KR20170101775A - Articulated robot arm equipped with counterbalance mechanism - Google Patents
Articulated robot arm equipped with counterbalance mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170101775A KR20170101775A KR1020170011252A KR20170011252A KR20170101775A KR 20170101775 A KR20170101775 A KR 20170101775A KR 1020170011252 A KR1020170011252 A KR 1020170011252A KR 20170011252 A KR20170011252 A KR 20170011252A KR 20170101775 A KR20170101775 A KR 20170101775A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- link
- joint
- coupled
- connecting rod
- rod
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
- B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J18/00—Arms
- B25J18/002—Arms comprising beam bending compensation means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J18/00—Arms
- B25J18/02—Arms extensible
- B25J18/04—Arms extensible rotatable
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
Abstract
Description
본 발명은 로봇 머니퓰레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇 머니퓰레이터의 자세 유지 및 구동 시 자중에 의해 관절에 인가되는 중력 토크를 상쇄시킬 수 있는 스프링 기반의 중력보상장치를 구비하여 관절에 필요한 구동 토크를 감소시킴으로써 구동부 동력을 최소화할 수 있는 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a robot manipulator, and more particularly, to a spring-based gravity compensation device capable of canceling a gravity torque applied to a joint due to its own weight during posture maintenance and driving of the robot manipulator, To a gravitational compensation device capable of minimizing the driving force of the driving unit.
현재 다양한 산업 현장에서는 효율성 향상을 위해 공정 자동화가 활발히 수행되고 있으며, 이에 따라 여러 작업에 유연하게 사용될 수 있는 로봇 머니퓰레이터의 중요성이 커지고 있다. 특히, 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는 중량물의 운반이나 조립, 용접, 도색 등 다양한 작업에 사용되고 있으며, 대상 작업에 따라 다양한 크기로 개발되어 사용되고 있다.Currently, in various industrial fields, process automation is actively performed to improve efficiency, and accordingly, a robot manipulator that can be flexibly used for various tasks is becoming more important. In particular, the vertical articulated robot manipulator is used for various operations such as transportation, assembling, welding, and painting of heavy objects, and has been developed and used in various sizes depending on the target work.
수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 자세를 유지하거나 구동할 때에 중력 방향으로 링크를 움직이는 관절에는 그 자중에 의한 중력 토크가 인가된다. 로봇 머니퓰레이터가 대형화될수록 그 크기는 더욱 커지고, 관절에는 더욱 큰 구동부 동력이 요구된다. 이러한 동력을 낮추어 필요한 모터 및 감속기의 용량을 감소시키기 위해 일부 산업용 로봇에는 무게 추를 작용점의 반대편에 설치하여 무게중심의 거리를 줄이거나, 스프링을 통해 링크의 무게를 보상하여 관절에 인가되는 중력 토크를 줄이는 방법이 사용되고 있다.Vertical articulated robot When gravity of a manipulator is maintained or driven, a gravity torque due to its own weight is applied to a joint that moves the link in the direction of gravity. As the size of the robot manipulator becomes larger, the size of the robot becomes larger, and a greater driving force is required for the joints. In order to reduce the required motor and reducer capacity, some industrial robots are equipped with a weight on the opposite side of the point of action to reduce the distance of the center of gravity, or to compensate the weight of the link through the spring, Is being used.
그러나 무게 추의 사용은 로봇 머니퓰레이터의 자중 증가로 인해서 관성에 의한 영향을 증가시켜 다자유도 로봇에 적용하는 데에는 어려움이 있다. 그리고 종래의 스프링과 와이어 등의 기계요소를 기반으로 다자유도 로봇의 관절에 중력보상을 적용하는 여러 방법들은 복잡한 구조로 인해 로봇 머니퓰레이터에 적용하기에는 한계가 있으므로, 보다 간단하고 신뢰성 높은 다자유도 중력보상장치가 요구된다. 또한 종래의 코일 스프링 기반의 중력보상장치의 경우, 장기간 운용에 따른 스프링의 변형으로 인해 중력보상 성능이 저하되기 쉬우며, 이 경우 로봇 머니퓰레이터를 분해하여 스프링을 교체해야 하는데 분해가 어려워 유지 보수가 쉽지 않다.However, the use of weights increases the influence of the inertia due to the increase of the weight of the robot manipulator, which makes it difficult to apply it to the multi - degree - of - freedom robot. The conventional methods of applying gravity compensation to joints of multi-degree-of-freedom robots based on mechanical elements such as springs and wires have limitations in application to robotic manipulators due to their complicated structure. Therefore, a simpler and more reliable multi- A compensation device is required. Further, in the case of the conventional coil spring-based gravity compensation device, the gravity compensation performance tends to be degraded due to the deformation of the spring due to long-term operation. In this case, the spring must be disassembled by disassembling the robot manipulator. not.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 신뢰성 높은 기계요소 기반의 다자유도 중력보상장치를 적용하여 중력 토크가 많이 인가되는 관절에 대하여 효과적인 중력 보상을 구현할 수 있는 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a gravity compensator capable of realizing effective gravity compensation for a joint to which a gravity torque is applied by applying a multi- And to provide a joint robot manipulator.
또한 본 발명은 모듈식 설계를 통해 중력보상장치의 분해나 조립을 용이하게 함으로써 유지 보수 문제를 줄일 수 있는 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device capable of reducing maintenance problems by facilitating disassembly and assembly of a gravity compensation device through a modular design.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 제 1 링크; 상기 제 1 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 1 링크와 제 1 관절로 연결되는 제 2 링크; 상기 제 2 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 2 링크와 상기 제 1 관절로부터 이격되어 배치되는 제 2 관절로 연결되는 제 3 링크; 상기 제 2 링크와 별도로 상기 제 1 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 1 링크와 연결되는 입력 링크; 일측이 상기 제 3 링크와 회전 가능하게 연결되고 다른 일측이 상기 입력 링크와 회전 가능하게 연결되는 커플러 링크; 상기 제 2 링크를 상기 제 1 관절을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 설치되어 상기 제 2 링크에 구동력을 제공하는 제 1 관절 구동부; 상기 입력 링크 및 상기 커플러 링크를 통해 상기 제 3 링크를 상기 제 2 관절을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 설치되어 상기 입력 링크를 회전시키는 제 2 관절 구동부; 및 상기 제 2 링크, 상기 제 3 링크, 상기 입력 링크 및 상기 커플러 링크를 포함하는 링크 기구의 자중에 의한 중력 토크를 보상하기 위해 상기 제 2 링크와 상기 입력 링크 중 적어도 어느 하나에 탄성력을 가하도록 상기 제 1 링크에 설치되는 중력보상장치;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vertical articulated robot manipulator including: a first link; A second link connected to the first link and the first joint so as to be rotatable with respect to the first link; A third link connected to the second link and a second joint disposed apart from the first joint so as to be rotatable about the second link; An input link connected to the first link so as to be rotatable about the first link separately from the second link; A coupler link having one side rotatably connected to the third link and the other side rotatably connected to the input link; A first joint drive unit installed on the first link to rotate the second link around the first joint and to provide a driving force to the second link; A second joint drive part installed on the first link to rotate the input link so that the third link can be rotated about the second joint through the input link and the coupler link; And to apply an elastic force to at least one of the second link and the input link to compensate for a gravity torque due to the own weight of the link mechanism including the second link, the third link, the input link and the coupler link And a gravity compensation device installed in the first link.
상기 중력보상장치는, 상기 제 1 링크에 지지되는 탄성부재와, 상기 링크 기구에 상기 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 제 2 링크 또는 상기 입력 링크 중 어느 하나의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 가동부재를 포함할 수 있다.Wherein the gravity compensation device includes an elastic member supported on the first link and a rotation center of the first link of the second link or the input link to transmit the elastic force of the elastic member to the link mechanism, A connecting rod rotatably connected to the connecting rod and operable with respect to the first link so as to elastically deform the elastic member in association with the movement of the connecting rod; And a movable member to be installed.
상기 중력보상장치는, 상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 지지 프레임을 더 포함하며, 상기 탄성부재는 상기 지지 프레임에 결합되고, 상기 가동부재는 상기 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.The gravity compensation device may further include a support frame assembled to the first link, wherein the elastic member is coupled to the support frame, and the movable member is slidably coupled to the support frame.
상기 중력보상장치는, 상기 가동부재의 슬라이딩 방향으로 연장되도록 상기 지지 프레임에 결합되는 가이드바를 더 포함하며, 상기 탄성부재는 상기 가이드바의 외주에 감기는 스프링 구조로 이루어지고, 상기 가동부재는 상기 탄성부재를 압축할 수 있도록 상기 가이드바에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.The gravity compensation device may further include a guide bar coupled to the support frame so as to extend in a sliding direction of the movable member, wherein the elastic member has a spring structure wound around an outer periphery of the guide bar, And may be slidably coupled to the guide bar so as to compress the elastic member.
상기 중력보상장치의 커넥팅로드는, 상기 제 2 링크 또는 상기 입력 링크 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와, 상기 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함할 수 있다.Wherein the connecting rod of the gravity compensation device comprises a first head portion rotatably coupled to either the second link or the input link and a second rod body having a first rod body extending from the first head portion, And a second rod body having a second rod body extending from the second head portion and assembled with the first rod body of the first rotating rod in a rotatably coupled manner to the movable member, . ≪ / RTI >
상기 중력보상장치는, 상기 제 1 링크에 지지되는 제 1 탄성부재와, 상기 제 2 링크에 상기 제 1 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 제 2 링크의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 제 1 커넥팅로드와, 상기 제 1 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 제 1 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 제 1 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 제 1 가동부재를 갖는 제 1 카운터밸런서와, 상기 제 1 링크에 지지되는 제 2 탄성부재와, 상기 입력 링크에 상기 제 2 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 입력 링크의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 제 2 커넥팅로드와, 상기 제 2 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 제 2 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 제 2 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 제 2 가동부재를 갖는 제 2 카운터밸런서를 포함할 수 있다.The gravity compensation device includes a first elastic member supported on the first link and a second elastic member provided on the second link so as to be spaced apart from a rotation center of the second link with respect to the first link for transmitting the elastic force of the first elastic member A first connecting rod rotatably connected to the first connecting rod and rotatably connected to the first connecting rod, and a second connecting rod rotatably connected to the first connecting rod to elastically deform the first elastic member, A second elastic member supported on the first link, and a second counterweight balancer disposed on the input link for transmitting an elastic force of the second elastic member to the input link, A second connecting rod rotatably connected to a portion of the link spaced apart from the center of rotation of the first link; And it may include a second counter balancer having a second movable member in association with the movement of the second connecting rod being able to be movable relative to the first link to install the second so that the elastic member can be elastically deformed.
상기 제 1 카운터밸런서는 상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 제 1 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 제 1 탄성부재는 상기 제 1 지지 프레임에 결합되고, 상기 제 1 가동부재는 상기 제 1 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 상기 제 2 카운터밸런서는 상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 제 2 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 제 2 탄성부재는 상기 제 2 지지 프레임에 결합되고, 상기 제 2 가동부재는 상기 제 2 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.Wherein the first counterbalance further includes a first support frame that is assembled with the first link, the first elastic member is coupled to the first support frame, and the first movable member is coupled to the first support frame, Wherein the second counterbalance further comprises a second support frame that is assembled to the first link, the second elastic member is coupled to the second support frame, The member may be slidably coupled to the second support frame.
상기 제 1 커넥팅로드는, 상기 제 2 링크에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와, 상기 제 1 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함할 수 있다.Wherein the first connecting rod includes: a first rotating portion rotatably coupled to the second link; a first rotating rod having a first rod body extending from the first head portion; And a second rotary rod having a second rod body extending from the second head and coupled to the first rod body of the first rotary rod in a prefabricated manner.
상기 제 2 커넥팅로드는, 상기 입력 링크에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와, 상기 제 2 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함할 수 있다.Wherein the second connecting rod includes: a first rotary head rotatably coupled to the input link; a first rotary rod having a first rod body extending from the first head; And a second rod having a second rod body extending from the second head and coupled to the first rod body of the first rotatable rod.
상기 제 1 카운터밸런서와 상기 제 2 카운터밸런서는 상기 제 1 가동부재의 가동 방향과 상기 제 2 가동부재의 가동 방향이 상호 평행하도록 서로 마주하여 배치될 수 있다.The first counterbalancer and the second counterbalance may be disposed to face each other such that the moving direction of the first movable member and the moving direction of the second movable member are mutually parallel.
본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 복수의 관절을 갖고 상기 제 3 링크에 결합되는 다중 관절 유닛;을 더 포함할 수 있다.The vertical articulated robot manipulator according to the present invention may further include an articulated unit having a plurality of joints and coupled to the third link.
본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 상기 제 1 링크와 베이스 관절로 연결되어 상기 제 1 링크를 상기 베이스 관절을 중심으로 회전시키는 베이스 유닛;을 더 포함할 수 있다.The vertical articulated robot manipulator according to the present invention may further include a base unit connected to the first link by a base joint and rotating the first link about the base joint.
본 발명에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 탄성력을 제공하는 탄성부재와, 탄성부재의 탄성력을 전달하는 가동부재 및 커넥팅로드를 포함하는 카운터밸런서로 링크 기구에 보상 토크를 제공함으로써, 링크 기구 등 무게를 가지는 부품에서 중력으로 인해 발생하는 토크를 기계적으로 보상할 수 있다. 따라서 관절 구동부로부터 중력 토크를 상쇄하기 위한 토크를 제공받지 않아도 되어 관절 구동부에서 발생하여야 하는 하중을 줄일 수 있고, 동일한 출력의 관절 구동부를 사용하여 보다 큰 하중을 감당하거나, 필요 하중에 대하여 작은 출력의 관절 구동부를 사용할 수 있다.The vertical articulated robot manipulator provided with the gravity compensation device according to the present invention is a vertical articulated robot manipulator provided with an elastic member for providing an elastic force, a movable member for transmitting an elastic force of the elastic member, and a counter balancer , It is possible to mechanically compensate torque generated due to gravity in a component having a weight such as a link mechanism. Therefore, it is possible to reduce the load that should be generated in the joint driving part by not providing the torque for canceling the gravity torque from the joint driving part, and to cope with a larger load using the same output joint driving part, Joint drive parts can be used.
또한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 단순한 구조의 중력보상장치를 이용하여 중력 보상을 구현함으로써, 가반하중을 극대화시킬 수 있고, 관절에서의 토크 부하를 경감시켜 회동력을 최소화시킴으로써, 고출력의 구동부를 사용하지 않고도 정확한 동작이 가능하다.The vertical articulated robot manipulator according to the present invention realizes gravity compensation using a simple structure gravity compensation device, thereby maximizing the payload, reducing the torque load at the joints, and minimizing the turning force, It is possible to perform an accurate operation without using a driving part of the motor.
또한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 실제 다축관절 로봇으로 적용하면 모터와 감속기 등 관절 구동부 부품의 용량을 크게 줄일 수 있으므로, 제조 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.In addition, when the vertical articulated robot manipulator according to the present invention is applied to an actual multi-axis articulated robot, the capacity of the joint driving parts such as a motor and a speed reducer can be greatly reduced, and manufacturing costs can be drastically reduced.
또한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 단순한 구조의 카운터밸런서를 통한 안정적인 중력 보상과 더불어 컴팩트한 구조를 가능하게 함으로써, 컴팩트한 구조가 가능하여 다양한 분야에서의 활용성을 극대화시킬 수 있다.In addition, the vertical articulated robot manipulator according to the present invention enables a stable structure gravity compensation through a simple structure of a counter balancer and a compact structure, thereby enabling a compact structure to maximize utilization in various fields.
또한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는, 중력보상장치의 설치 및 부품 수명에 따른 교체가 용이하도록 중력보상장치를 모듈식 구조로 설계함으로써, 유지 보수에 따른 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다.Also, the vertical articulated robot manipulator according to the present invention can greatly reduce time and cost due to maintenance by designing a gravity compensation device in a modular structure so as to facilitate the installation of the gravity compensation device and the replacement of the gravity compensation device according to the service life.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 나타낸 후면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 각기 다른 각도에서 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 4절 링크 구조를 설명하기 위해 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 중력보상장치를 분리하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 제 1 카운터밸런서의 결합 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 제 2 카운터밸런서의 결합 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 제 2 카운터밸런서를 분해하여 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 중력보상장치의 작동 원리를 설명하기 위해 간략화한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 중력보상장치의 효과를 설명하기 위해 설계변수를 적절히 선정했을 때 관절 회전각도에 따른 보상 토크를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 각 피치 관절에 인가되는 중력 토크를 설명하기 위해 간략하게 나타낸 개념도이다.1 is a side view of a vertical articulated robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
2 is a rear view of a vertical articulated robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 and FIG. 4 are perspective views illustrating the vertical articulated robot manipulator according to an embodiment of the present invention at different angles.
5 is a conceptual diagram briefly illustrating a four-bar linkage structure of a vertical articulated robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention, in which a gravity compensation device is separated.
FIG. 7 illustrates a coupling structure of a first counterbalancer of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating a coupling structure of a second counterbalancer of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exploded view of a second counter balancer of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a simplified conceptual diagram for explaining the operation principle of the gravity compensation apparatus of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing compensation torque according to a joint rotation angle when a design parameter is appropriately selected to explain an effect of a gravity compensation device of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention .
12 is a conceptual diagram briefly illustrating gravity torque applied to each pitch joint of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 나타낸 후면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 각기 다른 각도에서 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 4절 링크 구조를 설명하기 위해 간략하게 나타낸 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터를 중력보상장치를 분리하여 나타낸 것이다.FIG. 1 is a side view of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are perspective views of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view illustrating a vertical articulated robot manipulator according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic view illustrating a four-bar linkage structure of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device according to an embodiment of the present invention, The compensation device is shown separately.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)는, 제 1 링크(110)와, 제 1 링크(110)와 제 1 관절(J1)로 연결되는 링크 기구(115)와, 링크 기구(115)의 자중에 의한 중력 토크를 보상하는 중력보상장치(142)를 포함한다. 제 1 링크(110)는 베이스 유닛(180)과 베이스 관절(Jb)로 연결되고, 링크 기구(115)의 일단에는 다중 관절 유닛(182)이 연결된다. 다중 관절 유닛(182)의 단부에는 롤모터 또는 그립퍼 등으로 구현될 수 있는 엔드이펙터(미도시)가 설치될 수 있다.1 to 6, a vertical articulated
본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)는 도면에 나타낸 것과 같이, 공간 상에서 로봇 말단부의 위치를 결정할 수 있는 롤-피치-피치의 3개 관절로 구성된 팔 파트(베이스 유닛(180), 제 1 링크(110), 링크 기구(115))와, 로봇 말단부의 방위를 결정하기 위한 3개 관절로 구성된 손목 파트(다중 관절 유닛(182))를 갖는 구조를 취할 수 있다. 팔 파트의 2개의 피치 관절(제 1 관절(J1) 및 제 2 관절(J2))에 대해 중력 보상을 구현하기 위해 제 1 관절(J1)과 제 2 관절(J2) 사이를 평행 4절 링크 구조의 링크 기구(115)로 구성하며, 중력보상장치(142)를 링크 기구(115)에 연결하여 제 1 관절(J1) 및 제 2 관절(J2)에 인가되는 중력 토크를 상쇄할 수 있다.As shown in the drawing, the vertical articulated
제 1 링크(110)는 베이스 유닛(180)과 베이스 관절(Jb)로 연결되어 베이스 유닛(180)에 대해 회전할 수 있다. 즉, 제 1 링크(110)는 지면에 대해 수직인 축(Z축)을 회전 중심축으로 하여 회전할 수 있다. 베이스 유닛(180)에는 제 1 링크(110)에 구동력을 제공하기 위한 구동부가 구비될 수 있다. 제 1 링크(110)는 베이스 유닛(180)과 연결되는 바닥 프레임(111)과, 바닥 프레임(111)의 상측에 상호 이격되어 마주하도록 배치되는 제 1 측벽 프레임(112) 및 제 2 측벽 프레임(113)을 포함한다.The
링크 기구(115)는 제 1 링크(110)에 대해 움직일 수 있도록 제 1 링크(110)와 연결된다. 링크 기구(115)는 제 1 링크(110)의 일측에 연결되는 제 2 링크(120)와, 제 2 링크(120)와 연결되는 제 3 링크(127)와, 제 1 링크(110)의 다른 일측에 연결되는 입력 링크(130)와, 제 3 링크(127)와 입력 링크(130)를 연결하는 커플러 링크(136)를 포함한다.The
제 2 링크(120)는 제 1 링크(110)와 제 1 관절(J1)로 연결되어 제 1 링크(110)에 대해 회전할 수 있다. 즉, 제 2 링크(120)는 지면에 대해 수평한 축(X축)을 회전 중심축으로 하여 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 제 2 링크(120)는 제 1 링크(110)의 제 1 측벽 프레임(112)에 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크 우측 바디(121)와, 제 2 링크 우측 바디(121)와 이격되어 서로 마주하도록 제 1 링크(110)의 제 2 측벽 프레임(113)에 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크 좌측 바디(122)와, 제 2 링크 우측 바디(121)와 제 2 링크 좌측 바디(122)를 연결하는 연결 바디(123)를 포함한다. 제 2 링크 우측 바디(121)의 일측에는 제 2 링크 피봇 연결부(125;도 7 참조)가 구비된다. 제 2 링크 피봇 연결부(125)는 후술할 중력보상장치(142)의 제 1 카운터밸런서(144)에 구비되는 제 1 커넥팅로드(158)의 연결을 위한 것으로, 제 1 링크(110)에 대한 제 2 링크(120)의 회전 중심축으로부터 일정 간격 편심된 위치에 배치된다.The
제 3 링크(127)는 제 2 링크(120)에 대해 회전할 수 있도록 제 2 링크(120)와 제 1 관절(J1)로부터 이격되어 배치되는 제 2 관절(J2)로 연결된다. 제 3 링크(127)는 지면에 대해 수평한 축(X축)을 회전 중심축으로 하여 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 제 3 링크(127)에는 다중 관절 유닛(182)이 결합되며, 다중 관절 유닛(182)은 제 3 링크(127)의 움직임을 따라 움직이게 된다.The
입력 링크(130)는 제 2 링크(120)와 별도로 제 1 링크(110)에 대해 회전할 수 있도록 제 1 링크(110)와 연결된다. 입력 링크(130)는 지면에 대해 수평한 축(X축)을 회전 중심축으로 하여 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 입력 링크(130)의 회전 중심축과 제 2 링크(120)의 회전 중심축은 같다. 입력 링크(130)는 제 1 링크(110)의 제 2 측벽 프레임(113)에 회전 가능하게 결합되는 회전부(131)와, 회전부(131)의 외주면에 회전부(131)의 반경 방향으로 연장된 편심 연결부(132)를 포함한다. 회전부(131)의 일측에는 입력 링크 피봇 연결부(134;도 8 참조)가 구비된다. 입력 링크 피봇 연결부(134)는 후술할 중력보상장치(142)의 제 2 카운터밸런서(170)에 구비되는 제 2 커넥팅로드(177)의 연결을 위한 것으로, 제 1 링크(110)에 대한 회전부(131)의 회전 중심축으로부터 일정 간격 편심된 위치에 배치된다.The
커플러 링크(136)는 일측이 제 3 링크(127)와 회전 가능하게 연결되고 다른 일측이 입력 링크(130)와 회전 가능하게 연결되어 제 3 링크(127)와 입력 링크(130)를 연결한다. 커플러 링크(136)의 일단은 제 3 링크(127)의 제 2 관절(J2)로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되고, 커플러 링크(136)의 타단은 입력 링크(130)의 편심 연결부(132)에 회전 가능하게 연결된다.The
이와 같이, 링크 기구(115)는 제 2 링크(120)와, 제 3 링크(127), 입력 링크(130) 및 커플러 링크(136)가 연결된 4절 링크 구조를 이룬다. 도 5에 간략화하여 나타낸 것과 같이, 제 2 링크(120)와 입력 링크(130)는 각각의 끝단이 제 1 링크(110)에 회전 가능하게 연결되고, 제 3 링크(127)는 제 2 링크(120)에 회전 가능하게 연결되며, 커플러 링크(136)는 그 양쪽 끝단이 제 3 링크(127)와 입력 링크(130) 각각과 회전 가능하게 연결되어 제 3 링크(127)와 입력 링크(130)를 연결한다.Thus, the
이러한 4절 링크 구조의 링크 기구(115)는 제 1 링크(110)에 설치되는 제 1 관절 구동부(138) 및 제 2 관절 구동부(140)에 의해 움직인다. 제 1 관절 구동부(138)는 제 1 링크(110)의 제 1 측벽 프레임(112)에 설치되어 링크 기구(115)의 제 2 링크(120)를 제 1 관절(J1)을 중심으로 회전시킨다. 제 2 관절 구동부(140)는 제 1 링크(110)의 제 2 측벽 프레임(113)에 설치되어 링크 기구(115)의 입력 링크(130)를 제 1 링크(110)에 대해 회전시킨다. 제 2 관절 구동부(140)의 구동력은 입력 링크(130)와 커플러 링크(136)를 차례로 거쳐 제 3 링크(127)에 전달되며, 제 3 링크(127)는 제 2 관절 구동부(140)의 구동력을 제공받아 제 2 링크(120)에 대해 제 2 관절(J2)을 중심으로 회전할 수 있다. 즉, 제 2 관절 구동부(140)는 입력 링크(130) 및 커플러 링크(136)를 통해 제 3 링크(127)를 제 2 관절(J2)을 중심으로 회전시킬 수 있다.The
링크 기구(115)는 제 1 관절 구동부(138) 및 제 2 관절 구동부(140)의 작용으로 그 자세가 다양하게 변할 수 있다. 그리고 링크 기구(115)는 제 1 관절 구동부(138)에 의해 제 1 링크(110)에 대한 제 2 링크(120)의 각도가 변하고, 제 2 관절 구동부(140)에 의해 제 2 링크(120)에 대한 제 3 링크(127)의 각도가 가변함으로써, 제 3 링크(127)에 결합된 다중 관절 유닛(182)의 위치를 다양하게 조절할 수 있다.The posture of the
링크 기구(115)가 공간 상에서 어떤 위치 및 자세를 유지하기 위해서는 제 1 관절 구동부(138) 및 제 2 관절 구동부(140)가 움직임에 필요한 구동 토크를 제공해야 하는데, 링크 기구(115)의 위치 및 자세가 변하면 자중에 의한 중력 토크의 변화로 제 1 관절 구동부(138) 및 제 2 관절 구동부(140)의 필요 토크도 변하게 된다. 종래에는 로봇 머니퓰레이터의 관절에 장착되어 회전 각도를 측정하는 엔코더를 통하여 로봇 머니퓰레이터의 위치와 자세를 측정하고, 필요한 중력 토크를 계산한 후에 구동부의 제어를 통하여 필요한 토크를 발생시킴으로써 중력 토크를 보상하는 방법을 이용하였다.In order for the
이에 반해, 본 발명은 탄성력을 제공할 수 있는 중력보상장치(142)를 이용함으로써, 별도의 센서, 제어기, 구동부의 도움 없이도 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)의 모든 위치 및 자세에 대하여 자동으로 중력 토크를 보상하는 토크를 기계적으로 발생할 수 있다. 따라서 중력 토크를 보상하기 위한 관절 구동부(138)(140)의 필요 토크를 0에 가깝게 할 수 있다.In contrast, the present invention uses
도 2 내지 도 4, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 중력보상장치(142)는 링크 기구(115)의 자중에 의한 중력 토크를 보상하기 위한 탄성력을 링크 기구(115)에 제공하기 위해 제 1 링크(110)에 설치된다. 이러한 중력보상장치(142)는 링크 기구(115)의 제 2 링크(120)에 중력 보상을 위한 탄성력을 가하는 제 1 카운터밸런서(144)와, 링크 기구(115)의 입력 링크(130)에 중력 보상을 위한 탄성력을 가하는 제 2 카운터밸런서(170)를 포함한다. 이들 제 1 카운터밸런서(144)와 제 2 카운터밸런서(170)는 설치 위치나, 링크 기구(115)와 연결되는 부분의 위치에서 차이가 있을 뿐, 전체적인 구조와 기능은 동일하다.2 to 4 and 6 to 9, the
제 1 카운터밸런서(144)는 제 1 링크(110)에 고정되는 제 1 지지 프레임(145)과, 제 1 지지 프레임(145)에 지지되는 제 1 탄성부재(148)와, 제 1 지지 프레임(145)에 가동형으로 설치되는 제 1 가동부재(152)와, 제 1 가동부재(152)와 링크 기구(115)의 제 2 링크(120)를 연결하는 제 1 커넥팅로드(158)를 포함한다. 제 2 카운터밸런서(170)는 제 1 링크(110)에 고정되는 제 2 지지 프레임(171)과, 제 2 지지 프레임(171)에 지지되는 제 2 탄성부재(173)와, 제 2 지지 프레임(171)에 가동형으로 설치되는 제 2 가동부재(175)와, 제 2 가동부재(175)와 링크 기구(115)의 입력 링크(130)를 연결하는 제 2 커넥팅로드(177)를 포함한다. 여기에서, 중력보상장치(142)를 구성하는 구성 요소들을 제 1 카운터밸런서(144)와 제 2 카운터밸런서(170)에 따라 제 1과 제 2를 붙여 구분한 것은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이러한 명칭의 구분이 구조나 기능의 차이점이 있음을 나타내는 것은 아니다. 이하에서 제 1 카운터밸런서(144)를 설명함에 있어서, 일부 구성 요소에 대해서는 도 9에 나타낸 제 2 카운터밸런서(170)의 구성 요소를 참조하기로 한다.The
제 1 카운터밸런서(144)의 제 1 지지 프레임(145)은 제 1 링크(110)의 제 1 측벽 프레임(112)에 결합된다. 제 1 지지 프레임(145)은 나사나 볼트 등의 고정부재를 통해 제 1 측벽 프레임(112)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 제 1 지지 프레임(145)에는 제 1 가동부재(152)의 움직임을 가이드하기 위한 가이드 레일(146)에 구비된다.The
제 1 탄성부재(148)는 제 1 지지 프레임(145)에 한 쌍이 상호 이격되어 설치된다. 제 1 탄성부재(148)의 설치를 위해 제 1 지지 프레임(145)에는 가이드바(149)가 결합된다. 가이드바(149)는 한 쌍이 상호 이격되어 평행하게 배치된다. 이들 가이드바(149)는 각각의 일단이 제 1 지지 프레임(145)에 고정되는 고정대(150)에 결합된다. 제 1 탄성부재(148)는 가이드바(149)의 외주에 감기는 스프링 구조로 이루어지진다.One pair of the first
제 1 가동부재(152)는 제 1 지지 프레임(145)에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 제 1 가동부재(152)는 제 1 지지 프레임(145)의 가이드 레일(146)을 따라 직선 왕복 이동할 수 있다. 제 1 가동부재(152)는 한 쌍의 가이드바(149)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가압부(153)와, 가압부(153)와 연결되어 가이드 레일(146)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 커넥팅로드 연결부(154)를 포함한다. 커넥팅로드 연결부(154)의 일측에는 제 1 커넥팅로드(158)의 결합을 위한 슬라이더 피봇 연결부(156)가 구비된다. 이러한 제 1 가동부재(152)는 제 1 커넥팅로드(158)에 의해 움직이며, 가압부(153)로 제 1 탄성부재(148)를 가압하여 탄성 변형시킬 수 있다.The first
제 1 커넥팅로드(158)는 링크 기구(115)의 제 2 링크(120)와 제 1 가동부재(152)를 연결한다. 제 1 커넥팅로드(158)는 제 2 링크(120)에 연결되는 제 1 헤드부(159)와, 제 1 가동부재(152)의 슬라이더 피봇 연결부(156)에 연결되는 제 2 헤드부(160)와, 제 1 헤드부(159)와 제 2 헤드부(160)를 연결하는 바디부(161)를 포함한다.The first connecting
제 1 커넥팅로드(158)의 제 1 헤드부(159)는 제 2 링크(120)의 제 2 링크 우측 바디(121)에 구비되는 제 2 링크 피봇 연결부(125)를 통해 제 2 링크(120)에 회전 가능하게 연결된다. 제 2 링크 피봇 연결부(125)가 제 2 링크(120)의 회전 중심으로부터 편심되어 있으므로, 제 2 링크(120)의 회전 시 제 1 커넥팅로드(158)의 제 1 헤드부(159)는 제 2 링크(120)의 회전 중심 둘레를 따라 이동할 수 있다. 제 1 커넥팅로드(158)의 제 2 헤드부(160)는 제 1 가동부재(152)의 슬라이더 피봇 연결부(156)를 통해 제 1 가동부재(152)에 회전 가능하게 연결된다.The
제 2 링크(120)의 회전 시 제 1 커넥팅로드(158)의 제 1 헤드부(159)가 제 2 링크(120)의 회전 중심 둘레를 따라 움직이고, 이에 의해 제 1 커넥팅로드(158)의 제 2 헤드부(160)가 제 1 가동부재(152)를 가이드바(149)를 따라 이동시킬 수 있다. 제 1 가동부재(152)의 움직임으로 제 1 탄성부재(148)가 탄성 변형되면, 제 1 탄성부재(148)의 탄성력이 제 1 가동부재(152)와 제 1 커넥팅로드(158)를 통해 제 2 링크(120)에 전달될 수 있다. 따라서 제 2 링크(120)의 회전 시 링크 기구(115)의 자중에 의한 중력 토크를 보상할 수 있는 보상 토크를 제 2 링크(120)에 제공할 수 있고, 제 2 링크(120)를 움직이기 위한 제 1 관절 구동부(138)의 구동 토크를 줄일 수 있다.The
제 1 커넥팅로드(158)는 제 1 헤드부(159)를 갖는 제 1 회전 로드(163)와 제 2 헤드부(160)를 갖는 제 2 회전 로드(166)로 분리될 수 있다. 제 1 회전 로드(163)는 제 1 헤드부(159)와, 제 1 헤드부(159)에서 연장되는 제 1 로드 바디(164)를 갖는다. 제 2 회전 로드(166)는 제 2 헤드부(160)와, 제 2 헤드부(160)에서 연장되는 제 2 로드 바디(167)를 갖는다. 제 1 회전 로드(163)의 제 1 로드 바디(164)와 제 2 회전 로드(166)의 제 2 로드 바디(167)는 나사나 볼트 등의 고정부재를 통해 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이렇게 제 1 커넥팅로드(158)가 제 2 링크(120)와 결합되는 부분과 제 1 가동부재(152)와 결합되는 부분이 분리될 수 있는 분리식 구조로 이루어짐으로써 제 1 카운터밸런서(144)의 조립이나 분해 작업이 쉬워진다.The first connecting
예컨대, 제 1 카운터밸런서(144)의 조립 시, 제 1 커넥팅로드(158)의 제 1 회전 로드(163)와 제 2 회전 로드(166)를 제 2 링크(120)와 제 1 가동부재(152)에 각각 별도로 결합하고, 제 1 지지 프레임(145)을 제 1 링크(110)에 결합한 후, 제 1 회전 로드(163)와 제 2 회전 로드(166)를 결합하는 방법으로 제 1 카운터밸런서(144)를 조립할 수 있다.The first
또한 제 1 카운터밸런서(144)의 부품을 수리하거나 교체해야 할 경우, 먼저 제 1 커넥팅로드(158)의 제 1 회전 로드(163)와 제 2 회전 로드(166)를 분리한 후, 제 1 지지 프레임(145)을 제 1 링크(110)에서 분리하는 방법으로 제 1 카운터밸런서(144)를 손쉽게 분리할 수 있다.When the parts of the
이와 같이, 제 1 카운터밸런서(144)가 제 1 링크(110)에 조립식으로 설치되는 모듈형 구조를 취함으로써, 제 1 카운터밸런서(144)의 부품을 수리하거나 교체할 때, 제 1 카운터밸런서(144)를 쉽게 분리할 수 있고, 또한 쉽게 조립할 수 있다. 따라서 유지 보수에 따른 작업 시간과 비용을 절감할 수 있다.Thus, by taking a modular structure in which the
제 2 카운터밸런서(170)는 제 1 링크(110)에 설치되어 링크 기구(115)의 자중에 의한 중력 토크를 보상할 수 있는 보상 토크를 제 1 카운터밸런서(144)와 별도로 링크 기구(115)의 입력 링크(130)에 제공할 수 있다. 제 2 카운터밸런서(170)는 제 2 가동부재(175)의 가동 방향이 제 1 카운터밸런서(144)의 제 1 가동부재(152)의 가동 방향과 상호 평행하도록 제 1 카운터밸런서(144)와 서로 마주하여 배치된다.The
제 2 카운터밸런서(170)의 제 2 지지 프레임(171)은 제 1 링크(110)의 바닥 프레임(111)에 결합된다. 제 2 지지 프레임(171)은 나사나 볼트 등의 고정부재를 통해 바닥 프레임(111)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 제 2 지지 프레임(171)에는 제 2 가동부재(175)의 움직임을 가이드하기 위한 가이드 레일(146)에 구비된다. 제 2 지지 프레임(171)은 제 2 측벽 프레임(113) 등 제 1 링크(110)의 바닥 프레임(111) 이외의 다른 부분에 결합될 수도 있다.The
제 2 탄성부재(173)는 제 2 지지 프레임(171)에 한 쌍이 상호 이격되어 설치된다. 제 2 탄성부재(173)의 설치를 위해 제 2 지지 프레임(171)에는 가이드바(149)가 결합된다. 가이드바(149)는 한 쌍이 상호 이격되어 평행하게 배치된다. 이들 가이드바(149)는 각각의 일단이 제 2 지지 프레임(171)에 고정되는 고정대(150)에 결합된다. 제 2 탄성부재(173)는 제 1 탄성부재(148)와 마찬가지로 가이드바(149)의 외주에 감기는 스프링 구조로 이루어지진다.A pair of the second
제 2 가동부재(175)는 제 2 지지 프레임(171)에 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 제 2 가동부재(175)는 제 2 지지 프레임(171)의 가이드 레일(146)을 따라 직선 왕복 이동할 수 있다. 제 2 가동부재(175)는 한 쌍의 가이드바(149)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가압부(153)와, 가압부(153)와 연결되어 가이드 레일(146)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 커넥팅로드 연결부(154)를 포함한다. 커넥팅로드 연결부(154)의 일측에는 제 2 커넥팅로드(177)의 결합을 위한 슬라이더 피봇 연결부(156)가 구비된다. 이러한 제 2 가동부재(175)는 제 2 커넥팅로드(177)에 의해 움직이며, 가압부(153)로 제 2 탄성부재(173)를 가압하여 탄성 변형시킬 수 있다.The second
제 2 커넥팅로드(177)는 링크 기구(115)의 입력 링크(130)와 제 2 가동부재(175)를 연결한다. 제 2 커넥팅로드(177)는 입력 링크(130)에 연결되는 제 1 헤드부(159)와, 제 2 가동부재(175)의 슬라이더 피봇 연결부(156)에 연결되는 제 2 헤드부(160)와, 제 1 헤드부(159)와 제 2 헤드부(160)를 연결하는 바디부(161)를 포함한다.The second connecting
제 2 커넥팅로드(177)의 제 1 헤드부(159)는 입력 링크(130)의 회전부(131)에 구비되는 입력 링크 피봇 연결부(134)를 통해 입력 링크(130)에 회전 가능하게 연결된다. 입력 링크 피봇 연결부(134)가 입력 링크(130)의 회전 중심으로부터 편심되어 있으므로, 입력 링크(130)의 회전 시 제 2 커넥팅로드(177)의 제 1 헤드부(159)는 입력 링크(130)의 회전 중심 둘레를 따라 이동할 수 있다. 제 2 커넥팅로드(177)의 제 2 헤드부(160)는 제 2 가동부재(175)의 슬라이더 피봇 연결부(156)를 통해 제 2 가동부재(175)에 회전 가능하게 연결된다.The
입력 링크(130)의 회전 시 제 2 커넥팅로드(177)의 제 1 헤드부(159)가 입력 링크(130)의 회전 중심 둘레를 따라 움직이고, 이에 의해 제 2 커넥팅로드(177)의 제 2 헤드부(160)가 제 2 가동부재(175)를 가이드바(149)를 따라 이동시킬 수 있다. 제 2 가동부재(175)의 움직임으로 제 2 탄성부재(173)가 탄성 변형되면, 제 2 탄성부재(173)의 탄성력이 제 2 가동부재(175)와 제 2 커넥팅로드(177)를 통해 입력 링크(130)에 전달될 수 있다. 따라서 입력 링크(130)의 회전 시 링크 기구(115)의 자중에 의한 중력 토크를 보상할 수 있는 보상 토크를 입력 링크(130)에 제공할 수 있고, 입력 링크(130)를 움직이기 위한 제 2 관절 구동부(140)의 구동 토크를 줄일 수 있다.The
제 2 커넥팅로드(177)는 제 1 헤드부(159)를 갖는 제 1 회전 로드(163)와 제 2 헤드부(160)를 갖는 제 2 회전 로드(166)로 분리될 수 있다. 제 1 회전 로드(163)는 제 1 헤드부(159)와, 제 1 헤드부(159)에서 연장되는 제 1 로드 바디(164)를 갖는다. 제 2 회전 로드(166)는 제 2 헤드부(160)와, 제 2 헤드부(160)에서 연장되는 제 2 로드 바디(167)를 갖는다. 제 1 회전 로드(163)의 제 1 로드 바디(164)와 제 2 회전 로드(166)의 제 2 로드 바디(167)는 나사나 볼트 등의 고정부재를 통해 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이렇게 제 2 커넥팅로드(177)가 입력 링크(130)와 결합되는 부분과 제 2 가동부재(175)와 결합되는 부분이 분리될 수 있는 분리식 구조로 이루어짐으로써 제 2 카운터밸런서(170)의 조립이나 분해 작업이 쉬워진다.The second connecting
이와 같이, 제 2 카운터밸런서(170)가 제 1 링크(110)에 조립식으로 설치되는 모듈형 구조를 취함으로써, 제 2 카운터밸런서(170)의 부품을 수리하거나 교체할 때, 제 2 카운터밸런서(170)를 쉽게 분리할 수 있고, 또한 쉽게 조립할 수 있다. 따라서 유지 보수에 따른 작업 시간과 비용을 절감할 수 있다.In this manner, by taking the modular structure in which the
이하에서는, 도면을 참조하여 상술한 중력보상장치(142)의 작동 원리에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the above-described
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 중력보상장치의 작동 원리를 설명하기 위해 간략화한 개념도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 중력보상장치의 효과를 설명하기 위해 설계변수를 적절히 선정했을 때 관절 회전각도에 따른 보상 토크를 나타낸 그래프이며, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 중력보상장치를 구비한 수직다관절 로봇 머니퓰레이터의 각 피치 관절에 인가되는 중력 토크를 설명하기 위해 간략하게 나타낸 개념도이다.FIG. 10 is a simplified conceptual diagram for explaining the operation principle of the gravity compensation apparatus of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 12 is a graph illustrating a compensation torque according to a joint rotation angle when a design parameter is appropriately selected to explain an effect of a gravity compensation device of a vertical articulated robot manipulator having a compensation device. FIG. FIG. 3 is a conceptual view briefly illustrating a gravity torque applied to each pitch joint of a vertical articulated robot manipulator having a gravity compensation device. FIG.
도 10에 나타낸 것과 같이, 중력보상장치(142)의 커넥팅로드(158)(177)의 길이를 lrod, 링크 기구(115)의 회전 중심으로부터 커넥팅로드(158)(177)가 연결된 점 사이의 길이를 R, 탄성부재(148)(173)의 스프링 상수를 k, 링크 기구(115)의 회전각도를 θ, 커넥팅로드(158)(177)의 회전 각도를 φ라고 하면, 링크 기구(115)의 회전에 따른 가동부재(152)(175)의 이동거리 s는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.10, the length of the connecting rod 158 (177) of the
여기에서, 가동부재(152)(175)의 움직임에 의한 탄성부재(148)(173)의 압축거리는 가동부재(152)(175)의 이동거리에 탄성부재(148)(173)의 초기 압축거리 si를 더한 값과 같다. 따라서 탄성부재(148)(173)의 압축에 따른 탄성부재(148)(173)의 복원력 Fr은 탄성부재(148)(173)의 강성에 탄성부재(148)(173) 압축거리를 곱하여 다음의 식과 같이 나타낼 수 있다.The compression distance of the
커넥팅로드(158)(177)에 인가되는 힘을 F라고 하면, F와 Fr 사이에는 다음의 관계가 성립한다.Assuming that the force applied to the connecting
또한 커넥팅로드(158)(177)를 통해 전달되는 힘과 제 1 관절(J1)의 중심 O 사이의 거리인 모멘트암 lm은 다음과 같다.The moment arm lm, which is the distance between the force transmitted through the connecting
최종적으로, 제 1 관절(J1)에는 다음과 같이 커넥팅로드(158)(177)를 통해 전달되는 힘과 모멘트암의 곱으로 나타나는 보상 토크 Tc가 발생한다.Finally, in the first joint J1, a compensation torque Tc, which is represented by the product of the force transmitted through the connecting
한편, 커넥팅로드(158)(177)의 회전각도 φ와 링크 기구(115)의 회전각도 θ는 다음 식에 의해 구속된다.On the other hand, the rotation angle? Of the connecting rod 158 (177) and the rotation angle? Of the
따라서 링크 기구(115)의 회전각도 θ에 따라 중력보상장치(142)에서 생성되는 보상 토크 Tc는 4개의 설계변수 R, k, si, lrod에 의해 결정되며, 적절한 변수 선정을 통해 링크 기구(115) 회전에 따라 정현파 모양으로 나타나는 중력 토크 Tg를 상쇄할 수 있다.Therefore, the compensation torque Tc generated by the
일예로, R이 25mm, lrod가 100mm, k가 2.9N/mm, si가 75mm일 때 발생하는 보상 토크를 그래프로 나타나면 도 11과 같이 정현파의 모양을 갖는다. 본 발명에서 개발한 중력보상장치(142)의 경우, 보상 토크의 수식이 중력 토크의 수식 mgsinθ와 수학적으로 완전히 일치하지는 않으므로, 중력보상장치(142)로 머니퓰레이터의 자중에 의한 중력 토크를 완전하게 상쇄하지는 못 한다. 그러나 설계변수를 최적화하여 중력보상장치를 설계하면 중력 토크와 보상 토크의 오차가 미미하게 나타나므로, 중력 토크를 보상하여 머니퓰레이터의 구동부 동력을 낮추는 것이 가능하다.For example, if the compensating torque generated when R is 25 mm, lrod is 100 mm, k is 2.9 N / mm, and si is 75 mm is shown in a graph, it has a sinusoidal shape as shown in FIG. In the case of the
도 12에 나타낸 것과 같이, 세 개의 링크(L1)(L2)(L3)를 구비하여 롤 관절 1(Jr) 위에 피치 관절 2(Jp1)과 피치 관절 3(Jp2)이 구비된 로봇 머니퓰레이터의 경우, 각 피치 관절(Jp1)(Jp2)에는 다음과 같은 중력 토크가 인가되는 것으로 나타낼 수 있다.12, in the case of a robot manipulator having three links L1, L2 and L3 and provided with the pitch joint 2 (Jp1) and the pitch joint 3 (Jp2) on the roll joint 1 (Jr) It can be shown that the following gravity torque is applied to each pitch joint Jp1 (Jp2).
여기서 m2, m3는 각 링크(L2)(L3)의 질량, lc2, lc3는 각 링크(L2)(L3)의 무게중심 거리, l2은 피치 관절 2(Jp1)와 피치 관절 3(Jp2) 사이의 거리이며, θ2, θ3는 각 피치 관절(Jp1)(Jp2)의 회전각도이다. 피치 관절 2(Jp1)의 중력 토크 식을 보면, 첫 번째 성분인 (m2glc2+m3gl2)sinθ2는 각도 θ2만의 함수이므로, 중력보상장치의 설계변수를 적절히 조절하여 보상하는 것이 가능하다. 그러나 두 번째 성분 m3glc3sin(θ2+θ3)은 피치 관절 2(Jp1)와 피치 관절 3(Jp2)에 대한 각도를 모두 반영해야 하므로 단순한 중력보상장치의 적용으로 보상하기는 어렵다. 이 항을 살펴보면, 피치 관절 3(Jp2)에 인가되는 중력 토크의 식과 동일한 것을 알 수 있으며, 이는 작용-반작용으로 인해 피치 관절 3(Jp2)에 인가된 중력 토크와 같은 크기의 토크가 링크(L2)를 통해 피치 관절 2(Jp1)로 전달되기 때문이다. 따라서 이러한 작용-반작용에 의한 토크를 링크가 아닌 다른 구조를 통해 베이스 쪽으로 전달한다면 피치 관절 2(Jp1)에 인가되는 토크는 피치 관절 2(Jp1)의 회전각도에만 의존하는 항만 남게 되어 중력보상장치를 적용하여 중력 토크를 보상하는 것이 가능하다.Where m2 and m3 are the masses of the links L2 and L3, lc2 and lc3 are the center-of-gravity distances of the links L2 and L3, and l2 is the distance between the pitch joint 2 (Jp1) and the pitch joint 3 (Jp2) And? 2 and? 3 are rotation angles of the pitch joints Jp1 and Jp2. In the gravity torque equation of the pitch joint 2 (Jp1), since the first component (m2glc2 + m3gl2) sin? 2 is a function of only the angle? 2, it is possible to compensate by appropriately adjusting the design parameters of the gravity compensator. However, since the second component m3glc3sin (θ2 + θ3) must reflect both the pitch joint 2 (Jp1) and the pitch joint 3 (Jp2), it is difficult to compensate by applying the simple gravity compensator. It can be seen that this expression is the same as that of the gravity torque applied to the pitch joint 3 (Jp2), which indicates that the torque equal in magnitude to the gravity torque applied to the pitch joint 3 (Jp2) ) To the pitch joint 2 (Jp1). Therefore, if the torque due to the action-reaction is transmitted to the base through a structure other than the link, the torque applied to the pitch joint 2 (Jp1) is left only on the rotation angle of the pitch joint 2 (Jp1) It is possible to compensate for the gravity torque.
피치 관절 3(Jp2)에 걸리는 중력 토크 Tg3의 경우, 위 식과 같이 피치 관절 2(Jp1)과 피치 관절 3(Jp2)의 회전각도의 합인 (θ2+θ3)에 의해 결정되는데, 이는 도 12에서 나타낸 것과 같이 중력 방향을 기준으로 링크 3(L3)의 회전각을 나타낸 값이다. 따라서 피치 관절 3(Jp2)에서 중력방향을 기준으로 하여 중력보상장치를 적용하면 링크 3(L3)에 의한 중력 토크를 보상하는 것이 가능하다.The gravitational torque Tg3 applied to the pitch joint 3 (Jp2) is determined by the sum of the rotation angles of the pitch joint 2 (Jp1) and the pitch joint 3 (Jp2) (? 2 +? 3) And the rotation angle of the link 3 (L3) on the basis of the direction of gravity. Therefore, it is possible to compensate the gravity torque due to the link 3 (L3) by applying the gravity compensator based on the direction of gravity in the pitch joint 3 (Jp2).
위의 내용을 정리하면, 2개의 피치 관절(Jp1)(Jp2)로 구성된 로봇 머니퓰레이터의 중력 토크를 보상하기 위해서는, 중력 토크의 작용-반작용에 의해 발생하는 토크를 다른 관절에 인가하지 않으면서 링크 1(L1)로 전달할 수 있는 메커니즘과 다른 관절의 회전에 관계없이 항상 중력 방향을 기준으로 작동하는 중력보상장치의 구현이 필요하다.In order to compensate the gravity torque of a robot manipulator composed of two pitch joints Jp1 and Jp2, it is necessary to apply a torque generated by link-1 It is necessary to implement a gravity compensating device that always operates based on the direction of gravity, regardless of the mechanism that can be transmitted to the first axis L1 and the rotation of the other joint.
본 발명은 도 5에 나타낸 것과 같이, 2개의 피치 관절(J1)(J2) 사이를 평행 4절 링크로 구성함으로써 이 문제를 해결할 수 있다. 평행 4절 링크를 구성하는 입력 링크(130)의 회전 기준은 제 2 링크(120)와 마찬가지로 제 1 링크(110) 위에 있으므로 제 2 링크(120)의 회전에 영향을 받지 않는다. 따라서 평행 4절 링크의 입력 링크(130)에 중력보상장치(142)를 적용하면 항상 중력 방향을 기준으로 제 2 관절(J2)을 동작시키는 것이 가능하다.As shown in Fig. 5, the present invention can solve this problem by constructing a parallel quadrilateral link between two pitch joints J1 and J2. The rotational reference of the
또한 제 2 관절(J2)에 인가되는 중력 토크를 평행 4절 링크의 커플러 링크(136)를 통해 제 1 링크(110)로 전달하므로, 제 1 관절(J1)은 제 2 관절(J2)의 중력 토크에 영향을 받지 않아 제 1 관절(J1)에는 제 1 관절(J1)의 회전각도에 따른 성분만 남고 단순한 중력보상장치(142)의 적용이 가능하다. 이와 같이, 평행 4절 링크 구조로 두 피치 관절(J1)(J2)을 구성함으로써, 두 관절(J1)(J2)에 대해 모두 탄성력을 통한 중력보상을 적용하는 것이 가능하다.Since the gravity torque applied to the second joint J2 is transmitted to the
또한 제 2 관절 구동부(140)를 제 1 관절 구동부(138)와 같이 제 1 링크(110) 상에 위치시켜 제 2 관절(J2)의 회전이 제 1 관절(J1)의 회전에 영향을 주지 않는다. 그리고 제 2 관절(J2)의 토크를 커플러 링크(136)와 입력 링크(130)를 통해 제 1 링크(110)에 전달하므로, 제 2 관절(J2)의 토크가 제 1 관절(J1)에 작용하지 않는다.The second joint driving
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)는 일반적인 산업용 수직다관절 로봇의 구조를 따르면서 중력 토크의 영향을 가장 많이 받는 두 관절(J1)(J2)에 대해 중력 토크를 보상할 수 있다. 따라서 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)의 자세 유지 및 구동 시에 각 관절(J1)(J2)에서 필요한 토크의 크기가 획기적으로 감소하여 관절 구동부(138)(140)에서 필요한 동력을 낮출 수 있으므로 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)의 제조 단가를 낮출 수 있다.As described above, the vertical articulated
또한 본 발명에 따른 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)는, 중력 보상으로 인해서 동일한 작업을 수행하는 데 훨씬 작은 동력을 사용할 수 있으므로, 로봇 운영 시의 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 중력보상장치(142)의 설치 및 부품 수명에 따른 교체가 용이하도록 중력보상장치(142)를 모듈식으로 설계함으로써, 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)의 유지 보수 문제를 해결할 수 있다.Also, since the vertical articulated
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to those described and illustrated above.
예를 들어, 도면에는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터(100)가 다관절 구조의 팔 파트와, 다관절 구조의 손목 파트를 갖는 로봇 팔의 형태로 구현된 것으로 나타냈으나, 본 발명의 수직다관절 로봇 머니퓰레이터는 다양한 개수의 링크와 관절 수를 갖는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.For example, in the figure, the vertical articulated
또한 도면에는 링크 기구(115)가 4절 링크 구조로 이루어지는 것으로 나타냈으나, 링크 기구는 다양한 개수의 다양한 모양을 갖는 링크를 포함하는 다른 구조로 변경될 수 있다. 다른 예로, 링크 기구를 구성하는 제 2 링크의 회전 중심과 입력 링크의 회전 중심은 서로 어긋난 위치에 배치될 수도 있다.Also, although the figure shows the
또한 도면에는 중력보상장치(142)가 링크 기구(115)의 제 2 링크(120)에 보상 토크를 제공하는 제 1 카운터밸런서(144)와 입력 링크(130)에 보상 토크를 제공하는 제 2 카운터밸런서(170)를 포함하는 것으로 나타냈으나, 중력보상장치는 제 2 링크(120)와 입력 링크(130) 중 적어도 어느 하나에 보상 토크를 제공하는 하나의 카운터밸런서를 갖는 다른 구조로 변경될 수 있다.The figure also shows a
또한 중력보상장치(142)를 구성하는 제 1 카운터밸런서(144)와 제 2 카운터밸런서(170)의 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 다른 예로, 카운터밸런서를 구성하는 탄성부재는 도시된 것과 같은 코일 스프링 구조 이외에 링크 기구에 탄성력을 제공할 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있고, 탄성부재의 탄성력을 링크 기구에 전달하는 가동부재와 커넥팅로드의 구조도 다양하게 변경될 수 있다.The structures of the
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will appreciate that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims.
100 : 수직다관절 로봇 머니퓰레이터
110 : 제 1 링크
111 : 바닥 프레임
112, 113 : 제 1, 2 측벽 프레임
115 : 링크 기구
121 : 제 2 링크 우측 바디
122 : 제 2 링크 좌측 바디
125 : 제 2 링크 피봇 연결부
127 : 제 3 링크
130 : 입력 링크
131 : 회전부
132 : 편심 연결부
134 : 입력 링크 피봇 연결부
136 : 커플러 링크
138, 140 : 제 1, 2 관절 구동부
142 : 중력보상장치
144, 170 : 제 1, 2 카운터밸런서
145, 171 : 제 1, 2 지지 프레임
146 : 가이드 레일
148, 173 : 제 1, 2 탄성부재
149 : 가이드바
150 : 고정대
152, 175 : 제 1, 2 가동부재
153 : 가압부
154 : 커넥팅로드 연결부
156 : 슬라이더 피봇 연결부
158, 177 : 제 1, 2 커넥팅로드
159, 160 : 제 1, 2 헤드부
161 : 바디부
163, 166 : 제 1, 2 회전 로드
164, 167 : 제 1, 2 로드 바디
180 : 베이스 유닛
182 : 다중 관절 유닛100: Vertical articulated robot manipulator
110: first link 111: bottom frame
112, 113: first and second sidewall frames 115: link mechanism
121: second link right side body 122: second link left side body
125: second link pivot connection 127: third link
130: input link 131:
132: eccentric connection part 134: input link pivot connection part
136:
142:
145, 171: first and second support frames 146: guide rails
148, 173: first and second elastic members 149: guide bars
150: fixed
153: pressing portion 154: connecting rod connecting portion
156: slider
159, 160: first and second head parts 161:
163, 166: first and second
180: base unit 182: multi-joint unit
Claims (12)
상기 제 1 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 1 링크와 제 1 관절로 연결되는 제 2 링크;
상기 제 2 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 2 링크와 상기 제 1 관절로부터 이격되어 배치되는 제 2 관절로 연결되는 제 3 링크;
상기 제 2 링크와 별도로 상기 제 1 링크에 대해 회전할 수 있도록 상기 제 1 링크와 연결되는 입력 링크;
일측이 상기 제 3 링크와 회전 가능하게 연결되고 다른 일측이 상기 입력 링크와 회전 가능하게 연결되는 커플러 링크;
상기 제 2 링크를 상기 제 1 관절을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 설치되어 상기 제 2 링크에 구동력을 제공하는 제 1 관절 구동부;
상기 입력 링크 및 상기 커플러 링크를 통해 상기 제 3 링크를 상기 제 2 관절을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 설치되어 상기 입력 링크를 회전시키는 제 2 관절 구동부; 및
상기 제 2 링크, 상기 제 3 링크, 상기 입력 링크 및 상기 커플러 링크를 포함하는 링크 기구의 자중에 의한 중력 토크를 보상하기 위해 상기 제 2 링크와 상기 입력 링크 중 적어도 어느 하나에 탄성력을 가하도록 상기 제 1 링크에 설치되는 중력보상장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
A first link;
A second link connected to the first link and the first joint so as to be rotatable with respect to the first link;
A third link connected to the second link and a second joint disposed apart from the first joint so as to be rotatable about the second link;
An input link connected to the first link so as to be rotatable about the first link separately from the second link;
A coupler link having one side rotatably connected to the third link and the other side rotatably connected to the input link;
A first joint drive unit installed on the first link to rotate the second link around the first joint and to provide a driving force to the second link;
A second joint drive part installed on the first link to rotate the input link so that the third link can be rotated about the second joint through the input link and the coupler link; And
And an elastic force is applied to at least one of the second link and the input link to compensate for a gravity torque due to a self weight of a link mechanism including the second link, the third link, the input link, And a gravity compensation device installed on the first link.
상기 중력보상장치는,
상기 제 1 링크에 지지되는 탄성부재와,
상기 링크 기구에 상기 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 제 2 링크 또는 상기 입력 링크 중 어느 하나의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅로드와,
상기 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 가동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the gravity compensation device comprises:
An elastic member supported on the first link,
A connecting rod rotatably connected to a portion of the second link or the input link spaced apart from a center of rotation of the first link to transmit the elastic force of the elastic member to the link mechanism;
And a movable member rotatably connected to the connecting rod and movable with respect to the first link so as to elastically deform the elastic member in conjunction with movement of the connecting rod, Robot manipulator.
상기 중력보상장치는,
상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 지지 프레임을 더 포함하며,
상기 탄성부재는 상기 지지 프레임에 결합되고, 상기 가동부재는 상기 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
3. The method of claim 2,
Wherein the gravity compensation device comprises:
Further comprising a support frame assembled to the first link,
Wherein the elastic member is coupled to the support frame, and the movable member is slidably coupled to the support frame.
상기 중력보상장치는,
상기 가동부재의 슬라이딩 방향으로 연장되도록 상기 지지 프레임에 결합되는 가이드바를 더 포함하며,
상기 탄성부재는 상기 가이드바의 외주에 감기는 스프링 구조로 이루어지고, 상기 가동부재는 상기 탄성부재를 압축할 수 있도록 상기 가이드바에 슬라이딩 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method of claim 3,
Wherein the gravity compensation device comprises:
And a guide bar coupled to the support frame to extend in a sliding direction of the movable member,
Wherein the elastic member comprises a spring structure wound around an outer periphery of the guide bar, and the movable member is slidably coupled to the guide bar so as to compress the elastic member.
상기 중력보상장치의 커넥팅로드는,
상기 제 2 링크 또는 상기 입력 링크 중 어느 하나에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와,
상기 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method of claim 3,
Wherein the connecting rod of the gravity compensation device comprises:
A first rotary rod rotatably coupled to either the second link or the input link and having a first rod body extending from the first head;
And a second rotary rod having a second rod portion rotatably coupled to the movable member and a second rod body extending from the second head portion and coupled to the first rod body of the first rotary rod in a prefabricated manner Wherein the manipulator is a vertical manipulator.
상기 중력보상장치는,
상기 제 1 링크에 지지되는 제 1 탄성부재와, 상기 제 2 링크에 상기 제 1 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 제 2 링크의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 제 1 커넥팅로드와, 상기 제 1 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 제 1 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 제 1 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 제 1 가동부재를 갖는 제 1 카운터밸런서와,
상기 제 1 링크에 지지되는 제 2 탄성부재와, 상기 입력 링크에 상기 제 2 탄성부재의 탄성력을 전달하기 위해 상기 입력 링크의 상기 제 1 링크에 대한 회전 중심으로부터 이격된 부분에 회전 가능하게 연결되는 제 2 커넥팅로드와, 상기 제 2 커넥팅로드가 회전 가능하게 연결되고 상기 제 2 커넥팅로드의 움직임에 연동하여 상기 제 2 탄성부재를 탄성 변형시킬 수 있도록 상기 제 1 링크에 대해 가동할 수 있게 설치되는 제 2 가동부재를 갖는 제 2 카운터밸런서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the gravity compensation device comprises:
A first elastic member supported on the first link and a second elastic member rotatably disposed on a portion of the second link spaced from a center of rotation of the second link with respect to the first link to transmit the elastic force of the first elastic member to the second link A first connecting rod to which the first connecting rod is rotatably connected and is operable with respect to the first link so as to elastically deform the first elastic member in conjunction with the movement of the first connecting rod; A first counterbalancer having a first movable member to be installed,
A second elastic member supported on the first link and rotatably connected to a portion of the input link spaced from a center of rotation of the input link to transmit an elastic force of the second elastic member to the input link A second connecting rod rotatably connected to the second connecting rod and movable relative to the first link so as to elastically deform the second elastic member in association with the movement of the second connecting rod; And a second counterbalancer having a first movable member and a second movable member.
상기 제 1 카운터밸런서는 상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 제 1 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 제 1 탄성부재는 상기 제 1 지지 프레임에 결합되고, 상기 제 1 가동부재는 상기 제 1 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되며,
상기 제 2 카운터밸런서는 상기 제 1 링크에 조립식으로 결합되는 제 2 지지 프레임을 더 포함하고, 상기 제 2 탄성부재는 상기 제 2 지지 프레임에 결합되고, 상기 제 2 가동부재는 상기 제 2 지지 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method according to claim 6,
Wherein the first counterbalance further includes a first support frame that is assembled with the first link, the first elastic member is coupled to the first support frame, and the first movable member is coupled to the first support frame, Respectively,
Wherein the second counterbalance further includes a second support frame that is assembled to the first link, the second elastic member is coupled to the second support frame, and the second movable member is coupled to the second support frame, Wherein the manipulator is slidably coupled to the main body.
상기 제 1 커넥팅로드는,
상기 제 2 링크에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와,
상기 제 1 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
8. The method of claim 7,
The first connecting rod
A first rotary part rotatably coupled to the second link, a first rotary rod having a first rod body extending from the first head part,
And a second rod body having a second rod body extending from the second head and coupled with the first rod body of the first rotating rod in a rotatably coupled manner to the first movable member, And a manipulator for manipulating the manipulator.
상기 제 2 커넥팅로드는,
상기 입력 링크에 회전 가능하게 결합되는 제 1 헤드부와, 상기 제 1 헤드부에서 연장되는 제 1 로드 바디를 갖는 제 1 회전 로드와,
상기 제 2 가동부재에 회전 가능하게 결합되는 제 2 헤드부와, 상기 제 2 헤드부에서 연장되어 상기 제 1 회전 로드의 제 1 로드 바디와 조립식으로 결합되는 제 2 로드 바디를 갖는 제 2 회전 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
8. The method of claim 7,
The second connecting rod
A first rotary head rotatably coupled to the input link, a first rotary rod having a first rod body extending from the first head,
And a second rod body having a second rod body extending from the second head and coupled with the first rod body of the first rotating rod in a rotatably coupled manner to the second movable member, And a manipulator for manipulating the manipulator.
상기 제 1 카운터밸런서와 상기 제 2 카운터밸런서는 상기 제 1 가동부재의 가동 방향과 상기 제 2 가동부재의 가동 방향이 상호 평행하도록 서로 마주하여 배치되는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method according to claim 6,
Wherein the first counter balancer and the second counter balancer are disposed to face each other such that a moving direction of the first movable member and a moving direction of the second movable member are mutually parallel.
복수의 관절을 갖고 상기 제 3 링크에 결합되는 다중 관절 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.
The method according to claim 1,
And a multi-joint unit having a plurality of joints and coupled to the third link.
상기 제 1 링크와 베이스 관절로 연결되어 상기 제 1 링크를 상기 베이스 관절을 중심으로 회전시키는 베이스 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직다관절 로봇 머니퓰레이터.The method according to claim 1,
And a base unit connected to the first link by a base joint to rotate the first link about the base joint.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/KR2017/001480 WO2017146404A1 (en) | 2016-02-26 | 2017-02-10 | Vertical multi-joint robot manipulator including gravity compensation device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160023454 | 2016-02-26 | ||
KR20160023454 | 2016-02-26 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170101775A true KR20170101775A (en) | 2017-09-06 |
KR101878592B1 KR101878592B1 (en) | 2018-07-16 |
Family
ID=59925562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170011252A KR101878592B1 (en) | 2016-02-26 | 2017-01-24 | Articulated robot arm equipped with counterbalance mechanism |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101878592B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112894876A (en) * | 2020-12-28 | 2021-06-04 | 杭州元启安防科技有限公司 | Mechanical arm with turnover belt limiting structure |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210096468A (en) | 2020-01-28 | 2021-08-05 | 광주과학기술원 | Counterweight unit and robot manipulator including the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0189483A1 (en) * | 1984-06-18 | 1986-08-06 | Fanuc Ltd. | Industrial robot with arm gravity balancer |
JPH06170780A (en) * | 1992-09-30 | 1994-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | Robot |
KR101190228B1 (en) | 2010-05-06 | 2012-10-12 | 한국과학기술연구원 | Weight compensation mechanism and method using bevel gear and robot arm using the same |
KR101270031B1 (en) | 2011-05-16 | 2013-05-31 | 한국과학기술연구원 | Weight compensation mechanism and robot arm using the same |
KR101480346B1 (en) * | 2013-10-18 | 2015-01-08 | 주식회사 사이보그-랩 | gravity compensation device of vertical articulated robot with a parallel link structure |
-
2017
- 2017-01-24 KR KR1020170011252A patent/KR101878592B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0189483A1 (en) * | 1984-06-18 | 1986-08-06 | Fanuc Ltd. | Industrial robot with arm gravity balancer |
JPH06170780A (en) * | 1992-09-30 | 1994-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | Robot |
KR101190228B1 (en) | 2010-05-06 | 2012-10-12 | 한국과학기술연구원 | Weight compensation mechanism and method using bevel gear and robot arm using the same |
KR101270031B1 (en) | 2011-05-16 | 2013-05-31 | 한국과학기술연구원 | Weight compensation mechanism and robot arm using the same |
KR101480346B1 (en) * | 2013-10-18 | 2015-01-08 | 주식회사 사이보그-랩 | gravity compensation device of vertical articulated robot with a parallel link structure |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112894876A (en) * | 2020-12-28 | 2021-06-04 | 杭州元启安防科技有限公司 | Mechanical arm with turnover belt limiting structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101878592B1 (en) | 2018-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101935144B1 (en) | Robot arm equipped with counterbalance mechanism | |
KR101683526B1 (en) | Counter-balancing linkage unit | |
TWI764891B (en) | Method, constraining device and system for determining geometric properties of a manipulator | |
EP2524777B1 (en) | Robot arm with a weight compensation mechanism | |
WO2017146404A1 (en) | Vertical multi-joint robot manipulator including gravity compensation device | |
US8099188B2 (en) | Parallel kinematic robot and method for controlling this robot | |
US4921393A (en) | Articulatable structure with adjustable end-point compliance | |
US10940588B2 (en) | Hybrid delta robot | |
KR101638695B1 (en) | Torque-free linkage unit having multi-degree of freedom | |
JP5524412B2 (en) | Industrial robot with detachable 4-bar linkage mechanism drive | |
US20170108098A1 (en) | Articulated mechanism for linear compliance | |
EP1863734A2 (en) | Parallel robot | |
Lian et al. | Passive and active gravity compensation of horizontally-mounted 3-RPS parallel kinematic machine | |
US11312005B2 (en) | Two-degree-of-freedom parallel robot with spatial kinematic chain | |
KR101878592B1 (en) | Articulated robot arm equipped with counterbalance mechanism | |
Morita et al. | Development of an anthropomorphic force-controlled manipulator WAM-10 | |
KR101480346B1 (en) | gravity compensation device of vertical articulated robot with a parallel link structure | |
KR20200117994A (en) | Planar articulated robot arm system | |
JP2017119335A (en) | manipulator | |
CN114905543B (en) | Balance mechanism for robot auxiliary equipment | |
CN107571245A (en) | A kind of numerical control 6DOF parallel institution Minitype swing machine | |
Klug et al. | Design and control mechanisms for a 3 dof bionic manipulator | |
WO1992005016A1 (en) | Methods and apparatus for passively compensating for the effects of gravity upon articulated structures | |
CZ25691U1 (en) | Device for change in rigidity of serial or parallel base motion mechanism, especially that of industrial robots and machine-tools | |
Arakelian et al. | Narek Arakelyan (2015) Optimum Shaking Force Balancing of Planar 3-RRR Parallel Manipulators by means of an Adaptive Counterweight System |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |