KR20220101985A

KR20220101985A - Joint positioning device

Info

Publication number: KR20220101985A
Application number: KR1020210004137A
Authority: KR
Inventors: 송재복; 이원범
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2022-07-19
Also published as: KR102433966B1

Abstract

Disclosed is a joint position maintaining device which comprises: a force application unit continuously applying force in one direction; a switching roller disposed at a position spaced from the force application unit; a tension wire of which one side is connected to the force application unit to receive force in one direction and the other side switches a direction of the force applied by the force application unit to be transmitted since the tension wire winds a circumference of the switching roller; and a joint unit connected to the other side of the tension wire and receiving the force of the force application unit from the tension wire to maintain a position thereof.

Description

Joint positioning device {JOINT POSITIONING DEVICE}

본 발명은 질량과 부피가 작은 컴팩트한 관절 위치 유지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a compact joint position maintaining device having a small mass and volume.

중력은 질량이 있는 모든 물체에 적용되는 법칙으로, 통상적으로 지구가 물체를 잡아당기는 힘을 의미하는 것으로 쓰이고 있다. 중력으로 인하여 물체는 공중에 떠 다니지 않고, 영구적인 힘을 받아 표면에 위치되게 된다.Gravity is a law that applies to all objects with mass, and is usually used to mean the force that the earth pulls on objects. Due to gravity, the object does not float in the air, but is placed on the surface by receiving a permanent force.

중력은 우리에게 혜택을 주지만, 반대로 문제를 일으키기도 하는데, 특히 관절을 가지는 장치에 문제를 일으킨다.Gravity benefits us, but it can also cause problems, especially in devices with joints.

　관절을 가지는 장치는 대표적으로는 로봇팔이 있을 수 있다. 중력으로 인하여 이 장치들은 지속적, 영구적으로 지표면 방향으로 힘을 받게 되어 모터에 큰 부하를 가하게 된다. 이를 방지하기 위하여 중력 보상장치가 개발되었다.A device having a joint may include a robotic arm as a representative example. Gravity causes these devices to be constantly and permanently forced toward the ground, which places a large load on the motor. To prevent this, a gravity compensator has been developed.

중력 보상장치는 스프링, 4절-링크, 벨트와 풀리 등을 이용하여 각 관절들이 중력에 대해 움직이는 방향과 반대되는 방향으로 힘을 인가하도록 하여 중력에 저항하는 힘을 인가하는 장치이다. 이러한 중력 보상장치는 다 관절을 가지는 장치에 설치 시 각각의 관절에 장착되어 각 관절이 중력에 저항하는 힘을 인가하였다.Gravity compensator is a device that applies a force to resist gravity by applying a force in the direction opposite to the direction in which each joint moves with respect to gravity using a spring, four-section-link, belt and pulley. When this gravity compensator is installed in a device having multiple joints, it is mounted on each joint to apply a force that resists gravity to each joint.

이러한 중력 보상장치는 위와 같이 그 역할은 수행할 수 있으나, 다 관절 장치에 설치되는 경우, 관절의 수에 맞춰서 설치되어야 하는 바, 장치의 수가 늘어나고, 이에 비례하여 질량, 부피가 증가되어 복잡한 다 관절 장치를 더욱 복잡하게 만들며 가뜩이나 무거운 다 관절 장치를 더욱 무겁게 만드는 주범이 되었다.Such a gravity compensator can perform its role as described above, but when it is installed in a multi-joint device, it must be installed according to the number of joints. It made the device more complicated and became the main culprit in making the already heavy multi-joint device even heavier.

국내 공개특허 공개번호 10-2017-0086862Domestic Patent Publication No. 10-2017-0086862

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 각각의 관절의 수에 맞춰서 설치될 필요가 없으며, 질량과 부피가 작은 컴팩트한 관절 위치 유지장치를 제공하는데 목적이 있다. The present invention does not need to be installed according to the number of each joint as to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a compact joint position maintaining device having a small mass and volume.

본 발명인 관절 위치 유지장치는 일방향으로 지속적인 힘을 인가하는 힘인가부, 상기 힘인가부와 이격된 위치에 배치되는 전환롤러, 일측이 상기 힘인가부와 연결되어 일방향으로 힘을 인가받으며 상기 전환롤러의 둘레를 감아 배치되어 타측은 상기 힘인가부가 인가하는 힘을 방향을 바꿔 전달하는 텐션와이어 및 상기 텐션와이어의 타측과 연결되고, 상기 텐션와이어로부터 힘인가부의 힘을 전달받아 위치가 유지되는 관절부를 포함한다.The joint position maintaining device of the present invention is a force applying unit for applying a continuous force in one direction, a conversion roller disposed at a position spaced apart from the force applying unit, one side is connected to the force applying unit and a force is applied in one direction, and the conversion roller The other side is connected to the tension wire and the other side of the tension wire to change the direction of transmission of the force applied by the force applying unit, and the other side receives the force of the force applying unit from the tension wire and receives the force of the force applying unit, and the joint part is maintained include

상기 전환롤러는 상기 힘인가부보다 상측에 위치되며, 상기 텐션와이어는 타측이 중력 방향과 대향되는 방향이 되도록 상기 전환롤러를 감싸며 타측은 상기 중력 방향과 평행한 방향을 향할 수 있는 것을 특징으로 한다.The conversion roller is located above the force applying unit, and the tension wire surrounds the conversion roller so that the other side is in a direction opposite to the direction of gravity, and the other side can be directed in a direction parallel to the direction of gravity. .

상기 관절부는 상기 중력방향과 평행한 방향으로 이동될 수 있는 제1관절부를 포함하며, 상기 제1관절부는 상기 텐션와이어의 타측과 연결되어 적어도 중력 방향과 대향되는 방향으로 힘을 인가받는 것을 특징으로 한다.The joint portion includes a first joint portion that can be moved in a direction parallel to the direction of gravity, and the first joint portion is connected to the other side of the tension wire to receive a force applied at least in a direction opposite to the direction of gravity. do.

상기 제1관절부는 상기 중력방향을 따라 이동 가능한 리니어관절부와 상기 리니어관절부에 회전 가능하게 배치된 제1회전관절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first joint part is characterized in that it includes a linear joint part movable along the direction of gravity and a first rotation joint part rotatably arranged in the linear joint part.

상기 리니어관절부에는 롤링부가 배치되고, 상기 텐션와이어는 상기 롤링부를 감싸며 배치되며, 상기 힘인가부가 인가하는 힘을 상기 제1회전관절부에 힘의 방향을 바꿔 전달하는 것을 특징으로 한다.A rolling part is disposed on the linear joint part, and the tension wire is disposed to surround the rolling part, and the force applied by the force applying part is transferred to the first rotation joint part by changing the direction of the force.

상기 리니어관절부는 상기 중력방향과 평행하게 배치되는 리니어가이드와 상기 리니어가이드를 따라서 이동 가능하며 설정된 면적을 가지는 리니어프레임과 상기 리니어프레임에 배치된 롤링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The linear joint part is characterized in that it includes a linear guide arranged parallel to the direction of gravity, a linear frame movable along the linear guide and having a set area, and a rolling part disposed on the linear frame.

상기 제1회전관절부는 상기 리니어프레임에서 회전 가능하게 배치되는 제1회전부와 상기 제1회전부에 연결된 제1연결부를 포함하며 상기 텐션와이어는 상기 롤링부의 둘레를 감아 배치되어 상기 힘인가부가 인가하는 힘의 방향이 변경되며 상기 제1연결부에 연결되는 것을 특징으로 한다.The first rotation joint part includes a first rotation part rotatably arranged in the linear frame and a first connection part connected to the first rotation part, and the tension wire is disposed around the rolling part and the force applied by the force applying part The direction is changed and it is characterized in that it is connected to the first connection part.

상기 제1관절부는 설정된 면적을 가지며, 상기 리니어프레임에서 일방향으로 연장된 제1연결프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.The first joint portion has a set area and characterized in that it includes a first connection frame extending in one direction from the linear frame.

상기 제1연결프레임에는 상기 제1연결부와 이격된 위치에 제1보조연결부가 배치되며 상기 제1연결부와 상기 제1보조연결부에는 상기 텐션와이어가 적어도 상기 제1연결부와 상기 제1보조연결부를 1회 이상 권선하는 것을 특징으로 한다.A first auxiliary connection portion is disposed on the first connection frame at a position spaced apart from the first connection portion, and the tension wire includes at least the first connection portion and the first auxiliary connection portion between the first connection portion and the first auxiliary connection portion. It is characterized by winding more than one turn.

상기 제1연결프레임에는 상기 제1회전관절부와 이격된 위치에 제2관절부가 배치되는 것을 특징으로 한다.The first connection frame is characterized in that a second joint portion is disposed at a position spaced apart from the first rotation joint portion.

상기 제2관절부는 상기 제1연결프레임에 회전 가능하게 형성되는 제2회전관절부를 포함하며, 상기 제2회전관절부는 상기 제1연결프레임에 회전 가능하게 연결되는 제2회전부와 상기 제2회전부에 형성되는 제2연결부를 포함하며, 상기 텐션와이어는 적어도 상기 제1연결부와 제2연결부에 연결되는 것을 특징으로 한다.The second joint part includes a second rotation joint part rotatably formed on the first connection frame, and the second rotation joint part includes a second rotation part rotatably connected to the first connection frame and the second rotation part. and a second connection part formed, wherein the tension wire is connected to at least the first connection part and the second connection part.

상기 제1회전관절부와 상기 제2회전부에는 벨트가 배치되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that a belt is disposed on the first rotation joint part and the second rotation part.

상기 제1연결프레임에는 상기 벨트와 맞닿아 상기 벨트에 텐션을 인가하는 보조롤러가 배치되는 것을 특징으로 한다.An auxiliary roller for applying tension to the belt in contact with the belt is disposed on the first connection frame.

상기 제2관절부는 일방향으로 연장되며 설정된 면적을 가지는 제2연결프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다. The second joint portion is characterized in that it includes a second connection frame extending in one direction and having a set area.

전술한 바와 같이 하나의 힘 인가부를 형성하고, 이 힘 인가부가 인가하는 힘들이 각각의 관절부에 인가되는 중력에 대향하도록 하여 관절부를 유지시킬 수 있으므로, 구성의 수가 적으며, 질량과 부피가 작은 컴팩트한 관절 위치 유지장치를 얻을 수 있다. As described above, since one force applying unit is formed, and the force applied by the force applying unit is made to oppose the gravity applied to each joint part to maintain the joint part, the number of components is small, and the mass and volume are small. One joint position retainer can be obtained.

도 1은 제1실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.
도 2는 제2실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.
도 3은 제3실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.
도 4는 제1연결부와 제1보조연결부 사이에 텐션와이어가 복수회 권선되면 그에 따라 힘이 증폭되는 개념을 도시한 것이다.
도 5는 제1연결부를 확대 도시한 것이다.
도 6은 제4실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.
도 7은 관절 1에 인가되는 힘을 중심적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 관절 2와 관절 3에 인가되는 토크를 중심적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 각 관절의 변위가 특정한 값을 취하였을 시의 힘 및 토크를 그래프로 나타낸 그림이다.
도 10은 도 9에서의 개념도에서 관절 1이 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.
도 11은 도 10에서의 개념도에서 관절 2가 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.
도 12는 도 11에서의 개념도에서 관절 3이 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.1 shows a joint position maintaining device according to a first embodiment.
Figure 2 shows the joint position maintaining device according to the second embodiment.
Figure 3 shows the joint position maintaining device according to the third embodiment.
4 illustrates a concept in which the force is amplified when the tension wire is wound a plurality of times between the first connection part and the first auxiliary connection part.
5 is an enlarged view of the first connection part.
Figure 6 shows the joint position maintaining device according to the fourth embodiment.
7 is a conceptual diagram for centrally explaining the force applied to the joint 1.
8 is a conceptual diagram for centrally explaining torques applied to joints 2 and 3;
9 is a graph showing the force and torque when the displacement of each joint takes a specific value.
10 is a diagram illustrating a change when joint 1 moves in the conceptual diagram of FIG. 9 .
11 is a diagram illustrating a change when joint 2 moves in the conceptual diagram of FIG. 10 .
12 is a diagram illustrating a change when joint 3 moves in the conceptual diagram of FIG. 11 .

이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. However, this is not intended to limit the scope of the present invention.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.In addition, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the structure and operation of the present invention are only for describing the embodiments of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

도 1은 제1실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.1 shows a joint position maintaining device according to a first embodiment.

본 발명인 관절 위치 유지장치는 힘인가부(100), 전환롤러(200), 텐션와이어(300), 관절부(400)를 포함한다.The joint position maintenance device of the present invention includes a force applying unit 100 , a conversion roller 200 , a tension wire 300 , and a joint unit 400 .

힘인가부(100)는 베이스프레임(10)에 고정될 수 있다. 힘인가부(100)는 지속적인 인력을 인가할 수 있다. 힘인가부(100)는 일례로 스프링 밸런서일 수 있다. 또는 힘인가부(100)는 N극과 S극을 가지는 두 개의 자석이 자력이 영향이 미치는 범위 내에 이격되어 배치된 것일 수 있다. 힘인가부(100)에는 텐션와이어(300)가 연결될 수 있다. The force applying unit 100 may be fixed to the base frame 10 . The force applying unit 100 may apply a continuous manpower. The force applying unit 100 may be, for example, a spring balancer. Alternatively, the force applying unit 100 may be one in which two magnets having an N pole and an S pole are spaced apart from each other within the range of the influence of the magnetic force. A tension wire 300 may be connected to the force applying unit 100 .

텐션와이어(300)는 힘인가부(100)에 일측이 연결되어 지속적으로 일방향으로 인력을 받을 수 있다. 따라서 텐션와이어(300)는 타측에 연결되는 물체에 영구적인 인력을 인가할 수 있다.One side of the tension wire 300 is connected to the force applying unit 100 so that it can continuously receive an attractive force in one direction. Therefore, the tension wire 300 may apply a permanent attractive force to the object connected to the other side.

전환롤러(200)는 힘인가부(100)와 이격된 위치에 배치된다. 전환롤러(200)는 베이스프레임(10)에 배치된다. 여기서 전환롤러(200)는 힘인가부(100)와 동일한 수평면에 배치되지 않는다. 즉, 도 1에서 도시된 힘인가부(100)에서 수평 방향으로 직선을 인가하면 적어도 전환롤러(200)에 맞닿지 않는다.The conversion roller 200 is disposed at a position spaced apart from the force applying unit 100 . The conversion roller 200 is disposed on the base frame 10 . Here, the conversion roller 200 is not disposed on the same horizontal plane as the force applying unit 100 . That is, when a straight line is applied in the horizontal direction in the force applying unit 100 shown in FIG. 1 , at least it does not come into contact with the conversion roller 200 .

전환롤러(200)는 힘인가부(100)에 의하여 전달되는 텐션와이어(300)의 힘의 방향을 변경할 수 있다. 전환롤러(200)는 텐션와이어(300)가 감싸며 배치될 수 있다. 본 발명은 중력에 대향하여 관절부(400)의 위치를 유지하는 장치인 바, 전환롤러(200)는 힘인가부(100)를 기준으로 상측에 위치됨이 바람직하다. 따라서 텐션와이어(300)는 일측이 힘인가부(100)에 연결된 채, 타측은 도 1에서 도시된 바와 같이 중력에 대향하는 방향인 상측으로 힘을 지속적으로 인가할 수 있다.The conversion roller 200 may change the direction of the force of the tension wire 300 transmitted by the force applying unit 100 . The conversion roller 200 may be disposed with the tension wire 300 wrapped around it. The present invention is a device for maintaining the position of the joint portion 400 against gravity, and the switching roller 200 is preferably located on the upper side with respect to the force applying portion 100 . Accordingly, the tension wire 300 may continuously apply a force upward in a direction opposite to gravity as shown in FIG. 1 while one side is connected to the force applying unit 100 .

관절부(400)는 텐션와이어(300)의 타측에 연결된다. 따라서 관절부(400)는 텐션와이어(300)에 의하여 힘인가부(100)가 인가하는 힘을 전달받아 상측으로 지속적으로 힘을 받을 수 있다. 따라서 관절부(400)는 그 위치가 유지될 수 있다.The joint part 400 is connected to the other side of the tension wire 300 . Therefore, the joint part 400 can receive the force applied by the force applying part 100 by the tension wire 300 and continuously receive the force upward. Accordingly, the position of the joint part 400 may be maintained.

이처럼 본 발명인 관절 위치 유지장치는 힘인가부(100)를 기준으로 상측에 배치된 전환롤러(200)를 활용하여 힘인가부(100)가 인가하는 영구적인 힘이 상측을 향하도록 함으로써 관절부(400)를 중력에 대향하여 영구적으로 설정된 위치에 유지시킬 수 있다.As such, the joint position maintenance device of the present invention utilizes the switching roller 200 disposed on the upper side with respect to the force applying unit 100 to direct the permanent force applied by the force applying unit 100 to the upper side. ) can be held in a permanently set position against gravity.

도 2는 제2실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.Figure 2 shows the joint position maintaining device according to the second embodiment.

본 발명의 관절부(400)는 자유도를 가질 수 있다.The joint portion 400 of the present invention may have a degree of freedom.

관절부(400)는 제1관절부(410)를 포함할 수 있다. 제1관절부(410)는 리니어관절부(411)와 제1회전관절부(415)를 포함할 수 있다. 리니어관절부(411)는 중력방향과 평행한 방향으로 리니어하게 이동될 수 있다. 제1회전관절부(415)는 일축을 기준으로 회전 가능할 수 있다.The joint part 400 may include a first joint part 410 . The first joint part 410 may include a linear joint part 411 and a first rotation joint part 415 . The linear joint part 411 may be moved linearly in a direction parallel to the direction of gravity. The first rotation joint part 415 may be rotatable based on one axis.

리니어관절부(411)는 베이스프레임(10)에 길이방향으로 고정 배치되는 리니어가이드(412)와 리니어가이드(412)에 의하여 가이드되며 중력방향과 수평방향인 상측, 하측으로 이동될 수 있는 리니어프레임(413) 및 리니어프레임(413)에 배치되는 롤링부(450)를 포함할 수 있다.The linear joint part 411 is guided by a linear guide 412 and a linear guide 412 fixedly arranged in the longitudinal direction on the base frame 10, and a linear frame capable of moving upward and downward in the direction of gravity and the horizontal direction ( 413 ) and a rolling part 450 disposed on the linear frame 413 .

리니어가이드(412)는 설정된 길이를 가지며 배치된다. 리니어프레임(413)의 일측은 리니어가이드(412)와 연결된다. 일례로 리니어프레임(413)의 일면에는 리니어가이드(412)가 배치될 수 있는 리니어홈이 형성되고, 리니어홈에 리니어가이드(412)가 배치되어 리니어프레임(413)이 리니어가이드(412)를 따라서 슬라이드 이동 가능하게 형성될 수 있다.The linear guide 412 has a set length and is disposed. One side of the linear frame 413 is connected to the linear guide 412 . For example, a linear groove in which the linear guide 412 can be disposed is formed on one surface of the linear frame 413 , and the linear guide 412 is disposed in the linear groove so that the linear frame 413 follows the linear guide 412 . It may be formed to be slidably movable.

리니어프레임(413)은 설정된 면적을 가지며 형성될 수 있다. 따라서 리니어프레임(413)에는 롤링부(450)와 제1회전관절부(415)가 배치될 수 있다.The linear frame 413 may be formed to have a set area. Accordingly, the rolling part 450 and the first rotation joint part 415 may be disposed on the linear frame 413 .

롤링부(450)는 텐션와이어(300)의 타측과 연결될 수 있다. 따라서 힘인가부(100)가 인가하는 인력은 롤링부(450)를 통하여 리니어프레임(413)을 중력에 대향하는 방향으로 힘을 인가하여 리니어프레임(413)의 위치를 유지할 수 있다.The rolling part 450 may be connected to the other side of the tension wire 300 . Accordingly, the force applied by the force applying unit 100 may apply a force to the linear frame 413 in a direction opposite to the gravity through the rolling unit 450 to maintain the position of the linear frame 413 .

롤링부(450)는 전술한 전환롤러(200)와 마찬가지로 텐션와이어(300)가 둘레를 감싸며 배치될 수 있다. 여기서 텐션와이어(300)는 전환롤러(200)를 감싸는 방향과 롤링부(450)를 감싸는 방향은 반대일 수 있다. 즉, 텐션와이어(300)는 전환롤러(200)를 10시에서 1시 방향으로 감싸는 형태로 배치되었다면, 롤링부는 7시에서 5시 방향으로 감싸는 형태일 수 있다. 따라서 리니어프레임(413)은 롤링부를 통하여 중력에 대향하는 방향으로 힘인가부(100)의 힘을 전달받을 수 있다.The rolling part 450 may be disposed with a tension wire 300 surrounding the circumference, similarly to the conversion roller 200 described above. Here, in the tension wire 300 , the direction surrounding the switching roller 200 and the direction surrounding the rolling part 450 may be opposite to each other. That is, if the tension wire 300 is arranged to wrap the switching roller 200 in the 10 o'clock to 1 o'clock direction, the rolling part may be wrapped in the 7 o'clock to 5 o'clock direction. Accordingly, the linear frame 413 may receive the force of the force applying unit 100 in a direction opposite to the gravity through the rolling unit.

제1회전관절부(415)는 리니어프레임(413)에 배치될 수 있다. 제1회전관절부(415)는 일방향 또는 타방향으로 회전될 수 있다. 여기서 제1회전관절부(415)는 리니어프레임(413)에 회전 가능하게 배치되므로, 리니어프레임(413)의 중력방향과 수평한 방향의 이동에 따라 함께 이동될 수 있다.The first rotation joint part 415 may be disposed on the linear frame 413 . The first rotation joint part 415 may be rotated in one direction or the other direction. Here, since the first rotation joint part 415 is rotatably disposed on the linear frame 413 , it may be moved along with the movement of the linear frame 413 in the direction of gravity and the horizontal direction.

제1회전관절부(415)는 제1회전부(416), 제1연결부(417)를 포함할 수 있다.The first rotation joint part 415 may include a first rotation part 416 and a first connection part 417 .

제1회전부(416)는 리니어프레임(413)에 롤링부(450)와 이격되어 배치되며, 리니어프레임(413)에서 일방향 또는 타방향으로 회전 가능하게 배치된다. 여기서 제1회전부(416)에는 복수의 설치홀이 형성될 수 있다. 설치홀은 제1회전부(416)의 둘레를 따라 복수개 형성될 수 있다. 제1연결부(417)는 제1회전부(416)의 설치홀에 인입되는 형태로 배치될 수 있다.The first rotating part 416 is disposed to be spaced apart from the rolling part 450 in the linear frame 413 , and is rotatably disposed in the linear frame 413 in one direction or the other direction. Here, a plurality of installation holes may be formed in the first rotation unit 416 . A plurality of installation holes may be formed along the circumference of the first rotation unit 416 . The first connection part 417 may be disposed to be introduced into the installation hole of the first rotation part 416 .

제1연결부(417)는 제1회전부(416)에 고정적으로 배치된다. 따라서 제1연결부(417)의 위치가 변경되면 제1회전부(416)는 그에 따라 회전될 수 있다. 텐션와이어(300)는 롤링부(450)를 감싸며 최종적으로 제1연결부(417)에 타측이 연결될 수 있다. 따라서 제1관절부(410)는 그 위치가 유지될 수 있다.The first connection part 417 is fixedly disposed on the first rotation part 416 . Accordingly, when the position of the first connection part 417 is changed, the first rotation part 416 may be rotated accordingly. The tension wire 300 may surround the rolling part 450 and finally the other end may be connected to the first connection part 417 . Accordingly, the position of the first joint portion 410 may be maintained.

즉, 힘인가부(100)는 텐션와이어(300)의 일측과 연결되어 영구적으로 텐션와이어(300)를 잡아 당길 수 있으며, 텐션와이어(300)는 전환롤러(200)를 통하여 힘의 방향을 중력에 대향하는 방향으로 바꾸어, 롤링부(450)를 감싸며 배치되어, 리니어프레임(413)에 중력에 대향하는 영구적인 힘을 인가하여 리니어프레임(413)의 위치를 유지하고, 텐션와이어(300)의 타측은 제1연결부(417)에 연결되어 제1회전부(416)가 중력에 의하여 회전되는 방향과 반대 방향으로 힘을 인가한다.That is, the force applying unit 100 can be connected to one side of the tension wire 300 to pull the tension wire 300 permanently, and the tension wire 300 is the direction of force through the switching roller 200 by gravity. is disposed to surround the rolling part 450, applying a permanent force opposing gravity to the linear frame 413 to maintain the position of the linear frame 413, and the tension wire 300 The other side is connected to the first connection part 417 to apply a force in a direction opposite to the direction in which the first rotation part 416 is rotated by gravity.

도 3은 제3실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.Figure 3 shows the joint position maintaining device according to the third embodiment.

제3실시예에 의하는 본 발명인 관절 위치 유지장치는 제1관절부(410)는 제1연결프레임(414)을 더 포함할 수 있다. 또한 제2관절부(420)를 더 포함할 수 있다. The present invention joint position maintaining device according to the third embodiment, the first joint portion 410 may further include a first connection frame (414). In addition, the second joint portion 420 may be further included.

제1연결프레임(414)은 리니어프레임(413)에 연결된다. 즉, 리니어프레임(413)의 일면에 롤링부(450), 제2회전관절부(421)가 배치되면, 제1연결프레임(414)은 리니어프레임(413)의 타면에서 일방향으로 연장되어 설치될 수 있다. 따라서 제1연결프레임(414)은 리니어프레임(413)의 이동에 따라 함께 이동될 수 있다. 그러면서 제1연결프레임(414)은 리니어프레임(413)의 면적을 확장할 수 있다.The first connection frame 414 is connected to the linear frame 413 . That is, when the rolling part 450 and the second rotation joint part 421 are disposed on one surface of the linear frame 413, the first connection frame 414 may be installed extending in one direction from the other surface of the linear frame 413. have. Accordingly, the first connection frame 414 may be moved together with the movement of the linear frame 413 . Meanwhile, the first connection frame 414 may expand the area of the linear frame 413 .

제1연결프레임(414)에는 제2회전관절부(421)와 이격된 위치에 제1보조연결부(510)가 배치된다. 제1보조연결부(510)에는 제1연결부(417)에 연결된 텐션와이어(300)가 연장되어 연결될 수 있다. A first auxiliary connection part 510 is disposed at a position spaced apart from the second rotation joint part 421 in the first connection frame 414 . The tension wire 300 connected to the first connection part 417 may be extended and connected to the first auxiliary connection part 510 .

제1연결부(417)와 제1보조연결부(510)에는 각각 복수개의 배치홈이 형성될 수 있다. 텐션와이어(300)는 제1연결부(417)의 배치홈과 제1보조연결부(510)의 배치홈에 복수회 감겨질 수 있다. 따라서 제1연결부(417)에 더 큰 힘을 인가할 수 있다. A plurality of arrangement grooves may be formed in each of the first connection part 417 and the first auxiliary connection part 510 . The tension wire 300 may be wound a plurality of times in the arrangement groove of the first connection part 417 and the arrangement groove of the first auxiliary connection part 510 . Accordingly, a greater force may be applied to the first connection part 417 .

도 4는 제1연결부와 제1보조연결부 사이에 텐션와이어가 복수회 권선 시 힘이 증폭되는 개념을 도시한 것이다.4 illustrates a concept in which the force is amplified when the tension wire is wound a plurality of times between the first connection part and the first auxiliary connection part.

도 5는 제1연결부를 확대 도시한 것이다.5 is an enlarged view of the first connection part.

일례로 제1연결부(417)와 제1보조연결부(510)에 각각 텐션와이어(300)가 그냥 연결된 경우, 힘인가부(100)가 인가하는 힘은 그냥 제1보조연결부(510)에 그대로 인가될 것이다(도 4의 (a)참조). 텐션와이어(300)가 제1연결부(417)를 지나 제1보조연결부(510)를 1회 감으면 힘인가부(100)가 인가하는 힘은 2배가 될 것이다(도 4의 (b)참조). 그리고 제1보조연결부(510)를 2회 감으면 힘인가부(100)가 인가하는 힘은 4배가 될 것이다(도 4의 (d)참조). 즉, 텐션와이어(300)가 제1보조연결부(510)를 n회 감으면 2n배가 증가된 힘이 인가될 것이다(도 4의 (e)참조).For example, when the tension wire 300 is just connected to the first connection part 417 and the first auxiliary connection part 510, respectively, the force applied by the force applying part 100 is just applied to the first auxiliary connection part 510 as it is. will be (see Fig. 4 (a)). When the tension wire 300 passes through the first connection part 417 and winds the first auxiliary connection part 510 once, the force applied by the force applying part 100 will be doubled (see (b) of FIG. 4). . And if the first auxiliary connection part 510 is wound twice, the force applied by the force applying part 100 will be quadrupled (refer to (d) of FIG. 4). That is, when the tension wire 300 winds the first auxiliary connection part 510 n times, a force increased by 2n times will be applied (refer to (e) of FIG. 4).

본 발명은 이와 같은 원리를 이용하여 제1연결부(417)와 제1보조연결부(510)에 복수개의 배치홈을 형성하여 텐션와이어(300)가 복수회 제1연결부(417), 제1보조연결부(510)를 둘러싸며 배치되도록 하여 중력에 저항하는 힘이 제1연결부(417) 측으로 가해지도록 할 수 있다. According to the present invention, a plurality of arrangement grooves are formed in the first connection part 417 and the first auxiliary connection part 510 by using the same principle, so that the tension wire 300 is formed a plurality of times by the first connection part 417 and the first auxiliary connection part. It is arranged to surround the 510 so that a force against gravity is applied to the first connection part 417 side.

제2관절부(420)는 제1연결프레임(414)에 회전 가능하게 배치된다. 제2관절부(420)는 제2회전관절부(400)일 수 있다. 따라서 제2관절부(420)는 제2회전부(422), 제2연결부(423)를 포함할 수 있다.The second joint portion 420 is rotatably disposed on the first connection frame 414 . The second joint part 420 may be the second rotation joint part 400 . Accordingly, the second joint part 420 may include a second rotation part 422 and a second connection part 423 .

제2회전부(422)는 제1보조연결부(510)와 이격된 위치에서 제1연결프레임(414)에 배치된다. 제2회전부(422)는 제1연결프레임(414)과 독립적으로 회전 가능하게 형성된다. 그리고 제2회전부(422)는 제1회전부(416)와 마찬가지로 복수개의 설치홀이 둘레를 따라서 형성될 수 있다. 그리고 제2연결부(423)는 제1연결부(417)와 마찬가지로 제2회전부(422)의 설치홀에 인입되는 형태로 제2회전부(422)에 배치될 수 있다.The second rotation part 422 is disposed on the first connection frame 414 at a position spaced apart from the first auxiliary connection part 510 . The second rotation part 422 is formed to be rotatable independently of the first connection frame 414 . In addition, the second rotation unit 422 may have a plurality of installation holes formed along its circumference, similar to the first rotation unit 416 . In addition, the second connection part 423 may be disposed in the second rotation part 422 in the form of being introduced into the installation hole of the second rotation part 422 like the first connection part 417 .

그리고 제2연결부(423)는 텐션와이어(300)의 타측과 연결될 수 있다.And the second connection portion 423 may be connected to the other side of the tension wire (300).

즉, 텐션와이어(300)는 전환롤러(200), 롤링부(450), 제1연결부(417)를 감싸며 최종적으로 제2연결부(423)에 연결될 수 있다. 따라서 힘인가부(100)가 인가하는 인력은 제2회전부(422)가 중력에 의하여 회전되는 방향에 대향하는 방향으로 힘을 인가할 수 있다.That is, the tension wire 300 surrounds the switching roller 200 , the rolling part 450 , and the first connection part 417 , and may be finally connected to the second connection part 423 . Accordingly, the attractive force applied by the force applying unit 100 may apply the force in a direction opposite to the direction in which the second rotating unit 422 is rotated by gravity.

따라서 힘인가부(100)의 영구적인 힘으로 인하여 제1관절부(410), 제2관절부(420)는 위치가 변형되지 않고 유지될 수 있다.Therefore, due to the permanent force of the force applying unit 100, the first joint portion 410, the second joint portion 420 can be maintained without being deformed.

한편, 추가적으로 제3실시예에 의한 관절 위치 유지장치는 제1회전관절부(415)와 제2회전관절부(421)를 감싸는 형태의 벨트(540)가 배치될 수 있다. 또한, 제1연결프레임(414)에는 벨트(540)와 맞닿아 벨트(540)에 텐션을 인가하는 보조롤러(530)가 설치될 수 있다.On the other hand, in the joint position maintaining device according to the third embodiment additionally, a belt 540 in the form of surrounding the first rotation joint part 415 and the second rotation joint part 421 may be disposed. In addition, the auxiliary roller 530 for applying tension to the belt 540 in contact with the belt 540 may be installed in the first connection frame 414 .

여기서 보조롤러(530)는 제1회전관절부(421), 제2회전관절부(421) 사이에 배치되며, 제1회전관절부(421)와 제2회전관절부(421)에 감겨진 벨트(540)를 가압하여 벨트(540)에 텐션을 인가할 수 있다. 따라서 제1회전관절부(415)와 제2회전관절부(421)는 정위치에 정렬될 수 있다.Here, the auxiliary roller 530 is disposed between the first rotation joint part 421 and the second rotation joint part 421 , and the belt 540 wound around the first rotation joint part 421 and the second rotation joint part 421 . By pressing, tension may be applied to the belt 540 . Therefore, the first rotation joint portion 415 and the second rotation joint portion 421 may be aligned in the original position.

도 6은 제4실시예에 의한 관절 위치 유지장치를 도시한 것이다.Figure 6 shows the joint position maintaining device according to the fourth embodiment.

또한 본 발명인 관절 위치 유지장치는 제2연결프레임(424)을 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명인 관절 위치 유지장치는 제3관절부(430)를 더 포함할 수 있다. 제2연결프레임(424)은 제1연결프레임(414)에 연결되며 배치될 수 있다. 그리고 제2연결프레임(424)에는 제2관절부(420)와 이격된 위치에 제2보조연결부(520)가 배치될 수 있다. 제2보조연결부(520)는 전술한 제1보조연결부(510)와 동일한 역할을 한다.In addition, the present invention joint position maintenance device may further include a second connection frame (424). In addition, the present invention joint position maintaining device may further include a third joint portion (430). The second connection frame 424 may be disposed while being connected to the first connection frame 414 . In addition, a second auxiliary connection part 520 may be disposed on the second connection frame 424 at a position spaced apart from the second joint part 420 . The second auxiliary connection unit 520 serves the same as the above-described first auxiliary connection unit 510 .

그러므로 제2연결부(423)와 제2보조연결부(520)에는 복수의 배치홈이 형성될 수 있다. 그리고 텐션와이어(300)는 제2연결부(423)와 제2보조연결부(520)에 복수회 권선될 수 있다. 여기서 제2연결부(423)와 제2보조연결부(520)에 형성된 배치홈의 수는 필요에 따라 조절될 수 있다. 바람지하게 배치홈은 3개 또는 4개 정도가 형성됨이 바람직하다.Therefore, a plurality of arrangement grooves may be formed in the second connection part 423 and the second auxiliary connection part 520 . In addition, the tension wire 300 may be wound a plurality of times on the second connection part 423 and the second auxiliary connection part 520 . Here, the number of arrangement grooves formed in the second connection part 423 and the second auxiliary connection part 520 may be adjusted as necessary. Preferably, about three or four arrangement grooves are formed.

제3관절부(430)는 제3회전관절부(431)일 수 있다. 따라서 제3관절부(430)는 제3회전부를 포함할 수 있다. 또는 제3회전부는 가반하중일 수 있다. 그러나 필요에 따라서 제3회전부는 제2회전부(422)와 유사하게 회전 가능한 구성일 수 있으며, 이 경우 제3회전부에는 복수의 설치홀이 형성되고, 설치홀에 제3연결부가 배치될 수 있다.The third joint part 430 may be a third rotation joint part 431 . Accordingly, the third joint part 430 may include a third rotation part. Alternatively, the third rotating part may be a payload. However, if necessary, the third rotation unit may be configured to be rotatable similarly to the second rotation unit 422 . In this case, a plurality of installation holes may be formed in the third rotation unit, and a third connection unit may be disposed in the installation hole.

그리고, 제2회전부(422)와 제3회전부에는 벨트(540)가 설치될 수 있으며, 벨트(540)에 텐션을 인가하는 보조롤러(530)가 제2연결프레임(424)에 배치될 수도 있다.In addition, a belt 540 may be installed on the second rotation part 422 and the third rotation part, and an auxiliary roller 530 for applying tension to the belt 540 may be disposed on the second connection frame 424 . .

한편, 제2실시예에 의하는 경우 제1회전부(416)와 제3실시예에 의하는 경우 제2회전부(422)에는 제1연결부(417)와 제2연결부(423)에 인접하여 와이어유지부(600)가 설치홀에 추가로 배치될 수 있다. 와이어유지부(600)는 텐션와이어(300)가 제1연결부(417) 또는 제2연결부(423)에서 이탈되는 것을 방지한다. On the other hand, according to the second embodiment, the first rotating part 416 in the case of the third embodiment, and the second rotating part 422 according to the third embodiment, adjacent to the first connecting part 417 and the second connecting part 423, wire holding The part 600 may be additionally disposed in the installation hole. The wire holding part 600 prevents the tension wire 300 from being separated from the first connection part 417 or the second connection part 423 .

즉, 도 6에서 도시된 바와 같이 제1연결부(417)에 감겨진 텐션와이어(300)는 제1연결부(417)에 인접하여 배치된 와이어유지부(600)와 접하여 제1회전부(416)의 회전 이동을 방지할 수 있다. 즉, 텐션와이어(300)는 와이어유지부(600)와 제1연결부(417) 사이로 위치된 후 제1연결부(417)에 연결될 수 있다. That is, as shown in FIG. 6 , the tension wire 300 wound around the first connection part 417 is in contact with the wire holding part 600 disposed adjacent to the first connection part 417 and the first rotation part 416 of the Rotational movement can be prevented. That is, the tension wire 300 may be connected to the first connection part 417 after being positioned between the wire holding part 600 and the first connection part 417 .

이것은 제2연결부(423)도 마찬가지이다. 즉, 제2연결부(423)와 텐션연결부 사이로 텐션와이어(300)가 배치되고, 그 후 제2연결부(423)에 텐션와이어(300)가 연결될 수 있다.This is also the same for the second connection part 423 . That is, the tension wire 300 may be disposed between the second connection part 423 and the tension connection part, and then the tension wire 300 may be connected to the second connection part 423 .

도 7은 관절 1에 인가되는 힘을 중심적으로 설명하기 위한 개념도이다.7 is a conceptual diagram for centrally explaining the force applied to the joint 1.

도 8은 관절 2와 관절 3에 인가되는 토크를 중심적으로 설명하기 위한 개념도이다.8 is a conceptual diagram for centrally explaining torques applied to joints 2 and 3;

도 9는 각 관절의 변위가 특정한 값을 취하였을 시의 힘 및 토크를 그래프로 나타낸 그림이다.9 is a graph showing the force and torque when the displacement of each joint takes a specific value.

도 10은 도 9에서의 개념도에서 관절 1이 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.10 is a diagram illustrating a change when joint 1 moves in the conceptual diagram of FIG. 9 .

도 11은 도 10에서의 개념도에서 관절 2가 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.11 is a diagram illustrating a change when joint 2 moves in the conceptual diagram of FIG. 10 .

도 12는 도 11에서의 개념도에서 관절 3이 움직였을 때의 변화를 나타낸 그림이다.12 is a diagram illustrating a change when joint 3 moves in the conceptual diagram of FIG. 11 .

이하에서는 본 발명이 고안된 이론적 배경을 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the theoretical background in which the present invention was devised will be described.

이하에서는 용어를 다음과 같이 정의하도록 하겠다.Hereinafter, the terms will be defined as follows.

링크 1 = 리니어프레임(411) + 롤링부(450) + 제1회전부(416) + 제1연결부(417)Link 1 = linear frame (411) + rolling part (450) + first rotating part (416) + first connecting part (417)

링크 2 = 벨트(540) + 제1연결프레임(414) + 제2회전부(422) + 제1연결프레임(414)에 설치된 보조롤러(530) + 제2연결부(423)Link 2 = belt 540 + first connection frame 414 + second rotation part 422 + auxiliary roller 530 installed on first connection frame 414 + second connection part 423

링크 3 = 제2연결프레임(424) + 제2연결프레임(424)에 설치된 보조롤러(530) + 제3관절부(430)Link 3 = second connection frame (424) + auxiliary roller (530) installed on the second connection frame (424) + third joint part (430)

관절 1 = 베이스프레임(10) + 링크 1 + 리니어가이드(412)Joint 1 = Base frame (10) + Link 1 + Linear guide (412)

관절 2 = 링크 1 + 링크 2Joint 2 = Link 1 + Link 2

관절 3 = 링크 2 + 링크 3Joint 3 = Link 2 + Link 3

m1, m2, m3, m은 각각 링크 1, 2, 3과 가반하중의 질량이며, δ1는 관절 1의 변위이다. 관절 2와 3에 작용하는 중력토크 등의 토크 성분은 리니어가이드(412)에 의해 상쇄되어 관절 1에 영향을 미치지 못한다. m1, m2, m3, and m are the masses of links 1, 2, and 3 and the payload, respectively, and δ1 is the displacement of joint 1. Torque components such as gravitational torque acting on joints 2 and 3 are canceled by the linear guide 412 and do not affect joint 1 .

따라서 관절 1의 관점에서 각 링크의 질량 m1, m2, m3, m이 링크 1에 집중된 것처럼 전체 관절 구성을 단순화할 수 있다. 관절 1의 관점에서 보면 힘의 평형이 유지되고 잇으므로 따라서 링크 1의 롤링부(450)에 연결된 텐션와이어(300)의 힘만이 링크 1에 작용하는 외력으로 취급된다. 관절 1에 인가되는 중력 Fg1과 중력토크 Fc1은 다음과 같다.Therefore, from the viewpoint of joint 1, the overall joint configuration can be simplified as the masses m1, m2, m3, m of each link are concentrated on link 1. From the viewpoint of joint 1, since the balance of forces is maintained, only the force of the tension wire 300 connected to the rolling part 450 of link 1 is treated as an external force acting on link 1. The gravity Fg1 and gravity torque Fc1 applied to joint 1 are as follows.

관절 1에 인가되는 중력 Fg1과 중력토크 Fc1은 관절 1의 변위 δ1에 영향을 받지 않고 균일하다.The gravitational force Fg1 and the gravitational torque Fc1 applied to the joint 1 are not affected by the displacement δ1 of the joint 1 and are uniform.

n2와 n3는 각각 링크 2와 링크 3에서 관절 기준면 연결부(417, 423)와 보조연결부(510, 520)에 텐션와이어(300)가 감겨진 횟수이다. F는 힘인가부(100)가 인가하는 힘이다. n2 and n3 are the number of times the tension wire 300 is wound around the joint reference plane connection parts 417 and 423 and the auxiliary connection parts 510 and 520 in Link 2 and Link 3, respectively. F is the force applied by the force applying unit 100 .

(2n2*F)와 (2n3*F)은 각각 관절 2와 3에서 기준면에서 각각의 연결부(417, 423)와 보조연결부(510, 520) 사이에 발생하는 힘이다. 이는 전술한 도 4의 개념을 통해 쉽게 이해될 수 있다. (2n2*F) and (2n3*F) are forces generated between the respective connecting portions 417 and 423 and the auxiliary connecting portions 510 and 520 in the reference plane in joints 2 and 3, respectively. This can be easily understood through the concept of FIG. 4 described above.

텐션와이어(300)가 연결부(417, 423)와 보조연결부(510, 520)에 복수회 권선되어 있을 때, 텐션와이어(300)의 F는 텐션와이어(300)가 감겨진 횟수 n의 2배만큼 증폭된 힘 (2n*F)이 목표 물체에 인가된다. 따라서 관절 2와 3에서 기준면 아이들러와 링크 아이들러 사이에 발생하는 힘은 각각 (2n2*F)와 (2n3*F)이다.When the tension wire 300 is wound a plurality of times on the connection parts 417 and 423 and the auxiliary connection parts 510 and 520, F of the tension wire 300 is twice the number of times n the tension wire 300 is wound. An amplified force (2n*F) is applied to the target object. Therefore, the forces generated between the reference plane idler and the link idler at joints 2 and 3 are (2n2*F) and (2n3*F), respectively.

관절 3에 인가되는 중력토크는 링크 3과 가반하중의 질량인 m3과 m에 의해서 발생하며, 관절 3의 변위

에만 영향을 받는다. 관절 3에 인가되는 보상토크는 관절 3 기준면 연결부(423)와 보조연결부(423) 사이에 발생하는 힘 (2n3*F)에 의해서 발생하며, 역시 관절 3의 변위

에만 영향을 받는다. The gravitational torque applied to joint 3 is generated by link 3 and the mass of the payload, m3 and m, and the displacement of joint 3

is only affected by The compensation torque applied to the joint 3 is generated by the force (2n3*F) generated between the joint 3 reference plane connection part 423 and the auxiliary connection part 423, and also the displacement of the joint 3

is only affected by

한편, 관절 3에 인가되는 토크 성분은 기준면 3을 포함하는 평행 4절링크(기준면 연동 구조)에 의해 흡수되어, 관절 3에 영향을 미치지 못한다. 그러므로 관절 2의 관점에서 링크 3과 가반하중의 질량 m3과 m이 링크 2의 말단에 집중되어 있는 것처럼 취급 가능하다. On the other hand, the torque component applied to the joint 3 is absorbed by the parallel 4-joint link (reference plane interlocking structure) including the reference plane 3, and does not affect the joint 3. Therefore, from the point of view of joint 2, it can be treated as if link 3 and the payload masses m3 and m were concentrated at the end of link 2.

따라서 관절 2에 인가되는 중력토크는 링크 2, 3과 가반하중의 질량인 m2, m3, m에 의해 발생되며, 관절 2의 변위

에만 영향을 받는다. Therefore, the gravitational torque applied to joint 2 is generated by

links

2 and 3 and the masses of the payloads m2, m3, m, and the displacement of joint 2

is only affected by

관절 2에 인가되는 보상토크는 관절 2 기준면 제1연결부(417)와 제1보조연결부(510) 사이에 발생하는 힘 (2n2*F)에 의해서 발생하며, 역시 관절 2의 변위

에만 영향을 받는다. 관절 2와 3에 인가되는 중력토크 Tg2, Tg3과 보상토크 Tc2, Tc3는 다음과 같다.The compensation torque applied to the joint 2 is generated by the force (2n2*F) generated between the first connection part 417 and the first auxiliary connection part 510 of the joint 2 reference plane, and also the displacement of the joint 2

is only affected by The gravitational torques Tg2, Tg3 and compensation torques Tc2, Tc3 applied to

joints

2 and 3 are as follows.

관절 2에 인가되는 중력토크 Tg2와 보상토크 Tc2는 관절 2의 변위

에 대한 sin 함수에 근사한 형태로 나타나며, 관절 3에 인가되는 중력토크 Tg3와 보상토크 Tc3는 관절 3의 변위

에 대한 sin 함수에 근사한 형태로 나타난다.The gravitational torque Tg2 applied to joint 2 and the compensation torque Tc2 are the displacement of joint 2

Appears in an approximate form to the sin function for

Appears in an approximate form to the sin function for .

위의 여러 식들에서 나타난 바와 같이, 관절 1에 인가되는 중력 Fg1과 보상력 Fc1은 항상 일정하며,

을 이루도록 m1, m2, m3, m과 F를 선정하면 적절한 중력보상이 가능하다. As shown in the above equations, the gravitational force Fg1 and the compensatory force Fc1 applied to joint 1 are always constant,

If m1, m2, m3, m and F are selected to achieve

2에 대한 함수이며,

을 이루도록 m2, m3, m, l2, lc2, lb2, R2, n2와 F를 선정하면 적절한 중력보상이 가능하다. 관절 3에 인가되는 중력토크 Tg3와 보상토크 Tc3는 관절 3의 변위

에 대한 함수이며,

를 이루도록 m3, m, l3, lc3, lb3, R3, n3와 F를 선정하면 적절한 중력보상이 가능하다.The gravitational torque Tg2 applied to joint 2 and the compensation torque Tc2 are the displacement of joint 2

is a function for 2,

Appropriate gravity compensation is possible by selecting m2, m3, m, l2, lc2, lb2, R2, n2 and F to achieve The gravitational torque Tg3 applied to joint 3 and the compensation torque Tc3 are the displacement of joint 3

is a function for

Appropriate gravity compensation is possible if m3, m, l3, lc3, lb3, R3, n3 and F are selected to achieve .

각 설계변수 및 관절 1, 2, 3의 변위

이 특정한 값을 취할 시의 각 관절에 인가되는 중력-보상력, 중력토크-보상토크의 예시를 그래프로 나타내었다. Displacement of each design variable and

joints

1, 2, 3

Examples of gravity-compensation force and gravity torque-compensation torque applied to each joint when this specific value is taken are shown in graphs.

도 10 ~ 12는 관절 변위

이 차례로 변화하였을 때의 중력/중력토크 및 보상력/보상토크의 변화를 나타낸다. 각 그래프에 나타나는 바와 같이, 각 관절에 인가되는 힘 및 토크가 다른 관절의 변위에 영향을 받지 않으며, 모든 범위에서 균형을 이룬다. 10-12 show joint displacement

Changes in gravity/gravity torque and compensating force/compensating torque when these are sequentially changed are shown. As shown in each graph, the force and torque applied to each joint are not affected by displacement of other joints, and are balanced in all ranges.

이러한 원리로 본 발명은 1개의 힘인가부(100)와 텐션와이어(300)의 조합으로 3개 관절 전부에서의 중력보상을 구현 가능하다. According to this principle, the present invention can implement gravity compensation in all three joints by a combination of one force applying unit 100 and the tension wire 300 .

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments, it is within the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

10 : 베이스프레임
100 : 힘인가부
200 : 전환롤러
300 : 텐션와이어
400 : 관절부
410 : 제1관절부
411 : 리니어관절부
412 : 리니어가이드
413 : 리니어프레임
414 : 제1연결프레임
415 : 제1회전관절부
416 : 제1회전부
417 : 제1연결부
420 : 제2관절부
421 : 제2회전관절부
422 : 제2회전부
423 : 제2연결부
424 : 제2연결프레임
430 : 제3관절부
431 : 제3회전관절부
450 : 롤링부
510 : 제1보조연결부
520 : 제2보조연결부
530 : 보조롤러
540 : 벨트
600 : 와이어유지부10: base frame
100: power or not
200: conversion roller
300: tension wire
400: joint
410: first joint part
411: linear joint part
412: linear guide
413: linear frame
414: first connection frame
415: first rotation joint part
416: first rotation unit
417: first connection part
420: second joint part
421: second rotation joint part
422: second rotation part
423: second connection part
424: second connection frame
430: third joint part
431: third rotation joint part
450: rolling part
510: first auxiliary connection part
520: second auxiliary connection part
530: auxiliary roller
540: belt
600: wire holding part

Claims

a force applying unit for applying a continuous force in one direction;
a conversion roller disposed at a position spaced apart from the force applying unit;
a tension wire having one side connected to the force applying unit to receive a force in one direction and being wound around the conversion roller to change the direction of the other side to transmit the force applied by the force applying unit; and
The joint part is connected to the other side of the tension wire, and the position is maintained by receiving the force of the force applying part from the tension wire
A joint positioning device comprising a.

According to claim 1,
The conversion roller is located above the force applying unit,
The tension wire wraps the conversion roller so that the other side is in a direction opposite to the direction of gravity and the other side can be directed in a direction parallel to the direction of gravity
Joint position maintaining device, characterized in that.

3. The method of claim 2,
the joint
It includes a first joint part that can be moved in a direction parallel to the direction of gravity,
The first joint portion is connected to the other side of the tension wire to receive a force at least in a direction opposite to the direction of gravity
Joint position maintaining device, characterized in that.

4. The method of claim 3,
The first joint part
A linear joint part movable along the direction of gravity and a first rotation joint part rotatably disposed in the linear joint part
Joint position maintaining device, characterized in that.

5. The method of claim 4,
A rolling part is disposed on the linear joint part,
The tension wire is
It is disposed to surround the rolling part, and to transfer the force applied by the force applying part to the first rotational joint part by changing the direction of the force.
Joint position maintaining device, characterized in that.

5. The method of claim 4,
The linear joint part
A linear guide disposed parallel to the direction of gravity, a linear frame movable along the linear guide and having a set area, and a rolling part disposed on the linear frame
Joint position maintaining device, characterized in that.

7. The method of claim 6,
The first rotation joint part
It includes a first rotating part rotatably arranged in the linear frame and a first connecting part connected to the first rotating part,
The tension wire is disposed around the rolling part so that the direction of the force applied by the force applying part is changed and connected to the first connection part
Joint position maintaining device, characterized in that.

7. The method of claim 6,
The first joint part
Having a set area and including a first connection frame extending in one direction from the linear frame
Joint position maintaining device, characterized in that.

9. The method of claim 8,
A first auxiliary connection part is disposed on the first connection frame at a position spaced apart from the first connection part,
In the first connection part and the first auxiliary connection part, the tension wire wound at least the first connection part and the first auxiliary connection part one or more times.
Joint position maintaining device, characterized in that.

9. The method of claim 8,
In the first connection frame,
A second joint portion is disposed at a position spaced apart from the first rotation joint portion
Joint position maintaining device, characterized in that.

11. The method of claim 10,
The second joint part
It includes a second rotation joint portion rotatably formed on the first connection frame,
The second rotation joint part
A second rotation part rotatably connected to the first connection frame and a second connection part formed on the second rotation part,
The tension wire is connected to at least the first connection part and the second connection part
Joint position maintaining device, characterized in that.

12. The method of claim 11,
A belt is disposed on the first rotation joint part and the second rotation part
Joint position maintaining device, characterized in that.

13. The method of claim 12,
An auxiliary roller for applying tension to the belt in contact with the belt is disposed on the first connection frame
Joint position maintaining device, characterized in that.

11. The method of claim 10,
The second joint part
Including a second connection frame extending in one direction and having a set area
Joint position maintaining device, characterized in that.