KR100950039B1 - 관절부에 탄성 부재를 장착한 다관절 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다관절 로봇에 관한 것으로서, 특히 관절부에 탄성 부재를 장착하여 다관절 로봇의 관절부에 걸리는 하중을 경감시킨 다관절 로봇에 관한 것이다.
본 발명의 다관절 로봇은 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 장착되거나 또는 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 인접한 복수의 액추에이터 모듈 사이에 장착되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 상기 관절부의 동작시에 상기 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 걸리는 하중이 경감되는 것을 특징으로 한다.
다관절 로봇, 관절부, 하중, 액추에이터 모듈, 탄성 부재, 스프링
Description
본 발명은 다관절 로봇에 관한 것으로서, 특히 관절부에 탄성 부재를 장착하여 다관절 로봇의 관절부에 걸리는 하중을 경감시킨 다관절 로봇에 관한 것이다.
특허출원 제 10-2005-0042316 호는 만능결합구조를 가진 다관절 로봇에 관한 것으로서, 동일한 크기의 다수의 액추에이터 모듈들을 연결부 재들을 이용하여 상호 결합함으로써 구성되는 다양한 형태의 다관절 로봇을 예시하고 있다.
이러한 다관절 로봇들에 있어서, 관절을 구성하는 액추에이터 모듈의 경우 한쪽 방향으로 회전할 때의 하중이 반대쪽 방향으로 회전할 때의 하중보다 큰 경우가 발생하게 된다. 예컨대 무릎관절을 구성하는 액추에이터 모듈의 경우 다관절 로봇의 자체 무게 및 중력의 영향으로 무릎을 구부릴 때보다 무릎을 펼 때 훨씬 큰 하중이 액추에이터 모듈에 인가된다.
이러한 하중을 견디고 무릎을 펴기 위해서는 큰 토크를 가진 액추에이터 모듈이 필요하게 되는데, 통상적으로 큰 토크를 가지는 액추에이터 모듈일수록 제조비용이 상승할 뿐 아니라 대형화되므로, 결국 다관절 로봇의 소형 경량화를 방해할 뿐 아니라 가격 인가를 통해 대중적 보급을 저해하게 된다.
따라서, 본 발명은 다관절 로봇의 관절부에 걸리는 하중을 경감시킨 다관절 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다관절 로봇의 관절부에 걸리는 하중의 비대칭을 완화한 다관절 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다관절 로봇은 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 장착되거나 또는 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 인접한 복수의 액추에이터 모듈 사이에 장착되거나 또는 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 결합된 복수의 연결 부재들 사이에 장착되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 탄성 부재에는 인장 스프링, 압축 스프링, 토션 스프링 등 다양한 종류의 스프링과 고무줄, 고무밴드, 고무링 등 고무성분의 탄성 부재가 포함될 수 있으며, 나아가 액추에이터 모듈의 회전부에 장착가능하거나 복수의 액추에이터 모듈 사이에 장착될 수 있는 형상을 가지는 탄성 부재이면 그 형상이나 재질에 제한이 없다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇의 관절부는 적어도 하나의 액추에이터 모듈을 포함하도록 구성되며, 상기 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈과 연결 부재를 통해 결합된 다른 액추에이터 모듈과 상기 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈 사이에 장착되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 탄성 부재는 상기 관절부를 형성하는 상기 액추에이터 모듈이 하중을 더 많이 받는 방향으로 회전할 때 상기 하중을 경감시키는 방향으로 복원력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 다수의 액추에이터 모듈들 및 이들을 상호 연결하는 연결 부재들을 포함하도록 구성된 다관절 로봇에 있어서, 상기 다관절 로봇의 관절부는 적어도 하나의 액추에이터 모듈을 포함하도록 구성되며, 상기 액추에이터 모듈의 회전부에 장착가능하거나 상기 액추에이터에 결합된 복수의 연결 부재들 사이에 장착가능하거나 상기 연결 부재들을 통해 상기 액추에이터에 연결된 복수의 액추에이터 모듈들 사이에 장착가능한 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서, 상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 액추에이터의 구동부에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부재는 토션 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서, 상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부연결부재 및 상기 하부연결부재 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부재는 압축 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 상부 액추에이터, 중간 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터는 상부연결부재에 의해 연결되며, 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 하부연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서, 상기 상부, 중간 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 중간 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터 사이 또는 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 상부 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서, 상기 상부 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 하부 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성 부재는 인장 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서, 상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 액추에이터의 구동부에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부재는 토션 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서, 상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부연결부재 및 상기 하부연결부재 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부재는 압축 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 상부 액추에이터, 중간 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터는 상부연결부재에 의해 연결되며, 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 하부연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서, 상기 상부, 중간 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 중간 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터 사이 또는 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다관절 로봇은, 상부 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서, 상기 상부 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 하부 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성 부재는 인장 스프링인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다관절 로봇의 관절부를 구성하는 액추에이터 모듈에 걸리는 하중을 경감시킨 다관절 로봇이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면 다관절 로봇의 관절부에 걸리는 하중의 비대칭을 완화한 다관절 로봇이 제공된다.
이하 첨부도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 토션 스프링을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 1a의 다관절 로봇의 다리는 무릎을 구성하는 중간 액추에이터(130)를 기준으로 허벅지를 구성하는 상부 액추에이터(110)와 종아리를 구성하는 하부 액추에이터(150), 및 중간 액추에이터(130)와 상부 액추에이터(110)를 연결하는 상부 연결 부재(120)와 중간 액추에이터(130)와 하부 액추에이터(150)를 연결하는 하부 연결 부재(140)를 포함하여 구성되며, 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 상부 연결 부재(120)와 결합되어 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이 다관절 로봇의 무릎이 구부러진 상태에서는 무릎을 더 구부리는 경우보다 무릎을 펴는 경우에 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 훨씬 더 크게 된다.
도 1b는 다관절 로봇의 무릎을 펴는 경우에 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중을 완화하기 위한 탄성 부재로 토션 스프링(200)을 사용한 경우를 도시하고 있으며, 도 1c와 도 1d는 각각 토션 스프링(200)의 평면도와 단면도이다.
먼저, 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 A 방향으로 회전하면 상부 연결 부재(120)와 하부 연결 부재(140)가 우측으로 이동하면서 다관절 로봇의 무릎이 펴지게 되고 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에는 상당한 하중이 걸리게 된다. 이때 토션 스프링(200) 또한 B'에서 A' 방향으로의 복원력을 가지고 있으므로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 많이 완화된다.
반대로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 B 방향으로 회전하려하면 토션 스프링(200)의 복원력으로 인해 그만큼 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)의 회전이 억제된다.
이와 같은 과정을 통해 다관절 로봇(100)의 무릎을 펼 때 무릎관절을 구성하는 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 경감되고 반대 방향으로는 회전이 억제되므로, 다관절 로봇(100)의 무릎관절에 걸리는 하중의 비대칭이 완화된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 인장 스프링(210)을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 2a와 도 2b를 보면, 중간 액추에이터(130)의 일측단부와 상부 액추에이터(110)의 일측면 사이에 도 2c의 구조를 가진 인장 스프링(210)이 장착되어 있다. 먼저, 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 A 방향으로 회전하면 상부 연결 부재(120)와 하부 연결 부재(140)가 우측으로 이동하면서 다관절 로봇의 무릎이 펴지게 되고 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에는 상당한 하중이 걸리게 된다. 이때 인장 스프링(210) 또한 인장된 상태에서 원상태로 복원하려는 성질을 가지고 있으므로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 많이 완화된다.
반대로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 B 방향으로 회전하려하면 인장 스프링(210)의 인장 한계점에 가까워지면서 중간 액추에이터(130) 구동부(135)의 회전이 억제된다.
이와 같은 과정을 통해 다관절 로봇(100)의 무릎을 펼 때 무릎관절을 구성하는 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 경감되고 반대 방향으로 의 회전이 억제되므로, 다관절 로봇(100)의 무릎관절에 걸리는 하중의 비대칭이 완화된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 압축 스프링을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 3a와 도 3b를 보면, 상부 연결부재(120)의 일측면과 하부 연결부재(140)의 일측면 사이에 도 3c의 구조를 가진 압축 스프링(220)이 장착되어 있다. 먼저, 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 A 방향으로 회전하면 상부 연결 부재(120)와 하부 연결 부재(140)가 우측으로 이동하면서 다관절 로봇의 무릎이 펴지게 되고 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에는 상당한 하중이 걸리게 된다. 이때 압축 스프링(220) 또한 압축된 상태에서 원상태로 복원하려는 성질을 가지고 있으므로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 많이 완화된다.
반대로 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)가 B 방향으로 회전하려하면 곧바로 압축 스프링(210)의 압축 한계점에 가까이 갈수록 중간 액추에이터(130) 구동부(135)의 회전이 억제된다.
이와 같은 과정을 통해 다관절 로봇(100)의 무릎을 펼 때 무릎관절을 구성하는 중간 액추에이터(130)의 구동부(135)에 걸리는 하중이 경감되고 반대 방향으로의 회전이 억제되므로, 다관절 로봇(100)의 무릎관절에 걸리는 하중의 비대칭이 완화된다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로 서, 탄성 부재를 다관절 로봇의 팔에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 4a 및 도 4b의 다관절 로봇의 팔은 팔꿈치를 구성하는 중간 연결 부재(170)를 기준으로 상완(즉, 팔의 윗부분)을 구성하는 상부 액추에이터(160)와 하완(즉, 팔의 아랫부분)을 구성하는 하부 액추에이터(180)를 포함하여 구성되며, 하부 액추에이터(180)의 구동부가 중간 연결 부재(170)와 결합되어 있다.
한편, 중간 연결 부재(170)와는 별도로 상부 액추에이터(160)의 일측면과 하부 액추에이터(180)의 일측면 사이에 도 3c의 구조를 가진 인장 스프링(230)이 장착되어 있다. 이 경우에도 도 2a, 도 2b에서와 유사한 메커니즘을 통해 다관절 로봇(100)의 팔꿈치를 펼 때 팔꿈치를 구성하는 하부 액추에이터(180)의 구동부(185)에 걸리는 하중이 경감되고 반대 방향으로의 회전이 억제되므로, 다관절 로봇(100)의 팔꿈치에 걸리는 하중의 비대칭이 완화된다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 토션 스프링을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 인장 스프링을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재로 압축 스프링을 다관절 로봇의 무릎에 적용한 경우를 예시하고 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다관절 로봇의 구성도로서, 탄성 부재를 다관절 로봇의 팔에 적용한 경우를 예시하고 있다.
Claims (8)
- 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서,상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 액추에이터의 구동부에 설치되는 탄성부재를 포함하는, 다관절 로봇.
- 제 1 항에 있어서,상기 탄성부재는 토션 스프링인 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
- 일측에 상부연결부재가 연결되며, 타측에 하부연결부재가 연결되는 액추에이터가 일 관절을 구성하는 다관절 로봇으로서,상기 액추에이터에 의하여 회전가능하게 형성되는 상기 일 관절의 일 방향 회전시 상기 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부연결부재 및 상기 하부연결부재 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는, 다관절 로봇.
- 제 3 항에 있어서,상기 탄성부재는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
- 상부 액추에이터, 중간 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터는 상부연결부재에 의해 연결되며, 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 하부연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서,상기 상부, 중간 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 중간 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 중간 액추에이터 사이 또는 상기 중간 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는, 다관절 로봇.
- 상부 액추에이터 및 하부 액추에이터를 포함하고, 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터는 연결부재에 의해 연결되는 관절을 구비한 다관절 로봇으로서,상기 상부 및 하부 액추에이터에 의해 회전가능하게 형성되는 관절의 일 방향 회전시 상기 하부 액추에이터의 구동부에 걸리는 하중이 반대 방향 회전시 걸리는 하중보다 클 경우 상기 일 방향 회전시 걸리는 하중을 경감시키도록 상기 상부 액추에이터와 상기 하부 액추에이터 사이에 설치되는 탄성부재를 포함하는, 다관절 로봇.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 탄성 부재는 인장 스프링인 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
- 삭제
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2008
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