KR20180020676A

KR20180020676A - 로봇 목 관절 구조

Info

Publication number: KR20180020676A
Application number: KR1020160105383A
Authority: KR
Inventors: 오용환; 정민웅
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-28
Also published as: KR101870629B1

Abstract

로봇 목 관절 구조는 제1 구동 모터에 의해 제1 회전축에 대해 회전하는 제1 작동 링크와, 제2 구동 모터에 의해 제1 회전축과 평행한 제2 회전축에 대해 회전하는 제2 작동 링크와, 로봇의 헤드가 고정되며, 제1 작동 링크 및 제2 작동 링크와 직간접적으로 회전 가능하게 연결되는 헤드 고정부를 포함한다. 헤드 고정부는 제3 구동 모터에 의해 제1 회전축과 평행하지 않은 제3 회전축에 대해 회전하고, 제4 구동 모터에 의해 제1 회전축 및 제3 회전축과 평행하지 않은 제4 회전축에 대해 회전한다.

Description

로봇 목 관절 구조{STRUCTURE FOR NECK JOINT OF ROBOT}

본 발명은 로봇 목 관절 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인간의 목 관절에서 나타나는 다양한 움직임을 구현하는 로봇 목 관절 구조에 관한 것이다.

인간의 신체와 유사한 모습을 가지는 휴머노이드(humanoid) 로봇은 일상 생활에 본격적으로 보급되기 위하여 다양한 형태로 연구되고 있다. 예를 들면, 노인 인구가 증가하는데 비해 간병인이나 간호사의 수가 부족하여, 건강 관리 로봇에 대한 연구와 보급이 크게 증가하고 있다.

이러한 휴머노이드 로봇은 단순히 외형만이 인체와 유사한 것이 아니라 인간과 유사하게 움직임으로써 보다 깊은 교감을 나눌 수 있다. 로봇의 다양한 부분 중에서도, 인체의 목 관절의 움직임을 모방하는 로봇 목 관절 구조에 대한 연구가 다수 진행되어 왔다.

사람의 목 관절 운동으로는 시야의 확보를 위한 가쪽굽힘(Roll), 폄/굽힘(Pitch) 및 회전(Yaw) 동작과, 목의 상부(경추)에서의 폄/굽힘으로 긍정의 의사를 전달하는 끄덕임(Nod) 동작과, 대상과의 거리를 좁혀 자세히 보기 위한 내밈(Translation) 동작이 있다.

그러나, 종래의 로봇 목 관절 구조들의 경우 상기 동작들 중에서 일부 동작만을 구현하고, 구조적으로 나머지 동작을 구현하지 못하는 문제점이 있었다. 상기 동작들을 모두 구현하여 보다 자연스럽게 인체와 같이 움직일 수 있는 로봇 목 관절 구조가 요구된다.

한국 공개 특허 공보 제10-2011-0115646호 (2011. 10. 24) 한국 등록 특허 공보 제10-1311985호 (2013. 9. 17)

본 발명은 전술한 종래의 로봇 목 관절 구조의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 최소의 구동 모터를 사용하여 가쪽굽힘, 폄/굽힘, 회전, 끄덕임 및 내밈 동작을 구현할 수 있는 로봇 목 관절 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 목 관절 구조는 제1 구동 모터에 의해 제1 회전축에 대해 회전하는 제1 작동 링크; 제2 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축과 평행한 제2 회전축에 대해 회전하는 제2 작동 링크; 및 로봇의 헤드가 고정되며, 상기 제1 작동 링크 및 상기 제2 작동 링크와 직간접적으로 회전 가능하게 연결되는 헤드 고정부를 포함하며, 상기 헤드 고정부는 제3 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축과 평행하지 않은 제3 회전축에 대해 회전하고, 제4 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축 및 상기 제3 회전축과 평행하지 않은 제4 회전축에 대해 회전한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 작동 링크와 회전 가능하게 연결되는 제3 작동 링크; 및 상기 제1 작동 링크 및 상기 제3 작동 링크와 회전 가능하게 연결되는 제4 작동 링크를 더 포함하며, 상기 헤드 고정부는 상기 제4 작동 링크에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 구동 모터는 상기 제4 작동 링크에 고정되고, 상기 헤드 고정부는 상기 제3 구동 모터에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 작동 링크와 상기 제2 작동 링크가 회전 가능하게 연결되는 지지 프레임을 더 포함하며, 상기 지지 프레임은 상기 제4 구동 모터에 의해 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 작동 링크와 상기 제3 작동 링크 각각의 길이가 동일하고, 상기 제2 작동 링크와 상기 제4 작동 링크 각각의 길이가 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축이 일치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 회전축, 상기 제3 회전축 및 상기 제4 회전축은 각각 서로에 대해 수직할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 목 관절 구조의 사시도이다.
도 2는 도 1의 로봇 목 관절 구조의 평면도이다.
도 3은 도 1의 로봇 목 관절 구조의 일 사용 양태를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1의 로봇 목 관절 구조의 다른 사용 양태를 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 1의 로봇 목 관절 구조의 다른 사용 양태를 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 1의 로봇 목 관절 구조의 다른 사용 양태를 나타내는 측면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 로봇 목 관절 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 목 관절 구조(100)는 제1 작동 링크(110)와, 제2 작동 링크(120)와, 제3 작동 링크(130)와, 제4 작동 링크(140)와, 지지 프레임(150)과, 지지대(160)를 포함한다.

제1 작동 링크(110)는 제1 구동 모터(111)에 의해 회전력을 전달받아 제1 회전축(r1)에 대해 회전한다. 도시된 바와 같이, 제1 구동 모터(111)의 구동축에 결합된 제1 구동 조인트(112)는 제1 구동 링크(113)에 의해 제1 작동 조인트(114)와 연결된다. 두 개의 제1 구동 링크(113)의 양단부가 각각 제1 구동 모터(111)의 구동축의 양측부와 제1 회전축(r1) 양측부에 결합됨으로써, 제1 구동 조인트(112)와 제1 작동 조인트(114)는 일정 각도 범위에서 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 이로써, 제1 작동 링크(110)의 회전 각도를 구조적으로 제한할 수 있으며, 회전력을 안정적으로 전달할 수 있다.

제1 작동 조인트(114)는 제1 작동 샤프트(115)에 의해 제1 작동 링크(110)에 고정된다. 따라서, 제1 작동 링크(110)는 제1 작동 조인트(114)가 회전함에 따라 동일한 회전 각도만큼 회전한다.

한편, 제1 작동 링크(110)는 상술한 구조로써 제1 구동 모터(111)로부터 회전력을 전달 받을 수도 있으나, 도시된 바와 달리 별도의 전달 구조 없이 제1 구동 모터(111)에 직접 연결될 수도 있다.

제1 작동 샤프트(115)가 지지 프레임(150)에 형성된 구멍에 회전 가능하게 삽입됨으로써, 제1 작동 샤프트(115) 및 그와 고정된 제1 작동 링크(110)는 지지 프레임(150)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 지지 프레임(150)이 회전할 경우, 제1 작동 링크(110)도 지지 프레임(150)과 함께 회전한다.

제2 작동 링크(120)는 제2 구동 모터(121)에 의해 회전력을 전달받아 제2 회전축(r2)에 대해 회전한다. 제2 구동 모터(121)의 구동축에 결합된 제2 구동 조인트(122)는 제2 구동 링크(123)에 의해 제2 작동 조인트(124)와 연결된다. 두 개의 제2 구동 링크(123)의 양단부가 각각 제2 구동 모터(121)의 구동축의 양측부와 제2 회전축(r2) 양측부에 결합됨으로써, 제2 구동 조인트(122)와 제2 작동 조인트(124)는 일정 각도 범위에서 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

제2 작동 조인트(124)는 제2 작동 샤프트(125)에 의해 제2 작동 링크(120)에 고정된다. 따라서, 제2 작동 링크(120)는 제2 작동 조인트(124)가 회전함에 따라 동일한 회전 각도만큼 회전한다.

도시된 바와 같이, 제1 회전축(r1)과 제2 회전축(r2)은 서로 일치할 수 있다. 이때, 제1 작동 샤프트(115)와 제2 작동 샤프트(125)는 동일한 축 상에 위치하지만, 각각 개별적으로 회전한다. 즉, 제1 작동 링크(110)와 제2 작동 링크(120)는 동일한 회전축에 대해 개별적으로 회전 가능하다. 한편, 제1 회전축(r1)과 제2 회전축(r2)은 서로 일치하는 것이 제어의 용이성 측면에서 유리하나, 서로 일치하지 않고 평행한 것도 가능하다는 점이 이해되어야 한다.

제2 작동 링크(120)는 상술한 구조로써 제2 구동 모터(121)로부터 회전력을 전달 받을 수도 있으나, 별도의 전달 요소 없이 제2 구동 모터(121)에 직접 연결될 수도 있다.

제2 작동 샤프트(125)가 지지 프레임(150)에 형성된 구멍에 회전 가능하게 삽입됨으로써, 제2 작동 샤프트(125) 및 그와 고정된 제2 작동 링크(120)는 지지 프레임(150)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 지지 프레임(150)이 회전할 경우, 제2 작동 링크(120)도 지지 프레임(150)과 함께 회전한다.

제3 작동 링크(130)는 제2 작동 링크(120)와 회전 가능하게 연결된다. 즉, 제2 작동 링크(120)의 일단부는 제2 작동 샤프트(125)에 연결되고, 타단부는 제3 작동 링크(130)와 제2 수동 조인트(127)로써 회전 가능하게 연결된다.

제4 작동 링크(140)는 제1 작동 링크(110) 및 제3 작동 링크(130)와 회전 가능하게 연결된다. 제4 작동 링크(140)는 제1 수동 조인트(117)로써 제1 작동 링크(110)에 회전 가능하게 연결되고, 제3 수동 조인트(137)로써 제3 작동 링크(130)와 회전 가능하게 연결된다.

이로써, 제1 작동 링크(110)와, 제2 작동 링크(120)와, 제3 작동 링크(130)와, 제4 작동 링크(140)는 닫힌 사각형의 형태를 이룰 수 있다. 일 실시예에서, 제1 작동 링크(110)의 길이와 제3 작동 링크(130)의 길이가 동일하고, 제2 작동 링크(120)와 제4 작동 링크(140)의 길이가 동일할 수 있다. 즉, 네 개의 링크들(110, 120, 130, 140)이 평행사변형의 형태를 이룰 수 있다.

한편, 각각의 링크들(110, 120, 130, 140)의 길이는 각각의 수동 조인트들(117, 127, 137)의 요구되는 동작 범위에 따라 도시된 바와 상이하게 설정될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

제1 구동 모터(111)와 제2 구동 모터(121)의 구동에 의해 제1 작동 링크(110)와 제2 작동 링크(120)가 회전함에 따라 각각의 링크들(110, 120, 130, 140)이 각각의 조인트들(117, 127, 137)에서 이루는 각도가 변화한다. 또한, 일련의 링크들(110, 120, 130, 140)이 직간접적으로 두 개의 구동 모터(111, 121)에 연결되어, 일정한 제약하에서 회전 가능하다. 또한, 두 개의 구동 모터(111, 121)의 선택적인 구동에 의해 다양한 양태의 움직임들을 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 상세하게 후술된다.

헤드 고정부(132)에는 로봇 헤드(10)가 고정된다. 고정되는 로봇 헤드(10)의 형태에 따라 헤드 고정부(132)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 헤드 고정부(132)는 제4 작동 링크(140)에 고정된 제3 구동 모터(131)에 연결되어 제3 회전축(r3)에 대해 회전할 수 있다. 제3 구동 모터(131)는 제4 작동 링크(140)로부터 연장 형성된 헤드 지지부(133)에 고정될 수 있다. 본 실시예에서, 제3 회전축(r3)이 제1 회전축(r1)과 수직한 것으로 도시되었으나, 제1 회전축(r1)과 제3 회전축(r3)은 평행하지 않은 다른 각도를 이룰 수도 있다. 헤드 지지부(133)가 제3 구동 모터(131)를 고정하는 각도를 다르게 설정함으로써 제3 회전축(r3)의 각도를 변형시킬 수 있다.

한편, 제3 구동 모터(131)는 도시된 바와 달리 제3 작동 링크(130)에 고정된 헤드 지지부(133)에 고정될 수도 있다. 이때, 헤드 고정부(132)는 제3 구동 모터(131)에 연결되어 제3 회전축(r3)에 대해 회전할 수 있다.

한편, 제3 구동 모터(131)는 지지 프레임(150)에 연결되어, 지지 프레임(150)을 포함하여 지지 프레임(150)에 의해 지지되는 모든 구성요소들을 제3 회전축(r3)에 대해 회전시킬 수도 있다. 이때, 헤드 고정부(132)는 제3 작동 링크(130) 또는 제4 작동 링크(140)에 고정되어, 제3 구동 모터(131)의 구동에 의해 제3 회전축(r3)에 대해 회전할 수 있다.

지지 프레임(150)에는 제1 작동 샤프트(115)와 제2 작동 샤프트(125)가 회전 가능하게 고정된다. 이로써, 링크들(110, 120, 130, 140)이 지지 프레임(150)에 의해 지지된다. 또한, 제1 구동 모터(111)와 제2 구동 모터(121)가 지지 프레임(150)에 고정된다.

지지 프레임(150)은 제4 구동 모터(141)에 의해 제4 회전축(r4)에 대해 회전한다. 제4 회전축(r4)은 제1 회전축(r1) 및 제3 회전축(r3) 각각에 대해 수직할 수 있으나, 평행하지 않은 다른 각도를 이룰 수도 있다.

제4 구동 모터(141)는 지지대(160)에 고정된다. 제4 구동 모터(141)의 구동축에 결합된 제4 구동 조인트(142)는 제4 구동 링크(143)에 의해 제4 작동 조인트(144)와 연결된다. 두 개의 제4 구동 링크(143)의 양단부가 각각 제4 구동 모터(141)의 구동축의 양측부와 제4 회전축(r4) 양측부에 결합됨으로써, 제4 구동 조인트(142)와 제4 작동 조인트(144)는 일정 각도 범위에서 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

제4 작동 조인트(144)는 지지 프레임(150)과 고정된다. 따라서, 지지 프레임(150)은 제4 작동 조인트(144)가 회전함에 따라 동일한 각도만큼 회전한다. 한편, 지지 프레임(150)은 도시된 바와 같이 서로 맞은편에 위치하는 두 개의 제4 작동 조인트(144)에 의해 양측에서 지지될 수 있다.

이와 같이, 지지 프레임(150)이 제4 회전축(r4)에 대해 회전함에 따라, 지지 프레임(150)에 의해 지지되는 모든 구성요소들은 제4 회전축(r4)에 대해 회전한다. 이로써, 헤드 고정부(132) 또한 제4 회전축(r4)에 대해 회전한다.

한편, 제4 구동 모터(141)는 도시된 바와 달리 헤드 지지부(133)에 고정될 수도 있다. 이때, 헤드 고정부(132)는 제4 구동 모터(141)에 직간접적으로 연결되어 제4 회전축(r4)에 대해 회전할 수 있다.

정리하면, 제3 구동 모터(131)와 제4 구동 모터(141)는 제3 작동 링크(130) 또는 제4 작동 링크(140)에 고정된 헤드 지지부(133)에 고정되어 국부적으로 헤드 고정부(132)를 회전시키거나, 지지 프레임(150)에 연결되어 전체적인 회전으로써 헤드 고정부(132)를 회전시킬 수도 있다. 이러한 제3 구동 모터(131)와 제4 구동 모터(141)의 배치는, 모터 배치에 따라 요구되는 구동 토크의 크기, 구동 효율, 링크 등에 가해지는 하중들을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.

이하에서는, 상술한 로봇 목 관절 구조체(100)를 구동시켜 각각의 목 관절 운동을 구현시키는 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 제1 구동 모터(111)를 구동하지 않음으로써 제1 작동 링크(110)를 고정시키고, 제2 구동 모터(121)만을 구동시켜 제2 작동 링크(120)를 하방으로 회전시킴으로써 끄덕임 동작을 구현할 수 있다.

한편, 설명의 편의를 위하여 제2 구동 모터(121)만을 구동시키는 것으로 도시하였으나, 보다 자연스러운 움직임을 위하여, 제1 구동 모터(111)를 미세하게 가동시킬 수도 있으며, 반드시 제1 구동 모터(111)를 정지시켜야 하는 것은 아닌 점에 유의해야 한다.

도 4를 참조하면, 제1 구동 모터(111)와 제2 구동 모터(121)를 동시에 동일한 방향으로 구동시켜 제1 작동 링크(110)와 제2 작동 링크(120)를 동일한 각도만큼 회전시킴으로써, 폄/굽힘 동작을 구현할 수 있다.

한편, 설명의 편의를 위하여 제1 작동 링크(110)와 제2 작동 링크(120)가 동일한 각도로 회전되는 것으로 도시하였으나, 보다 자연스러운 움직임을 위하여, 제1 작동 링크(110)와 제2 작동 링크(120)를 미세하게 상이한 각도로 회전시킬 수도 있으며, 반드시 동일한 각도로 회전시켜야 하는 것은 아닌 점에 유의해야 한다.

도 5를 참조하면, 제2 구동 모터(121)를 구동하지 않음으로써 제2 작동 링크(120)를 고정시키고, 제1 구동 모터(111)만을 구동시켜 제1 작동 링크(110)를 전방으로 회전시킴으로써 내밈 동작을 구현할 수 있다.

한편, 설명의 편의를 위하여 제1 구동 모터(111)만을 구동시키는 것으로 도시하였으나, 보다 자연스러운 움직임을 위하여, 제2 구동 모터(121)를 미세하게 가동시킬 수도 있으며, 반드시 제2 구동 모터(121)를 정지시켜야 하는 것은 아닌 점에 유의해야 한다.

도 6을 참조하면, 제4 구동 모터(141)를 구동시켜 지지 프레임(150)을 회전시킴으로써, 헤드 고정부(132)를 회전시켜 가쪽굽힘 동작을 구현할 수 있다.

제4 구동 모터(141)가 제1 구동 모터(111) 또는 제2 구동 모터(121)와 독립적으로 구동 가능한 점에서, 가쪽굽힘 동작은 끄덕임 동작, 폄/굽힘 동작, 및 내밈 동작 중 어느 하나의 동작과 동시에 구현될 수도 있다.

마지막으로, 제3 구동 모터(131)를 구동시켜 헤드 고정부(132)를 좌우로 회점시킴으로써 회전 동작을 구현할 수 있다.

제3 구동 모터(131)가 제1 구동 모터(111) 또는 제2 구동 모터(121)와 독립적으로 구동 가능한 점에서, 회전 동작은 끄덕임 동작, 폄/굽힘 동작, 및 내밈 동작 중 어느 하나의 동작과 동시에 구현될 수도 있다. 또한, 제3 구동 모터(131)와 제4 구동 모터(141)가 각각 독립적으로 구동 가능하므로, 회전 동작과 가쪽굽힘 동작은 동시에 구현될 수도 있다.

상술한 동작들은 인간의 목 관절의 대표적인 동작들을 구현하는 것을 예시적으로 설명한 것이며, 각각의 구동 모터들(111, 121, 131, 141)을 다양하게 조합하여 구동시킴으로써, 상술한 동작 외에 다양한 동작들을 구현할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

또한, 각각의 동작들의 동작 범위 및 속도는 링크들(110, 120, 130, 140) 각각의 길이와 구동 모터들(111, 121, 131, 141) 각각의 회전 각도 및 속도 등에 의해 결정된다. 따라서, 인간의 목 관절의 평균적인 동작 범위와 속도를 고려하여 링크들(110, 120, 130, 140)의 길이와 구동 모터들(111, 121, 131, 141)의 회전 각도 등을 적절하게 설정함으로써 인체의 움직임과 유사하게 각각의 동작들을 구현할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 제1 작동 링크 111 : 제1 구동 모터
112 : 제1 구동 조인트 113 : 제1 구동 링크
114 : 제1 작동 조인트 115 : 제1 작동 샤프트
117 : 제1 수동 조인트 120 : 제2 작동 링크
121 : 제2 구동 모터 122 : 제2 구동 조인트
123 : 제2 구동 링크 124 : 제2 작동 조인트
125 : 제2 작동 샤프트 127 : 제2 수동 조인트
130 : 제3 작동 링크 131 : 제3 구동 모터
132 : 헤드 고정부 133 : 헤드 지지부
137 : 제3 수동 조인트 140 : 제4 작동 링크
141 : 제4 구동 모터 142 : 제4 구동 조인트
143 : 제4 구동 링크 144 : 제4 작동 조인트
150 : 지지 프레임 160 : 지지대
10 : 로봇 헤드 100 : 로봇 목 관절 구조

Claims

제1 구동 모터에 의해 제1 회전축에 대해 회전하는 제1 작동 링크;
제2 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축과 평행한 제2 회전축에 대해 회전하는 제2 작동 링크; 및
로봇의 헤드가 고정되며, 상기 제1 작동 링크 및 상기 제2 작동 링크와 직간접적으로 회전 가능하게 연결되는 헤드 고정부를 포함하며,
상기 헤드 고정부는 제3 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축과 평행하지 않은 제3 회전축에 대해 회전하고, 제4 구동 모터에 의해 상기 제1 회전축 및 상기 제3 회전축과 평행하지 않은 제4 회전축에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제1 항에 있어서,
상기 제2 작동 링크와 회전 가능하게 연결되는 제3 작동 링크; 및
상기 제1 작동 링크 및 상기 제3 작동 링크와 회전 가능하게 연결되는 제4 작동 링크를 더 포함하며,
상기 헤드 고정부는 상기 제4 작동 링크에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제2 항에 있어서,
상기 제3 구동 모터는 상기 제4 작동 링크에 고정되고,
상기 헤드 고정부는 상기 제3 구동 모터에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제2 항에 있어서,
상기 제1 작동 링크와 상기 제2 작동 링크가 회전 가능하게 연결되는 지지 프레임을 더 포함하며,
상기 지지 프레임은 상기 제4 구동 모터에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제2 항에 있어서,
상기 제1 작동 링크와 상기 제3 작동 링크 각각의 길이가 동일하고,
상기 제2 작동 링크와 상기 제4 작동 링크 각각의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제1 항에 있어서,
상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축이 일치하는 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.
제1 항에 있어서,
상기 제1 회전축, 상기 제3 회전축 및 상기 제4 회전축은 각각 서로에 대해 수직한 것을 특징으로 하는 로봇 목 관절 구조.