KR20170086862A - 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치 - Google Patents

단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스부에 제1링크의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제1관절을 형성하고, 상기 제1링크는 무게중심이 제1관절로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제1관절에 연결되고 타단이 제1링크에 결합되어 상기 제1링크가 제1관절을 중심으로 회동하는 경우 제1링크의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제1중력토크 보상장치; 상기 제1관절의 회전축과 동축상에 배치되어 제1관절의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제1중력토크 보상장치의 일단이 연결되어 결합되는 제1기준면; 및 상기 베이스부에 결합되어 고정되고, 상기 제1기준면에 연결되어 제1기준면의 회전 각도를 조절할 수 있으며, 상기 제1기준면이 회전되어 각도가 조절된 상태에서 위치를 고정시킬 수 있는 제1기준면 제어장치; 를 포함하여 이루어져, 로봇의 장착면 또는 지면의 각도가 변경되더라도 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있으며, 로봇의 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화 할 수 있는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치에 관한 것이다.

Description

단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치 {Variable counterbalance mechanism}
본 발명은 로봇의 장착면 또는 로봇 베이스의 회전각 변위를 측정하여 기준면을 제어할 수 있도록 함으로써, 로봇의 장착면 또는 지면의 각도가 변경되더라도 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있으며 로봇의 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화 할 수 있는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치에 관한 것이다.
서비스 로봇에 대한 관심 및 수요 증가와 더불어, 현재까지 다양한 서비스 로봇이 개발되었지만 기존 산업용 로봇 분야에 비해 활성화되지 않고 있는 실정이다. 이와 같은 현상의 주요 원인으로는, 기존에 개발된 서비스 로봇의 가격이 성능에 비하여 매우 높다는 견해가 지배적이다. 특히, 실제로 물건 파지 및 이동 등의 작업을 수행할 수 있는 로봇 팔의 가격이 매우 높기 때문에 현재의 서비스 로봇 시장은 단지 청소 로봇에 국한되고 있다. 따라서 서비스 로봇 산업의 활성화를 위해서는 저가형 로봇 팔 개발을 통한 가격 합리화가 필수이다.
실제 로봇 팔 설계 및 제작 시에는 다양한 기계 및 전자 부품들이 사용된다. 이 중 로봇의 관절을 구성하는 감속기, 모터 및 모터 제어기 구입에 소모되는 비용은 제작비의 90%에 달한다. 현재 대부분의 로봇 팔에는 작업 성능(가반중량, 구동 속도, 작업 공간 등)을 확보하기 위하여 고성능, 고가의 모터 및 감속기를 사용한다. 이는 로봇 팔 전체의 가격을 상승시키므로 로봇 팔 시장형성을 힘들게 한다.
로봇 팔 가격의 합리화를 위해서 개발된 대표적인 방법인 중력보상기구는, 로봇 관절에서 자중에 의해 발생하는 중력토크를 상쇄해 줌으로써, 작업 시에 필요한 토크를 최소화 할 수 있는 기구를 말한다.
이와 관련된 기술로는 일본공개특허 2003-181789호인 "기계적 자중 보상 장치"가 있으나, 이러한 자중 보상 장치는 도 1과 같이 보상 토크를 발생시키는 스프링 부재(3)의 일단이 결합된 기대(1)의 작용점(B)이 항상 동일한 위치 및 회전각도에 위치해야만 링크(2)의 회전 각도에 따라 적절한 보상토크가 발생될 수 있다. 즉, 기대(1)가 고정되어 있는 지면의 각도가 변경되거나 기대(1)가 수직이 아닌 상태로 설치되어 고정되는 경우에는 적절한 보상토크가 작용하지 않게되므로 기준면의 각도가 다르거나 변화하는 실제 로봇에 적용하기에는 한계가 있다.
JP 2003-181789 A (2003.07.02.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇의 장착면 또는 로봇 베이스의 회전각 변위를 측정하여 기준면을 제어할 수 있도록 함으로써, 로봇의 장착면 또는 지면의 각도가 변경되더라도 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있으며 로봇의 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화 할 수 있는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치는, 베이스부에 제1링크의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제1관절을 형성하고, 상기 제1링크는 무게중심이 제1관절로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제1관절에 연결되고 타단이 제1링크에 결합되어 상기 제1링크가 제1관절을 중심으로 회동하는 경우 제1링크의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제1중력토크 보상장치; 상기 제1관절의 회전축과 동축상에 배치되어 제1관절의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제1중력토크 보상장치의 일단이 연결되어 결합되는 제1기준면; 및 상기 베이스부에 결합되어 고정되고, 상기 제1기준면에 연결되어 제1기준면의 회전 각도를 조절할 수 있으며, 상기 제1기준면이 회전되어 각도가 조절된 상태에서 위치를 고정시킬 수 있는 제1기준면 제어장치; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1기준면 제어장치는, 상기 베이스부에 결합되어 고정되는 제1기준면 제어 모터; 및 상기 베이스부에 결합되어 고정되며, 상기 제1기준면 제어 모터에 일측이 연결되고 타측이 상기 제1기준면에 연결되는 감속기; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스부에 설치되어 베이스부의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1기준면 제어장치 및 기울기 센서와 연결되어, 상기 기울기 센서에서 측정된 베이스부의 기울기에 따라 상기 제1기준면 제어장치를 통해 제1기준면의 회전 각도가 자동으로 조절되도록 하는 메인 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 중력방향에 수직인 지면에 대해 상기 베이스부가 기울어지는 각도에 따라 상기 제1기준면이 제어되되, 상기 베이스부가 기울어지는 각도와 크기는 동일하되 방향은 반대방향으로 제1기준면이 회전되어 위치가 고정되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1링크의 타단에 제2링크의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제2관절을 형성하고, 상기 제2링크는 무게중심이 제2관절로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제2관절에 연결되고 타단이 제2링크에 결합되어 상기 제2링크가 제2관절을 중심으로 회동하는 경우 제2링크의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제2중력토크 보상장치; 및 상기 제2관절의 회전축과 동축상에 배치되어 제2관절의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제2중력토크 보상장치의 일단이 연결되어 결합되는 제2기준면; 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제1기준면은 제2기준면과 연결되되, 상기 제1기준면이 회전되는 각도와 동일한 각도 및 방향으로 제2기준면이 회전되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1기준면 및 제2기준면은 4개의 바가 평행사변형으로 연결된 링크 기구로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1기준면 및 제2기준면은 풀리 및 벨트로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치는, 로봇의 장착면 또는 로봇 베이스 관절의 회전각 변위를 측정하여 기준면을 제어할 수 있어, 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있다.
또한, 로봇 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화 할 수 있어 로봇의 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 로봇이 적용되는 사용처에 따른 장착 위치에 따라 기준면의 각도가 변경되더라도 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있으므로, 다양한 사용처에 로봇을 장착하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 인간형 로봇과 같이 기준면의 각도가 변경되는 허리 관절이 있는 경우나 모바일 플랫폼에 로봇이 장착되어 사용하는 경우, 주행 및 정지하는 지면의 각도에 따라 기준면의 각도를 변경하여 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 기계적 자중 보상 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치를 나타낸 사시도.
도 3은 로봇의 팔에 해당하는 본 발명에 따른 제1링크 및 제2링크의 외측 커버를 제거한 상태를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 제1중력토크 보상장치 및 제2중력토크 보상장치의 세부 구조를 나타낸 정면 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 제1기준면 제어장치를 나타낸 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 베이스부를 반시계 방향(CCW)으로 회전시켰을 때, 제1기준면 제어장치에 의해 제1기준면 및 제2기준면이 원래의 각도로 회전되도록(기준면의 중심을 기준으로 기준점이 수직 상측에 위치하도록) 제어된 상태를 나타낸 정면 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 베이스부를 시계 방향(CW)으로 회전시켰을 때, 제1기준면 제어장치에 의해 제1기준면 및 제2기준면이 원래의 각도로 회전되도록(기준면의 중심을 기준으로 기준점이 수직 상측에 위치하도록) 제어된 상태를 나타낸 정면 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 제1기준면과 제2기준면이 4관절 링크를 이용해 연동되도록 한 구조를 나타낸 정면 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 제1기준면과 제2기준면이 풀리 및 벨트를 이용해 연동되도록 한 구조를 나타낸 정면 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 로봇의 팔에 해당하는 본 발명에 따른 제1링크 및 제2링크의 외측 커버를 제거한 상태를 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 제1중력토크 보상장치 및 제2중력토크 보상장치의 세부 구조를 나타낸 정면 단면도이다.
[실시예 1]
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치는, 베이스부(10)에 제1링크(11)의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제1관절(J1)을 형성하고, 상기 제1링크(11)는 무게중심이 제1관절(J1)로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제1관절(J1)에 연결되고 타단이 제1링크(11)에 결합되어 상기 제1링크(11)가 제1관절(J1)을 중심으로 회동하는 경우 제1링크(11)의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제1중력토크 보상장치(100); 상기 제1관절(J1)의 회전축과 동축상에 배치되어 제1관절(J1)의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제1중력토크 보상장치(100)의 일단이 연결되어 결합되는 제1기준면(200); 및 상기 베이스부(10)에 결합되어 고정되고, 상기 제1기준면(200)에 연결되어 제1기준면(200)의 회전 각도를 조절할 수 있으며, 상기 제1기준면(200)이 회전되어 각도가 조절된 상태에서 위치를 고정시킬 수 있는 제1기준면 제어장치(300); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, 베이스부(10)에 제1링크(11)가 회동 가능하도록 제1관절(J1)로 연결되어 로봇의 팔이 형성될 수 있다. 그리고 베이스부(10)에는 제1링크 회전 모터(13)가 결합되어 고정될 수 있으며, 제1링크 회전 모터(13)에 제1링크(11)의 일단이 연결되어 제1링크(11)가 회전축인 제1관절(J1)을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다. 또한, 로봇 팔의 제1링크(11)와 제1관절(J1)에 제1중력토크 보상장치(100)가 연결되어, 제1링크(11)의 자중에 대한 보상토크를 발생시킬 수 있도록 토크 프리 로봇 팔이 구성될 수 있다. 여기에서 베이스부(10)는 로봇, 설비 및 모바일 플랫폼 등 다양한 곳에 설치되어 고정될 수 있다. 그리고 베이스부(10)는 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 일례로 도시된 바와 같이 베이스 플레이트의 상측으로 지지부가 연장 형성되며 지지부는 한 쌍으로 형성되어 서로 이격되게 배치되어, 한 쌍의 지지부 사이에 제1링크(11)의 일단이 개재된 형태로 배치될 수 있다. 제1링크(11)는 회전축인 제1관절(J1)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 구성되며, 제1링크(11)의 무게중심은 제1관절(J1)로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 그리하여 제1링크(11)가 수직인 상태를 제외한 기울어진 상태에서는 제1링크(11)의 자중에 의한 중력토크가 발생하게 된다. 또한, 제1중력토크 보상장치(100)는 일단이 제1기준면(200)에 연결되어 결합되며 타단이 제1링크(11)에 결합된다. 이때, 제1기준면(200)은 제1관절(J1)의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되되 베이스부(10)가 수평인 지면에 설치되어 있는 경우에는 고정되어 회전되지 않는 상태이며, 제1링크(11)의 회전에 따라 중력토크를 상쇄할 수 있는 보상토크를 발생시킬 수 있다.
여기에서 제1중력토크 보상장치(100)는, 제1링크(11)에 양단이 결합되어 고정된 가이드 로드(120), 상기 가이드 로드(120)의 외측에 끼워지는 코일 스프링(110), 상기 가이드 로드(120)를 따라 슬라이딩 될 수 있도록 결합되며 코일 스프링(110)의 일단에 밀착되는 누름 플레이트(130), 상기 누름 플레이트(130)에 일단이 연결되고 상기 제1기준면(200)에 타단이 연결되는 와이어(140) 및 상기 와이어(140)가 통과되며 상기 와이어(140)를 안내하는 한 쌍의 롤러(150)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 베이스부(10)에는 제1기준면 제어장치(300)가 결합되어 고정되어 있으며, 상기 제1기준면 제어장치(300)가 제1기준면(200)에 연결되어 제1기준면(200)의 회전 각도를 조절할 수 있으며 각도가 조절된 상태에서 제1기준면이 고정되도록 구성될 수 있다.
그리하여 베이스부(10)가 설치되는 장착면이 수평이 아니거나 지면을 따라 이동하는 모바일 플랫폼 등에 베이스부(10)가 설치되어 1축 방향에 대해 지면각이 변하는 경우 제1링크(11)의 각도가 변해 자중에 의한 중력토크가 변하게 되므로, 이에 따라 제1기준면 제어장치(300)에 의해 제1기준면(200)의 각도를 변경하여 보상토크가 조절되도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치는, 로봇의 장착면 또는 로봇 베이스 관절의 회전각 변위에 따라 기준면을 제어할 수 있어 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있다. 또한, 로봇의 구동에 필요한 액추에이터의 용량을 최소화 할 수 있어 로봇의 제조비용을 줄일 수 있다. 또한, 로봇이 적용되는 사용처에 따른 장착 위치에 따라 기준면의 각도가 변경되더라도 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있으므로, 다양한 사용처에 로봇을 장착하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제1기준면 제어장치(300)는, 상기 베이스부(10)에 결합되어 고정되는 제1기준면 제어 모터(310); 및 상기 베이스부(10)에 결합되어 고정되며, 상기 제1기준면 제어 모터(310)에 일측이 연결되고 타측이 상기 제1기준면(200)에 연결되는 감속기(320); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도 5와 같이 제1기준면 제어 모터(310)는 감속기(320)와 연결되고 베이스부(10)에 고정되며, 감속기(320)는 제1기준면(200)에 연결되어 제1기준면 제어 모터(310)의 작동에 따라 제1기준면(200)이 회전되어 각도가 조절되어 고정될 수 있다. 즉, 제1기준면(200)에 제1중력토크 보상장치(100)의 와이어(140)가 연결되어 고정되는 지점인 기준점(210)의 위치(회전축을 중심으로 한 각도)가 조절되어 고정될 수 있다. 이때, 제1기준면 제어 모터(310)는 일반적인 모터가 사용될 수 있으며 이 경우에는 감속비가 높은 감속기(320)를 사용하여 감속기(320)가 브레이크의 역할을 하도록 할 수도 있다. 또는 브레이크가 장착된 모터나 서보모터 등이 사용되어 보다 정확하게 제1기준면의 회전 각도를 제어할 수 있다. 이외에도 다양하게 제1기준면의 회전 각도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 베이스부(10)에 설치되어 베이스부(10)의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서(400)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 베이스부(10)에 설치된 기울기 센서(400)를 통해 베이스부(10)의 기울기를 측정할 수 있도록 함으로써, 측정된 기울기에 따라 제1기준면(200)의 회전 각도를 제어할 수 있다. 이때, 기울기 센서(400)는 다양한 종류의 센서나 측정 장치가 사용될 수 있으며, 일례로 자이로 센서가 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1기준면 제어장치(300) 및 기울기 센서(400) 연결되어, 상기 기울기 센서(400)에서 측정된 베이스부(10)의 기울기에 따라 상기 제1기준면 제어장치(300)를 통해 제1기준면(200)의 회전 각도가 자동으로 조절되도록 하는 메인 제어부(500)를 더 포함하여 이루어지질 수 있다.
즉, 베이스부(10)가 장착되는 장착면의 각도가 수평이 아닌 경우나 모바일 플랫폼에 베이스부(10)가 장착되어 지면각이 변하는 경우, 기울기 센서(400)에서 측정된 베이스부(10)의 기울기에 따라 메인 제어부(500)에서 제1기준면 제어장치(300)의 제1기준면 제어 모터(310)를 작동시켜 자동으로 제1기준면(200)의 회전 각도가 조절되도록 할 수 있다.
그리하여 베이스부(10)의 기울기 변화에 따라 변화되는 제1링크(11)의 중력토크에 대응하여 보상토크가 변경되도록 할 수 있다.
또한, 중력방향에 수직인 지면에 대해 상기 베이스부(10)가 기울어지는 각도에 따라 상기 제1기준면(200)이 제어되되, 상기 베이스부(10)가 기울어지는 각도와 크기는 동일하되 방향은 반대방향으로 제1기준면(200)이 회전되어 위치가 고정되도록 제어될 수 있다.
즉, 제1기준면(200)의 기준점(210)이 제1관절(J1)의 수직 상측에 이격된 위치인 12시 방향에 배치되어 있는 상태에서, 베이스부(10)가 반시계방향으로 회전되어 기울어지면 제1기준면(200)은 그 반대방향으로 회전되어 12시 방향에 기준점(210)이 위치하도록 제어될 수 있다. 반대로 베이스부(10)가 시계방향으로 회전되어 기울어지면 제1기준면(200)은 그 반대방향으로 회전되어 12시 방향에 기준점(210)이 위치하도록 제어될 수 있다.
이때, 도면에서는 베이스부(10)가 기울어져 설치되거나 수평으로 설치된 상태에서 기울어지는 경우를 모사하기 위해, 베이스부 회전장치(20)가 지면에 고정되도록 하고 베이스부 회전장치(20)에 결합되어 회전될 수 있는 관절로 베이스부(10)가 연결되어, 베이스부(10)의 기울기를 조절할 수 있도록 구성된 상태를 나타내었다.
[실시예 2]
또한, 상기 제1링크(11)의 타단에 제2링크(12)의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제2관절(J2)을 형성하고, 상기 제2링크(12)는 무게중심이 제2관절(J2)로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제2관절(J2)에 연결되고 타단이 제2링크(12)에 결합되어 상기 제2링크(12)가 제2관절(J2)을 중심으로 회동하는 경우 제2링크(12)의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제2중력토크 보상장치(600); 및 상기 제2관절(J2)의 회전축과 동축상에 배치되어 제2관절(J2)의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제2중력토크 보상장치(600)의 일단이 연결되어 결합되는 제2기준면(700); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 제1기준면(200)은 제2기준면(700)과 연결되되, 상기 제1기준면(200)이 회전되는 각도와 동일한 각도 및 방향으로 제2기준면(700)이 회전되도록 연결될 수 있다.
이는 제1링크(11)의 타단에 제2링크(12)가 수평인 회전축인 제2관절(J2)로 연결되어, 제2관절(J2)을 회전축으로 하여 제2링크(12)가 회동 가능하게 형성되되, 제2링크(12)와 제2관절(J2)을 연결하도록 제2중력토크 보상장치(600)가 장착되어, 제2링크(12)의 자중에 대한 보상토크를 발생시키도록 로봇 팔이 형성되는 것이다. 그리고 제2관절(J2)을 중심으로 하여 회전되어 각도가 고정될 수 있도록 제2기준면(700)이 형성된다. 이때, 제2기준면(700)은 제1기준면(200)과 연결되어 제1기준면(200)이 회전되는 각도에 따라 동일한 각도 및 방향으로 제2기준면(700)이 회전될 수 있도록 구성된다. 이에 따라 베이스부(10)의 각도가 변하는 경우 제1링크(11)의 각도 및 제2링크(12)의 각도가 모두 변해 각각 자중에 의한 중력토크가 변하게 되므로, 제1기준면(200) 및 제2기준면(700)의 각도를 함께 변화시켜 제1링크(11) 및 제2링크(12) 각각에 대한 보상토크를 조절할 수 있다. 여기에서 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 연결되어 있어 제1기준면 제어장치(300) 하나의 작동에 따라 제1기준면(200) 및 제2기준면(700)의 각도가 함께 조절되도록 할 수 있다.
이에 따라 제1기준면(200)을 제외한 제2기준면(700)의 각도 조절 및 고정을 위한 모터 및 감속기와 같은 제2기준면 제어장치가 필요 없는 장점이 있다.
여기에서 제2중력토크 보상장치(600)는 제1중력토크 보상장치(100)와 동일한 형태 및 구조로 형성될 수 있으며, 제2중력토크 보상장치(600)는 제2링크(12)에 양단이 결합되어 고정된 가이드 로드(620), 상기 가이드 로드(620)의 외측에 끼워지는 코일 스프링(610), 상기 가이드 로드(620)를 따라 슬라이딩 될 수 있도록 결합되며 코일 스프링(610)의 일단에 밀착되는 누름 플레이트(630), 상기 누름 플레이트(630)에 일단이 연결되고 상기 제2기준면(700)에 타단이 연결되는 와이어(640) 및 상기 와이어(640)가 통과되며 상기 와이어(640)를 안내하는 한 쌍의 롤러(650)를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고 제2기준면(700)의 기준점(710)도 회전축인 제2관절(J2)의 중심축 수직 상측인 12시 방향에 배치될 수 있다.
이때, 중력방향에 수직인 지면에 대해 상기 베이스부(10)가 기울어지는 각도에 따라 상기 제1기준면(200)이 제어되되, 상기 베이스부(10)가 기울어지는 각도와 크기는 동일하되 방향은 반대방향으로 제1기준면(200)이 회전되어 위치가 고정되도록 제어될 수 있다. 그리고 제1기준면(200)에 연결되어 제2기준면(700)이 함께 회전되므로, 도시된 바와 같이 θb = -θs가 되도록 제1기준면(200) 및 제2기준면(700)의 회전 각도가 함께 제어될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치는, 로봇 팔이 다수의 관절로 연결된 다자유도 로봇 팔로 형성되는 경우에 로봇의 장착면 또는 로봇 베이스 관절의 회전각 변위에 따라 각각의 기준면을 한 번에 함께 제어할 수 있어 로봇의 각 관절에 적절한 보상토크를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2링크(12)가 제1링크(11)에 연결되어 보상토크를 발생시키고 기준면들이 연동되어 각도가 조절되도록 하는 것과 같이, 추가로 제3링크 및 그 이상의 링크들이 더 연결되어 상기한 바와 같이 적절한 보상토크가 발생되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 제1기준면(200) 및 제2기준면(700)은 4개의 바가 평행사변형으로 연결된 링크 기구(800)로 연결될 수 있다.
이는 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 링크 기구(800)로 연결되어, 제1기준면(200)의 회전에 따라 제2기준면(700)이 동일한 각도 및 방향으로 회전될 수 있도록 한 하나의 실시예이다. 보다 상세하게는 링크 기구(800)의 제1조인트(JA)가 로봇 팔의 제1관절(J1)의 회전축이 되고 제2조인트(JB)가 제2관절(J2)의 회전축이 되도록 하고, 나머지 2개의 조인트가 제1기준점(210)과 제2기준점(710)의 회전축이 되도록 함으로써, 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 함께 동일한 각도 및 방향으로 회전되도록 구성될 수 있다. 이때, 링크 기구(800)는 로봇의 팔인 제1링크(11)가 하나의 링크가 되고 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 두 번째 및 세 번째 링크가 될 수 있으므로, 실질적으로는 제1기준점(210)과 제2기준점(710)을 연결하도록 나머지 하나의 링크만 결합하여 1개의 바를 이용해 평행사변형으로 연결된 링크 기구(800) 형태가 되도록 할 수도 있다. 이외에도 상기 평행사변형으로 연결된 링크 구조를 이용해 다양한 형태로 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 연동되어 서로 동일한 각도로 회전되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1기준면(200) 및 제2기준면(700)은 풀리 및 벨트로 연결될 수 있다.
이는 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 풀리 및 벨트를 이용해 연결되어, 제1기준면(200)의 회전에 따라 제2기준면(700)이 동일한 각도 및 방향으로 회전될 수 있도록 한 다른 형태의 실시예이다. 보다 상세하게는 제1기준면(200)에 제1풀리(220)가 결합되어 동축상에 배치되고, 제2기준면(700)에 제2풀리(720)가 결합되어 동축상에 배치되며, 제1풀리(220)와 제2풀리(720)가 벨트(730) 또는 와이어로 연결될 수 있다. 이때, 제1풀리(220)와 제2풀리(720)는 동일한 직경을 갖도록 형성될 수 있으며, 벨트(730)는 비틀리지 않은 상태로 팽팽하게 풀리들에 연결될 수 있다. 그리고 풀리 및 벨트는 미끄러짐이 없이 정확하게 작동될 수 있도록 타이밍 풀리 및 타이밍 벨트가 사용될 수도 있으며, 스프라켓 및 체인이 사용될 수도 있다. 또는 다양한 기어 및 회전축을 이용해 제1기준면(200)과 제2기준면(700)이 함께 동일한 각도 및 방향으로 회전되도록 구성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 베이스부
11 : 제1링크 J1 : 제1관절
12 : 제2링크 J2 : 제2관절
13 : 제1링크 회전 모터
20 : 베이스부 회전장치
100 : 제1중력토크 보상장치
110 : 코일 스프링 120 : 가이드 로드
130 : 누름 플레이트 140 : 와이어
150 : 롤러
200 : 제1기준면 210 : 기준점
220 : 제1풀리
300 : 제1기준면 제어장치
310 : 제1기준면 제어 모터 320 : 감속기
400 : 기울기 센서
500 : 메인 제어부
600 : 제2중력토크 보상장치
610 : 코일 스프링 620 : 가이드 로드
630 : 누름 플레이트 640 : 와이어
650 : 롤러
700 : 제2기준면 710 : 기준점
720 : 제2풀리 730 : 벨트 (또는 와이어)
800 : 링크 기구
810, 820, 830, 840 : 바
JA : 제1조인트 JB : 제2조인트

Claims (8)

  1. 베이스부에 제1링크의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제1관절을 형성하고, 상기 제1링크는 무게중심이 제1관절로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제1관절에 연결되고 타단이 제1링크에 결합되어 상기 제1링크가 제1관절을 중심으로 회동하는 경우 제1링크의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제1중력토크 보상장치;
    상기 제1관절의 회전축과 동축상에 배치되어 제1관절의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제1중력토크 보상장치의 일단이 연결되어 결합되는 제1기준면; 및
    상기 베이스부에 결합되어 고정되고, 상기 제1기준면에 연결되어 제1기준면의 회전 각도를 조절할 수 있으며, 상기 제1기준면이 회전되어 각도가 조절된 상태에서 위치를 고정시킬 수 있는 제1기준면 제어장치; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1기준면 제어장치는,
    상기 베이스부에 결합되어 고정되는 제1기준면 제어 모터; 및
    상기 베이스부에 결합되어 고정되며, 상기 제1기준면 제어 모터에 일측이 연결되고 타측이 상기 제1기준면에 연결되는 감속기; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부에 설치되어 베이스부의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1기준면 제어장치 및 기울기 센서와 연결되어, 상기 기울기 센서에서 측정된 베이스부의 기울기에 따라 상기 제1기준면 제어장치를 통해 제1기준면의 회전 각도가 자동으로 조절되도록 하는 메인 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  5. 제4항에 있어서,
    중력방향에 수직인 지면에 대해 상기 베이스부가 기울어지는 각도에 따라 상기 제1기준면이 제어되되, 상기 베이스부가 기울어지는 각도와 크기는 동일하되 방향은 반대방향으로 제1기준면이 회전되어 위치가 고정되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1링크의 타단에 제2링크의 일단이 회동 가능하게 연결되어 지면에 수평인 회전축인 제2관절을 형성하고, 상기 제2링크는 무게중심이 제2관절로부터 이격되게 배치되며, 일단이 상기 제2관절에 연결되고 타단이 제2링크에 결합되어 상기 제2링크가 제2관절을 중심으로 회동하는 경우 제2링크의 자중에 대한 보상토크를 발생시키는 제2중력토크 보상장치; 및
    상기 제2관절의 회전축과 동축상에 배치되어 제2관절의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되며, 상기 제2중력토크 보상장치의 일단이 연결되어 결합되는 제2기준면; 을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제1기준면은 제2기준면과 연결되되, 상기 제1기준면이 회전되는 각도와 동일한 각도 및 방향으로 제2기준면이 회전되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1기준면 및 제2기준면은 4개의 바가 평행사변형으로 연결된 링크 기구로 연결되는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1기준면 및 제2기준면은 풀리 및 벨트로 연결되는 것을 특징으로 하는 단축 지면각 변화에 대응 가능한 가변 중력토크 보상장치.
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