KR20150121358A

KR20150121358A - 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘

Info

Publication number: KR20150121358A
Application number: KR1020140046799A
Authority: KR
Inventors: 강병훈; 강창욱; 이봉용
Original assignee: (주)이빛
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-10-29
Also published as: KR101579550B1

Abstract

본 발명은 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 관한 것으로, 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트에 각각 상향 설치되되, 삼각 형상으로 배치되는 3개의 수직 프레임과; 각각의 상기 수직 프레임에 설치되어 상기 수직 프레임을 따라 상하 방향으로 각각 독립적으로 이동하는 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트와; 3개의 변으로 구성되되 3개의 꼭지점이 각각 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 함께 이동하며, 각 변의 길이가 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 길이 방향으로 가변되는 삼각 트러스와; 상기 삼각 트러스의 각 꼭지점을 각각의 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결하되, 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 독립적인 상하 이동에 따라 상기 삼각 트러스의 각 변이 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 대해 회전 가능하게 하는 3개의 수동형 조인트 모듈과; 상기 삼각 트러스의 내부에 배치되는 무빙 플레이트와; 일측이 상기 무빙 플레이트에 고정되고, 타측은 상기 삼각 트러스의 각 변에 연결되되, 길이 방향으로 길이가 가변되는 3개의 연결 림과; 각각의 상기 연결 림이 상기 삼각 트러스의 각 변에 대해 회전 가능하도록 상기 연결 림의 타측과 상기 삼각 트러스의 각 변을 연결하는 3개의 수동형 회전 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘{PARALLEL MECHANISM BASED ON TRUSS STRUCTURE}

본 발명은 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응력 집중 현상을 제거하면서도, 소량화 및 경량화가 가능하고 저비용으로 제작이 가능할 뿐만 아니라 안전 사고의 위험을 줄일 수 있는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 관한 것이다.

기존의 직렬 메커니즘(Serial mechanism)과 대비할 때 높은 강성(Stiffness)와 빠른 속도(Speed)의 특징을 가지고 있는 장점 때문에 스튜어트-고우(Stewart-Gough) 플랫폼으로 대표되는 병렬 메커니즘(Parallel mechanism)은 학계나 연구소 뿐만 아니라, 산업계에서도 관심이 증가하고 있으며, 고속 조립용 로봇 분야, 다축 CNC 머신닝 분야, 그리고 비행 시뮬레이터와 같은 가상 현설(Virtual Reality) 분야와 같은 다양한 분야에서 연구되고 있다.

병렬 메커니즘과 관련된 연구는, 병렬 메커니즘이 갖는 장점을 높이는 대신에 병렬 메커니즘에 내재적으로 존재하는 기구학적 해석(Forward kinematics와 Backward kinematics) 문제와 로봇의 끝단점(End-Effector)을 움직이기 위해서 피해야만 하는 특이성 자세(Singular configuration) 분석 및 해석 등 여러 분야에서 수학적이고, 해석적인 방법론에 대한 많은 연구 결과가 제시되고 있다.

기존의 병렬 메커니즘을 이용한 병렬 로봇은 직렬 로봇의 링크를 서로 기구학적 제약 조건을 적용하여 연결하는 구조가 대부분이며, 이를 통해 구조적인 강성(Rigidity)을 높이고 정확도를 높이는 구조를 가지고 있었다.

그런데, 로봇의 끝단점(End-Effector)의 자세에 따라, 병렬 로봇의 조인트에 응력 집중이 발생하는 경우가 많으며, 이를 극복하기 위해 실제 병렬 로봇을 제작하는 경우에 조인트 부위에 보강재를 사용하게 되었다. 이는 병렬 로봇의 가격을 높이는 원인으로 작용하게 될 뿐만 아니라, 병렬 로봇의 크기 또한 증가시키는 단점으로 작용하게 된다.

도 1은 종래의 델타 타입(Delta type)의 병렬 메커니즘의 예를 나타낸 도면으로, 한국등록특허 제10-1300518호에 그 예가 개시되어 있다. 도 1을 참조하여 설명하면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 델타 타입의 병렬 메커니즘의 초기위치에서는 끝단점(P1)을 기준으로 개별 링크와 조인트(P2, P3, P4)가 대칭인 구조를 가지므로 모두 동일한 응력과 하중을 받게 된다. 그러나, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 끝단점(P1)이 움직임에 따라, 대칭 구조가 변화하면서 병렬 로봇의 자세에 따라 링크나 조인트(P2, P3, P4)에 가해지는 응력과 하중이 변화하게 된다.

따라서, 병렬 메커니즘이 복수의 직렬 로봇으로 폐루프를 이루는 구조로 되어 있어 높은 강성을 유지할 수 있으나, 로봇의 자세에 따라 조인트나 링크에 극단적인 부하가 걸리게 된다. 특히, VR 시뮬레이터와 같이 인간이 탑승하는 응용 분야에서는 이러한 응력 집중에서 발생하는 안정도 감소를 해소하기 위해, 고가의 보강제나 조인트를 사용하고 있으며, 결과적으로 장비의 가격을 높이고 크기를 증가시키는 요인으로 작용하게 된다.

이와 같은 단점을 해소하기 위해, 고정되 축 구조의 병렬 메커니즘이 제안되고 있으나, 끝단점을 구동하기 위해 직렬 형태의 링크 구조를 사용하기 때문에, 끝단점의 자세에 따라 응력이 집중되는 현상은 피하지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 응력 집중 현상을 제거하면서도, 소량화 및 경량화가 가능하고 저비용으로 제작이 가능할 뿐만 아니라 안전 사고의 위험을 줄일 수 있는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 있어서, 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트에 각각 상향 설치되되, 삼각 형상으로 배치되는 3개의 수직 프레임과; 각각의 상기 수직 프레임에 설치되어 상기 수직 프레임을 따라 상하 방향으로 각각 독립적으로 이동하는 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트와; 3개의 변으로 구성되되 3개의 꼭지점이 각각 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 함께 이동하며, 각 변의 길이가 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 길이 방향으로 가변되는 삼각 트러스와; 상기 삼각 트러스의 각 꼭지점을 각각의 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결하되, 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 독립적인 상하 이동에 따라 상기 삼각 트러스의 각 변이 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 대해 회전 가능하게 하는 3개의 수동형 조인트 모듈과; 상기 삼각 트러스의 내부에 배치되는 무빙 플레이트와; 일측이 상기 무빙 플레이트에 고정되고, 타측은 상기 삼각 트러스의 각 변에 연결되되, 길이 방향으로 길이가 가변되는 3개의 연결 림과; 각각의 상기 연결 림이 상기 삼각 트러스의 각 변에 대해 회전 가능하도록 상기 연결 림의 타측과 상기 삼각 트러스의 각 변을 연결하는 3개의 수동형 회전 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 삼각 트러스의 각 변은 길이가 고정된 고정 영역과 길이가 가변되는 가변 영역을 연결하는 수동형 프라즈매틱 조인트로 구성될 수 있다.

그리고, 각각의 상기 수동형 회전 조인트는 상기 삼각 트러스의 각 변의 고정 영역에서 상기 삼각 트러스의 각 변과 상기 연결 림을 연결할 수 있다.

그리고, 상기 수동형 회전 조인트는 스페리컬 조인트(Spherical joint) 형태로 마련되어 상기 연결 림을 상기 삼각 트러스의 변에 대해 회전 가능하게 지지하며; 상기 연결 림은 상기 스페리컬 조인트(Spherical joint)를 통해 길이 방향으로의 길이가 가변될 수 있다.

또한, 상기 수동형 회전 조인트는 조인트 본체와, 상기 조인트 본체에 설치되어, 상기 연결 림의 길이 방향을 축으로 회전 가능하게 상기 연결 림을 지지하는 제1 볼 베어링과, 상기 조인트 본체가 상하 방향을 축으로 상기 삼각 트러스의 변에 대해 회전 가능하게 상기 조인트 본체와 상기 삼각 트러스의 변을 연결하는 제2 볼 베어링을 포함하며; 상기 연결 림은 상기 제1 볼 베어링을 통해 길이 방향으로의 길이가 가변될 수 있다.

또한, 각각의 상기 수동형 회전 조인트 모듈은 상기 삼각 트러스의 꼭지점을 구성하는 두 개의 변을 각각 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 대해 독립적으로 회전 가능하게 결합하는 한 쌍의 수동형 회전 조인트를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 무빙 플레이트에 설치되어, 상기 무빙 플레이트의 판면을 관통하는 축을 중심으로 회전 운동을 생성하는 축 구동부를 더 포함할 수 있다.

또한, 각각의 상기 수직 프레임의 외경에는 나사산이 형성되며; 각각의 상기 능동형 프리즈매틱 조인트은 상기 수직 프레임의 회전에 따라 상하 이동하는 볼 스크루 형태로 마련될 수 있다.

상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면 응력 집중 현상을 제거하면서도, 소량화 및 경량화가 가능하고 저비용으로 제작이 가능할 뿐만 아니라 안전 사고의 위험을 줄일 수 있는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘이 제공된다.

도 1은 종래의 델타 타입(Delta type)의 병렬 메커니즘의 예를 나타낸 도면이고,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘의 기구학적 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘의 무빙 스테이지의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘의 실제 적용 예를 나타낸 도면이고,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘의 연결 림과 삼각 트러스의 변 간의 연결 예를 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘의 z축 회전을 위한 구조의 예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘(100)의 기구학적 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘(100)은 베이스 플레이트(110), 3개의 수직 프레임(120), 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)(Active prismatic joint), 삼각 트러스(150), 3개의 수동형 회전 조인트 모듈(140), 무빙 플레이트(160), 3개의 연결 림(170), 그리고 3개의 수동형 회전 조인트(180)을 포함한다.

3개의 수직 프레임(120)은 베이스 플레이트(110)에 각각 상향 설치된다. 3개의 수직 프레임(120)은 서로 삼각 형상으로 배치되는데, 대략 정삼각형 형태로 배치되는 것을 예로 한다.

3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)는 각각의 수직 프레임(120)에 하나씩 설치된다. 그리고, 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)는 수직 프레임(120)을 따라 상하 방향으로 각각 독립적으로 선형 이동하도록 마련된다.

삼각 트러스(150)는 3개의 변(151)으로 구성된다. 그리고, 삼각 트러스(150)의 3개의 꼭지점은 각각 능동형 프리즈매틱 조인트(130)에 연결되는데, 각각의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 상하 이동에 따라 함께 이동하게 된다.

여기서, 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 길이는 가변적으로 변하도록 마련되는데, 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 독립적인 상하 이동에 따라 그 길이가 변하도록 마련된다. 본 발명에서는 삼각 트러스(150)의 각 변(151)에는 수동형 프리즈매틱 조인트(152)가 설치되어 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 독립적인 상하 이동에 대응하여 그 길이가 변하도록 구성되는 것을 예로 한다.

여기서, 삼각 트러스(150)의 각 변(151)은, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 길이가 고정된 고정 영역(L)과 길이가 가변된 가변 영역(CL)으로 구성되며, 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 독립적인 상하 이동에 대응하여 가변 영역(CL)의 길이가 변함으로써, 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 길이가 변하도록 마련된다.

3개의 수동형 회전 조인트 모듈(140)은 삼각 트러스(150)의 각 꼭지점을 각각의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)에 연결한다. 여기서, 각각의 수동형 회전 조인트 모듈(140)은 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 독립적인 상하 이동에 따라 삼각 트러스(150)의 각 변(151)이 능동형 프리즈매틱 조인트(130)에 대해 회전 가능하게 능동형 프리즈매틱 조인트(130)와 삼각 트러스(150)의 변(151)을 연결한다.

본 발명에서는 수동형 회전 조인트 모듈(140)은 삼각 트러스(150)의 꼭지점을 구성하는 두 개의 변(151)을 각각 능동형 프리즈매틱 조인트(130)에 대해 독립적으로 회전 가능하게 결합하는 한 쌍의 수동형 회전 조인트(141,142)를 포함하는 것을 예로 하고 있다. 도 2에서는 수동형 회전 조인트 모듈(140)을 구성하는 한 쌍의 수동형 회전 조인트(141,142)가 동일 포인트에 위치하는 것을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 3에서는 한 쌍의 수동형 회전 조인트(141,142)가 하나의 꼭지점을 구성하는 두 변(151)에 각각 분리되어 위치하는 것을 개념적으로 도시하고 있다.

무빙 플레이트(160)는 삼각 트러스(150)의 내부에 배치된다. 본 발명에서는 무빙 플레이트(160) 상에 병렬 메커니즘(100)의 끝단점(End-effector)이 마련된다. 그리고, 무빙 플레이트(160)는 3개의 연결 림(170)(Limb)에 의해 삼각 트러스(150)에 연결된다.

각각의 연결 림(170)의 일측은 무빙 플레이트(160)에 고정되고, 타측은 삼각 트러스(150)에 각 변(151)에 연결되며, 그 길이가 길이 방향으로 가변되도록 마련된다. 도 2 및 도 3에서는 각각의 연결 림(170)이 수동형 프리즈매틱 조인트(171)을 통해 그 길이가 가변되는 것을 개념적으로 도시하고 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

본 발명에서는 3개의 연결 림(170)이 초기 위치에서 각각 120ㅀ의 간격(도 4의 (a) 참조)으로 무빙 플레이트(160)와 삼각 트러스(150)를 연결하는 것을 예로 한다. 그리고, 각각의 연결 림(170)은 삼각 트러스(150)의 각 변(151)에 대해 회전 가능하도록 연결 림(170)의 타측과 삼각 트러스(150)의 각 변(151)은 수동형 회전 조인트(180)에 의해 연결된다.

여기서, 각각의 연결 림(170)과 삼각 트러스(150)의 각 변(151)을 연결하는 각각의 수동형 회전 조인트(180)은 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 고정 영역(L)에서 연결 림(170)과 삼각 트러스(150)의 변(151)을 연결하도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 따라, 각각의 수직 프레임(120)에 설치된 능동형 프리즈매틱 조인트(130)가 독립적으로 상하 이동하게 되면, 수동형 회동 조인트(141,142)에 의해 삼각 트러스(150)의 각 꼭지점이 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 상하 이동을 따라 이동하게 되는데, 이 때 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 수동형 프리즈매틱 조인트(152)에 의해 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 길이가 변하게 된다.

이 때, 각각의 연결 림(170)이 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 고정 영역(L)에 연결되어 있어, 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 길이의 변화에도 불구하고 연결 림(170)과 삼각 트러스(150)의 연결 위치는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 변하지 않게 된다. 이에 따라, 무빙 플레이트(160)의 위치는 유일해를 가질 수 있으며, 이 유일해는 내부 각도인 θ1, θ2 및 θ3에 의해 결정된다.

상기와 같은 구성이 병렬 로봇에 적용되면, 수직 프레임(120) 상의 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 높이 편차를 이용한 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 길이를 조절하여, 무빙 플레이트(160)의 x축 및 y축에 대한 각도(θx, θy) 제어가 가능하게 되고, 능동형 프리즈매틱 조인트(130)의 높이 조절을 통해 z축 방향으로의 위치 제어가 가능하게 되어, 3-자유도의 병렬 메커니즘(100)의 구현이 가능하게 된다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘(100)의 실제 적용 예를 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 수직 프레임(120)에 설치되는 능동형 프리즈매틱 조인트(130)는 볼 스크루 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 즉, 각각의 수직 프레임(120)의 외경에는 나사산이 형성되고, 구동 모터의 구동에 따라 수직 프레임(120)이 회전함에 따라 능동형 프리즈매틱 조인트(130)가 수직 프레임(120)의 나사산을 따라 상하 이동하게 마련된다.

그리고, 삼각 트러스(150)의 각 꼭지점과 능동형 프리즈매틱 조인트(130)는 한 쌍의 수동형 유니버셜 조인트(141,142)에 의해 연결되는 것을 예로 하고 있다. 그리고, 삼각 트러스(150)의 각 변(151)은 수동형 프리즈매틱 조인트(152)에 의해 고정 영역(L)과 가변 영역(CL)이 연결된다.

도 5 및 도 6에서는 연결 림(170)의 축선이 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 축선을 관통하는 구조로 제작되는 것을 예로 하고 있으나, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결 림(170)의 축선이 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 축선이 어긋나도록 제작될 수 있음은 물론이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 무빙 플레이트(160)와 연결되는 3개의 연결 림(170)의 끝단은 길이의 변화와 회동 가능한 결합을 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 스페리컬 조인트(Spherical joint, 181)를 이용하여 삼각 트러스(150)의 각 변(151)의 수동형 프리즈매틱 조인트(152)에 연결되는 것을 예로 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 수동형 회전 조인트(180)가 스페리컬 조인트(Spherical joint, 181)로 마련되어, 연결 림(170)을 삼각 트러스(150)의 변(151)에 대해 회전 가능하게 지지하게 된다. 이 때, 연결 림(170)은 스페리컬 조인트(Spherical joint, 181)를 통해 그 길이 방향으로의 길이가 가변될 수 있다. 즉, 스페리컬 조인트(Spherical joint, 181)가, 도 2 및 도 3에 도시된 수동형 프리즈매틱 조인트(171)의 기능을 수행하게 된다.

도 8은 연결 림(170)과 삼각 트러스(150)의 변(151)을 연결하는 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하여 설명하면, 수동형 회전 조인트(180)는 조인트 본체(152a), 제1 볼 베어링(181a) 및 제2 볼 베어링(181b)을 포함할 수 있다.

제1 볼 베어링(181a)은 조인트 본체(152a)에 설치되는데, 연결 림(170)의 길이 방향을 축으로 회전 가능하게 연결 림(170)을 지지하게 된다. 제2 볼 베어링(181b)은 조인트 본체(152a)가 상하 방향을 축으로 삼각 트러스(150)의 변(151)에 대해 회전 가능하게 조인트 본체(152a)와 삼각 트러스(150)의 변(151)을 연결하게 된다. 제1 볼 베어링(181a)과 제2 볼 베어링(181b)의 조합을 통해, 상술한 스페리컬 조인트(Spherical joint, 181)의 기능이 구현 가능하게 된다.

이 때, 연결 림(170)은 제1 볼 베어링(181a)을 통해 그 길이 방향으로의 길이가 가변될 수 있다. 즉, 제1 볼 베어링(181a)이, 도 2 및 도 3에 도시된 수동형 프리즈매틱 조인트(171)의 기능을 수행하게 된다.

한편, 무빙 플레이트(160)에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 무빙 플레이트(160)의 판면을 관통하는 축(191)을 중심으로 회전 운동을 생성하는 축 구동부(190)가 설치됨으로써, θz 모션이 가능하게 되어, θx, θy, θz 및 z의 4-자유도 모션의 구현이 가능하게 된다.

상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따른 병렬 메커니즘(100)은 직렬 메커니즘과 대비할 때 높은 강성과 무게 대비 큰 부하 성능을 제공하게 된다. 또한, 스튜어트-고우(Stewart-Gough) 플랫폼과 같은 기존의 병렬 메커니즘(100)이 조인트나 링크에 응력이 집중되는 문제를 가지는 반면, 본 발명에 따른 병렬 메커니즘(100)은 수직 프레임(120)이 베이스 플레이트(110)에 고정된 상태로, 삼각 트러스(150)의 각 꼭지점에 능동형 프리즈매틱 조인트(130)에 연결되어 수직 프레임(120)을 따라 이동하게 됨으로써, 구조적인 관점에서 보다 큰 응력을 지탱하고 큰 부하의 핸들링할 수 있는 이점이 있다.

또한, 응력의 집중이 방지됨에 따라 별도의 보강제나 강한 조인트의 사용이 요구되지 않아 장비의 가격을 줄임과 동시에 크기 또한 소형화시킬 수 있게 된다.

또한, 무빙 플레이트(160)가 3개의 수직 프레임(120) 내측에서만 움직이게 되어 주변에 사람이나 물체에 영향을 주는 경우가 제거되어 보다 안전한 운행이 가능하게 된다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

100 : 병렬 메커니즘 110 : 베이스 플레이트
120 : 수직 프레임 130 : 능동형 프리즈매틱 조인트
140 : 수동형 회전 조인트 모듈 150 : 삼각 트러스
152 : 수동형 프리즈매틱 조인트 160 : 무빙 플레이트
170 : 연결 림 180 : 수동형 회전 조인트
190 : 축 구동부

Claims

트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘에 있어서,
베이스 플레이트와;
상기 베이스 플레이트에 각각 상향 설치되되, 삼각 형상으로 배치되는 3개의 수직 프레임과;
각각의 상기 수직 프레임에 설치되어 상기 수직 프레임을 따라 상하 방향으로 각각 독립적으로 이동하는 3개의 능동형 프리즈매틱 조인트와;
3개의 변으로 구성되되 3개의 꼭지점이 각각 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 함께 이동하며, 각 변의 길이가 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 상하 이동에 따라 길이 방향으로 가변되는 삼각 트러스와;
상기 삼각 트러스의 각 꼭지점을 각각의 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 연결하되, 상기 능동형 프리즈매틱 조인트의 독립적인 상하 이동에 따라 상기 삼각 트러스의 각 변이 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 대해 회전 가능하게 하는 3개의 수동형 조인트 모듈과;
상기 삼각 트러스의 내부에 배치되는 무빙 플레이트와;
일측이 상기 무빙 플레이트에 고정되고, 타측은 상기 삼각 트러스의 각 변에 연결되되, 길이 방향으로 길이가 가변되는 3개의 연결 림과;
각각의 상기 연결 림이 상기 삼각 트러스의 각 변에 대해 회전 가능하도록 상기 연결 림의 타측과 상기 삼각 트러스의 각 변을 연결하는 3개의 수동형 회전 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 삼각 트러스의 각 변은 길이가 고정된 고정 영역과 길이가 가변되는 가변 영역을 연결하는 수동형 프라즈매틱 조인트로 구성되는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제2항에 있어서,
각각의 상기 수동형 회전 조인트는 상기 삼각 트러스의 각 변의 고정 영역에서 상기 삼각 트러스의 각 변과 상기 연결 림을 연결하는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 수동형 회전 조인트는 스페리컬 조인트(Spherical joint) 형태로 마련되어 상기 연결 림을 상기 삼각 트러스의 변에 대해 회전 가능하게 지지하며;
상기 연결 림은 상기 스페리컬 조인트(Spherical joint)를 통해 길이 방향으로의 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 수동형 회전 조인트는
조인트 본체와,
상기 조인트 본체에 설치되어, 상기 연결 림의 길이 방향을 축으로 회전 가능하게 상기 연결 림을 지지하는 제1 볼 베어링과,
상기 조인트 본체가 상하 방향을 축으로 상기 삼각 트러스의 변에 대해 회전 가능하게 상기 조인트 본체와 상기 삼각 트러스의 변을 연결하는 제2 볼 베어링을 포함하며;
상기 연결 림은 상기 제1 볼 베어링을 통해 길이 방향으로의 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
각각의 상기 수동형 회전 조인트 모듈은
상기 삼각 트러스의 꼭지점을 구성하는 두 개의 변을 각각 상기 능동형 프리즈매틱 조인트에 대해 독립적으로 회전 가능하게 결합하는 한 쌍의 수동형 회전 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
상기 무빙 플레이트에 설치되어, 상기 무빙 플레이트의 판면을 관통하는 축을 중심으로 회전 운동을 생성하는 축 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.
제1항에 있어서,
각각의 상기 수직 프레임의 외경에는 나사산이 형성되며;
각각의 상기 능동형 프리즈매틱 조인트은 상기 수직 프레임의 회전에 따라 상하 이동하는 볼 스크루 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘.