KR100525648B1 - 인간형 작업로봇의 팔형체구조 - Google Patents

Abstract

인간형 작업로봇의 팔형체에 의한 통상적인 작업시에 어깨관절의 특이점상태가 발생하는 것을 극력 배제하여, 팔형체의 원활한 동작성을 확보할 수 있는 인간형 작업로봇의 팔형체구조이다. 어깨관절(5)을 구성하는 제 1 관절(11)의 제 1 축(10)과 제 3 관절(15)의 제 3 축(14)이 동일축으로 되는 어깨관절(5)의 특이점상태에서 어깨관절(5)을 동작시킴과 동시에 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 측방에 위치시킨 상태로, 팔꿈치관절(6)이 어깨관절(5)의 제1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 각 축(10, 12, 14)의 교차점을 통과하는 수평면(S)보다도 상방에 존재하도록, 어깨관절(5)의 제 1 관절 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 위치 및 자세, 및 제 3 관절(15)에 대한 팔꿈치관절(6)의 위치를 설정한다.

Description

인간형 작업로봇의 팔형체구조{ARM STRUCTURE FOR MAN TYPE WORKING ROBOTS}

본 발명은 인간형 작업로봇의 팔형체구조에 관한 것이다.

인간과 마찬가지로 동체의 양측에 팔형체를 갖는 인간형 로봇에 있어서는, 예를 들면 도 7에 도시하는 바와 같은 팔형체의 관절구조를 채용한 것이 일반적으로 알려져 있다.

이 인간형 로봇의 각 팔형체(A)는, 어깨관절(a), 팔꿈치관절(b), 및 손목관절(c)을 갖추고 있다. 그리고, 어깨관절(a)은, 동체(胴體)(B)의 상부의 측부로부터 수평방향으로 뻗어설치된 제 1 축(d)의 주위에 회전자유로이 동체(B)에 연결된 제 1 관절(e)과, 제 1 축(d)과 직교하는 제 2 축(f)(도 7의 지면에 수직인 축)의 주위에 회전자유로이 제 1 관절(e)에 연결된 제 2 관절(g)과, 제 2 축(f)과 직교하는 제 3 축(h)의 주위에 회전자유로이 제 2 관절(g)에 연결된 제 3 관절(i)에 의해 구성되어 있다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 관절(e, g, i)은, 그 임의의 동작위치(회전위치)에 있어서 각각의 회전축심인 제 1 내지 제 3축(d, f, h)이 일점에서 교차하도록 한 위치관계로 설치되어 있다.

또한, 팔꿈치관절(b)은, 제 4 축(j)(도 7에서는 지면에 수직한 축)의 주위에 회전자유로이 어깨관절(a)의 제 3 관절(i)에 상완부(上腕部)(k)를 통하여 연결된 제 4 관절(b)에 의해 구성되어 있다. 더욱이, 손목관절(c)은, 제 5 내지 제 7축( m, n, o)(도시의 상태에서는 이들 축(m, n, o)은 서로 직교하고 있다)의 주위에 각각 회전자유로운 제 5 내지 제 7 관절(p, q, r)을 순차, 팔꿈치관절(b)로부터 연결해서 구성되어 있다. 그리고, 손목관절(c)의 선단에 손끝부(s)가 연결되어 있다.

이와 같은 팔형체(A)의 구조에 의해, 이 팔형체의 어깨관절(a), 팔꿈치관절(b), 및 손목관절(c)은 인간의 팔과 대략 동일한 동작이 가능한 것으로 되어 있다.

또한 도 7의 로봇에서는, 팔꿈치관절(b)은 어깨관절(a)의 제 3 관절(i)의 제 3 축(h)의 축심상에 배치되어 있는데, 팔꿈치관절(b)을 제 3 관절의 제 3 축의 축심상으로부터 직경방향으로 이격시킨 위치에서 이 제 3 관절에 연결하는 경우도 있다.

그런데, 이와 같은 구조의 로봇의 팔형체(A)에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이 어깨관절(a)의 제 1 관절(e)의 제 1 축(d)과 제 3 관절(i)의 제 3 축(h)이 동일축으로 되는 상태가 있고, 이와 같은 상태는, 일반적으로 어깨관절(a)의 특이점(特異點)상태(혹은 특이점자세)라고 말한다. 더욱이 이 특이점상태는, 제 1 관절(e) 혹은 제 3 관절(i)의 회전위치에 의하지 않고, 제 1 관절(e)의 제 1 축(d)과 제 3 관절(i)의 제 3 축(h)이 동일축으로 되는 상태를 가리키는 것이고, 이것은, 팔꿈치관절을 제 3 관절의 제 3 축의 축심상에서 직경방향으로 이격한 위치에서 이 제 3 관절에 연결한 경우에도 마찬가지이다.

이와 같은 특이점상태에서는, 어깨관절(a)은 제 1 관절(e) 혹은 제 3 관절(i)에 의한 제 1 축(d)(＝제 3 축(h)) 주위의 회전동작과, 제 2 관절(g)에 의한 제 2 축(f) 주위의 회전동작 밖에는 행할 수 없게 된다. 이 때문에 어깨관절(a)의 제 3 관절(i)에 연결되어 있는 팔꿈치관절(b)의 자세의 자유도가 적게 되어 팔형체(A)의 동작성이 나쁘게 된다.

예를 들면 도 8의 특이점상태에 있어서, 팔꿈치관절(b)의 제 4 축(j)의 방향을 연직축 주위로 약간 변경하고자 한 경우라도, 이와 같은 약간의 움직임을 팔꿈치관절(b)에게 행하게 하기 위해서는, 어깨관절(a)의 제 1 관절(e) 및 제 3 관절(i)을 각각 제 1 축(d) 및 제 3 축(h)의 주위를 서로 반대방향으로 90도씩 회전시킨 후에, 제 2 관절(g)을 제 2 축(f)의 주위로 약간 회전시키는 어깨관절(a)의 동작을 행하지 않으면 안된다.

이와 같이 어깨관절(a)의 특이점상태에서는, 팔꿈치관절(b)의 약간의 위치 혹은 자세변화에 대하여 어깨관절(a)의 큰 동작을 요하는 사태가 생기고 말아, 팔꿈치관절(b)의 원하는 위치 혹은 자세로의 변경의 유연성이나 신속성을 잃게 된다.

또한, 어깨관절(a)의 특이점상태 이외의 상태(비특이점상태)에서는, 상기와 같은 문제를 일으키지 않으며, 예를 들면 도 7의 상태에서는, 팔꿈치관절(b)의 제 4 축 (j)의 방향의 임의의 방향으로의 약간의 변경은 제 1 관절(e) 혹은 제 3 관절(i), 혹은 그 양자의 약간의 회전동작에 의해 행할 수 있다.

한편, 본원 발명자등의 식견에 의하면, 이 종류의 인간형 로봇의 팔형체(A)에 의한 작업에 있어서는, 통상, 팔꿈치관절(b)을 어깨관절(a)의 중심, 즉 상기 제 1 내지 제 3 관절(e, g, i)의 각 축(d, f, h)의 교점과 동일한 높이에 위치시키고, 혹은 그것보다도 낮춘 상태로 각종 작업이 행해진다. 특히, 인간의 팔의 동작과 동일한 동작을 로봇의 팔형체가 행하게 하는 마스터슬레이브방식의 인간형 로봇에서는, 인간의 팔에 의한 작업성에 있어서, 상기와 같은 경향이 크다.

그런데, 종래의 인간형 로봇에서는, 상기와 같은 실제의 작업시에 있어서의 팔형체(A)의 팔꿈치관절(b)의 위치를 고려하지 않고서, 어깨관절(a)의 제 1 내지 제 3 관절의 레이아웃이나 자세가 설계되어 있었기 때문에, 인간형 로봇의 작업시에 통상적으로 팔꿈치관절(b)이 동작할 수 있는 위치에서, 어깨관절(a)의 상기 특이점상태가 발생하게 되고 만다. 예를 들면 도 7의 인간형 로봇에서는, 팔꿈치관절(b)을 어깨관절(a)의 중심과 동일 높이로 동체(B)의 측방으로 뻗은 상태가 특이점상태로 되는데, 이와 같은 팔꿈치관절(b)의 위치상태는, 작업시에 통상적으로 생길 수 있는 상태이다. 이 때문에, 종래의 인간형 로봇에서는, 그 팔형체(A)에 의한 통상적인 작업시에 있어서 어깨관절(a)의 특이점상태가 발생되기 쉽고, 그 결과, 통상적인 작업시의 팔형체(A)의 동작성을 잃게 되기 쉬운 것으로 되어 있었다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여, 인간형 로봇의 팔형체에 의한 통상적인 작업시에 어깨관절의 특이점상태가 발생하는 것을 극력 배제하고, 팔형체의 원활한 동작성을 확보하는 것이 가능한 인간형 로봇의 팔형체구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시형태를 적용한 인간형 로봇의 모식적 정면도,

도 2는 도 1의 로봇의 주요부의 동작설명도,

도 3은 본 발명의 제 1의 실시형태의 변형예를 도시하는 인간형 로봇의 주요부의 모식적 측면도,

도 4는 본 발명의 제 2의 실시형태를 적용한 인간형 로봇의 주요부의 모식적 정면도,

도 5는 본 발명의 제 2의 실시형태의 변형예를 도시하는 인간형 로봇의 주요부의 모식적 정면도,

도 6은 본 발명의 제 3의 실시형태를 적용한 인간형 로봇의 주요부의 모식적 정면도,

도 7은 종래의 인간형 로봇의 모식적 정면도, 및

도 8은 도 7의 로봇의 주요부의 동작설명도.

본 발명의 인간형 로봇의 팔형체구조는 이러한 목적을 달성하기 위하여, 제 1 축의 주위를 회전자유로이 동체에 연결된 제 1 관절과, 이 제 1축과 교차하는 제 2 축의 주위를 회전자유로이 상기 제 1 관절에 연결된 제 2 관절과, 이 제 2 축과 교차하는 제 3 축의 주위를 회전자유로이 상기 제 2 관절에 연결된 제 3 관절로 이루어지고, 또한 제 1 내지 제 3 관절의 각 축이 일점에서 교차하도록 설치된 어깨관절과, 이 어깨관절의 제 3 관절에 연결된 팔꿈치관절을 구비한 인간형 작업로봇의 팔형체구조에 있어서, 상기 어깨관절을 구성하는 상기 제 1 관절의 제 1 축과 상기 제 3 관절의 제 3 축이 동일축으로 되는 이 어깨관절의 특이점상태에서 이 어깨관절을 동작시킴과 동시에 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방으로 위치시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 제 1 내지 제 3 관절의 각 축의 교차점을 통과하는 수평면보다도 상방에 존재하도록, 상기 어깨관절의 제 1 관절 내지 제 3 관절의 위치 및 자세, 및 이 제 3 관절에 대한 상기 팔꿈치관절의 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 인간형 로봇의 팔형체에 의한 작업에 있어서는, 일반적으로 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방쪽에 위치시키고, 또한 상기 제 1 내지 제 3 관절의 각 축의 교차점, 즉 어깨관절의 중심을 통과하는 수평면보다도 상측에 이 팔꿈치관절을 위치시킨 상태로 작업이 행해지는 일은 거의 없다. 따라서, 상기 어깨관절을 상기 특이점상태에서 동작시킴과 동시에 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방으로 위치시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 제 1 내지 제 3 관절의 각 축의 교차점을 통과하는 수평면보다도 상방에 존재하도록, 상기 어깨관절의 제 1 관절 내지 제 3 관절의 위치 및 자세, 및 이 제 3 관절에 대한 상기 팔꿈치관절의 위치를 설정해 놓으므로써, 인간형 로봇의 팔형체에 의한 실제의 작업시에 이 팔형체의 팔꿈치관절을 통상적으로 동작시키는 이 팔꿈치관절의 위치에서, 어깨관절의 특이점상태가 생기는 사태를 배제하는 것이 가능하게 된다.

따라서 본 발명에 의하면, 인간형 로봇의 팔형체에 의한 통상적인 작업시에 어깨관절의 특이점상태가 발생하는 것을 극력 배제하고, 팔형체의 원활한 동작성을 확보하는 것이 가능하게 된다.

이러한 본 발명에서는, 상기 팔꿈치관절을, 상기 제 3 관절의 제 3 축의 축심상에서 이 제 3 관절에 연결한 경우에는, 예를 들면 상기 어깨관절은, 그 제 1 관절이 상기 제 1 축을 상기 동체로부터 이 동체의 측방 쪽에서 경사지게 상방을 향한 자세로 이 동체에 연결됨과 동시에 상기 제 2 관절 및 제 3 관절이 이 어깨관절의 상기 특이점상태에 있어서 상기 제 1 관절로부터 팔꿈치관절을 향해서 순번으로 상기 제 1 축의 축심상에 나란히 서도록 각각 제 1 관절 및 제 2 관절에 연결되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 어깨관절의 특이점상태에서는, 상기 팔꿈치관절은, 동체의 측방 쪽에서 상기 수평면보다도 상방에 존재하는 것이다.

또 본 발명에서는, 상기 팔꿈치관절을, 상기 제 3 관절의 제 3 축의 축심으로부터 이격한 위치에서 이 제 3 관절에 연결한 경우에는, 상기 어깨관절의 제 1 내지 제 3 관절의 위치 및 자세는, 상기 어깨관절을 상기 특이점상태에서 동작시킴과 동시에, 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방 쪽의 임의의 위치에 상기 제 3 축의 주위로 회전시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 수평면보다도 상방에 존재하도록 설정되어 있다.

즉 상기 팔꿈치관절을, 상기 제 3 관절의 제 3 축의 축심에서 직경방향으로 이격된 위치에서 이 제 3 관절에 연결한 경우에는, 상기 특이점상태에 있어서 상기 제 1 관절 혹은 제 3 관절을 각각 상기 제 1 축, 제 3 축(이들은 특이점상태에서는 동일축이다)의 주위를 회전시키므로써, 상기 팔꿈치관절의 위치는, 이 팔꿈치관절과 제 1 및 제 3 축의 거리를 반경으로 하는 원주상을 이동하고, 이 팔꿈치관절의 어느 회전위치에서도 어깨관절의 특이점상태이다. 따라서, 이 경우에는, 상기 어깨관절을 상기 특이점상태에서 동작시킴과 동시에 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방 쪽의 임의의 위치에 상기 제 3 축의 주위를 회전시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 수평면보다도 상방으로 존재하도록 상기 어깨관절의 제 1 관절 내지 제 3 관절의 위치 및 자세를 설정해 놓으므로써, 인간형 로봇의 팔형체에 의한 통상적인 작업시에 어깨관절의 특이점상태가 발생하는 것을 극력 배제하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 팔형체구조를 구비한 인간형 로봇의 모식적 정면도, 도 2는 도 1의 인간형 로봇의 동작설명도이다.

도 1을 참조하면, 이 인간형 로봇은, 동체(1)와, 동체(1)의 상면부에 부착된 헤드부(2)와, 동체(1)의 상부의 양측부로부터 뻗어설치된 좌우 한쌍의 팔형체(3, 3)와, 동체(1)의 하단부로부터 뻗어설치된 좌우 한쌍의 다리형체(4, 4)를 구비하여 인간형으로 구성되어 있다. 팔형체(3, 3)는 좌우가 동일구조로 되고, 또, 다리형체(4, 4)도 좌우가 동일구조로 되어 있다.

각 팔형체(3)는, 동체(1)로부터 어깨관절(5), 팔꿈치관절(6), 손목관절(7), 및 손끝부(9)를 순차 연속접속하여 구성되어 있다.

어깨관절(5)은, 동체(1)로부터 그 측방 쪽으로 경사지게 상방을 향해서 뻗어있는 제 1 축(10)의 주위를 회전자유로이 동체(1)에 연결된 제 1 관절(11)과, 제 1 축(10)과 직교하여 뻗어 있는 제 2 축(12)의 주위를 회전자유로이 제 1 관절(11)에 연결된 제 2 관절(13)과, 제 2 축(12)과 직교하여 뻗어있는 제 3 축(14)의 주위를 회전자유로이 제 2 관절(13)에 연결된 제 3 관절(15)에 의해 구성되어 있다. 또한 도시상태에 있어서, 제 2 축(12)은, 전후방향(도 1의 지면에 수직인 방향)으로 뻗어있고, 제 3축(14)은, 상하방향으로 뻗어 있다. 또 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)은, 그들의 임의의 회전상태에서, 그들 각 축(10, 12, 14)이 제 2 축(12) 위의 일점에서 교차하게 되는 위치관계로 배치되어 있다.

팔꿈치관절(6)은 상기 제 3 축(14)의 축심상에서 제 3 관절(15)에 상완부(16)를 통하여 연결된 제 4 관절에 의해 구성되고, 이 제 4 관절(6)(＝팔꿈치관절(6))은, 제 3 축(14)과 직교하는 제 4 축(17)(도면의 상태에서는 전후방향으로 뻗어있는 축)의 주위를 회전자유로이 되어 있다.

손목관절(7)은, 제 4 축(17)과 직교하는 방향(도면의 상태에서는 상하방향)으로 뻗어있는 제 5 축(18)의 주위를 회전자유로이 제 4 관절(6)(팔꿈치관절(6))에 연결된 제 5 관절(19)과, 제 5 축(18)과 직교하는 방향(도면의 상태에서는 전후방향)으로 뻗어있는 제 6 축(20)의 주위를 회전자유로이 제 5 관절(19)에 연결된 제 6 관절(21)과, 제 6 축(20)과 직교하는 방향(도면의 상태에서는 좌우방향)으로 뻗어있는 제 7 축(22)의 주위를 회전자유로이 제 6 관절(21)에 연결된 제 7 관절(23)에 의해 구성되고, 이 제 7관절(23)에 손끝부(9)가 연결되어 있다.

또한 상기 제 1 내지 제 7의 각 관절(11, 13, 15, 6, 19, 21, 23)은, 각각 모터 등의 로터리 액추에이터에 의해 구성된 것으로, 그들은 소요작업을 할 때에, 도시하지 않은 로봇 조정장치(예를 들면 마스터장치)로부터의 지령, 혹은 미리 정해진 티칭데이터 등에 근거하여 동작한다. 이 경우, 각 관절(11, 13, 15, 6, 19, 21, 23)은, 로터리 액추에이터에 제한되지 않고, 예를 들면, 실린더 등의 직동형(直動型) 액추에이터에 의해 각각의 축(10, 12, 14, 17, 18, 20, 22)의 주위를 회전하게 하는 구조를 채용해도 좋다.

이상과 같은 어깨관절(5), 팔꿈치관절(6) 및 손목관절(7)의 구조에 의해, 어깨관절(5)은, 후술하는 특이점상태를 제외하고 3축 회전의 회전동작을 행할 수 있고, 또, 팔꿈치관절(6) 및 손목관절(7)은 각각 1축 회전, 3축 회전의 회전동작을 행할 수 있다.그리고 이들 회전동작에 의해, 각 팔형체(3)는, 인간의 팔과 동일한 동작을 행하는 것이 가능하게 되도록 되어 있다.

또한 각 다리형체(4)는, 동체(1)측으로부터 다리가랑이관절(24), 무릎관절 (25), 발목관절(26), 및 발바닥부(27)를 순차 연접해서 구성되어 있다. 이 경우, 상세한 도시는 생략하는데, 다리가랑이관절(24)은 전후, 좌우 및 상하방향의 3축 회전의 회전동작, 무릎관절(25)은 좌우방향의 1축 회전의 회전동작, 발목관절(26)은 전후 및 좌우방향의 2축 회전의 회전동작을 행할 수 있도록 구성되어 있다.

전술한 바와 같은 구성의 각 팔형체(3)에 있어서는, 도 1의 상태로부터 어깨관절(5)의 제 2 관절(13)을 제 2 축(12)의 주위를 반시계방향으로 각도Θ 만큼 회전운동시키면, 도 2에 도시하는 바와 같이 제 1 관절(11)의 제 1 축(10)과 제 3 관절(15)의 제 3 축(14)이 동일축으로 되어, 어깨관절(5)의 특이점상태가 생긴다. 이 특이점상태에서는, 예를 들면 팔꿈치관절(6)의 제 4 축(17)의 방향을 제 2 축(12) 및 제 3 축(14)을 포함하는 평면내에서 약간 변경하고자 할 경우에, 어깨관절(5)의 제 1 관절(11) 및 제 3 관절(15)을 각각 서로 반대방향으로 90도 회전시킨 후, 제 2 관절(13)을 회전시키지 않으면 안되고, 제 1 관절(11) 및 제 3 관절(15)의 큰 동작을 요한다.

한편, 상기 특이점상태에서는, 상술한 어깨관절(5)의 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 배치구성, 및 팔꿈치관절(6)의 제 3 관절(15)로의 연결구성에 의해, 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15) 및 팔꿈치관절(6)은, 동체(1)로부터 그 측방 쪽으로 경사지게 상방을 향해서 뻗어있는 제 1 축(10)의 축심(＝제 3 축(14)의 축심) 상에서, 순번으로 나란히 세운다. 이 때문데 상기 특이점상태에 있어서 팔꿈치관절(6)의 위치는, 동체(1)의 측방 쪽에서, 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 각축(10, 12, 14)의 교차점을 통과하는 수평면(S)의 상방에 존재한다.

다른 한편, 본 실시형태의 인간형 로봇의 팔형체(3)에 의한 작업은, 기본적으로는, 팔꿈치관절(6)을 상기 수평면(S) 이하의 높이에 위치시킨 상태로 행해진다. 이 때문에, 상기와 같이 팔꿈치관절(6)이 수평면(S)보다도 상방에 존재하게 하는 상태로 작업이 행해지는 일은 기본적으로는 없다. 따라서 상기 어깨관절(5)의 특이점상태는, 팔형체(3)에 의한 작업중에 생기는 일은 없고, 바꿔 말하면 작업중에 있어서 어깨관절(5)의 동작상태는, 비특이상태이다. 그 결과, 팔형체(3)의 원활한 동작성을 확보하면서 이 팔형체(3)에 의한 작업을 원활히 행할 수가 있다.

또한, 이론상은, 도 2의 팔형체(3)의 상태로부터, 제 2 관절(13)을 제 2 축(12)의 주위를 180도 회전시킨 상태도 특이점상태이다. 그런데 , 실제로는, 이와 같은 상태는 팔형체(3)와 동체(1)와의 간섭, 혹은 제 1 관절(11)과 제 3 관절(15)과의 간섭 등 때문에 생기는 일은 없다.

또, 본 실시형태에서는, 동체(1)에 연결되는 제 1 관절(11)의 제 1 축(10)을 동체(1)로부터 그 바로 옆방향에서 상방향으로 향해서 뻗어있도록 했는데, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이 제 1 축(10)을 로봇의 전후방향에서 약간 경사지도록 해도 좋다(도 3에서는 제 1 축(10)을 로봇의 후방측에 약간 경사지게 되어 있다).

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 실시형태의 인간형 로봇의 주요부의 모식적 정면도이다.

또한, 본 실시형태의 인간형 로봇은, 상기 도 1 및 도 2에 도시한 제 1 실시형태의 것과, 어깨관절의 제 1 내지 제 3 관절의 배치구성, 및 팔꿈치관절의 제 3 관절에 대한 연결구성만이 상이한 것이므로, 각부의 구성에 관해서는 상기 제 1 실시의 것과 동일한 참조부호를 사용해서 설명한다

도 4를 참조하여, 본 실시형태의 인간형 로봇에서는, 좌우의 각 팔형체(3)(도면에서는 로봇의 좌측의 팔형체(3)만을 도시한다)의 어깨관절(5)은, 상기 제 1의 실시형태의 것과 동일하게 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)을 동체(1)측으로부터 순번으로 연결해서 구성되어 있는데, 이 경우, 제 1 관절(11)은, 그 제 1 축(10)을 동체(1)로부터 연직방향 상방을 향해서 뻗어있게 한 자세로 동체(1)에 연결되어 있다.

또, 각 팔형체(3)의 팔꿈치관절(6)은, 제 3 관절(15)의 제 3 축(14)의 축심상으로부터 이격된 위치에서 상완부(16)를 통하여 연결되어 있다. 이 경우, 도시하는 바와 같이 상기 제 1관절(11)의 제 1 축(10) 및 제 3 관절(15)의 제 3 축(14)이 동축으로 되는 어깨관절(5)의 특이점상태에서 어깨관절(5)을 동작시키고, 또한 팔꿈치관절(6)을 제 1 관절(11) 혹은 제 3 관절(15)의 회전동작에 의해 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)를 회전시켜서 동체(1)의 측방쪽으로 위치시킨 상태로, 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 각 축(10, 12, 14)의 교점을 통과하는 수평면(S)보다도 상방으로 팔꿈치관절(6)이 존재하도록 제 3 관절(15)에 대한 팔꿈치관절(6)의 위치가 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 어깨관절(5)을 그 특이점상태에서 동작시키고, 또한 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 측방 쪽에 위치시켰을 때, 상기 수평면(S)보다도 상방으로 팔꿈치관절(6)이 존재하도록 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 상호 위치관계(구체적으로는, 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)의 상호간격)가 설정되어 있다.

더욱이, 본 실시형태에서는, 제 1관절(11)의 제 1 축(10)은 연직방향으로 뻗어 있기 때문에, 도시하는 특이점상태에 있어서, 팔꿈치관절(6)을 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)의 어느 위치로 회전시켜도, 팔꿈치관절(6)은 수평면(S)의 상방에 존재하는 것으로 된다.

이상 설명한 이외의 다른 구성은, 도 1 및 도 2의 로봇과 완전히 동일하다.

이러한 본 실시형태의 인간형 로봇에 있어서는, 도시하는 바와 같이 어깨관절(5)을 그 특이점상태에서 동작시킨 경우에는, 예를 들면 팔꿈치관절(6)의 제 4 축(17)의 방향을 제 2 축(12) 및 제 3 축(14)에 수직인 방향 주위로 약간 변경하고자 할 때, 제 1 관절(11) 및 제 3 관절(15)을 각각 서로 반대방향으로 90도 회전시킨후, 제 2 관절(13)을 회전시키지 않으면 안되며, 제 1 및 제 3 관절(11, 15)의 큰 동작을 요한다.

그런데, 상술한 바와 같이, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서는, 팔꿈치관절(6)을, 동체(1)의 측방 쪽을 포함하여, 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)에 어느 위치로 회전시켜도, 상기 수평면(S)보다도 상방으로 팔꿈치관절(6)이 존재하는 것으로 된다. 그리고, 이와 같이, 팔꿈치관절(6)이 수평면(S)보다도 상방에 존재하게 한 상태로 팔형체(3)에 의한 작업이 행해지는 일은 기본적으로는 없다.

따라서, 본 실시형태에 있어서도, 팔형체(3)에 의한 작업중에 있어서 어깨관절(5)의 동작상태는, 기본적으로는 항상 비특이상태로 되고, 그 결과, 팔형체(3)의 원활한 동작성을 확보하면서 이 팔형체(3)에 의한 작업을 원활히 행할 수 있다.

더욱, 본 실시형태에서는, 제 1 관절(11)의 제 1 축(10)을 연직방향으로 뻗어있게 하여 설치했는데, 본 실시형태와 같이 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서, 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 측방 쪽을 포함하여, 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)에 어느 위치로 회전시켜도, 상기 수평면(S)보다도 상방에 팔꿈치관절(6)이 존재하도록 함에 있어서, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이 제 1 관절(11)의 제 1 축(10)을 동체(1)의 내측 근처로 약간 경사지게 하거나, 혹은 이것과 반대로 제 1 축(10)을 동체(1)의 측방쪽으로 약간 경사지게 해도 좋다. 이 경우, 도 5에 도시하는 바와 같이 제 1 축(10)을 경사지게 한 경우에는, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서, 도시하는 바와 같이 팔꿈치관절(6)이 동체(1)의 측방쪽에 위치하는 상태로부터 동일도면의 가상선으로 도시하는 바와 같이 팔꿈치관절(6)을 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)에 180도 회전시킨 상태에서(단 도 5의 로봇에서는 실제상은, 팔형체(3)가 헤드부(2)에 간섭하기 때문에, 이와 같은 상태는 생길 수 없다), 팔꿈치관절(6)의 높이가 가장 낮게 되는데, 이 상태에 있어서도, 이 팔꿈치관절(6)은 수평면(S)보다도 상방에 존재한다. 따라서 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서, 팔꿈치관절(6)을 제 1 축(10)의 주위(＝제 3 축(14)의 주위)에 어느 위치로 회전시켜도, 팔꿈치관절(6)은 수평면(S)보다도 상방에 존재하는 것으로 된다.

다음에 본 발명의 제 3 실시형태를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 실시형태의 인간형 로봇의 주요부의 모식적 정면도이다.

또한 본 실시형태의 인간형 로봇은, 상기 도 1 및 도 2에 도시한 제 1 실시형태의 것과, 어깨관절의 제 1 내지 제 3 관절의 배치구성, 및 팔꿈치관절의 제 3 관절에 대한 연결구성만이 상이한 것이므로, 각부의 구성에 관해서는 상기 제 1 실시의 것과 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 실시형태의 인간형 로봇에서는, 좌우의 각 팔형체(3)(도면에서는 로봇의 좌측의 팔형체(3)만을 도시)의 어깨관절(5)은, 상기 제 1의 실시형태의 것과 동일하게 제 1 내지 제 3 관절(11, 13, 15)을 동체(1)측으로부터 순번으로 연결하여 구성되어 있는데, 이 경우, 제 1 관절(11)은, 상기 도 5에 도시한 것과 동일하게, 그 제 1 축(10)을 동체(1)로부터 이 동체(1)의 내측근처로 경사지게 상방을 향해서 뻗어 있게한 자세로 동체(1)에 연결되어 있다.

또, 각 팔형체(3)의 팔꿈치관절(6)은, 그 중심(제 4 축(17) 상의 점)과 제 1 내지 제 3 축(10, 12, 14)의 교차점을 연결하는 선분(L)(도면에 점선으로 도시됨)이, 어깨관절(5)의 도시하는 특이점상태(제 1 축(10) 및 제 3 축(14)이 동축으로 되는 상태)에 있어서 제 1 축(10) 및 제 3 축(14)과 직교하도록 해서, 제 3 관절(15)의 제 3 축(14)의 축심으로부터 이격된 위치에서 제 3 관절(15)에 상완부(16)를 통하여 연결되어 있다.

다른 구성은 제 1의 실시형태의 것과 완전히 동일하다.

이러한 구성의 인간형 로봇의 팔형체(3)에서는, 어깨관절(5)을 특이점상태에서 동작시킨 상태이고, 팔꿈치관절(6)을 어깨관절(5)의 제 1 축(10)(＝제 3 축(14))의 주위를 회전시켜서, 도시한 바와 같이 동체(1)의 측방쪽(보다 상세하게는 제 2 축(12)보다도 로봇의 좌측)에 위치시켰을 때에는, 이 팔꿈치관절(6)은 제 1 내지 제 3 축(10, 12, 14) 의 교차점을 통과하는 수평면(S)보다도 상방에 존재하는 것으로 된다.

한편, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서, 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 내방측(보다 상세하게는 제 2 축(12)보다도 로봇의 우측)으로 제 1 축(10) (＝제 3 축(14))의 주위를 회전시켰을 때에는, 이 팔꿈치관절(6)은 상기 수평면(S)보다도 하방에 존재하는 것으로 된다. 그런데, 실제로는, 팔형체(3)가 헤드부(2)나 동체(1)에 간섭하기 때문에, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 내방측의 임의의 위치로 회전시킬 수는 없고, 이 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 내방측으로 회전시킬 수 있는 범위는 비교적 작은 것으로 제한된다. 그리고, 이와 같이, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 내방측에 위치시켜서 작업을 행하는 기회는 적다고 생각된다. 또, 어깨관절(5)의 특이점상태에 있어서 이 팔꿈치관절(6)을 동체(1)의 측방 쪽으로 회전시킨 상태에서는 상기 수평면(S)보다도 상방에 이 팔꿈치관절(6)이 위치하기 때문에, 이와 같은 상태로 작업을 행하는 일은 기본적으로는 없다.

따라서, 본 실시형태에 있어서도, 팔형체(3)에 의한 통상적인 작업은, 대부분의 경우, 어깨관절(5)의 비특이한 상태로 행해지고, 팔형체(3)의 원활한 동작성을 확보할 수가 있다.

본 발명에 관한 인간형 로봇의 팔형체구조는, 인간의 팔의 움직임과 동일한 동작을 로봇의 팔형체에게 행하게 하는 마스터슬레이브방식의 인간형 로봇에 있어서 유용하다.

Claims (3)

1. 제 1 축의 주위를 회전자유로이 동체에 연결된 제 1 관절과, 이 제 1 축과 교차하는 제 2 축의 주위를 회전자유로이 상기 제 1 관절에 연결된 제 2 관절과, 이 제 2 축과 교차하는 제 3 축의 주위를 회전자유로이 상기 제 2 관절에 연결된 제 3 관절로 이루어지며, 또한 제 1 내지 제 3 관절의 각 축이 일점에서 교차하도록 설치된 어깨관절과, 이 어깨관절의 제 3 관절에 연결된 팔꿈치관절을 구비한 인간형 작업로봇의 팔형체구조에 있어서,

   상기 어깨관절을 구성하는 상기 제 1 관절의 제 1 축과 상기 제 3 관절의 제 3 축이 동축으로 되는 이 어깨관절의 특이점상태로 이 어깨관절을 동작시킴과 동시에, 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방에 위치시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 제 1 내지 제 3 관절의 각 축의 교차점을 통과하는 수평면보다도 상방에 존재하도록, 상기 어깨관절의 제 1 관절 내지 제 3 관절의 위치 및 자세, 및 이 제 3 관절에 대한 상기 팔꿈치관절의 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 인간형 작업로봇의 팔형체구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 팔꿈치관절은, 상기 제 3 관절의 제 3 축의 축심상에서 이 제 3 관절에 연결되고, 상기 어깨관절은, 그 제 1 관절이 상기 제 1 축을 상기 동체로부터 이 동체의 측방쪽이며 경사지게 상방을 향한 자세로 이 동체에 연결됨과 동시에 상기 제 2 관절 및 제 3 관절이 이 어깨관절의 상기 특이점상태에 있어서 상기 제 1 관절로부터 팔꿈치관절을 향해서 순번으로 상기 제 1 축의 축심상에 나란히 서도록 각각 제 1 관절 및 제 2 관절에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 인간형 작업로봇의 팔형체구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 팔꿈치관절은, 상기 제 3 관절의 제 3 축의 축심으로부터 이격된 위치에서 이 제 3 관절에 연결되고, 상기 어깨관절의 제 1 내지 제 3 관절의 위치 및 자세는, 상기 어깨관절을 상기 특이점상태에서 동작시킴과 동시에 상기 팔꿈치관절을 상기 동체의 측방쪽의 임의의 위치에 상기 제 3 축의 주위를 회전시킨 상태로, 이 팔꿈치관절이 상기 수평면보다도 상방에 존재하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 인간형 작업로봇의 팔형체구조.