KR20170010775A - 최소한 하나의 구동축을 가지는 조인트 장치 - Google Patents

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KR20170010775A
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Abstract

본 발명은 최소한 하나의 구동축을 가지는 조인트 장치에 관한 것으로서, 특히, 로봇 성분의 이동을 작동시키기 위한 것이다. 제1 베이스 엘리먼트(15)는 제1 회전 엘리먼트(16)를 받고, 제1 회전 엘리먼트(16)는 제1 회전축(14)에 대하여 회전 가능하고, 제1 회전 엘리먼트(16)는 제2 회전축(18)을 받고, 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)으로부터 분리되어 있고 제2 회전 엘리먼트(22)가 제1 회전 엘리먼트(16)에 축을 중심으로 탑재된다. 제2 회전 엘리먼트(22)는, 제2 회전축(18)과 분리되어 있으며 제2 베이스 엘리먼트(26)가 제2 회전 엘리먼트(22)에 대하여 회전 가능하도록 한 제3 회전축(25)을 가진다. 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 상대적인 축 오프셋(19)를 가지며, 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 대하여 기울어져 있다. 제1 및 제2 회전 축들(14, 18)은 조인트 장치(11) 밖에 존재하는 교점(29)를 가진다.

Description

최소한 하나의 구동축을 가지는 조인트 장치{JOINT ARRANGEMENT HAVING AT LEAST ONE DRIVEN AXIS}
본 발명은 최소한 하나의 구동축을 가지는 조인트 장치에 관한 것으로서, 특히, 로봇(robot)의 이동을 작동시키기 위한 것이다.
로봇 공학에서, 갈수록 더 많이 이른바 모바일 플랫폼 또는 로봇들이 사용되고 있다. 로봇들은 그들의 이동 및 핸들링 작업과 관련한 다른 환경들에서 조정 및 구성되어야 한다. 이러한 로봇들은, 예를 들어, 조인트 그립 엘리먼트들(grip elements)이, 바디(body) 엘리먼트와 베이스(base)에 대하여 움직일 수 있도록 하는 조인트 그립 엘리먼트들의 수단들에 의해, 핸들링 작업을 수행하기 위한 조인트들을 가진다. 보통, 팬-틸트(pan-tilt) 유닛 또는 내재된 선형 축들과 같은 조인트들이 사용된다. 이는 예를 들어 특허출원 JP 2005 014097 A, DE 10 2004 002 416 A1, 및 DE 37 90 743 A1 등으로부터 알려져 있다. 그러나, 이들은 자연스러운 회전형 움직임을 수행할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 나아가, 예를 들어, 플린스(plinth)에 상대적인 상부구조의 기울임을 갖는 로봇에서, 중력 중심 이동이 선형 축들의 결과로서 발생하는 문제점이 있다. 그러나, 상기 기울임은 대부분의 경우에 이와 같이 제한되며, 이는 로봇들이 지상에서 조작 상 제한된 정도까지 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
이외에, 구형(spherical) 조인트들이 예를 들어 마운트(mount)에서 이러한 문제를 대비하기 위하여 사용되며, 특허출원 US 2010/0037720 A1, WO 2011/105 400 A1 등에 개시되어 있다. 이렇게 함으로써, 위쪽 부분이 플린스(plinth)에 상대적으로 앞쪽으로 구부러질 때, 중력 중심 이동에 대한 문제와 관련한 장점은 없다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 조인트 장치의 중심축에 상대적으로 중력 중심 이동이 감소되도록 하기 위한 조인트 장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적은, 제1 베이스 엘리먼트가 제1 회전엘리먼트를 결합시키고 제1 회전엘리먼트가 제1 회전축에 대하여 회전할 수 있도록 탑재되며, 제1 회전 엘리먼트는 제1 회전축과 분리된 제2 회전축을 결합시키고, 제2 회전엘리먼트가 제1 회전엘리먼트 상에서 스위블(swivel)할 수 있게 탑재된, 조인트 장치에 의해 해결된다. 이외에, 상기 제2 회전 엘리먼트가 제2 회전축과 분리된 제3 회전축을 가지되, 상기 제2 베이스 엘리먼트가 상기 제2 회전엘리먼트에 상대적으로 회전할 수 있게 한다. 상기 조인트 장치의 외부에 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축의 연장선의 교점이 존재하는 방식으로, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축에 상대적인 축 오프셋을 가지며, 상기 제1 회전축에 상대적으로 기울어져 있다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2 베이스 엘리먼트 사이의 경사 움직임 또는 굽힘 움직임의 작동 상에서, 중력 중심이 상기 조인트 장치의 상기 제1 또는 제3 회전축으로부터 단지 경미하게 이동하거나 이동하지 않게 된다. 상기 제1 및 제2 회전축 간의 교점은 상기 제1 회전축에 상대적인 제2 회전축의 경사뿐만 아니라 상기 제1 및 제2 회전축 간의 축 오프셋에 의해 생기고, 상기 교점은 조인트 장치의 밖에 놓인다. 이에 따라 시스템의 상기 중력 중심이 본질적으로 움직일 수 있는 영역이 안정하게 증가한다.
본 발명에 따른 실시예에서, 상기 제1 베이스 엘리먼트를 기초로, 최대 경사는 상기 제1 회전축에 대한 상기 제1 회전 엘리먼트의 회전가능한 배열과 제2 회전축에 대한 상기 제2 회전 엘리먼트의 회전가능한 배열에 의해 생긴다. 여기서, 제3 회전축에 대한 회전은 상기 제2 베이스 엘리먼트 상에서 더 많은 구성을 정렬시키도록 기능한다. 이에 따라, 경사가 유입되어, 한 방향에서 틸팅(tilting) 움직임에 의해 생기는 축 오프셋 때문에, 중력 중심 이동이 다른 방향에서 생기고, 이때 상기 제1 및 제2 축들 간의 축 오프셋등의 합에 의한 보상이 만들어 진다.
바람직하게는, 상기 제1 회전 엘리먼트에 상대적으로 상기 제2 회전 엘리먼트의 회전 가능한 배열 또는 배치에 의해 작동 공간이 형성되고, 상기 제1 회전 엘리먼트와 상기 제2 회전 엘리먼트의 회전 움직임들이 상기 작동 공간 내에 놓여있고, 상기 제1 회전 엘리먼트의 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전 엘리먼트의 상기 제2 회전축의 상기 교점이 상기 작동 공간의 외부에 놓여 있게 된다. 또한, 이러한 조건 때문에, 그에 배치된 상기 제2 베이스 엘리먼트 또는 상부 구조물의 중력 중심이 상기 조인트 장치의 상기 제1 회전 엘리먼트에 상대적으로 단지 경미하게 이동하거나 이동하지 않게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축 사이의 추가적인 축 오프셋이, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 사이의 상기 축 오프셋 보다 더 작거나 더 큰 것 중 어느 하나이다. 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 사이의 경사각은 바람직하게 상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축사이의 경사각과 동일하다. 이 경우, 상기 제3 회전축은 제1 회전축에 평행하게 정렬된다. 이와 같은 실시예는 중력 중심 이동이 감소되게 한다.
또한, 상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축 사이의 추가적인 축 오프셋이, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 사이의 상기 축 오프셋과 일치하며, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 사이의 경사각은 바람직하게 상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축 사이의 경사각과 동일하다. 이 경우, 상기 제3 회전축은 상기 제1 회전축과 동일 선상에 정렬된다. 이는 상기 기울임 또는 굽힘 움직임을 동작시에 중력 중심이 상기 중간 점으로부터 경미하게 이동하도록 더욱 최적화할 수 있다.
상기 제2 회전축은 바람직하게 경사각 50o, 특히 30o 이하로, 상기 제1 회전축에 상대적으로 기울어진다. 이에 따라, 한편으로, 높은 안정성이 획득되고, 다른 한편으로, 지상에서의 손쉬운 조작이 로봇에 의해 수행될 수 있다. 이에 의해 조인트의 최대 경사가 회전 축들 간의 경사각들의 합과 일치할 수 있다.
상기 제1 회전 엘리먼트은 바람직하게 팬형 바디로서 형성되고, 상기 제2 회전 엘리먼트는 구형의 조각 모양 바디로서 형성되며, 각각이 베이스 엘리먼트에 연결된다. 이에 따라 안정한 배치가 생성되고 또한 이는 상기 제2 회전 엘리먼트가 상기 제2 및 제3 회전축 간의 축 오프셋의 범위에서 구현 표면을 따라 움직일 수 있도록 한다.
구형의 조각 모양 바디의 반경은 바람직하게 팬형 바디의 반경에 맞게 조정되어 있다. 특히 이는 상기 구형의 조각 모양 바디와 상기 팬형 바디 간의 작은 갭(gap)을 형성하도록 맞추어져 있다. 이에 따라 상기 구형의 조각 모양 바디는 상기 팬형 바디에 상대적으로 상기 제2 회전축에 대하여 자유롭게 균형이 잡히도록 탑재될 수 있다.
각각의 상기 회전축은 조인트 장치를 작동시키기 위한 서로 다른 모터에 의해 구동된다. 이 경우, 상기 제1 베이스 엘리먼트에 상대적으로 상기 제2 베이스 엘리먼트의 각각의 작동과 정렬, 또는 그 반대의 작동과 정렬이 발생할 수 있다.
각각의 상기 회전축에 대하여, 바람직하게, 영점에서 +/- 360도 각도 이하에 대한 회전 이동이 동작될 수 있다. 이때 공간에서의 최대 유연성과 정렬이 획득된다.
또한, 어브레시브 링들(abrasive rings)이 상기 회전축들에서 상기 회전 엘리먼트들의 회전 움직임 또는 운동을 위해 제공되고, 상기 어브레시브 링들의 수단들에 의해 상기 회전 엘리먼트들 및/또는 상기 베이스 엘리먼트들의 끊임없는 (infinite) 회전성 활성화가 가능하게 된다.
서로 또는 상기 베이스 엘리먼트들에 대한 상기 회전 엘리먼트들의 각각의 회전 위치와 베이스 엘리먼트들의 회전 위치가 센서의 수단들에 의해 기록되고, 특히 상기 센서는 절대값 전송기(absolute value transmitter)이다. 이렇게 상기 조인트 장치를 작동시키기 위한 포지셔닝(positioning)을 인식하는 것이 가능하고, 심지어 정전시에도 가능하게 할 수 있다. 시작 위치(starting position)를 기초로, 각각 적용된 경사 위치(inclining position)는 시작 위치(starting position)로 작동 복귀가 가능하도록 인식될 수 있다.
상기 제1 베이스 엘리먼트와 상기 제2 베이스 엘리먼트가 베이스 플레이트 또는 연결 플랜지(flange)로서 형성되는 것이 바람직하다. 다른 어셈블리 상황과 어셈블리 위치들에 유연한 조정이 이에 따라 가능하게 된다.
상기 회전 축들은 할로우 축들로 형성되는 것이 바람직하고 이에 따라 케이블 부싱(bushing)으로서, 예를 들어 플린스(plinth)에 고정 연결된 상기 제1 베이스 엘리먼트에서 시작하여, 상기 회전축들을 위한 더 많은 드라이브들을 제공할 수 있도록 한다. 이외에, 상부 구조물이 상기 제2 베이스 엘리먼트 상에 제공되는 것이 바람직하고, 상기 상부 구조물의 중력 중심이 상기 제1 및 제2 회전축의 상기 교점에 놓인다. 특히, 이와 같은 실시에에 따라 틸트-방지(tilt-proof) 배치가 이루어진다.
다른 실시예에 따라, 상기 제1 베이스 엘리먼트가 지지 플레이트로서 형성되고, 상기 지지 플레이트에 상대적으로 베어링에 의한 회전을 위해 탑재된 상기 제1 회전 엘리먼트를 구동하는 모터를 구비한다. 이에 따라 상기 조인트 장치는 많은 베이스 프레임들, 하부 구조물 등에 용이하게 탑재될 수 있고, 이에 따라 예를 들어 이를 기초로 상기 해당 핸들링이 상기 제2 베이스 엘리먼트에 배치된 상부 구조물에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 베이스 엘리먼트는 모바일 플랫폼으로서 형성되고, 상기 제1 회전 엘리먼트가 상기 모바일 플랫폼 상에 고정되어 배치된다. 상기 모바일 플랫폼은 그 자체의 축에 대한 회전을 위해 구동될 수 있고, 이에 따라 이 회전축은 동시에 상기 제1 회전 엘리먼트의 상기 회전축을 형성한다.
이외에, 상기 모바일 플랫폼은, 모터에 의해 움직일 수 있도록 구동되는 샤시(chassis)를 가지며, 상기 회전 엘리먼트들의 회전축의 모터들과 상기 샤시의 모터를 구동시키기위한 어큐뮬레이터들(accumulators)을 포함한다.
보다 유리한 실시예들과 보다 더 새로운 것들에 대한 본 발명이 차례로 기술되고 도면에 나타낸 예들을 참조하여 더욱 상세히 설명된다. 설명과 도면으로부터 얻어지는 특징들은 본 발명에 따라 그들 자체에 적용되거나 다른 것과 결합한 형태로도 적용될 수 있다.
도 1은 시작 위치(starting position)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 장치의 도식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조인트 장치의 도식적인 정렬을 나타낸다.
도 3은 경사 위치(incling position)에서 도 1의 조인트 장치의 도식적인 단면도이다.
도 4a는 시작 위치(starting position)에서 로봇의 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 로봇의 모식적인 단면도이다.
도 5a는 경사 위치(incling position)에서 도식적으로 나타낸 로봇의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 도식적인 단면도이다.
도 6은 도 1과 다르게 변경된 실시예에 따른 조인트 장치의 도식적인 측면도이다.
도 1은 시작 위치(starting position)(12) 또는 영점(zero position)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 배열 장치(11)의 도식적인 단면도이다. 도 3은 경사 위치(incling position)에서 도 1의 조인트 장치(11)의 도식적인 단면도이다. 조인트 장치(11)은 제1 베이스 엘리먼트(15)에 고정되도록 배치된 제1 회전축(14)를 포함한다. 제1 회전 엘리먼트(16)는 제1 베이스 엘리먼트(15)에 상대적으로 제1 회전축(14)을 회전할 수 있도록 제1 회전축(14)에 결합된다.
제1 회전 엘리먼트(16)는 제2 회전축(18)을 포함한다. 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 상대적으로 배치되며, 제1 회전축(14)은 제2 회전축(18)에 상대적인 축의 오프셋(19)(도 2 참조)을 가진다. 또한, 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 대하여 소정의 경사각(21)으로 기울어져 있다. 제2 회전 엘리먼트(22)는 제2 회전축(18)에 대하여 회전하도록(swivellable) 배치되며, 결국 제2 회전 엘리먼트(22)는, 제2 베이스 엘리먼트(26)가 회전하도록 배치된, 추가적인 축의 오프셋(24)을 갖는 제3 회전축(25)을 포함한다. 제3 회전축(25)이 제1 회전축(14)과 동일선상에서 정렬되도록, 추가적인 축의 오프셋(24)은 제1 축 오프셋(offset)(19)와 정확히 일치되고, 제1 및 제2 회전축(14, 18) 사이의 제1 경사각(21)은, 제2 및 제3 회전축(18, 25) 사이의 제2 경사각(21)과 정확히 일치된다.
베어링(41)은 제1 회전축(14)을 형성하기 위하여 제1 베이스 엘리먼트(15)에 제공되고, 베어링(41)은 지지(mount)플레이트(42)에 고정되고 바람직하게는 하우징(housing)(43)에 의해 둘러 싸여진다.
베어링(41)은 회전용 할로우(hollow) 축(45)이 결합되도록 하며, 제1 회전 엘리먼트(16)가 회전용 할로우(hollow) 축(45)에 고정된다. 할로우 축(45)은 더 자세히 나타내지는 않았지만 소정의 모터(motor)에 의해 회전되도록 구동된다. 제1 회전 엘리먼트(16)는 곡면으로 형성된 베어링 구조물로서 형성될 수 있다. 특히, 제1 회전 엘리먼트(16)는 팬형(pan)이나 포물형 반사기(parabolic reflector) 등과 같은 모양을 갖는다. 상기 베어링 구조물은 튼튼하고(stiff) 고강도의 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 회전 엘리먼트(16)는, 제1 회전 엘리먼트(16)의 밑쪽 상기 베어링 구조물이 보호되도록, 폐곡면을 갖는 팬(pan) 바디(46)를 결합시킬 수 있다. 제2 회전축(18)은 제1 회전 엘리먼트(16)에 형성되어 있으며, 제조 시 제1 회전축(14)에 대응되어 유사하다. 할로우(hollow) 축(45)은, 제1 회전 엘리먼트(16)에 고정되도록 배치되고, 이에 따라 베어링(41)이 제2회전축(18)에 대한 회전을 위한 제2 회전 엘리먼트(22)를 회전시킨다. 모터(44)는, 활성화될 다른 회전 이동들에 독립적으로, 제1 회전 엘리먼트(16)에 상대적으로 제2 회전 엘리먼트(22)의 회전을 제어하기 위한 회전 구동을 위해 제공된다. 제2 회전 엘리먼트(22)는 하부에서 커버(cover) 또는 구형의 조각 모양 바디(sphere segment body)(48)와 결합된 베어링 구조물(47)을 포함하고, 팬형 바디(46)에 상보적으로 형성된다. 이에 따라, 팬형 바디(46)와 구형의 조각 모양 바디(48)는, 제1 회전 엘리먼트(16)에 상대적으로 제2 회전 엘리먼트(22)의 스위블(swiveling, 좌우회전) 움직임 동안에 클램핑(clamping)이나 날개가 부러지는 위험을 방지해 구조적인 안전성을 보장할 수 있도록, 그들 사이의 여유 공간(clearance)이 약간 유지될 수 있는 방식으로, 공간적으로 서로 이격되어 있다. 이외에, 작은 조립 공간이 조인트 장치의 전체적인 구조물에서 이렇게 역시 생성될 수 있다. 결국, 2 베이스 엘리먼트(26)의 지지 플레이트(42)가 할로우 축(45) 상에 배치되고, 할로우 축(45)을 회전 구동하기 위한 제3 회전축(25)을 형성하도록, 모터(44)뿐만 아니라 베어링(41)이 제2 회전 엘리먼트(22) 상에 고정되도록 배치된다.
할로우 축들(45)은 각 모터들(44)을 활성화하기 위한 공급 라인(supply line)(도면에 자세히 나타내지는 않았음)이 관통하도록 케이블 부싱으로서 기능한다. 예를 들어, 제1 베이스 엘리먼트(15)가, 에너지 공급과 제어를 제공하는 로봇의 플린스(plinth)에 고정된다면, 공급 라인은 제1 회전축(14)의 할로우 축들(45)을 관통하는 그 부분으로부터 제2 회전축(18)의 모터(44)까지 연결될 수 있다. 뿐만 아니라, 제3 회전축(25)에 대한 베이스 엘리먼트(26)의 회전 이동을 활성화하기 위해, 공급 라인이 제2 회전축(18)의 할로우 축(45)을 관통하여 모터(44)로 연결될 수 있다. 이외에도, 제2 베이스 엘리먼트(26)에 고정된 요소들을 동작시킬 뿐만 아니라 다른 구성 성분, 이동 드라이브들, 제어 및/또는 계산 유닛을 공급하기 위하여, 공급 라인은 제3 회전축(25)의 할로우 축(45)를 관통하여 연결될 수 있다. 이와 같은 방식은 제2 베이스 엘리먼트(26)로부터 제1 베이스 엘리먼트(15)까지 반대 방향으로도 적용될 수 있다.
케이블 릴(reel)은 할로우 축(45)의 양끝단들 중 하나에서 제공되는 것이 바람직하며, 스토리지(storage)로 형성될 수도 있고, 회전 엘리먼트(16, 22) 또는 베이스 엘리먼트(15, 26)의 활성화된 회전 이동에 따라 자동적으로 공급 라인을 감고 풀수 있도록 형성될 수도 있다.
도 2는 도 1에 따른 조인트 장치(11)의 운동학적(kinematic) 도식적 다이어그램을 나타낸다. 여기서, 회전축들(14, 18, 25), 축 오프셋(19, 24), 회전축(14)에 상대적인 회전축(18) 또는 회전축(18)에 상대적인 회전축(25)의 경사각(21)을 설명한다.
예를 들어, 제1 회전축(14)이 수직으로 정렬되어 있다. 제2 회전축(18)은 예를 들어 경사각(21) 30o 정도로 제1 회전축(14)에 상대적으로 기울어져 있다. 동시에, 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 상대적으로 축 오프셋(19)으로 이격되어 있다. 제1 회전 엘리먼트(16)가 제1 회전축(14)에 대하여 회전할 때, 제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)과 그 연장선들이 교점(29)에서 만난다. 교점(29)은 바람직하게 제1 회전 엘리먼트(16)로서 형성된 팬형 바디(46)의 구형(sphere) 중심 점을 나타낸다. 제3 회전축(25)은 시작 위치에서 제1 회전축(14)과 일치하도록 배치된다. 왜냐하면, 제2 및 제3 회전축(18, 25) 사이의 축 오프셋(24)이 제1 및 제2 회전축(14, 18) 사이의 축 오프셋과 일치하기 때문이다. 제2 회전축(18)의 회전 이동 동안에, 제3 회전축(25)은 제2 회전축(18)에 대하여 회전하고, 이때 제3 회전축(25)은 또한 교점(29)를 항상 지난다. 최대 경사 위치(31)는 그에 의해 획득될 수 있고, 예를 들어 도 3과 도 5b에서 나타내었다.
제2 및 제3 회전축(18, 25) 사이의 축 오프셋(24) 뿐만아니라, 제1 및 제2 회전축(14, 18) 사이의 축 오프셋(19)은, 예를 들어, 제3 회전축(25)이 수직으로 정렬된 제1 회전축(14)에 상대적인 최대 경사를 결정하도록, 이렇게 효과적으로 되어 있다.
상기 최대 경사각을 기초로, 제1 및 제2 회전축(14, 18) 사이의 경사각(21)은 상기 최대 경사각을 2로 나누는 것으로 결정되고, 이와 같이 회전축들(14, 18, 25)이 서로 정렬된다.
도 3과 같은 경사 위치(incling position)에서, 제2 회전 엘리먼트(22)는 제1 회전 엘리먼트(16)에 비교하여 최대로 하강 위치(lowered position)에 있으며, 제1 회전 엘리먼트(16)을 통하여 좌우 +/- 360o까지 회전될 수 있다. 이렇게 조인트 장치/장치(11)에 대한 작동 공간(work space)이 형성된다. 회전축들(14, 18, 25)의 교점(29)은 이러한 작동 공간 밖에 놓여있다. 교점(29)은 바람직하게 가상적인 공간(49) 내, 즉, 회전 엘리먼트(16) 특히, 팬형 바디(46)의 외부 주변을 통해 발생하는, 예정된 원통형 공간 내에 존재하며, 제1 회전 엘리먼트(16) 위 및 조인트 장치(11)의 작동 공간 밖에 존재한다. 이렇게 안정된 위치가 예를 들어, 상부 구조물(35)가 경사 위치(incling position)에 있을 때에도 획득된다.
도 4a는 시작 위치(starting position)에서 로봇(33)의 도식적인 사시도이다. 여기서, 로봇(33)은 움직일 수 있는 상부 구조물(35)를 가지는 모바일 플랫폼(34)을 포함하며, 상부 구조물(35)이 중력 중심(51)에 대하여 움직여질 수 있다. 예를 들어, 양팔(arms)과 같은 핸들링(handling) 요소, 터치 스크린과 같은 필수 구성성분, 및/또는 센서들, 및/또는 제어를 위한 동작 요소들은, 표현의 명료성을 위해 도면에는 도시하지 않았다. 도 4b에서, 조인트 장치(11)의 정렬이 발생할 때의 도식적인 단면도이다. 이는 예를 들어 - 도 1에서도 나타낸 것과 같이 - 결집된 상태를 나타내며, 즉, 베이스 엘리먼트(15)는 모바일 플랫폼(34)에 고정되어 있다.
베이스 엘리먼트(15)는 예를 들어 베이스 플레이트일 수 있으며 로봇의 플린스(plinth)에 고정될 수 있는 연결 플랜지(flange)일 수 있다. 이와는 달리 제2 베이스 엘리먼트(26)은 로봇(33)의 상부 구조물(35)을 지지하기 위한 플레이트(plate), 쉬트(sheet), 또는 연결 플랜지(flange)로서 제공될 수 있다.
또는, 그와 같은 조인트 장치(11)는 어깨, 팔, 무릎, 손, 목 조인트 등의용도로 사용될 수 있다. 활성화될 움직임에 따라, 조인트 장치(11)의 정렬이 연결될 두 성분들 간에 발생할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서, 로봇(33)의 최대 경사 위치(31)에 대하여 나타내었다. 도 5b는 교점(29)에서 교차하는 회전축들(14, 18, 25)의 배열을 나타낸다. 이로부터, 제1 및 제2 회전축들(14, 18) 간의 축 오프셋(19) 때문에, 제1회전축(14)에 대한 축 오프셋(19)의 각도까지 중력 중심의 이동이 발생한다는 것이 명확하다. 중력 중심(51)은 예를 들어 교점(29)에 존재한다. 이래서 한편으로 안정성이 증가하고 반면 다른 한편으로 경사각이 확대될 수 있다. 또한, 중력 중심(51)은 교점(29)에 일치되지 않을 수도 있다. 이 경우, 중력 중심(51)이 회전축(14)에 대하여 교점(29) 옆으로 이동하지만, 이때 공간(49) 내에 교점(29)이 있기 때문에 안정성이 증가한다.
조인트 장치(11)는 구형 조인트와 유사한 움직임이 가능하게 하고, 그러나 이러한 조인트 장치(11)는 보다 좁은 어셈블리 공간만을 필요로 한다. 이외에도, 경사 위치에 있을 때 중력 중심의 이동이 안정성을 증가시키고 작동 영역을 확장하도록 획득될 수 있다. 나아가, 이와 같은 배열은 한편으로 좁은 어셈블리 공간만을 필요로하며 다른 한편으로 큰 작동 공간이 가능하게 한다.
도 6은 도 1과 다르게 변경된 실시예에 따른 조인트 장치(11)의 도식적인 측면도이다. 베이스 엘리먼트(15)는 모바일 플랫폼(34)로서 형성되며, 여기서 제1 회전 엘리먼트(16)는 회전되지 않게 모바일 플랫폼(34)에 고정된다. 제1 회전 엘리먼트(16)는 모바일 플랫폼(34)의 연결 표면에 연결될 수 있고, 예를 들어 탈부착 가능한 연결, 특히, 스크류(screw) 연결에 의해 연결될 수 있다. 여기서 도 1과 같이 베이스 엘리먼트(15)에 상대적으로 회전 엘리먼트(16)의 회전 가능한 배열은 생략될 수 있다. 대신에, 모바일 플랫폼(34)은 바퀴들(54) 등을 가지는 샤시(chassis)(53)를 구비할 수 있고, 이에 의해, 모바일 플랫폼(34)의 중심축이 제1 회전 엘리먼트(16)의 제1회전축(14)을 형성하도록, 모바일 플랫폼(34)은 그 자체의 중심축에 대하여 회전을 위해 구동될 수 있다. 모바일 플랫폼(34)은 추가적으로 샤시(53) 또는 바퀴들(54)을 구동하기 위해 최소한 하나의 모터(56)를 구비할 수 있다. 이외에, 제어와 데이터 처리 장치(55)가 모바일 플랫폼(34) 및/또는 조인트 장치(11)를 작동시키기 위하여 제공된다. 이외에, 어큐뮬레이터들(accumulators)(57)이 모바일 플랫폼(34)에 제공될 수 있고, 이들은 모바일 플랫폼(34) 및/또는 조인트 장치(11)의 모터들을 구동하도록 기능할 수 있다.

Claims (15)

  1. 로봇 성분의 움직임을 작동시키기 위한, 최소한 하나의 구동축을 가지는 조인트 장치에 있어서,
    제1 회전축(14)에 대하여 회전할 수 있는 제1 회전엘리먼트(16)를 결합시키는 제1 베이스 엘리먼트(15);
    제2 회전엘리먼트(22)가 제1 회전엘리먼트(16) 상에서 스위블(swivel)할 수 있게 하는, 제1 회전축(14)과 분리된 제2 회전축(18)을 결합시키는 제1 회전 엘리먼트(16);
    제2 베이스 엘리먼트(26);
    제2 베이스 엘리먼트(26)가 제2 회전엘리먼트(22)에 대하여 회전할 수 있게 하는, 제2 회전축(18)과 분리된 제3 회전축(25)을 가지는 제2 회전 엘리먼트(22)를 포함하고,
    제2 회전축(18)은 제1 회전축(14)에 상대적인 축 오프셋(19)을 가지며, 제1 회전축(14)에 상대적으로 기울어져 있고,
    상기 조인트 장치의 외부에 제1 회전축(14)과 제2 회전축(18)의 교점(29)이 존재하는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  2. 제1항에 있어서.
    제1 회전 엘리먼트(16)에 상대적으로 제2 회전 엘리먼트(22)의 회전 가능한 배치에 의해 작동 공간이 형성되고,
    제1 회전 엘리먼트(16)와 제2 회전 엘리먼트(22)의 회전 움직임들이 상기 작동 공간 내에 놓여있고,
    제1 회전 엘리먼트(16)의 제1 회전축(14)과 제2 회전 엘리먼트(22)의 제2 회전축(18)의 상기 교점(29)이 상기 작동 공간의 외부에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  3. 제1항에 있어서.
    제2 회전축(18)과 제3 회전축(25) 사이의 추가적인 축 오프셋(24)이, 제1 회전축(14)과 제2 회전축(18) 사이의 상기 축 오프셋(19) 보다 더 작거나 더 큰 것 중 어느 하나이며,
    제1 회전축(14)과 제2 회전축(18) 사이의 경사각(21)은 바람직하게 제2 회전축(18)과 제3 회전축(25) 사이의 경사각과 동일한 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  4. 제1항에 있어서.
    제2 회전축(18)과 제3 회전축(25) 사이의 추가적인 축 오프셋(24)이, 제1 회전축(14)과 제2 회전축(18) 사이의 상기 축 오프셋(19)과 일치하며,
    제1 회전축(14)과 제2 회전축(18) 사이의 경사각(21)은 바람직하게 제3 회전축(25)에 상대적인 제2 회전축(18)의 경사각(21)과 동일한 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  5. 제1항에 있어서.
    제1 회전 엘리먼트(16)은 팬형 바디(46)로서 형성되고, 제2 회전 엘리먼트(22)는 구형의 조각 모양 바디(48)로서 형성되고, 구형의 조각 모양 바디(48)의 반경은 팬형 바디(46)의 반경과 갭(gap)을 형성하도록 맞추어져 있는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  6. 제1항에 있어서.
    각각의 회전축(14, 18, 25)이 서로 다른 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  7. 제1항에 있어서.
    각각의 회전축(14, 18, 25)에 대하여, 영점에서 +/- 360도 각도 이하에 대한 회전 이동이 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  8. 제1항에 있어서.
    어브레시브 링들이 회전축들(14, 18, 25)에 제공되고, 어브레시브 링들의 수단들에 의해 회전 엘리먼트들(16, 22)과 베이스 엘리먼트들(15, 26)의 회전성이 활성화되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  9. 제1항에 있어서.
    회전 엘리먼트들(16, 22)의 각각의 회전 위치와 베이스 엘리먼트들(15, 26) 중 최소한 하나의 회전 위치가 센서에 의해 기록되고, 특히 상기 센서는 절대값 전송기인 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  10. 제1항에 있어서.
    제1 베이스 엘리먼트(15)와 제2 베이스 엘리먼트(26)가 베이스 플레이트 또는 연결 플랜지(flange)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    각각의 회전축(14, 18, 25)이 케이블 부싱(bushing)으로서 기능하는 할로우 축으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상부 구조물(35)이 제2 베이스 엘리먼트(26)에 배치되고, 상부 구조물(35)의 중력 중심(51)이 제1 및 제2 회전축(14, 18)의 상기 교점에 놓이는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    제1 베이스 엘리먼트(15)가 지지 플레이트(42)로서 형성되고,
    지지 플레이트(42)에 상대적으로 베어링(41)에 의한 회전을 위해 탑재된 제1 회전 엘리먼트(16)를 구동하는 모터(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    제1 베이스 엘리먼트(15)는 모바일 플랫폼(34)으로서 형성되고, 제1 회전 엘리먼트(16)가 모바일 플랫폼(34) 상에 고정되어 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    모바일 플랫폼(34)은, 모터(56)에 의해 움직일 수 있도록 구동되는 최소한 하나의 샤시(53)를 가지며,
    회전축들(14, 18, 25)의 모터들과 샤시(53)의 모터(56)를 위한 어큐뮬레이터들(accumulators)(57)을 가지는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.

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