KR20190141421A - 양팔 로봇의 몸통로봇의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양팔 로봇이 부착되는 몸통 로봇의 구조에 관한 것으로, 어깨축 수평 유지 장치가 마련되어 양팔 로봇의 수평을 유지시킬 수 있는 로봇 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔 로봇등 큰 하중이 작용하고, 벨트를 이용한 어깨축 수평 유지 구조를 갖추고 있으며, 수평유지를 위한 구조에 있어 벨트의 장력을 조절하기 위한 두 개의 아이들러를 이용한 회전방식의 벨트 장력조절 장치의 구조가 구비되며, 가스 스프링(또는 압축스프링)이 내장된 몸통 로봇의 중력보상 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

양팔 로봇의 몸통로봇의 구조{STRUCTURE OF ROBOT WITH DUAL ARMS}

본 발명은 양팔 로봇이 부착되는 몸통 로봇의 구조에 관한 것으로, 어깨축 수평 유지 장치가 마련되어 양팔 로봇의 수평을 유지시킬 수 있는 로봇 구조에 관한 것이다.

일반적으로 매니퓰레이터란, 인간의 상지와 유사한 기능을 보유하고, 그 선단부위에 해당하는 기계 손 등에 의해 물체를 파지하여 공간적으로 이동시키는 작업 또는 그 선단부위에 부착된 도장용 스프레이 건, 용접 토치 등의 공구에 의한 도장, 용접 등의 작업을 실시할 수 있는 것을 말하는 것으로서, 각종 아암 로봇의 공통적인 기본 개념이다.

특히, 한쪽이나 양쪽의 매니퓰레이터를 이용한 양팔 로봇 개발 분야는, 크게 생산 공정에 적용하기 위한 공업 또는 산업용 양팔 로봇 기술과, 가사 및 공공 분야나 의료 분야 등에서 인간의 보조 역할을 수행할 수 있는 서비스 양팔 로봇 기술로 나눠진다.

이와 같은 양팔 로봇은, 회전축이나 움직임에 대한 자유도가 제한되어 있고, 이를 증가시키는데 있어 각종 기술적 어려움이 존재하는데, 특히 양팔 로봇이 장착되는 몸통 로봇이 수직 방향으로 회전(틸팅)운동을 하는 경우에, 양팔 로봇이 장착되는 양팔 장착부가 항상 수평을 유지하고 이 회전 운동에 따라, 또는 위치에 따라 중력 하중을 보상해줌으로써 작은 용량의 구동력으로도 구동이 가능한 로봇 구조가 요구되고 있다.

하지만, 종래의 평행사변형 링크를 이용하는 로봇 구조의 경우, 크기가 크고 외부로의 노출로 인해 끼임 사고 등의 위험이 있으며, 틸팅축의 회전 각도의 제한이 존재한다는 문제가 있다.

KR 10-2009-0044132 A1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 로봇 구조는, 평행사변형 링크를 이용한 어깨축 수평 유지 장치가 구비됨으로써 틸팅축을 축으로 회전하더라도 양팔로봇이 체결되는 어깨축이 항상 수평이 유지되는 구조가 마련되고, 틸팅축의 회전에 따라 중력으로 인해 발생하는 하중(토크)을 보상해주는 중력보상 장치가 구비되는 로봇 구조를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔 로봇등 큰 하중이 작용하고, 벨트를 이용한 어깨축 수평 유지 구조를 갖추고 있으며, 수평유지를 위한 구조에 있어 벨트의 장력을 조절하기 위한 두 개의 아이들러를 이용한 회전방식의 벨트 장력조절 장치의 구조가 구비되며, 가스 스프링(또는 압축스프링)이 내장된 몸통 로봇의 중력보상 장치를 구비할 수 있다.

이때, 본 발명은 양팔 로봇을 지지하는 몸통 구조의 관한 내용으로 하부에 선회축과 수직 회전축으로 구성되어 있다. 틸팅축이 회전하더라도 양팔로봇이 체결되는 어깨축이 항상 수평이 유지되는 구조와 틸팅축의 회전에 따라 중력에 의해 발생하는 하중(토오크)를 보상하는 중력보상 장치(가스스프링 또는 스프링 장치)를 내재한 몸통구조를 갖는다.

본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔로봇의 수평을 유지하기 위한 수평유지구조를 몸통로봇의 내부에 설치함으로써 설치 공간을 최소화할 수 있으며, 수평 유지를 위한 요소들이 로봇의 외부로 노출되지 않게 되어 기존에 발생하는 끼임 등의 사고가 일어나는 것을 최소화할 수 있어 안전한 구조를 갖춘다는 효과가 있다.

또한, 아이들러유닛이 하나의 프레임 내에 구속되어 있어, 한번의 조정 작업으로 두개의 아이들러를 이용하여 동시에 텐션 조정이 가능하고, 기존에 비해 의 텐션 장치가 차지하는 설치 공간을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

이에 더하여, 중력보상장치는 회전 위치에 따라 보상해주는 힘의 크기가 달라지므로, 틸팅 모터에 작용하는 하중을 줄여줄 수 있어, 구동하는 모터를 작은 용량의 것을 사용할 수 있도록 하는 이점을 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 구동 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 로봇의 선회 작동 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 로봇의 단면도로서 선회구동부의 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇의 틸팅회전 작동 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇의 단면도로서 틸팅구동부의 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 로봇의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 로봇의 수평유지장치의 부분을 나타낸 부분 단면도 및 부분 확대도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 로봇의 아이들러유닛 부분을 나타낸 도면 및 그의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 로봇의 중력보상장치 부분을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 로봇 구조는, 틸팅 회전에 의한 회전 몸체의 회전 작동시 회전 몸체에 장착된 장착 몸체의 수평 상태를 유지하도록 회전 몸체의 회전을 제어하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예에서는 회전 몸체에 해당하는 몸통로봇과, 장착 몸체에 해당하는 양팔로봇에 적용되는 것을 예시로 설명하고 있다.

이러한 로봇 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 몸통로봇과, 몸통로봇의 양측에 장착되는 양팔로봇을 포함한다.

몸통로봇은 도 2에 도시된 바와 같이, 틸팅축을 기준으로 하여 틸팅 회전을 하게 되는데, 이에 틸팅 회전 동작에 따른 중력 방향으로의 하중을 지지하기 위한 중력 보상 장치가 구비되고, 틸팅에 따른 양팔로봇의 수평을 유지하기 위하여 양팔로봇이 결합된 어깨축의 수평을 유지하는 어깨축 수평 유지 장치가 구비된다.

한편, 몸통로봇은 도 3에 도시된 바와 같이, 선회구동부에 의하여 선회축을 축으로 선회(revolve) 작동 가능하게 마련된다.

도 4에는 선회구동부의 구성이 나타나 있다.

선회구동부는 도시된 바와 같이, 모터드라이브와, 엔코더, 모터 및 감속기를 포함하여 구성될 수 있으며, 몸통로봇의 일측에 구비되어서 몸통로봇이 선회축으로의 회전이 가능하도록 작동시키게 된다. 이러한 구동력의 전달을 위하여 선회구동부는 벨트와 풀리, 또는 스프로킷 등의 회전 요소들이나, 기어 감속 요소들에 의해 기어 감속되는 구조로 구동력을 전달하도록 마련될 수 있으며, 몸통로봇의 회전을 안정적으로 유도하기 위해 보조베어링 및 지지베어링이 더 구비될 수 있다.

여기서, 도 5를 참조하면, 몸통로봇의 틸팅 회전의 동작을 개략적으로 도시하고 있는데, 이를 위해 틸팅구동축을 포함하고 있는 틸팅구동부가 구비된다.

틸팅구동부는 도 6에 도시된 바와 같이, 모터 드라이브, 엔코더, 모터 및 감속기를 포함하여 구성될 수 있는바, 선회구동부와 유사한 구성으로 회전 작동할 수 있게 된다. 이때, 틸팅구동부에는 마찬가지로 베어링이나 구동력 전달요소가 구비될 수 있다. 이에, 틸팅구동부는 회전력을 전달함으로써 몸통로봇을 틸팅축 방향으로 틸팅 회전하도록 안내하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔로봇이 결합되어 있는 어깨결합부/어깨축의 수평 유지를 위하여 수평보상장치가 마련될 수 있다.

수평보상장치는 어깨축의 수평 유지을 위하여 몸통로봇 내부에 벨트를 이용하여 어깨축과 틸팅축을 연결하고 있는 구조로 마련된다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 틸팅구동부의 외관을 이루는 틸팅프레임과, 틸팅 회전의 프레임을 형성하는 몸통로봇(즉, 몸통 링크) 사이의 틸팅 회전 방향에 대해서 양팔로봇의 수평을 유지할 수 있도록 수평보상장치가 마련되는 것인데, 도 8을 참조하면 수평보상장치의 구성이 나타난다.

수평보상장치는, 도 8의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 틸팅프레임에 연결된 고정풀리와, 어깨축에 연결된 어깨축풀리가 마련되고, 이 풀리들을 연결하는 벨트를 포함한다. 여기서, 벨트의 이동을 안내하는 아이들러유닛이 마련되며, 벨트의 텐션을 조절하기 위한 텐션조절볼트를 포함할 수 있다.

이러한 수평보상장치는 틸팅회전축에 고정된 고정풀리와 어깨축에 연결된 어깨축풀리가 벨트에 의해 연결되어 있는데, 틸팅구동부의 작동에 의해 틸팅회전프레임(몸통로봇)이 회전하게 되면, 고정된 고정풀리에 의해 벨트가 틸팅회전축의 회전 방향과 반대 방향으로 이동하게 되어 어깨축의 회전을 반대 방향으로 회전시킴으로써 양팔로봇의 수평을 유지하도록 하는 것이다.

이때, 벨트의 장력을 조절하기 위하여 아이들러유닛이 구비되는데, 두 개의 아이들러로 구성된 아이들러유닛은 회전이 가능한 구조로 구성된다. 여기서, 아이들러유닛은 텐션조절볼트에 의해 회전하여 벨트의 장력을 조정하도록 한다.

도 8의 우측 위아래 도면을 참조하면, 어깨축풀리와 고정풀리가 연결된 구조가 나타나 있으며, 이들은 각각의 베어링에 의해서 회전 가능하게 장착될 수 있다.

도 9와 도 10은, 벨트장력 조절장치를 구체적으로 나타낸 도면인데, 도면에 도시된 바와 같이, 벨트장력 조절장치는 아이들러유닛이 중앙의 아이들러 회전 중심볼트를 중심으로 회전하는 구조로 마련된다. 즉, 벨트의 장력은 장력조절볼트로 아이들러 지지프레임을 밀어 회전하게 되며, 회전한 아이들러는 벨트를 밀어 벨트의 장력을 조절하도록 구성된다.

한편, 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇구조에는 중력보상장치가 구비될 수 있다.

중력보상장치는 틸팅회전축의 회전에 따른 중력 방향에 의한 하중을 보상하기 위하여 방향에 따른 중력에 의해 작용하는 하중의 반대 방향으로의 하중으로 이를 보상하는 구조이다.

이러한 보상을 위하여, 중력보상장치는 압축가스를 사용한 가스스프링이나 압축코일스프링을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 가스스프링 방식의 보상스프링으로 구비되어 있다.

여기서, 중력보상장치는 틸팅축의 하중을 줄이므로, 구동하는 모터의 용량이 작아도 본 발명의 로봇 구조에 사용하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔 로봇등 큰 하중이 작용하고, 벨트를 이용한 어깨축 수평 유지 구조를 갖추고 있으며,

수평유지를 위한 구조에 있어 벨트의 장력을 조절하기 위한 두 개의 아이들러를 이용한 회전방식의 벨트 장력조절 장치의 구조가 구비되며,

가스 스프링(또는 압축스프링)이 내장된 몸통 로봇의 중력보상 장치를 구비한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 로봇 구조는, 양팔로봇의 수평을 유지하기 위한 수평유지구조를 몸통로봇(즉, 틸팅회전 프레임)의 내부에 설치함으로써 설치 공간을 최소화할 수 있으며, 수평 유지를 위한 요소들이 로봇의 외부로 노출되지 않게 되어 기존에 발생하는 끼임 등의 사고가 일어나는 것을 최소화할 수 있어 안전한 구조를 갖춘다는 효과가 있다.

또한, 아이들러유닛이 하나의 프레임 내에 구속되어 있어, 한번의 조정 작업으로 두개의 아이들러를 이용하여 동시에 텐션 조정이 가능하고, 기존에 비해 의 텐션 장치가 차지하는 설치 공간을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

이에 더하여, 중력보상장치는 회전 위치에 따라 보상해주는 힘의 크기가 달라지므로, 틸팅 모터에 작용하는 하중을 줄여줄 수 있어, 구동하는 모터를 작은 용량의 것을 사용할 수 있도록 하는 이점을 갖게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예 에 의해 제한되기보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 양팔 로봇을 갖는 몸통 로봇으로서,
   베이스에 설치되며, 선회구동부에 의해 선회축을 중심으로 회전하고, 틸팅구동부에 의해 틸팅축을 중심으로 틸팅회전하는 몸통부와,
   몸통부의 어깨축을 축으로하여 회전 가능하게 구비되는 한 쌍의 양팔부를 포함하고,
   몸통부에는 틸팅축의 틸팅회전에 연계되어 어깨축의 수평을 유지하도록 하는 수평유지장치와, 어깨축을 축으로한 양팔부의 회전운동에 따른 위치에 대한 중력하중을 보상하는 중력보상장치가 각각 구비되는 몸통 로봇.

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