KR20210134011A - 로봇의 관절 구조체 - Google Patents

로봇의 관절 구조체 Download PDF

Info

Publication number
KR20210134011A
KR20210134011A KR1020217031289A KR20217031289A KR20210134011A KR 20210134011 A KR20210134011 A KR 20210134011A KR 1020217031289 A KR1020217031289 A KR 1020217031289A KR 20217031289 A KR20217031289 A KR 20217031289A KR 20210134011 A KR20210134011 A KR 20210134011A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
link
link member
joint structure
robot
movable
Prior art date
Application number
KR1020217031289A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102473636B1 (ko
Inventor
마사유키 카몬
소 유키자키
준이치 카라스야마
Original Assignee
카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 filed Critical 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Publication of KR20210134011A publication Critical patent/KR20210134011A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102473636B1 publication Critical patent/KR102473636B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/123—Linear actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/44—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 로봇의 관절 구조체는, 제1 링크부재(10)와, 제2 링크부재(20)와, 교차하도록 배치되고 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)를 회동 가능하게 연결하고 있는 제1 가동링크(40) 및 제2 가동링크(50)와, 기단부가 제1 링크부재(10)에 접속되고, 선단부가 제1 가동링크(40)에 접속되어 있는 직동 액추에이터(30)를 구비하고, 직동 액추에이터(30)가 진퇴함으로써, 제2 링크부재(20)가 제1 링크부재(10)에 대해, 상대적으로 요동하도록 구성되어 있다.

Description

로봇의 관절 구조체
본 발명의 로봇의 관절 구조체에 관한 것이다.
인형 보행 로봇에서, 무릎 관절의 굴곡 각도가 커지면, 무릎 관절에 부하로서 작용하는 무릎 토크가 커지는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1참조). 특허문헌 1에 개시되어 있는 2관절 운동 변속 링크 기구에서는, 무릎 토크가 커질수록, 발목의 굴곡각이 커진다는 가설을 바탕으로, 발목 각도의 증대에 따른 발목 링크 기구의 동작에 연동하여, 4절 링크 기구로 구성되어 있는 무릎 링크 기구가, 감속비가 증대하도록 동작한다.
또한, 관절의 굴곡방향의 가동범위(회전 각도)를 증대시키는 것을 목적으로 한 로봇의 관절 구조가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2참조). 특허문헌 2에 개시되어 있는 로봇의 관절 구조에서는, 회전축 A, B가 설치되어 있는 제1 주링크와, 회전축 C, D가 설치되어 있는 제2 주링크를 교차하도록 배치되어 있는 2개의 가동링크에 의해, 연결하고 있다.
이 관절 구조에서는, 제1 주링크를 서로 평행하게 배치된 제1 플레이트와 제2 플레이트로 구성하고, 한쪽의 가동링크를 회전축 A를 통하여, 제1 플레이트와 제2 플레이트에 회전 가능하게 접속하고, 다른 쪽의 가동링크를 회전축 B를 통하여 제1 플레이트에만 회전 가능하게 접속함으로써, 관절의 굴곡방향의 가동범위(회전 각도)를 증대시키고 있다.
일본 특허공개 제2016-209983호 일본 특허 제4236900호
그런데, 본 발명자들은, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 2관절 운동 변속 링크 기구 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 로봇의 관절 구조와는 상이한 로봇의 관절 구조체를 생각해냈다. 본 발명은, 신규한 구조를 구비하는 로봇의 관절 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 로봇의 관절 구조체는, 제1 축부재 및 제2 축부재가 삽입 통과되어 있는 제1 링크부재와, 제3 축부재 및 제4 축부재가 삽입 통과되어 있는 제2 링크부재와, 교차하도록 배치되고, 상기 제1 축부재~상기 제4 축부재를 통하여, 상기 제1 링크부재와 상기 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고 있는 제1 가동링크 및 제2 가동링크와, 기단부가 제1 링크부재에 접속되어 있는 직동 액추에이터를 구비하고, 상기 제1 가동링크에는, 상기 직동 액추에이터의 선단부가 회동 가능하게 접속되어 있고, 상기 직동 액추에이터가 진퇴함으로써, 상기 제2 링크부재가 상기 제1 링크부재에 대해, 상대적으로 요동하도록 구성되어 있다.
이에 의해, 직동 액추에이터를 구성하는 모터를 대형화하는 일 없이, 관절의 굴곡 각도가 커졌을 때 필요한 토크를 담보할 수 있다. 이로 인해, 로봇의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명의 로봇의 관절 구조체에 의하면, 직동 액추에이터를 구성하는 모터를 대형화하는 일 없이, 관절의 굴곡 각도가 커졌을 때 필요한 토크를 담보할 수 있어, 로봇의 소형화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 정면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 측면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 측면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 측면도이다.
도 6은 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 사시도이다.
도 7은 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 사시도이다.
도 8은 비교예의 로봇의 관절 구조체의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9는 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체와 비교예의 로봇의 관절 구조체에 대해, 관절 각도를 변경했을 때의 토크 특성을 산출하여 나열한 결과와, 로봇의 체중을 지지하기 위해, 관절 구조체에 필요한 토크를 산출하여 나열한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일 또는 상당부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 본 발명을 설명하기 위한 구성 요소를 발췌하여 도시하고 있으며, 그 외 구성요소에 대해서는 도시를 생략하고 있는 경우가 있다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체는, 제1 축부재 및 제2 축부재가 삽입 통과되어 있는 제1 링크부재와, 제3 축부재 및 제4 축부재가 삽입 통과되어 있는 제2 링크부재와, 교차하도록 배치되고, 제1 축부재 내지 제4 축부재를 통하여 제1 링크부재와 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고 있는 제1 가동링크 및 제2 가동링크와, 기단부가 제1 링크부재에 접속되어 있는 직동 액추에이터를 구비하고, 제1 가동링크에는, 직동 액추에이터의 선단부가 회동 가능하게 접속되어 있어, 직동 액추에이터가 진퇴 함으로써 제2 링크부재가 제1 링크부재에 대해 상대적으로 요동하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체에서는, 제1 가동링크는, 제1 축부재와 제3 축부재를 통하여, 제1 링크부재와 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고, 제2 가동링크는, 제2 축부재와 제4 축부재를 통하여, 제1 링크부재와 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체에서는, 제1 가동링크는 제2 링크부재측의 단부에 연장부가 설치되어 있고, 연장부에는 직동 액추에이터의 선단부가 회동 가능하게 접속되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체에서는, 제1 가동링크는 제2 축부재와 간섭하지 않도록 만곡하도록 형성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체에서는, 제1 가동링크는 V자형으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체에서는, 제1 가동링크의 연장부는, 제1 링크부재와 제2 링크부재가 직선형으로 배치되어 있을 때, 제1 링크부재를 향해 연장되도록 형성되어 있어도 좋다.
이하, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체의 일례에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
[로봇의 관절 구조체의 구성]
도 1은 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 정면도이다. 도 3 내지 도 5는 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 측면도이다. 도 6 및 도 7은 도 1에 나타내는 로봇의 관절 구조체의 사시도이다.
한편, 도 1, 도 6, 및 도 7에서는, 로봇의 관절 구조체에서의 상하 방향, 전후 방향, 및 좌우 방향을 도면에서의 상하 방향, 전후 방향, 및 좌우 방향으로서 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는, 로봇의 관절 구조체에서의 상하 방향 및 좌우 방향을 도면에서의 상하 방향 및 좌우 방향으로서 나타내고 있다. 또한, 도 3 내지 도 5에서는, 로봇의 관절 구조체에서의 상하 방향 및 전후 방향을 도면에서의 상하 방향 및 전후 방향으로서 나타내고 있다.
도 1 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)는, 제1 링크부재(10), 제2 링크부재(20), 직동 액추에이터(30), 제1 가동링크(40), 및 제2 가동링크(50)를 구비하고 있고, 직동 액추에이터(30)가 진퇴동작을 함으로써, 제2 링크부재(20)가, 제1 링크부재(10)에 대해 상대적으로 요동하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)는, 예를 들어, 제1 링크부재(10)가 로봇의 대퇴 부분을 구성하고, 제2 링크부재(20)가 로봇의 하퇴 부분을 구성하는 형태여도 좋고, 제1 링크부재(10)가 로봇의 상완 부분을 구성하고, 제2 링크부재(20)가 전완 부분을 구성하는 형태여도 좋다.
제1 링크부재(10)는 제1 본체부(10a)와 제1 돌기부(10b)를 가지고 있다. 제1 본체부(10a)는 막대기형(직육면체형)으로 형성되어 있고, 그 하단부의 전면에는, 전방으로 돌출하도록 제1 돌기부(10b)가 설치되어 있다.
또한, 제1 본체부(10a)의 하단부의 측면에는 관통공(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 상기 관통공에는 제1 축부재(61) 및 베어링부재(도시하지 않음)가 끼워져 삽입되어 있다. 마찬가지로, 제1 돌기부(10b)의 측면에는 관통공(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 제2 축부재(62) 및 베어링부재(도시하지 않음)가 끼워져 삽입되어 있다. 또한, 베어링부재는 예를 들어 볼 베어링이어도 좋다.
또한, 제1 본체부(10a)의 상부에는, 한 쌍의 고정부(11, 11)에 의해, 직동 액추에이터(30)가 고정되어 있다. 또한, 직동 액추에이터(30)의 구성에 대해서는, 후술한다.
제2 링크부재(20)는 제2 본체부(20a)와 제2 돌기부(20b)를 가지고 있다. 제2 본체부(20a)는, 막대기형(직육면체형)으로 형성되어 있고, 그 상단부의 전면에는, 전방으로 돌출하도록 제2 돌기부(20b)가 설치되어 있다.
또한, 제2 본체부(20a)의 상단부의 측면에는 관통공(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 상기 관통공에는 제4 축부재(64) 및 베어링부재(도시하지 않음)가 끼워져 삽입되어 있다. 마찬가지로, 제2 돌기부(20b)의 측면에는 관통공(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 제3 축부재(63) 및 베어링부재(도시하지 않음)가 끼워져 삽입되어 있다. 또한, 베어링부재는 예를 들어 볼 베어링이어도 좋다.
제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)는, 제1 가동링크(40) 및 제2 가동링크(50)에 의해 연결되어 있고, 상기 연결되어 있는 부분이 로봇의 관절 구조를 구성한다. 제1 가동링크(40) 및 제2 가동링크(50)는, 제1 링크부재(10) 및 제2 링크부재(20)가 직선형으로 배치되어 있을 때, 좌우 방향으로부터 보아서 교차하도록 배치되어 있다(도 1 내지 도 3참조). 바꾸어 말하면, 제1 가동링크(40) 및 제2 가동링크(50)는, 제1 링크부재(10) 및 제2 링크부재(20)가 상하 방향으로 연장하도록 배치되어 있을 때, 좌우 방향으로부터 보아서 교차하도록 배치되어 있다.
제2 가동링크(50)는 한 쌍의 제2 가동링크부재(51A, 51B)를 가지고 있다. 제2 가동링크부재(51A, 51B)는 각각, 직사각형으로 형성되어 있고, 제1 링크부재(10) 및 제2 링크부재(20)를 좌우 방향으로부터 끼우도록 배치되어 있다.
또한, 제2 가동링크부재(51A, 51B)의 양단부에는, 각각 관통공(52, 54)이 형성되어 있다. 관통공(52)에는 제2 축부재(62) 및 베어링부재(72)가 삽입 통과되어 있다. 관통공(54)에는 제4 축부재(64) 및 베어링부재(74)가 삽입 통과되어 있다. 또한, 베어링부재(72, 74)는 예를 들어 볼 베어링이어도 좋다.
제2 축부재(62)는 예를 들어 나사와 너트로 구성되어 있고, 제2 가동링크부재(51A), 제1 링크부재(10), 및 제2 가동링크부재(51B)를 함께 체결하고 있다. 마찬가지로, 제4 축부재(64)는 예를 들어 나사와 너트로 구성되어 있고, 제2 가동링크부재(51A), 제2 링크부재(20), 및 제2 가동링크부재(51B)를 함께 체결하고 있다.
이로 인해, 제2 가동링크(50)는, 제2 축부재(62)와 제4 축부재(64)를 통하여, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)를 회동(요동) 가능하게 연결하고 있다.
제1 가동링크(40)는, 좌우 방향으로부터 보아서 제2 축부재(62)와 간섭하지 않도록, 만곡하도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 가동링크(40)는 좌우 방향으로부터 보아서 대략 V자형으로 형성되어 있다.
또한, 제1 가동링크(40)는 한 쌍의 제1 가동링크부재(41A, 41B)와, 판부재(42)를 가지고 있고, 한 쌍의 제1 가동링크부재(41A, 41B)가 좌우 방향에서 판부재(42)를 끼우도록 배치되어 있다. 제1 가동링크부재(41A, 41B) 및 판부재(42)는, 적절한 수단(예를 들어, 나사 등)에 의해 고정되어 있다.
제1 가동링크부재(41A, 41B)는, 각각 본체부(3)와 연장부(4)를 가지고 있다. 본체부(3) 및 연장부(4)는, 각각 직사각형으로 형성되어 있고, 본체부(3)의 기단부(도 1 내지 도 3에 있어서는 하단부)와, 연장부(4)의 기단부(도 1 내지 도 3에 있어서는 하단부)가 접속되어 있다.
연장부(4)는, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)가 직선형으로 배치되어 있을 때, 본체부(3)에서의 제2 링크부재(20)측의 단부(기단부)로부터, 제1 링크부재(10)를 향해 연장하도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 연장부(4)는, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)가 상하 방향으로 연장하도록 배치되어 있을 때, 본체부(3)에서의 제2 링크부재(20)측의 단부(기단부)로부터, 상방을 향해 연장하도록 형성되어 있다.
본체부(3)의 양단부에는 관통공(43, 44)이 형성되어 있다. 관통공(43)에는 제3 축부재(63) 및 베어링부재(73)가 삽입 통과되어 있다. 또한, 관통공(44)에는 제1 축부재(61) 및 베어링부재(71)가 삽입 통과되어 있다. 또한, 베어링부재(71, 73)는 예를 들어 볼 베어링이어도 좋다.
제1 축부재(61)는 예를 들어 나사와 너트로 구성되어 있고, 제1 가동링크부재(41A), 제1 링크부재(10), 제1 가동링크부재(41B)를 함께 체결하고 있다. 마찬가지로, 제3 축부재(63)는 예를 들어 나사와 너트로 구성되어 있고, 제1 가동링크부재(41A), 제1 링크부재(10), 제1 가동링크부재(41B)를 함께 체결하고 있다.
이에 의해, 제1 가동링크(40)는, 제1 축부재(61)와 제3 축부재(63)를 통하여, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)를 회동(요동) 가능하게 연결하고 있다.
또한, 연장부(4)의 선단부(도 1 내지 도 3에서는 상단부)에는, 관통공(45)이 형성되어 있다. 관통공(45)에는 축부재(65) 및 베어링부재(75)가 삽입 통과되어 있다. 또한, 베어링부재(75)는 직동 액추에이터(30)의 선단부를 삽입 통과하고 있다. 베어링부재(75)는 예를 들어 나사와 너트로 구성되어 있고, 제1 가동링크부재(41A), 직동 액추에이터(30), 제1 가동링크부재(41B)를 함께 체결하고 있다.
직동 액추에이터(30)는, 여기에서는 구동모터와 볼나사기구로 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 공지의 직동 액추에이터를 이용할 수 있다. 또한, 본 실시예 1에서, 직동 액추에이터(30)는 제1 케이스(31), 제2 케이스(32), 구동모터(33), 제1 풀리(35), 제2 풀리(36), 및 벨트(37)를 가지고 있다.
제1 케이스(31) 및 제2 케이스(32)는, 직육면체형으로 형성되어 있고, 텔레스코프형으로 구성되어 있다. 제1 케이스(31)(직동 액추에이터(30))의 기단부의 양측면에는, 한 쌍의 고정부(11, 11)가 장착되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 한 쌍의 고정부(11, 11)에 의해, 제1 케이스(31)(직동 액추에이터(30))는 제1 링크부재(10)의 기단부에 고정되어 있다.
또한, 제1 케이스(31)의 기단부의 전면에는 구동모터(33)가 장착되어 있다. 구동모터(33)의 출력축(34)에는, 제1 풀리(35)가 접속되어 있다. 또한, 제1 케이스(31)의 내부에는 볼나사기구가 배치되어 있다(도시하지 않음). 볼나사기구의 나사축의 기단부에는 제2 풀리(36)가 접속되어 있고, 나사축의 선단부에는 제2 케이스(32)의 기단부가 접속되어 있다. 그리고, 제1 풀리(35)와 제2 풀리(36)에는 벨트(37)가 감겨져 있다. 이로 인해, 제2 케이스(32)는 제1 케이스(31)에 대해 진퇴할 수 있다. 또한, 볼나사기구에 대해서는, 공지의 볼나사기구를 이용할 수 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)에서는, 직동 액추에이터(30)의 선단부를 제1 가동링크(40)의 연장부(4)에 회동 가능하게 접속하는 형태를 채용했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 직동 액추에이터(30)의 선단부를 제1 가동링크(40)의 본체부(3)에 회동 가능하게 접속하는 형태를 채용해도 좋다. 이 경우, 제2 케이스(32)의 선단부는 제3 축부재(63)에 삽입 통과되도록 구성되어 있어도 좋다.
[로봇의 관절 구조체의 동작]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)의 동작에 대해, 도 1 내지 도 7을 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 관절 구조체(100)는 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)가 직선형으로 배치되어 있다고 가정한다. 그리고, 도시되지 않은 제어장치로부터 직동 액추에이터(30)에 관절을 굴곡시키는 지시신호가 출력된다고 가정한다.
그러면, 직동 액추에이터(30)의 구동모터(33)가 구동하여, 제2 케이스(32)가 제1 케이스(31)에 대해 신장한다. 이로 인해, 도 4 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 링크부재(20)가 제1 링크부재(10)에 대해 요동하여 굴곡한 상태가 된다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 링크부재(20)가 제1 링크부재(10)에 대해 직선형으로 배치되어 있는 상태로부터 굴곡된 상태로 요동한 각도를 관절 각도(굴곡 각도; 50°)로서 나타내고 있다.
직동 액추에이터(30)의 구동모터(33)가 더 구동하면, 도 5 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 관절 각도가 커진다(도 5에서는, 140°).
다음으로, 도 5 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 관절 구조체(100)의 제2 링크부재(20)가 제1 링크부재(10)에 대해 요동한 상태(관절이 굴곡된 상태)로 있을 때, 제어장치로부터 직동 액추에이터(30)에 관절을 신장시키는 지시신호가 출력되었다고 가정한다.
그러면, 직동 액추에이터(30)의 구동모터(33)가 굴곡동작과는 반대방향으로 회전하여, 신장하고 있던 제2 케이스(32)가 퇴축한다. 이로 인해, 굴곡하고 있던 관절이 신장한 상태가 된다.
[로봇의 관절 구조체의 작용효과]
다음으로, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)의 작용효과에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 8을 참조하면서, 비교예의 로봇의 관절 구조체의 구성에 대해, 설명한다.
도 8은 비교예의 로봇의 관절 구조체의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 8에서는, 로봇의 관절 구조체에서의 상하 방향 및 전후 방향을 도면에서의 상하 방향 및 전후 방향으로서 나타내고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 비교예의 로봇의 관절 구조체(200)는, 제1 링크부재(210), 제2 링크부재(220), 직동 액추에이터(230), 및 제1 가동링크(240)를 구비하고 있고, 기본적으로는, 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)와 동일한 구성이다.
하지만, 비교예의 로봇의 관절 구조체(200)에서는, 제1 가동링크(240)가 고정부재(280)에 의해 제2 링크부재(220)에 고정되어 있고, 제2 가동링크(50)가 배치되어 있지 않은 점이 상이하다.
이와 같이 구성된, 비교예의 로봇의 관절 구조체(200)와 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)에 대해서, 직동 액추에이터를 구성하는 구동모터의 출력에 대해 관절 각도를 변경했을 때의 토크 특성을 산출하고 나열하였다. 또한, 제1 링크부재를 대퇴로 하고 제2 링크부재를 하퇴로 하여, 제1 링크부재의 상부에 몸통이 배치되어 있는 경우에, 로봇의 체중을 지지하기 위해 관절 구조체에 필요한 토크를 산출하고 나열했다.
도 9는 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체와 비교예의 로봇의 관절 구조체에 대해, 관절 각도를 변경했을 때의 토크 특성을 산출하고 나열한 결과와, 로봇의 체중을 지지하기 위해 관절 구조체에 필요한 토크를 산출하고 나열한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예의 로봇의 관절 구조체(200)에서는, 관절 각도가 작은 경우에는 충분한 토크가 얻어지고 있지만, 관절 각도가 커지면 필요한 토크를 만족할 수 없다.
한편, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)에서는, 관절 각도가 커져도 필요한 토크를 만족할 수 있다. 이는 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)에서는 제1 가동링크(40)와 제2 가동링크(50)가 교차하도록 배치되어 있는(이른바, 크로스링크) 것에 기인한다. 크로스링크는 출력각이 소정의 각도 이상이 되면 급속하게 감속비가 커지는 특징을 가진다.
이로 인해, 본 실시예 1에 따른 로봇의 관절 구조체(100)에서는, 관절 각도가 작은 경우에는 직동 액추에이터(30)에 의해 필요한 토크가 얻어지고, 관절 각도가 큰 경우에는 크로스링크에 의해 필요한 토크가 얻어진다. 따라서, 직동 액추에이터(30)를 구성하는 구동모터(33)를 대형화할 필요 없이, 관절의 굴곡 각도가 커졌을 때 필요한 토크를 담보할 수 있어 로봇의 소형화를 도모할 수 있다.
상기 설명에서, 당업자에게는, 본 발명의 개량이나 다른 실시예가 분명하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명을 벗어나지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명의 로봇의 관절 구조체는 로봇의 소형화를 도모하는 것이 가능하므로, 산업 로봇의 분야에서 유용하다.
3: 본체부
4: 연장부
10: 제1 링크부재
10a: 제1 본체부
10b: 제1 돌기부
11: 고정부
20: 제2 링크부재
20a: 제2 본체부
20b: 제2 돌기부
30: 직동 액추에이터
31: 제1 케이스
32: 제2 케이스
33: 구동모터
34: 출력축
35: 제1 풀리
36: 제2 풀리
37: 벨트
40: 제1 가동링크
41A: 제1 가동링크부재
41B: 제1 가동링크부재
42: 판부재
43: 관통공
44: 관통공
45: 관통공
50: 제2 가동링크
51A: 제2 가동링크부재
51B: 제2 가동링크부재
52: 관통공
53: 관통공
54: 관통공
61: 제1 축부재
62: 제2 축부재
63: 제3 축부재
64: 제4 축부재
65: 축부재
71: 베어링부재
72: 베어링부재
73: 베어링부재
74: 베어링부재
75: 베어링부재
100: 관절 구조체
200: 관절 구조체
210: 제1 링크부재
220: 제2 링크부재
230: 직동 액추에이터
240: 제1 가동링크

Claims (6)

  1. 제1 축부재 및 제2 축부재가 삽입 통과되어 있는 제1 링크부재와,
    제3 축부재 및 제4 축부재가 삽입 통과되어 있는 제2 링크부재와,
    교차하도록 배치되고, 상기 제1 축부재 내지 상기 제4 축부재를 통하여, 상기 제1 링크부재와 상기 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고 있는 제1 가동링크 및 제2 가동링크와,
    기단부가 제1 링크부재에 접속되어 있는 직동 액추에이터를 구비하고,
    상기 제1 가동링크에는 상기 직동 액추에이터의 선단부가 회동 가능하게 접속되어 있고,
    상기 직동 액추에이터가 진퇴함으로써, 상기 제2 링크부재가 상기 제1 링크부재에 대해 상대적으로 요동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가동링크는, 제2 링크부재 측의 단부에 연장부가 설치되어 있고, 상기 연장부에는 상기 직동 액추에이터의 선단부가 회동 가능하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 가동링크는, 상기 제1 축부재와 상기 제3 축부재를 통하여, 상기 제1 링크부재와 상기 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고, 상기 제2 가동링크는, 상기 제2 축부재와 상기 제4 축부재를 통하여, 상기 제1 링크부재와 상기 제2 링크부재를 회동 가능하게 연결하고 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가동링크는, 상기 제2 축부재와 간섭하지 않도록, 만곡하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 제1 가동링크는, V자형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가동링크의 연장부는, 상기 제1 링크부재와 상기 제2 링크부재가 직선형으로 배치되어 있을 때, 상기 제1 링크부재를 향해 연장하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇의 관절 구조체.
KR1020217031289A 2019-03-14 2020-03-10 로봇의 관절 구조체 KR102473636B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019046901A JP7149208B2 (ja) 2019-03-14 2019-03-14 ロボットの関節構造体
JPJP-P-2019-046901 2019-03-14
PCT/JP2020/010355 WO2020184574A1 (ja) 2019-03-14 2020-03-10 ロボットの関節構造体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210134011A true KR20210134011A (ko) 2021-11-08
KR102473636B1 KR102473636B1 (ko) 2022-12-02

Family

ID=72426699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217031289A KR102473636B1 (ko) 2019-03-14 2020-03-10 로봇의 관절 구조체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11878414B2 (ko)
EP (1) EP3939754A4 (ko)
JP (1) JP7149208B2 (ko)
KR (1) KR102473636B1 (ko)
CN (1) CN113573859A (ko)
WO (1) WO2020184574A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141976A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Honda Motor Co Ltd ロボットの関節構造
JP4727590B2 (ja) * 2004-11-17 2011-07-20 Ｔｈｋ株式会社 ロボット関節構造、ロボットフィンガ
KR20110133417A (ko) * 2010-06-04 2011-12-12 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 다리식 이동 로봇
KR101666202B1 (ko) * 2016-05-03 2016-10-13 엘아이지넥스원 주식회사 착용로봇
JP2016209983A (ja) 2015-05-13 2016-12-15 国立大学法人大阪大学 ２関節連動変速リンク機構
JP2018083255A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 川崎重工業株式会社 ロボットの関節構造体

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6189491U (ko) * 1984-11-14 1986-06-11
JPH0641119B2 (ja) * 1986-01-20 1994-06-01 日本電信電話株式会社 マニピユレ−タ
JP4319974B2 (ja) * 2004-12-14 2009-08-26 本田技研工業株式会社 人型ロボットの頭部支持構造
WO2007034561A1 (ja) * 2005-09-26 2007-03-29 Toshiaki Shimada 産業用ロボット
JPWO2008136402A1 (ja) * 2007-04-27 2010-07-29 Thk株式会社 ロボットの関節構造及びロボットフィンガ
US9764481B2 (en) * 2010-06-10 2017-09-19 Carefusion 2200, Inc. Flexible wrist-type element
JP5872846B2 (ja) * 2011-10-27 2016-03-01 Thk株式会社 ロボットの関節構造及びこの関節構造が組み込まれた人間型ロボット
JP5877686B2 (ja) * 2011-10-27 2016-03-08 Thk株式会社 ロボットの関節構造及びこの関節構造が組み込まれた人間型ロボット
JP5859812B2 (ja) * 2011-10-31 2016-02-16 本田技研工業株式会社 関節機構
JP6105024B2 (ja) * 2014-10-28 2017-03-29 Thk株式会社 ロボットにおける回転駆動機構
JP6104876B2 (ja) * 2014-11-28 2017-03-29 Thk株式会社 ロボットにおけるロール回転構造
KR20180053293A (ko) * 2015-06-23 2018-05-21 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 수동 절전형 인공 무릎
WO2017094922A1 (ja) * 2015-12-03 2017-06-08 川崎重工業株式会社 ２自由度の駆動機構
CN106166740B (zh) * 2016-09-23 2018-05-01 合肥工业大学 多功能多关节运动机构
US11191653B2 (en) * 2016-11-03 2021-12-07 University Of New Brunswick Powered lower limb devices and methods of control thereof
TWI620559B (zh) * 2016-12-30 2018-04-11 富伯生醫科技股份有限公司 穿戴式手指復健裝置
CN107243886B (zh) * 2017-06-01 2018-04-10 浙江大学 一种可调增力比的外骨骼机器人膝关节
KR102311666B1 (ko) * 2017-06-30 2021-10-13 현대자동차주식회사 다절 링크 기구와 이를 이용한 하지 외골격 로봇 및 그 제어 방법
KR101800282B1 (ko) * 2017-08-09 2017-12-20 엘아이지넥스원 주식회사 다관절 장치
DE102018202459B3 (de) * 2018-02-19 2019-02-21 Kuka Deutschland Gmbh Roboterarm mit wenigstens einem Verformungselement

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141976A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Honda Motor Co Ltd ロボットの関節構造
KR20050056254A (ko) * 2002-10-22 2005-06-14 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 로봇의 관절 구조
JP4236900B2 (ja) 2002-10-22 2009-03-11 本田技研工業株式会社 ロボットの関節構造
JP4727590B2 (ja) * 2004-11-17 2011-07-20 Ｔｈｋ株式会社 ロボット関節構造、ロボットフィンガ
KR20110133417A (ko) * 2010-06-04 2011-12-12 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 다리식 이동 로봇
JP2016209983A (ja) 2015-05-13 2016-12-15 国立大学法人大阪大学 ２関節連動変速リンク機構
KR101666202B1 (ko) * 2016-05-03 2016-10-13 엘아이지넥스원 주식회사 착용로봇
JP2018083255A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 川崎重工業株式会社 ロボットの関節構造体

Also Published As

Publication number Publication date
US11878414B2 (en) 2024-01-23
KR102473636B1 (ko) 2022-12-02
EP3939754A4 (en) 2022-12-21
WO2020184574A1 (ja) 2020-09-17
CN113573859A (zh) 2021-10-29
JP7149208B2 (ja) 2022-10-06
US20220152813A1 (en) 2022-05-19
EP3939754A1 (en) 2022-01-19
JP2020146803A (ja) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100888078B1 (ko) 로봇의 관절구조
KR102458112B1 (ko) 2자유도의 구동 기구
KR101809507B1 (ko) 로봇 핸드
WO2003055653A1 (en) Planar parallel robot mechanism with two translational degrees of freedom
US7441614B2 (en) Legged mobile robot
KR20190041719A (ko) 로봇 핸드
JP6936573B2 (ja) ロボットの関節構造体
JP2011121163A (ja) ロボット
CN110315519B (zh) 连杆机构
KR20210134011A (ko) 로봇의 관절 구조체
CN109843520B (zh) 机器人的关节构造体
US9022151B2 (en) Multi-legged walking apparatus
KR20120013560A (ko) 물체의 형태에 따라 파지할 수 있는 로봇 핸드
KR102337275B1 (ko) 방향 전환이 가능한 주행 로봇
US20200206906A1 (en) Parallel link robot
KR101649108B1 (ko) 관절 구조체 및 이를 구비한 로봇
JP4289447B2 (ja) ロボット装置及び関節軸駆動装置
US20190145504A1 (en) Linear series elastic actuator
CN216399690U (zh) 机械臂及机器人
KR100758119B1 (ko) 로봇암용 관절장치
US11511446B2 (en) Joint structure for robot
KR101358399B1 (ko) 물체의 형태에 따라 파지할 수 있는 로봇 핸드
KR102125835B1 (ko) 휴머노이드 로봇의 하지 관절 구조
JP7434080B2 (ja) 関節装置
CN220128828U (zh) 机器人髋关节组件和机器人

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant