KR20200132768A - 스켈레톤 및 스킨 쉘 구성을 갖는 로봇 아암 - Google Patents

Abstract

다관절 로봇 암은 복수 개의 골격 링크를 포함한다. 인접하는 관절 링크들의 관절 링크가 서로에 대해 회전할 수 있도록, 전동 관절 유닛이 관절 링크들의 인접하는 것들 사이에 관절을 형성한다. 관절 링크에 하나 이상의 하나 이상의 피부 외피가 제공되고, 피부 외피는 관절 링크 중 적어도 하나 주위에 비구조적 피부를 형성한다.

Description

골격 및 피부 외피 구조가 있는 로봇 암{ROBOT ARM WITH SKELETON AND SKIN SHELL CONSTRUCTION}

본 출원은 로봇 공학 및 촉각학 분야, 특히 경량 로봇들이라고도 불리우는 보조 로봇들의 부분인 로봇 아암들에 관한 것이다.

보조 로봇 아암들과 같은 로봇 아암들은 점점 인기를 얻고 있는 로봇 아암들의 유형들 중 하나이다. 그것들은 다른 사람의 도움 없이 그것들이 물병을 잡고, 문을 열며, TV 리모컨과 같은 핸드 헬드 장치를 핸들링하는 등을 할 수 있게 하여, 사용자에게 자율성을 제공할 수 있다. 그러한 로봇 아암들은 특히 그것들의 전력이 휠체어 배터리들로부터 공급되는 경우, 전력 소비를 줄이기 위해 경량이어야 한다. 그러나, 로봇 아암들은 보통 그것들 자체의 무게를 지지해야 하는 직렬형 메커니즘들임에 따라, 무게 감소는 보통 아암 링크들의 구조적 무결성과 조화되어야 한다. 한편, 사용자들은 경제적인 로봇 아암의 이점을 누릴 수 있다.

본 개시의 목적은 종래 기술과 관련된 문제들을 해결하는 로봇 아암을 제공하는 것이다.

따라서, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 다음을 포함하는 연접식 로봇 아암이 제공된다: 복수의 스켈레톤 링크; 인접한 링크들의 상기 스켈레톤 링크들이 서로 회전 가능하도록 상기 스켈레톤 링크들의 상기 인접한 링크들 사이에 조인트들을 형성하는 전동 조인트 유닛들; 및 상기 스켈레톤 링크들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 스킨 쉘로서, 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나의 주위에 비구조적 스킨을 형성하는, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 다음을 포함하는 연접식 로봇 아암용 링크 어셈블리가 제공된다: 스켈레톤 링크로서, 상기 스켈레톤 링크는 연결 단부들 사이에 연장되는 스트럿 부분을 갖고, 상기 연결 단부들은 각각 전동 조인트 유닛에 연결되도록 구성된, 상기 스켈레톤 링크; 및 적어도 하나의 스킨 쉘로서, 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나의 주위에 비구조적 스킨을 형성하는, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스켈레톤 및 스킨 쉘 구성을 갖는 연접식 로봇 아암의 등축도이다;
도 2는 스킨 쉘들이 제거된 도 1의 로봇 아암의 스켈레톤 링크의 등축도이다;
도 3a 및 도 3b는 도 1의 로봇 아암의 스켈레톤 링크들의 제1 커넥터 단부의 등축도들이다;
도 4a 및 도 4b는 도 1의 로봇 아암의 스켈레톤 링크들의 제2 커넥터 단부의 등축도들이다;
도 5는 도 1의 로봇 아암에 대한 스켈레톤 링크 및 스킨 쉘들의 제1 예의 등축도이다;
도 6은 도 5의 로봇 아암에 대한 스킨 쉘들의 등축도이다;
도 7은 도 2에 도시된 바와 같은 로봇 아암에 대한 스킨 쉘들의 등축도이다;
도 8은 도 1에 도시된 바와 같은 의 로봇 아암의 베이스 링크의 등축도이다; 그리고
도 9는 도 8의 베이스 링크의 조립도이다.

도면들, 특히 도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 로봇 아암(robot arm)과 같은 메커니즘이 개괄적으로 10에 도시되어 있다. 로봇 아암(10)은 특히, 로봇(robot), 로봇식 아암(robotic arm), 연접식 메커니즘(articulated mechanism), 직렬형 메커니즘(serial mechanism)이라는 명칭들로 알려져 있을 수 있다. 로봇 아암(10)은 특히, 보조 로봇 아암(assistive robot arm), 산업용 로봇 아암(industrial robot arm), 협동 로봇 아암(collaborative robot arm)일 가능성이 있을 수 있으며, 로봇 아암(10)은 다양한 용도로 고안된다. 간단히, "로봇 아암"이라는 표현이 전체적으로 사용되지만, 비제한적인 방식으로 사용된다. 로봇 아암(10)은 이펙터 단부(11) 및 베이스 단부(12)를 갖는 직렬형 연접식 로봇 아암이다. 이펙터 단부(11)는 그립핑 메커니즘(11A) 또는 그리퍼 - 도 1에서는 일례로 2-핑거 그리퍼로 도시됨 - , 아나모픽 핸드, 3-핑거 그리퍼, 석션 컵, 마그네틱 그리퍼 및 툴링 헤드 이를테면 드릴, 톱 등과 같은 임의의 적절한 툴 을 수용하도록 구성된다. 이펙터 단부(11)에 고정된 엔드 이펙터(11A)는 다른 유형들의 엔드 이펙터들이 사용될 수 있음에 따라, 고려된 용도의 기능으로, 단지 일례로서 도시되어 있다. 또한 엔드 이펙터들이 호환 가능한 것으로도 고려된다. 로봇 아암(10)은 임의의 상기한 툴 없이, 툴을 지지할 준비가 되어 제공될 수 있다.

베이스 단부(12)는 임의의 적절한 구조물 또는 메커니즘에 연결되도록 구성된다. 베이스 단부(12)는 구조물 또는 메커니즘에 회전 가능하게 장착될 수도 그렇지 않을 수도 있다. 비제한적인 예로서,베이스 단부(12)는 휠체어, 차량, 프레임, 카트, 로봇 도킹 스테이션, 테이블 등에 장착될 수 있다. 직렬형 로봇이 도시되어 있지만, 다른 유형들의 로봇들에서 병렬형 조작기들을 포함하는 로봇 아암(10)의 조인트 배열이 발견될 수 있다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 로봇 아암(10)은 전동 조인트 유닛들(14)(도 1에 개략적으로 도시된 것)에 의해, 예를 들어 링크들(13) 위에 스킨을 획정하는 보호용 스킨 쉘들(15)(도 2에서 제거됨)과 함께, 상호 연결된 일련의 스켈레톤 링크(13(도 2에서 은폐됨)으로 함께 참조됨)를 갖는다. 링크들(13)은 그것들을 서로 구별하기 위해 도 1에서 그것들에 접미 문자들이 붙어 도시되어 있고, 그것들은 스켈레톤 링크들(13) 또는 링크들(13)로 함께 지칭된다. 링크들(13)의 하부 링크가 도시되어 있고 로봇 아암 베이스 링크(16) 또는 간단히 베이스 링크(16)로 지칭된다.

스켈레톤 링크들(13 및 16)은 로봇 아암(10) 자체의 무게를 지지하는 것 외에도, 전동 조인트 유닛들(14) 및 이펙터 단부(11)(하중이 툴들에 의해 지지됨)의 툴들을 지지함으로써 그것들이 로봇 아암(10)의 스켈레톤을 형성하는 구조적 기능을 갖는다. 와이어들 및 전자 부품들이 내부 라우팅에 의해, 링크들(13 및 16)에 부착되거나 그것들에 의해 은폐되거나 그것들에 연결될 수 있다.

전동 조인트 유닛들(14)은 인접한 링크들(13 및/또는 16) 간에 회전 작동 정도가 제공되는 방식으로 인접한 링크들(13 및/또는 16)을 상호 연결한다. 또한 일 실시 예에 따르면, 전동 조인트 유닛들(14)은 링크를 이펙터 단부(11)의 툴에 연결할 수 있지만, 다른 메커니즘들이 이펙터 단부(11) 및 베이스 단부(12)에 사용될 수도 있다. 또한 전동 조인트 유닛들(14)은 그것들이 인접한 링크들(13 및/또는 16)을 상호 연결함에 따라, 로봇 아암(10)의 구조의 일부를 형성할 수 있다. 대표적인 전동 조인트 유닛(14)은 여기에 참고로 원용되는 미국 특허 제10,576,644 호에 기술되어 있다.

스킨 쉘들(15)은 링크들(13 및/또는 16)을 차폐한다. 스킨 쉘들(15)은 로봇 아암(10)을 위한 연속적인 패스너가 없는 표면을 형성하며, 이음새들이 보호될 수 있지만, 패스너들이 사용될 수도 있다.

베이스 링크(16)는 로봇 아암(10)의 베이스에 있고, 그것의 구조적 기능 외에, 로봇 아암(10)을 구조물 및 동력원에 연결하는 임무를 맡는다. 예를 들어,베이스 링크(16)는 워크 스테이션, 벤치, 테이블, 바퀴 달린 지지대, 바닥 등에 있을 수 있다.

도 1의 도시된 실시 예에서, 로봇 아암(10)은 엔드 이펙터(11A)에 6 이동 자유도(예를 들어, 3 병진 이동, 3 회전)를 제공할 수 있는 여섯 개의 전동 조인트를 갖는다. 제1 스켈레톤 링크(13A)는 베이스 링크(16)에 연결되고 로봇 아암(10)이 수평 표면에 장착될 때 대체로 수직축을 따라 회전한다. 제2 스켈레톤 링크(13B)는 제1 스켈레톤 링크(13A)에 연결되고 그것들은 함께 제1 스켈레톤 링크(13A)의 베이스 링크(16)에 관한 회전축에 대체로 횡방향 또는 수직인 회전축(그것들이 동일 평면 내에 놓이는 경우)을 갖는다. 그로 인해, 따라서 제2 스켈레톤 링크(13B)는 그것의 전동 조인트(14)가 활성화될 때, 제1 스켈레톤 링크(13A)에 관해 "스윙(swing)"될 수 있다. 제2 스켈레톤 링크(13B)의 원위 단부는 제3 스켈레톤 링크(13C)에 회전 가능하게 연결되며, 회전축은 스켈레톤 링크들(13A 및 13B) 간의 회전축과 대체로 평행하다. 제3 스켈레톤 링크(13C)의 원위 단부는 제4 스켈레톤 링크(13D)에 회전 가능하게 연결되며, 그것들 간의 회전축은 스켈레톤 링크들(13B 및 13C) 간의 회전축과 대체로 횡방향이다. 마찬가지로, 제5 스켈레톤 링크(13E) 및 제4 스켈레톤 링크(13D)는 그것들의 회전축이 스켈레톤 링크들(13C 및 13D) 간의 회전축에 횡방향이도록 그것들 사이가 굴곡된다. 엔드 이펙터(11A)는 제5 스켈레톤 링크(13E)와 제4 스켈레톤 링크(13D) 간의 회전축에 대체로 횡방향인 회전축을 중심으로 제5 스켈레톤 링크(13E)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이는 링크들(13, 16)의 일부의 배열의 일례이며, 인접한 링크들(13, 16) 간의 연결들은 대체로 일직선이거나 각이 있다, 즉 링크들(13) 중 임의의 링크의 대향된 단부들의 전동 조인트 유닛들(14)의 회전 각도들이 평행하거나 수직하거나 임의의 다른 각을 이룬다. 몇몇 링크(13 및 16)는 보다 길 수 있는 등이다. 도 1의 배열은 단지 일례로서 제공됨에 따라, 다른 배열들도 고려된다.

도 2를 참조하면, 대표적인 스켈레톤 링크(13)가 도시되어 있다. 도 2의 스켈레톤 링크(13)는 예를 들어 도 1에서 제2 스켈레톤 링크(13B)로서 발견되며, 그것의 대향된 단부들의 전동 유닛들(14)은 대체로 서로 평행한 축들을 갖는다("대체로(generally)"는 ±5도의 변형을 포함할 수 있다). 도 1의 스켈레톤 링크들(13) 중 하나 이상은 도 2의 스켈레톤 링크(13)와 여기에 표현된 바와 같이 어느 정도 변형되는 동일한 구성 ,이를테면 길이, 회전축들의 배향(즉, 반드시 평행하지는 않음), 기하학적 구조를 가질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 스켈레톤 링크(13)는 본체(30)로 도시되어 있는 하나의 고체 플라스틱 피스, 즉 모노블록 또는 모놀리식으로 만들어질 수 있다. 비교적 경량인 플라스틱은 직렬형 메커니즘의 전체 무게를 줄임으로써 보다 작은 전동 유닛들(14)의 사용을 가능하게 할 수 있다. 사출 성형 기술로 제조되는 경우, 스켈레톤 링크들(13)은 비교적 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 스켈레톤 링크들(13)을 제조하는데 적층 제조, 기계 가공 등과 같은 적용 가능한 다른 제조 기술들이 사용될 수도 있다. 스켈레톤 링크들(13)은 보다 강성 등의 다른 속성들이 필요한 경우 알루미늄과 같은 다른 재료들로 만들어질 수 있다. 또한 스켈레톤 링크들(13)은 유리 섬유 강화 플라스틱, 탄소 섬유, 폴리아미드 파이버 등과 같은 다른 재료로 제조될 수도 있다.

일 실시 예에 따르면, 본체(30)는 적합한 구조적 무결성을 유지하면서 경량이 되도록 허니컴 원리와 유사한 접근법을 사용하여 중공 셀 구조를 갖도록 설계된다. 도시된 실시 예에서, 구조물의 중공 셀들은 스트럿 부분(31)과 같이, 구조적 세그먼트들에서 발견되는 삼각형 형상의 개구들일 수 있다. 예를 들어 격자 구조로 지칭되는 이러한 구성은 그러한 적용에 적합한 강도 대 무게 비, 즉 상이한 유형들의 하중이 수반될 수 있는 비를 보일 수 있다. 도시된 실시 예는 삼각형 형상 개구들을 도시하지만, 다른 기하학적 형태들이 사용될 수도 있다. 스트럿 부분(31)에 사용되는 허니컴 영향 접근법은 스켈레톤 링크들(13)이 로봇 아암(10)의 아암 세그먼트들을 획정함에 따라 그것들 상에 적절한 강성을 유지하면서 보다 가벼운 구조를 갖도록 재료를 제거할 필요성 사이의 절충일 수 있다. 허니컴이라는 표현이 사용되지만, 개구들은 기술된 삼각형 개구들로부터 관찰되는 바와 같이 반드시 육각형일 필요는 없다.

스트럿 부분(31)은 그것의 대향된 단부들에 근위 커넥터(32) 및 원위 커넥터(33)(함께, 커넥터들)를 갖는다. "근위(proximal)"라는 표현은 여기서 베이스 단부(12)에 더 가까운 방향을 표기하기 위해 사용되는 반면, "원위(distal)"라는 표현은 이펙터 단부(11)에 더 가까운 방향을 표기한다. 그에 따라 스트럿 부분(31)은 기본적으로 스켈레톤의 골간(bone shaft)과 동등한 반면, 커넥터들(32 및 33)은 골 관절들이다. 따라서, 스트럿 부분(31)은 특히, 스트럿, 샤프트, 골로 지칭될 가능성이 있을 수 있다. 여기서는 간단히, "스트럿 부분(strut portion)"(31)이라는 표현이 사용될 것이다. 도 2에서 그것은 대체로 일직선인 것으로 도시되어 있지만, 스트럿 부분(31)은 특히 굴곡되거나 곡선이거나 팔꿈치 형상을 가질 가능성이 있을 수 있다. 또한 스트럿 부분(31)은 전동 유닛들(14)의 상호 연결을 위한 전자 와이어들을 호스팅하기 위해 선로 채널(31A)을 획정할 수도 있다. 선로 채널(31A)은 스킨 쉘(15)들이 케이블들의 간섭 없이 스트럿 부분(31)의 표면에 대해 적용되도록, 스트럿 부분(31)의 표면으로부터 케이블들을 은폐할 수 있다.

커넥터 단부들라고도 하는 커넥터들(32 및 33)은 예를 들어 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전동 유닛들(14)을 수용하도록 구성된다. 전동 유닛들(14)은 커넥터들(32, 33)에 고정되고, 스켈레톤 링크들(13, 16)을 서로 인터페이싱함으로써 로봇 아암(10)의 구조에 기여하면서 스켈레톤 링크들(13, 16) 사이에 회전 작동을 제공할 수 있다. 일 실시 예에서, 모든 스켈레톤 링크(13)의 근위 커넥터들(32)은 동일하고, 모든 스켈레톤 링크(13)의 원위 커넥터들(33)은 동일하므로, 이에 의해 모든 전동 유닛(14)은 동일하고 스켈레톤 링크들(13) 간의 임의의 조인트에서 호환 가능하게 사용될 수 있다. 그러한 배열에서, 단일 유형의 전동 유닛(14)은 실제적인 이유들로 재고로 유지될 수 있다. 다른 실시 예에서, 근위 커넥터들(32)은 서로 기하학적으로 유사하지만, 근위에서 원위로 크기가 감소되고, 원위 커넥터들(33)도 그러한 배열로 있다. 그러한 배열에서 모터 유닛들(14)은 상이한 크기들로 공급될 수 있다.

스트럿 부분(31)에 관한 근위 커넥터들(32) 및 원위 커넥터들(33)의 배향은 스켈레톤 링크들(13)의 대향된 단부들의 회전축들 간의 목적하는 배향에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 스켈레톤 링크(13)의 단부들에서의 회전축들은 서로 평행하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 스켈레톤 링크들(13)의 일부는 그것들의 단부 회전축들 간에 횡방향 관계들을 가질 수 있다.

도 2, 3a 및 도 3b를 참조하면, 근위 커넥터들(32) 중 하나는 리셉터클(32A)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 리셉터클(32A)은 그 안에 전동 유닛(14)의 절반을 고정적으로 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 그 다음 전동 유닛(14)은 리셉터클(32A)에 있는 동안 근위 커넥터(32)에 고정된다. 이를 위해, 홀들(32B)이 리셉터클(32A)에, 이를테면 접합 플레이트(32C)에 원주 방향으로 분포될 수 있다. 접합 플레이트(32C)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 와이어 또는 와이어 하니스가 통과하기 위한 중앙 보어(32D)를 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서, 리셉터클(32A)은 중앙 보어(32D)를 통과하는 화살표로 도시되어 있지만, 도 3a 및 도 3b에서 근위 커넥터(32)의 반대쪽 단부는 전동 유닛(14)의 쉘을 수용하기 위한 암형 리셉터클을 형성하기 위해, 중앙 보어(32D)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 직경은 아래 도 4a 및 도 4b에서 설명될 바와 같이. 원위 커넥터(33)의 리셉터클(33A)의 직경과 동일한 크기일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 로봇 아암(10)의 전동 유닛들(14)은 직렬로 연결되고, 중앙 보어(32D)는 특히 와이어들이 통과하기 위한 옵션이다. 그 다음, 홀들(32B)을 통해 전동 유닛(14)을 리셉터클(32A)에 고정하기 위한 패스너들(32E)이 존재할 수 있다. 패스너들(32E)은 축방향으로, 즉 회전축과 평행하게 배향될 수 있지만, 다른 가능성으로서 방사상으로 배향될 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 특히 리셉터클(32A) 내 전동 유닛(14)의 각도 정렬을 위한 다른 구성요소들이 존재할 수도 있다(예를 들어, 키 및 키 홈).

도 2, 4a 및 도 4b를 참조하면, 원위 커넥터들(33) 중 하나는 리셉터클(33A)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 리셉터클(33A)은 그 안에 전동 유닛(14)의 다른 절반을 고정적으로 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 그 다음 전동 유닛(14)은 리셉터클(33A)에 고정된다. 이를 위해, 포스트들(33B)이 리셉터클(33A)의 원주 방향 벽(33C)으로부터 안쪽으로(예를 들어, 방사상으로) 돌출되어, 리셉터클(33A)에 원주 방향으로 분포될 수 있다. 리셉터클(33A)은 기본적으로 와이어 또는 와이어 하니스가 그것을 통과하기 위한 관형일 수 있다. 접합부들(33D)이 존재할 수 있고, 존재하는 경우, 원위 커넥터(33)에 부착될 전동 유닛(14)의 구성요소(예를 들어, PCB)를 위한 나사 홀들을 가질 수 있다. 그 다음, 포스트들 내 홀들(33B)을 통해 전동 유닛(14)을 리셉터클(33A)에, 그리고 PCB를 접합부들(33D)에 고정하는데 패스너들이 사용될 수 있다. 패스너들은 축방향으로, 즉 회전축과 평행하게 배향될 수 있지만, 다른 가능성으로서 방사상으로 배향될 수도 있다. 포스트들(33B)의 분포는 리셉터클(33A) 내 전동 유닛(14)의 각도 정렬을 보조할 수 있다. 근위 커넥터들(32)과 동일한 것과 같은 다른 구성들도 원위 커넥터들(33)에 대해 고려된다. 마찬가지로, 근위 커넥터들(32)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 원위 커넥터들(33)의 기하학적 구조 및 구성요소들을 가질 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3b 및 도 4b를 참조하면, 전동 유닛들(14)은 제1 하우징(40A) 및 제2 하우징(40B)(일명, 쉘들, 케이싱 부분들, 하우징 부분들 등)을 가질 수 있으며, 제1 하우징(40A)은 근위 커넥터들(32)에 수용되고 제2 하우징(40B)은 원위 커넥터들(33)에 수용된다. 일 실시 예에서, 하우징들(40A 및 40B) 간의 평면은 그것에 법선인 전동 유닛(14)의 회전축의 벡터를 갖는다. 도시되지는 않았지만, 하우징들(40A 및 40B)은 각각, 근위 커넥터들(32) 및 원위 커넥터들(33)의 피처들에 상보적인 표면 피처들을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(40A)은 포스트들(33B)을 수용하기 위한 카빙들 또는 채널들을 가질 수 있다. 전동 유닛들(14) 중 하나 이상은 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)으로 구현되는 바와 같은 PCB 또는 제어기 보드(41)와 같은 외부 전자 장치들을 가질 수 있다. 와이어들(42)은 전동 유닛(14)으로부터 전동 유닛(14)까지 연장될 수 있고, 로봇 아암(10)의 조립을 용이하게 하기 위해 제어기 보드(41) 또는 전동 유닛들(14)과 연결하기 위한 플러그들을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 와이어(42)의 길이는 이동을 처리하고 케이블 설치 및 라우팅을 용이하게 하기 위해 루프(42A) 형태의 초과 와이어를 포함할 수 있다.

도 1, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 스킨 쉘들(15)이 보다 상세하게 도시되어 있다. 스킨 쉘들(15)로 사용되는 스킨이라는 표현은 보호, 밀봉, EMI 차폐, 피복 및/또는 심미적 기능을 갖고, 로봇 아암(10)의 무게를 지지하는데 실질적인 구조적 역할은 갖지 않을 수 있다. 그에 따라, 스킨 쉘들(15)을 기술하는데 특히 예들로서, 커버, 페어링(fairing), 시스(sheath)와 같은 표현들이 사용될 수 있다. 스킨 쉘들(15)은 스켈레톤 링크들(13)을 상호 연결된 스켈레톤 링크들(13) 사이의 조인트들까지 커버하는 커버 본체들(50)을 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스켈레톤 링크(13)는 커버 본체들(50) 중 둘 이상에 의해 완전히 커버될 수 있다. 전체 링크(13)를 커버하기에 적절한 탄성 변형력을 갖는 단일 쉘(15)을 갖는 것이 고려된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 커버 본체들(50)은 커버 본체들(50)을 서로 상호 연결하기 위해, 캐치들(51A) 및 슬롯들을 갖는 텅 클립들(52A)과 같은 상보적인 커넥터들(51 및 52), 또는 기타 클립들을 형성하는 상보적 세트들을 가질 수 있다. 캐치들(51A)은 웨지 부재들(wedge members), 네일들(nails)로도 알려져 있다. 특히, 캐치들(51A)은 슬롯들을 갖는 클립들(52A)이 캐치들(51A) 위로 미끄러져서 그것들과 맞물리도록 웨지 표면을 가질 수 있다. 슬롯들을 갖는 클립들(52A), 또는 텅들은 캐치들(51A)과의 체결 또는 분리를 형성하기 위해 변형하기에 적합한 탄성 변형력을 가질 수 있다. 캐치들(51A) 및 슬롯들을 갖는 텅들(52A)의 세트들은 캐치들(51A)이 슬롯들(52A)을 관통하는 수형 및 암형 커넥터 세트들로도 알려져 있다. 상보적 커넥터들은 그 자체로 커넥터들 이외의 패스너들이 필요하지 않기 때문에 패스너가 없는 것으로 지칭될 수 있다. 패스너들이 있는 것들(예를 들어, 고정 나사들)을 포함하여, 다른 상보적 쌍들도 사용될 수 있다. 또한 커버 본체들(50)이 서로 연결되는 것과는 대조적으로 링크들(13)에 연결될 수도 있다. 대안들로는 나사 홀들 및 패스너들, 접착제, 스냅-핏 피처들, 정합 피처들 등을 포함한다.

또한, 채널들, 숄더들 및/또는 조인트들과 같은 상보적 피처들이 존재할 수도 있다. 예를 들어, 인접한 쉘들(15) 사이의 이음새들을 보호하고 오버랩 조인트들을 형성하기 위해 오버랩 조인트 부분들(51B, 52B)이 존재할 수 있다. 도 5 및 도 6로부터 관찰되는 바와 같이, 숄더는 캐치들(51A)이 숄더(51B)의 표면으로부터 돌출되는 오버랩 조인트 부분(51B)으로 획정될 수 있다. 숄더는 원위 단부로부터 근위 단부까지 쉘(15)의 에지 전체를 따라 연장될 수 있다. 캐치(51A)가 그것의 슬롯에 정합 체결될 때 클립(52A)의 일 부분을 수용하기 위해, 숄더(51B)에 인접하여 캐치들(51B)의 연장 선상에, 단(step)(51C)이 있을 수 있다. 오버랩 조인트 부분(52B)은 클립들(52A) 사이에서 간헐적으로 연장되는 플랜지 형태일 수 있다. 오버랩 조인트 부분(52B)의 플랜지는 쉘들(15)이 도 6에서와 같이 상호 연결될 때 숄더(51B) 상에 안착된다. 결과적으로, 쉘들(15) 사이의 이음새에 의해 최소로 파괴되는 상호 연결 쉘들(15)에 대한 비교적 매끄러운 외측 표면이 생성될 수 있으며, 이음새는 입면도로부터 관찰될 때 직선이다. 일 실시 예에서, 이음새들은 근위와 원위 단부 사이로부터 링크들(13)을 따라 연장될 수 있다.

조립을 강화하기 위해 리브들(53)이 두 개의 쉘(15) 중 하나로부터 돌출될 수 있다. 예를 들어, 리브들(53)은 오버랩 조인트 부분(52B)의 플랜지를 수용하기 위해 숄더를 갖는 슬롯(51B)을 획정한다. 이는 툴(예를 들어, 일자 드라이버)가 이음새에 강제로 삽입되지 않는 한, 캐치들(51A) 및 슬롯들을 갖는 텅들(52A)의 상보적인 세트들이 상호 연결된 상태를 유지함을 보장할 수 있다. 리브들(53)은 이를 위해 존재할 수 있는 가능한 기계적 피처들 중 하나이다. 그러한 슬롯들의 존재는 이음새를 따르는 상보적인 표면들(숄더(51B) 및 오버랩 조인트 부분(52B)의 플랜지의 표면)이 차폐를 형성하도록 밀착되어 유지됨을 보장할 수 있다. 이러한 기능을 보조하기 위해 탄성중합체 씰이 존재할 수도 있다.

도 5 및 도 6에서, 스킨 쉘들(15)은 서로 상호 연결되어 있지만, 그것들이 커버하는 스켈레톤 링크(13)에 개별적으로 연결되지는 않는다, 예를 들어, 스킨 쉘들(15)은 스켈레톤 링크들(13)에 직접 볼트 또는 나사 결합되지는 않을 수 있다. 다른 실시 예에서, 쉘들(15)은 서로 상호 연결되지 않고, 대신 링크들(13)에 연결된다. 또한 상호 연결된 스켈레톤 링크들(13) 사이의 접합부에 매끄러운 조인트 표면들을 안쪽 플랜지들(54)이 형성하도록 존재할 수 있다. 채널들, 숄더들, 오버랩 조인트 부분들(51B, 52B), 텅 및 그루브 조인트들, 플랜지들(54), 스킨 쉘들(15)의 존재는 로봇 아암(10)의 내측 구성요소들 주위에, 스켈레톤 링크들(13) 상으로 조립될 때 인접한 스킨 쉘들(15) 사이의 이음새들이 외부로부터 폐쇄되는 엔벨럽을 형성한다. 오버랩 조인트 부분들(51B, 52B)은 이음새를 먼지 또는 물 침투로부터 보호하는 가늘고 긴 시케인(chicane)을 형성한다.

도 6은 로봇 아암(10)의 스켈레톤 링크들(13)(도시되지 않음) 중 하나 주위에 설치될 때 스킨 쉘들(15)이 어떻게 제자리에 클립핑될 수 있는지의 일례를 도시한다. 스킨 쉘들(15)은 예를 들어 사출 성형된 플라스틱들로 제조될 가능성이 있다. 그 외 스킨 쉘들(15)은 복합재, 플라스틱, 금속 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 특히, 스킨 쉘들(15)은 경질 재료, 이를테면 경질 플라스틱(ABS, 나일론), 또는 링크(13) 상으로 클립핑되기에 충분한 탄성 변형력을 갖는 금속 시팅으로 만들어진 다음, 내충격성을 갖는 경질 쉘을 형성한다. 예를 들어, 스킨 쉘들(15)은 R 80 내지 R 114 범위의 로크웰 경도를 갖는다. 스킨 쉘(15)은 예를 들어 페인트로 코팅될 수 있다. 스킨 쉘들(15)은 모놀리식 피스들일 수 있거나, 구성요소들의 어셈블리일 수 있으며, 성형, 압출, 기계 가공 등이 될 수 있다. 커버 본체(50)의 이음새를 따라 내장 커넥터들(51 및 52)이 발견된다. 도 5 내지 도 7의 설계를 이용하면, 스켈레톤 링크들(13) 주위에 스킨 쉘들(15)을 조립하기 위한 툴이 필요하지 않을 수 있다. 또한, 도 5 내지 도 7의 설계를 이용하면, 스켈레톤 링크들(13) 주위에 스킨 쉘들(15)을 분해하기 위한 툴이 필요하지 않을 수 있거나, 또는 일자 드라이버와 같은 간단한 툴로 충분할 수 있다. 이는 서비스를 위해 스켈레톤 링크들(13) 및 전동 유닛들(14) 및 그것들의 제어기 보드들(41)과 같은 내부 구성요소들에 대한 간단한 접근을 허용할 수 있다. 손상된 스킨 쉘(15)은 대체품으로 쉽게 교체될 수 있다. 그것들이 사출 성형에 의해 제조되는 경우, 스킨 쉘들(15)의 비용은 비교적 낮을 수 있다.

도 7에서와 같이 보다 큰 스켈레톤 링크들(13)의 경우, 세 개 이상의 상이한 스킨 쉘(15)이 사용될 수 있다. 이러한 구성에 클립, 플랜지 및 상보적 피처들과 함께 상술된 동일한 원리들이 적용 가능할 수 있다. 스킨 쉘들(15)을 갖는 도시된 실시 예는 로봇 아암(10)에 비용 효율적인 기준 가격으로 심미적인 외관을 제공한다. 일체형 스켈레톤 링크들(13) 및 클립-온 스킨 쉘들(15)의 조합은 표준 연접식 로봇 아암들(10)의 이점들을 유지하면서 심미적으로 매력적일 수 있는 경제적인 로봇 아암의 생산을 가능하게 한다. 스킨 쉘들(15)은 예를 들어, 고무보다 큰 구조적 강성 및/또는 경도를 보일 수 있으므로, 비탄성중합체인 것으로 설명될 수 있다. 스킨 쉘들(15)이 스켈레톤 링크들(13) 상에 설치되면, 구조적이지 않더라도, 탄성 변형이 거의 나타나지 않는 견고한 차폐를 형성한다. 그에 따라 스킨 쉘들(15)은 스켈레톤 링크들(13) 상으로 설치 될 때 경질 쉘을 획정한다고 할 수 있다. 스킨 쉘들(15)은 하드 쉘을 획정하기 위해 동일 평면 상에 있거나, 또는 스켈레톤 링크들(13)의 표면에 놓일 수 있다. 링크들(13) 상으로 단순히 미끄러지는 탄성 슬리브들과 달리, 스킨 쉘들(15)이 링크들(13)를 커버하고 경질 쉘을 형성하기 위해서는 적어도 하나의 이음새가 필요할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면,베이스 링크(16)의 대표적인 실시 예가 보다 상세하게 도시되어 있다. 베이스 링크(16)는 로봇 아암(10)의 무게 및 그 위의 임의의 하중을 지지하면서, 로봇 아암(10)을 구조물에 인터페이싱하기 위한 구조적 무결성을 갖는 구조적 튜브(60)를 가질 수 있다. 구조적 튜브(60)는 리셉터클(60A)에 원주 방향으로 분포될 수 있는 포스트들(60B)이 리셉터클(60A)의 원주 방향 벽(60C)으로부터 안쪽으로(예를 들어, 방사상으로) 돌출되는, 근위 커넥터들(32)과 구성이 유사한 리셉터클(60A)을 갖는다. 전동 유닛(14)의 하우징은 리셉터클(60A)에 수용되고 예를 들어 패스너들(60D)에 의해 고정될 수 있다(도시된 바와 같이 축방향으로 배향되든 또는 가능하게 방사상으로 배향되든). 패스너들(61A)을 갖는 베이스 플레이트(61)는 베이스 링크(16)를 구조물에 고정 또는 부착하는데 사용될 수 있다.

스킨 쉘들(15)이 존재할 수 있지만, 62로 도시된 스킨 쉘들 중 하나는 메자닌 카드(mezzanine card)(63)의 다양한 사용자 인터페이스를 지원하는 페이스 플레이트(face plate)(62A)를 갖는다. 예를 들어, 온/오프 스위치(63A)는 사용자가 로봇 아암(10)에 전력을 공급할 수 있게 할 수 있다. 8-핀 DIN 커넥터(63B)는 사용자가 24V 공급선을 로봇 아암(10)에 링크할 수 있게 한다. 예시적인 실시 예에서 이용 가능한 다른 커넥터들은 특히, USB 소켓(63C), 이더넷 소켓(63D) 및 15-핀 직렬형 소켓(63E)이 가능하다. 이러한 다양한 사용자 인터페이스, 커넥터 및 소켓은 예시의 목적으로만 제시되고 다른 유형들의 커넥터들 및 소켓들이 페이스 플레이트(62A)에 존재할 수 있다.

다른 구성요소들 또한 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(16)에 수용될 수 있다. 예들은 단지 예들로서 고려할 때, 메자닌 PCB(63), r-넷 카드 PCB(64), MPU PCB(65) 및 Wi-Fi 안테나 PCB(66)를 포함한다.

도시된 실시 예에서, 스켈레톤 링크들(13) 내에, 로봇 아암(10)의 조립에 금속성 재료의 예로 만들어진 장착 브래킷 또는 플레이트가 사용될 필요는 없다. 그러나 그러한 브래킷들 또는 플레이트들은 그것들이 무게를 더하여 로봇 아암을 강화하는데 유용할 수 있다. 그러한 브래킷들 또는 플레이트들을 사용하면 또한 역효과를 낳을 수 있는 조립 단계들이 추가된다.

Claims (20)

1. 연접식 로봇 아암으로서,
   복수의 스켈레톤 링크;
   인접한 링크들의 상기 스켈레톤 링크들이 서로 회전 가능하도록 상기 스켈레톤 링크들의 상기 인접한 링크들 사이에 조인트들을 형성하는 전동 조인트 유닛들; 및
   상기 스켈레톤 링크들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 스킨 쉘로서, 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나의 주위에 비구조적 스킨을 형성하는, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘을 포함하는, 연접식 로봇 아암.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 링크들은 중합체 또는 금속성 본체를 갖는, 연접식 로봇 아암.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 링크들 중 적어도 하나는 상기 전동 조인트 유닛들의 일 부분에 연결하기 위한 커넥터 단부들 사이에 격자 스트럿 부분을 갖는, 연접식 로봇 아암.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 링크들 중 적어도 하나는 상기 전동 조인트 유닛들의 일 부분을 수용하기 위한 리셉터클들을 획정하는 커넥터 단부들을 갖는, 연접식 로봇 아암.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 스켈레톤 링크들 중 적어도 하나는 모톨리식 피스(monolithic piece)인, 연접식 로봇 아암.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘은 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나 주위에 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 에지들을 서로 클립핑하기 위해 대향된 에지들 상에 상보적 패스너들을 갖는, 연접식 로봇 아암.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 상기 에지들은 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나에 고정되기 위한 패스너 없이 서로 상호 연결되는, 연접식 로봇 아암.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 상보적 패스너들은 캐치(catch)의 그리고 텅(tongue) 및 슬롯(slot)의 세트들을 포함하는, 연접식 로봇 아암.
9. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 상기 에지들은 스킨 쉘들 간 이음새들에 오버랩 조인트를 형성하기 위한 상보적 오버랩 조인트 부분들을 갖는, 연접식 로봇 아암.
10. 연접식 로봇 아암용 링크 어셈블리로서,
    스켈레톤 링크로서, 상기 스켈레톤 링크는 연결 단부들 사이에 연장되는 스트럿 부분을 갖고, 상기 연결 단부들은 각각 전동 조인트 유닛에 연결되도록 구성된, 상기 스켈레톤 링크; 및
    적어도 하나의 스킨 쉘로서, 상기 스켈레톤 링크들 중 상기 적어도 하나의 주위에 비구조적 스킨을 형성하는, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘을 포함하는, 링크 어셈블리.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 스켈레톤 링크는 중합체 또는 금속성 본체를 갖는, 링크 어셈블리.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 스켈레톤은 상기 전동 조인트 유닛들의 일 부분에 연결하기 위한 커넥터 단부들 사이에 격자 스트럿 부분을 갖는, 링크 어셈블리.
13. 청구항 10에 있어서, 상기 스켈레톤 링크는 상기 전동 조인트 유닛들의 일 부분을 수용하기 위한 리셉터클들을 획정하는 커넥터 단부들을 갖는, 링크 어셈블리.
14. 청구항 10에 있어서, 상기 스켈레톤 링크는 모놀리식 피스인, 링크 어셈블리.
15. 청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘은 상기 스켈레톤 링크 주위에 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 에지들을 서로 클립핑하기 위해 대향된 에지들 상에 상보적 패스너들을 갖는, 링크 어셈블리.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 상기 에지들은 상기 스켈레톤 링크에 고정되기 위한 패스너 없이 서로 상호 연결되는, 링크 어셈블리.
17. 청구항 15에 있어서, 상기 상보적 패스너들은 캐치(catch)의 그리고 텅(tongue) 및 슬롯(slot)의 세트들을 포함하는, 링크 어셈블리.
18. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘의 상기 에지들은 스킨 쉘들 간 이음새들에 오버랩 조인트를 형성하기 위한 상보적 오버랩 조인트 부분들을 갖는, 링크 어셈블리.
19. 청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘 중 두 개를 포함하는, 링크 어셈블리.
20. 청구항 10에 있어서, 상기 적어도 하나의 스킨 쉘은 중합체로 만들어지는, 링크 어셈블리.

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