록 배치되고, 와이어 드럼(200)의 회동시 함께 탄성 변형되어 탄성 복원력을 생성하고, 와이어 드럼(200) 측으로 탄성 복원력을 인가 가능하다. 즉, 카운터 탄성부(400)는 와이어 드럼(200)이 회동하는 경우 와이어 드럼(200) 측과의 연동 구조를 통하여 와이어(100)의 이동에 따른 와이어 드럼(200)의 회동 변위에 상응하는 탄성 변위를 생성하여 탄성 복원력을 축적하고 이를 다시 와이어 드럼(200) 측으로 전달함으로써 와이어(100)의 일단에 배치되는 외부 질량체(W)의 하중 등에 의한 토크에 상응하는 카운터 토크를 제공함으로써 외부 질량체(W)에 대한 중력 보상을 이룰 수 있다. The counter
와이어 드럼(200)과 카운터 탄성부(400) 간에는 와이어 드럼(200)의 회전 변위가 전달되어 카운터 탄성부(400)의 탄성 변위를 이루는데, 와이어 드럼과 카운터 탄성부 사이에는 와이어 드럼의 회전 변위를 전달 내지 변환시키는 구성요소가 더 구비될 수도 있다. A rotational displacement of the
본 실시예에서 와이어 드럼(200)과 카운터 탄성부(400)의 사이에 드럼 기어부(300)가 배치되는데, 드럼 기어부(300)는 일단이 와이어 드럼(200)과 연결되고 타단은 카운터 탄성부(400)와 연결되어 와이어 드럼(200)의 회전 변위를 카운터 탄성부(400)로 전달하고, 전달 과정 상에서 기어비 등을 통한 변환이 이루어질 수 있다. In this embodiment, the
본 실시예에서 드럼 기어부(300)는 피니언 기어(320)와 랙 기어(330)를 포함하는데, 본 실시예에 따른 드럼 기어부(300)는 스퍼어 기어(310)를 더 구비하여 와이어 드럼(200)의 회전에 대한 피니언 기어(320)의 회전비를 조정할 수 있다. 여기서 일실시예로 스퍼어 기어가 기술되었으나, 회전 변위 등을 전달하는 범위에서 워엄 기어 내지 베벨 기어 등과 같은 다양한 기어가 사용될 수도 있다. The
피니언 기어(320)는 와이어 드럼(200) 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 이루어 전달하고, 랙 기어(330)는 피니언 기어(320)와 외접하고 일단이 카운터 탄성부(400)에 연결되어 피니언 기어(320)의 회전 변위를 직선 변위로 변환시킨다. 즉, 외부 질량체(W)와 연결되는 와이어(100)의 가동에 의하여 회전 운동을 이루는 와이어 드럼(200) 및 이를 소정의 기어비로 회전 전달받는 피니언 기어(320)의 구조를 통하여 전달되는 회전 운동이 피니언 기어(320)와 치합되는 랙 기어(330)를 통하여 직선 운동으로 변환되고 이러한 직선 운동을 통한 직선 변위를 카운터 탄성부(400)로 전달되어 소정의 탄성 변위를 생성한다. The
이때 카운터 탄성부(400)는 카운터 탄성부 지지체(401)와 카운터 탄성체(410)를 포함하는데, 카운터 지지체(401)는 와이어 드럼(200)가 배치되는 하우징(11)에 연결되어 와이어 드럼(200)와의 상대 운동이 제한되고, 카운터 탄성체(410)는 일단이 랙 기어(330)와 연결되고 타단이 카운터 탄성부 지지체(401)와 접촉하여 랙 기어(330)가 직선 변위를 이루는 경우 함께 길이 변화를 이루는 코일 스프링 타입의 탄성체로 구현된다. 즉, 직선 변위와 탄성 계수에 상응하는 탄성 복원력을 생성 축적하고 이를 드럼 기어부 및 와이어 드럼 및 와이어(100)를 통하여 외부 질량체(W)에 전달하여 외부 질량체(W)에 의한 중력을 보상할 수 있다. The counter
한편, 상기 실시예에서 드럼 기어부 및 카운터 탄성부는 와이어 드럼의 회전 변위를 직선 변위로 전환 전달하는 구조를 취하였으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 와이어 드럼의 회전 변위를 유지 전달하는 구조를 취할 수도 있는데, 드럼 기어부(300a)는 엔드 바디(320a)를 포함한다. 경우에 따라 상기 실시예와 같이 드럼 기어부(300a)는 와이어 드럼(200)과 엔드 바디(320a)의 사이에 스퍼어 기어(310a)를 구비하여 엔드 바디(320a)가 와이어 드럼의 회전 변위에 대하여 소정의 기어비를 갖는 회전 변위를 갖도록 하는 구성을 취할 수도 있다. Meanwhile, in the above embodiment, the drum gear portion and the counter elastic portion have a structure for converting and transferring rotational displacement of the wire drum to linear displacement, but the present invention is not limited thereto. That is, as shown in the drawing, it may take a structure for maintaining and transmitting the rotational displacement of the wire drum, wherein the drum gear portion 300a includes an end body 320a. The drum gear portion 300a may include a spur gear 310a between the
엔드 바디(320a)는 와이어 드럼(200) 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 전달하는데, 본 실시예에서 드럼 기어부(300a)는 스퍼어 기어(310)를 더 구비하는 구조를 취할 수 있다. 즉, 드럼 기어부(300a)의 스퍼어 기어(310)는 하나 이상이 배치되고, 와이어 드럼(200)의 회전축과 평행축을 구비하도록 배치되어 외접함으로써 소정의 기어비를 이루며 엔드 바디(320a)로 회전 변위를 전달한다. 이때, 엔드 바디(320a)는 카운터 탄성부(400a) 측으로 회전 변위를 전달하는데, 카운터 탄성부(400a)는 카운터 탄성부 지지체(401a)와 카운터 탄성체(410a)를 포함한다. 카운터 탄성부 지지체(401a)는 와이어 드럼(200)가 배치되는 하우징(11)에 연결되어 와이어 드럼(200)와의 상대 운동이 제한되는데, 카운터 탄성체(410a)는 카운터 탄성부 지지체(401a)와 엔드 바디(320a) 사이에 배치된다. 카운터 탄성체(410a)는 토션 스프링 타입으로 구현되어 일단이 엔드 바디(320a)와 연결되고 타단이 카운터 탄성부 지지체(401a)와 연결된다. 이 경우 여기서 명확하게 도시되지는 않으나 토션 스프링 타입의 카운터 탄성체(410a)의 설정에 따라 카운터 탄성체(401a)에 전달되는 회전 변위로 직접 변형된 각변위로서의 탄성 변위에 선형 비례하는 탄성 복원력을 생성하여 와이어 드럼 측으로 전달할 수도 있고, 탄성 변위에 대하여 비선형의 탄성 복원력을 생성하여 와이어 드럼 측으로 전달할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.
The end body 320a transmits a rotational displacement at a predetermined gear ratio in accordance with the rotational displacement of the
이하에서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 작동 원리를 설명하는데, 도 6 내지 도 10은 본 발명의 작동 원리를 설명하기 위한 것으로 개략적으로 도시되는 개념도 및 선도이다. 도 6에는 본 발명의 핵심 원리와 종래의 구조를 비교하는 구조도가 도시된다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 구조의 경우 풀리로서의 와이어 드럼은 단지 원기둥 구조를 취하여 회전 중심(O)에 대하여 모든 외주면이 동일한 반경의 모멘트 아암(rconst)을 형성한다. 이때 와이어에 일정한 힘(F)이 인가되는 경우 풀리로서의 와이어 드럼에 적용되는 토크(τconst)도 일정한 값을 유지할 수 밖에 없다. 반면, 본 발명의 경우 가변 모멘트 아암 구조를 취하는데, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 와이어를 통하여 와이어 드럼에 인가되는 힘이 F로 일정한 값을 갖더라도, 회전 중심(O)으로부터 외주면까지의 반경인 모멘트 아암(rv)이 변화되는 경우 토크(τv)의 크기도 변화 가능하다. Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10, which are a conceptual diagram and a diagram schematically shown to explain the operation principle of the present invention. Fig. 6 shows a structural diagram comparing the core principle of the present invention with the conventional structure. As shown in FIG. 6 (a), in the conventional structure, the wire drum as a pulley has only a cylindrical structure and forms a moment arm rconst having the same radius on all the outer circumferential surfaces with respect to the rotation center O. In this case, when a constant force F is applied to the wire, the torque τ const applied to the wire drum as a pulley can not be maintained at a constant value. On the other hand, in the case of the present invention, as shown in FIG. 6 (b), even if the force applied to the wire drum through the wire has a constant value of F, it takes a variable moment arm structure, The magnitude of the torque? V can also be changed when the moment arm rv, which is the radius of the torque arm?
이와 같은 본 출원의 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트의 원리를 이루는 가변 가능한 토크 구조를 형성하는 구조의 개념도가 도 7에 도시된다. 가변 모멘트 아암(rv)을 형성하기 위하여 와이어 드럼(200)은 회전축(O-O)으로부터 외주면까지의 회전축(O-O)에 대한 수직 거리가 회전축(O-O)의 길이에 대하여 선형적으로 변화하는 가변 모멘트 아암(rv) 구조를 이룬다. 이때, 와이어 드럼(200)의 외주면에는 와이어(100)가 권취되는데, 와이어(100)에 힘이 가해지는 경우, 특히 일정한 힘(F)이 인가되는 경우에도 와이어(100)가 권취 내지 권출되는 경우 와이어 드럼(200)과 접촉되거나 접촉 해제되는 경계 위치에서 회전축(O-O)의 길이 방향으로 변화되는 모멘트 아암(rv)의 회전 반경이 변화되는 구조를 이룬다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이 와이어 드럼(200)의 회전 변위(회전 각도 변위, θ)에 대하여 와이어 드럼(200)에 가해지는 토크(τv)는 예를 들어 비례 관계를 형성할 수 있다. A conceptual diagram of a structure for forming a variable torque structure constituting the principle of the variable moment arm-based load compensation unit of the present application is shown in Fig. The
이러한 가변 모멘트 아암 및 가변 토크를 구현하는 과정 상에서, 와이어(100)의 일단에 연결되는 외부 질량체 내지 외부 하중의 위치 이동에 의하여 와이어(100)의 이동에 따라 와이어 드럼(200)의 회전 변위(회전 각도)가 변화되는데, 와이어 드럼(200)의 회전 변위와, 외부 질량체 내지 외부 하중 내지 외부 하중의 작용점의 위치(예를 들어 수직 위치)는 소정의 관계, 예를 들어 비례 관계를 형성할 수 있으므로, 토크(τv)는 외부 질량체 내지 외부 하중 내지 외부 하중 작용점의 위치에 비례하는 토크로 형성된다. The rotation displacement of the
이와 같은 회전 중심으로부터 가변되는 모멘트 아암을 갖도록 외주면이 형성되는 와이어 드럼의 회전에 따라 발생되는 토크는 카운터 탄성부의 카운터 탄성체에 탄성 변위를 발생시키고, 이러한 탄성 변위에 의하여 탄성 복원력이 축적되고, 이는 다시 반력으로서 와이어 드럼 측으로 전달되어 소정의 반력 토크로 작용함으로써 와이어(100)의 일단에 연결되는 외부 질량체(외부 하중 또는 외부 하중 작용점)에 대한 반력 보상을 이루고, 외부 질량체가 중력에 의한 하중이 인가되는 경우 중력 보상을 이룰 수 있다. 즉, 와이어(100)가 권취 내지 권출되는 외주면을 갖는 와이어 드럼(200)에는 피니언(320)이 연결될 수 있고, 피니언(320)은 랙 기어(330)와 연결되고, 랙 기어(330)는 피니언(320)과 치합되어 와이어 드럼(200)과 함께 회동하는 피니언(320)의 회전 변위에 상응하여 직선 변위를 형성한다. 이때, 랙 기어(330)의 단부에는 카운터 탄성부(400)가 배치되는데, 카운터 탄성부 지지체(401)는 와이어 드럼 내지 와이어 드럼이 장착되는 회전축의 지지 구조, 즉 하우징에 대하여 위치 고정되어 배치되어 상대 운동이 제한되고, 카운터 탄성부(400)의 카운터 탄성체(410)는 압축 내지 신장 가능한 직선 탄성 변위를 형성하는 코일 스프링으로 형성됨으로써, 와이어드럼 측 내지 피니언(320)의 회전 변위는 랙 기어(330)의 직선 변위로 변환되고, 랙 기어(330)의 직선 변위에 의하여 카운터 탄성체(410)의 탄성 변위가 형성되어 소정의 반력을로서 가변 토크(τv)에 비례하는 힘(Fv)을 탄성 복원력을 형성한다. 도 10에 도시되는 바와 같이 이와 같은 와이어 드럼의 회전 변위에 대하여 가변 토크(τv)에 비례하는 힘(Fv)은 선형 관계를 형성할 수도 있다. 가변 토크(τv)에 비례하는 힘(Fv)은 반력으로서 다시 랙 기어 및 피니언 기어를 거쳐 와이어 드럼으로 전달되어 와이어가 와이어 드럼의 외주면으로부터 권출되어 풀리는 회전 동작을 제한함으로써, 궁극적으로 와이어(100)의 단부에 연결되는 외부 질량체(외부 하중 내지 외부 하중점)의 원치 않는 수직 이동을 제한함으로써 소정의 중력 보상 동작을 구현할 수 있다.
The torque generated by the rotation of the wire drum having the outer circumferential surface formed with the moment arm varying from the center of rotation generates an elastic displacement in the counter elastic body of the counter elastic section and the elastic restoring force is accumulated due to such elastic displacement, Is transmitted to the wire drum side as a reaction force and acts as a predetermined reaction force torque to achieve reaction force compensation for an external mass (external load or external load acting point) connected to one end of the
이하에서는 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 작동 과정을 설명한다.
Hereinafter, the operation of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 13. FIG.
외부 질량체(W)의 위치가 이동하는 경우, 외부 질량체(W)와 연결되는 와이어(100)에 소정의 인장력이 인가된다. 이때, 초기 상태에서 와이어 드럼(200)의 외주면에는 와이어(100)가 최대로 권취되는 구조를 취하는바, 와이어(100)에 소정의 인장력이 인가됨에 따라 형성되는 위치 이동은, 와이어(100)는 아이들러(101)에 의하여 가이드되어 와이어 드럼(200)의 외주에 권취된 와이어(100)가 권출되어 풀려짐으로써 이루어진다.When the position of the external mass W moves, a predetermined tensile force is applied to the
와이어(100)의 풀림에 따라 와이어 드럼(200)은 회전 변위를 형성하고, 회전 변위는 설정된 기어비를 갖는 드럼 기어부(300)의 스퍼어 기어(310) 등을 거쳐 피니언 기어(320)로 전달되고, 피니언 기어(320)와 치합되는 랙 기어(330)는 피니언 기어(320)의 회전 변위를 직선 변위로 전환시키고, 랙 기어(330)에 연결되는 카운터 탄성부(400)의 카운터 탄성체(410)는 카운터 탄성부 지지체(401)와 랙 기어(330)의 사이에서 랙 기어(330)의 직선 변위에 따라 소정의 탄성 변위를 형성한다. 이때, 카운터 탄성체(410)의 탄성 변위에 의하여 소정의 탄성 복원력이 축적 형성되고, 카운터 탄성체(410)는 탄성 변위에 상응하여 축적 형성된 탄성 복원력을 역의 방향으로 랙 기어(330), 피니언 기어(320) 및 스퍼어 기어(310)를 통하여 와이어 드럼(200)으로 탄성 복원력과 기어비에 따른 모멘트 아암의 값을 갖는 토크를 제공함으로써, 와이어(100)에 연결되는 외부 질량체(W)에 토크를 인가함으로써 소정의 하중 보상 내지 중력 보상을 이룰 수 있다. The
이와 같은 과정을 달리 표현하면, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 와이어 드럼(200)에서, 와이어 드럼(200)의 최소 반경을 r1, 최대 반경을 r2이라고 하고, 와이어(100)에 인가되는 하중, 즉 본 실시예에서 외부 질량체(W)에 대한 중력에 의해 인가되는 일정한 외력 Fg에 의하여 와이어 드럼(200)에 토크는 드럼 기어부(300)의 기어비 N, 드럼 기어부(300)의 피니언 기어(320)의 피치반경 rp 및 랙기어(330)를 통하여 전달되는 Fv의 힘으로 스프링을 압축시켜 탄성 복원력을 형성한다. 이 때 랙 기어(330)에 전달되는 힘 Fv의 최대 및 최소의 차이는 다음과 같다.11 and 12, in the
또한 카운터 탄성체(410)로서의 코일 스프링이 압축되는 길이를 lc라고 할 때, 이는 랙 기어(330)의 이동거리와 동일한데, 카운터 탄성체(410)의 압축 거리, 즉 탄성 변위(lc)는 다음과 같이 감속비, 피니언 기어(320)의 피치반경(rp)로, 피니언 기어(320)의 원주X회전수의 관계로 표현될 수 있다.In addition to that the length of the coil spring as a counter
여기서, n은 와이어(100)가 와이어 드럼(200)에 권취되어 감김 회수를 나타내는데, 카운터 탄성체(410)의 반발력, 즉 탄성 복원력은 "힘=강성X변위"의 관계로부터 요구되는 카운터 탄성체(410)의 스프링 강성(k)은 다음가 같이 기술될 수 있다. Herein, n represents the number of times the
또한, 와이어(100)의 단부에 연결되는 외부 하중, 즉 본 실시예에서 외부 질량체(W)가 허용 범위 내의 가장 높은 지점에 위치하고 와이어 드럼(200)의 외주면에 가장 많은 와이어가 권취되어 감겨진 상태의 경우에도 하중 보상, 즉 본 실시예에서 중력 보상이 이루어져야 하는데, 이를 위하여 요구되는 코일 스프링으로 구현되는 카운터 탄성체(410)의 초기 압축 거리(lc1)는 다음과 같이 표현될 수 있다. Further, in the case where the external load connected to the end portion of the
단, 이러한 관계에 있어 중요 인자를 중심으로 기술되어 마찰에 의한 영향을 반영하는 인자는 배제하였다. 본 발명의 일실시예로서 와이어 드럼(200)의 최소 반경 r1 = 50 mm, 최대 반경을 r2 = 100 mm, 피니언 기어(320)의 피치반경 rp = 50 mm, 와이어(100)의 총 감김 횟수 n = 3, 총 기어비 N = 9, 중력에 의한 외력 Fg = 500 N로 설정하여 필요한 코일 스프링으로 구현되는 카운터 탄성체(410)의 사양을 선정하고 이를 바탕으로 수행된 시뮬레이션 결과가 도 13에 도시되는데, 결과적으로 필요한 카운터 탄성체(410)의 강성은 43 N/mm이고, 필요한 초기 압축 길이는 105 mm이며, 와이어에 연결되는 외부 하중, 외부 질량체(W)의 상하 이동에 따른 탄성 변위, 즉 압축 길이는 105 mm인바, 전체적으로 요구되는 카운터 탄성체(410)의 압축 길이는 총 210 mm이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 이동체의 상하 운동으로 인하여 인가되는 가변 힘(Fv)는 카운터 탄성체(410)의 반발력, 즉 탄성 복원력(Fs)으로 인하여 모두 상쇄되어 외부 하중, 즉 외부 질량체(W)를 가동시키는데 요구되는 힘은 실질적으로 "0"이 됨을 알 수 있다. However, these factors are mainly described as important factors, and factors that reflect the effects of friction are excluded. The minimum radius r 1 of the
상기 코일 스프링으로 구현되는 카운터 탄성체의 구조에 대하여 기술되었으나, 이는 앞서 기술된 토션 스프링으로 구현되는 카운터 탄성체의 구조에 대하여도 회전 변위와 직선 변위로의 전환 과정을 제외하고 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
The structure of the counter elastic body realized by the coil spring has been described. However, the structure of the counter elastic body realized by the torsion spring described above can be applied substantially the same except for the process of switching between the rotational displacement and the linear displacement .
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 앞서 언급된 바와 같이 지면에 대하여 수직 가동되는 외부 질량체(W)를 중심으로 기술되었으나, 외부 하중이 와이어에 인가되는 범위에서 지면에 수직 가동 이외에도 다양한 구성이 가능하며, 본 실시예에서는 기계적 메커니즘 구성만을 언급하였으나, 별도의 전기 모터 등을 통하여 보상을 이룰 수도 있고, 경우에 따라 센서를 구비하여 작동 환경에 따라 전기 모터 등의 보조 동력의 단속을 이루는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하며, 본 발명의 와이어, 와이어 드럼 및 카운터 탄성부를 구비하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다. The embodiments are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto. As described above, although the external mass W is vertically movable relative to the ground, various configurations other than the vertical movement in the range where the external load is applied to the wire are possible. In this embodiment, only the mechanical mechanism configuration However, it is also possible to make a compensation through the use of a separate electric motor or the like, or it may be provided with a sensor according to circumstances, so that it may take a structure to control the auxiliary power of the electric motor or the like according to the operating environment. It is possible to make various modifications in the range including the wire, the wire drum and the counter elastic part of the invention.
10...가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트 100...와이어
200...와이어 드럼 300...드럼 기어부
310...스퍼어 기어 320...피니언 기어
330...랙 기어10 ... variable moment arm-based
200 ...
310 ...
330 ... rack gear
Claims (12)
외주면에 상기 와이어가 권취 가능하고 상기 와이어의 타단이 고정 장착되는 와이어 드럼과,
상기 와이어 드럼 측과 연동 가능하도록 배치되고, 상기 와이어 드럼의 회동시 함께 탄성 변형되어 탄성 복원력을 생성하고, 상기 와이어 드럼 측으로 상기 탄성 복원력을 인가 가능한 카운터 탄성부를 구비하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.A wire to which an external load is connected at one end,
A wire drum on which an outer surface of the wire is wound and on which the other end of the wire is fixedly mounted;
And a counter elastic part arranged to be able to interlock with the wire drum side and being elastically deformed when the wire drum rotates to generate an elastic restoring force and to apply the elastic restoring force to the wire drum side.
상기 와이어가 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취되는 지점에서의 상기 와이어 드럼의 회전축 중심으로부터의 모멘트 길이는, 상기 와이어 드럼의 회전 변위에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.The method according to claim 1,
Wherein the moment length from the center of the rotation axis of the wire drum at a point at which the wire is wound on the outer circumferential surface of the wire drum increases in proportion to the rotational displacement of the wire drum.
상기 와이어 드럼은 회전축을 포함하는 평면 상에서 사다리꼴 단면 형상을 구비하고, 상기 와이어가 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취되는 지점에서의 상기 와이어 드럼의 회전축 중심으로부터의 모멘트 길이(r)는 일단에서 최대 모멘트 길이(r2) 및 타단에서 최소 모멘트 길이(r1)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.The method according to claim 1,
Wherein the wire drum has a trapezoidal cross-sectional shape on a plane including a rotation axis, and a moment length r from a center of the rotation axis of the wire drum at a position at which the wire is wound on the outer peripheral surface of the wire drum, (r2) at the other end and a minimum moment length (r1) at the other end.
초기 상태에서 상기 와이어는 상기 와이어 드럼의 외주면에 최대로 권취되되 상기 와이어의 외부 하중을 향한 단부는 상기 최소 모멘트 길이(r1) 측에 배치되고,
상기 외부 하중이 지면을 향하여 가동됨에 따라 상기 와이어 드럼의 외주면에 권취된 상기 와이어가 권출되면서 상기 모멘트 길이(r)가 증가하여 상기 카운터 탄성부 측으로 제공되는 길이 변위를 증가시키는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.The method of claim 3,
In the initial state, the wire is wound around the outer circumferential surface of the wire drum at a maximum, and an end portion of the wire facing the external load is disposed on the side of the minimum moment length r1,
The moment length r is increased while the wire wound around the outer circumferential surface of the wire drum is pulled up as the external load is moved toward the ground to increase the length displacement provided to the counter elastic portion side, Arm based load compensation unit.
상기 와이어 드럼의 외주면에는 상기 와이어의 권취 및 권출을 안내하는 와이어 가이드가 구비되는 것을 특징으로 중력 보상 유니트.The method according to claim 1,
And a wire guide for guiding the winding and unwinding of the wire is provided on an outer peripheral surface of the wire drum.
상기 와이어 드럼과 상기 카운터 탄성부 사이에 드럼 기어부가 구비되고, 상기 드럼 기어부의 일단은 상기 와이어 드럼과 그리고 상기 드럼 기어부의 타단은 상기 카운터 탄성부와 연결되어, 상기 와이어 드럼의 회전 변위를 상기 카운터 탄성부로 전달하는 것을 특징으로 중력 보상 유니트.The method according to claim 1,
And a drum gear portion is provided between the wire drum and the counter elastic portion, one end of the drum gear portion is connected to the wire drum, and the other end of the drum gear portion is connected to the counter elastic portion, And transmits it to the elastic portion.
상기 드럼 기어부는 상기 와이어 드럼 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 전달하는 피니언 기어와,
상기 피니언 기어와 외접하고 일단은 상기 카운터 탄성부에 연결되어 상기 피니언 기어의 회전 변위를 직선 변위로 변환시키는 랙 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.The method according to claim 6,
The drum gear portion includes a pinion gear that transmits a rotational displacement at a predetermined gear ratio in accordance with the rotational displacement of the wire drum,
And a rack gear which is in contact with the pinion gear and has one end connected to the counter elastic portion to convert a rotational displacement of the pinion gear into a linear displacement.
상기 카운터 탄성부는:
상기 와이어 드럼가 배치되는 하우징에 연결되어 상기 와이어 드럼와의 상대 운동이 제한되는 카운터 탄성부 지지체와,
일단은 상기 랙 기어와 연결되고, 타단은 상기 카운터 탄성부 지지체와 접촉하여 상기 랙 기어가 직선 변위를 이루는 경우 길이 변화를 이루는 코일 스프링 타입의 카운터 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.8. The method of claim 7,
The counter elastic portion comprises:
A counter elastic supporting member connected to the housing in which the wire drum is disposed to limit relative movement with the wire drum,
And a coil spring type counter elastic body having one end connected to the rack gear and the other end having a length change when the rack gear is linearly displaced by contact with the counter elastic supporting member. Rewarding unit.
상기 드럼 기어부는, 상기 와이어 드럼과 상기 피니언 기어 사이에 배치되는 스퍼어 기어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.9. The method of claim 8,
Wherein the drum gear unit further comprises a spur gear disposed between the wire drum and the pinion gear.
상기 드럼 기어부는 상기 와이어 드럼 측의 회전 변위에 따라 사전 설정된 기어비로 회전 변위를 전달하는 엔드 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.The method according to claim 6,
Wherein the drum gear unit includes an end body that transmits a rotational displacement at a predetermined gear ratio in accordance with a rotational displacement of the wire drum.
상기 카운터 탄성부는:
상기 와이어 드럼가 배치되는 하우징에 연결되어 상기 와이어 드럼와의 상대 운동이 제한되는 카운터 탄성부 지지체와,
일단은 상기 엔드 바디와 연결되고 타단은 상기 카운터 탄성부 지지체에 연결되는 토션 스프링 타입의 카운터 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.11. The method of claim 10,
The counter elastic portion comprises:
A counter elastic supporting member connected to the housing in which the wire drum is disposed to limit relative movement with the wire drum,
And a torsion spring type counter elastic body having one end connected to the end body and the other end connected to the counter elastic supporting member.
상기 드럼 기어부는, 상기 와이어 드럼과 상기 피니언 기어 사이에 배치되는 스퍼어 기어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 하중 보상 유니트.
12. The method of claim 11,
Wherein the drum gear unit further comprises a spur gear disposed between the wire drum and the pinion gear.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130037893A KR101458303B1 (en) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Counter balance unit with variable moment arm mechanism |
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| KR1020130037893A KR101458303B1 (en) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Counter balance unit with variable moment arm mechanism |
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| KR20140121572A true KR20140121572A (en) | 2014-10-16 |
| KR101458303B1 KR101458303B1 (en) | 2014-11-12 |
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ID=51993023
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10471610B2 (en) | 2015-06-16 | 2019-11-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Robot arm having weight compensation mechanism |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2013
- 2013-04-08 KR KR1020130037893A patent/KR101458303B1/en active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101458303B1 (en) | 2014-11-12 |
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