KR101201724B1 - 매니퓰레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고정된 베이스에 Z축선을 중심으로 회전하는 제Z축회전부를 장착하고, 상기 Z축회전부에 X축선을 중심으로 회전하는 X축회전부를 장착하고, X축회전부에 Y축선을 중심으로 회전하는 제1Y축회전부를 장착하고, 상기 제1Y축회전부에 X축방향 또는 Z축방향으로 병진운동하는 제1병진부를 장착하고, 상기 제1병진부에 상기 Y축선을 중심으로 회전될 수 있는 제2Y축회전부를 장착하고, 상기 제2Y축회전부에 X축방향 또는 Z축방향으로 병진운동하는 제2병진부를 장착하고, 상기 제2병진부에 상기 Y축방향으로 뻗은 작업도구장착구를 장착함으로써, 상기 작업도구장착구가 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 작업도구장착구가 상이한 반경을 갖고서 회전되게 하여, 인간 견관절에 부착된 팔에 실질적으로 근접한 휴모노이드 로봇의 팔로서 적용되는 것을 가능하게 할 수 있다.

Description

매니퓰레이터{manipulator}
본 발명은 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇의 매니퓰레이터에 관한 것이다.
사람의 팔은 상하, 좌우, 및 전후로 선회될 수 있고, 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에서 큰 반경 또는 소 반경으로 회전될 수 있는 기능을 가지고 있다.
이러한 기능을 가진 팔은 섬세한 조작시에, 예를 들면, 그림을 그리거나, 페인트를 칠하거나, 볼트를 조이거나 용접작업을 수행할 때에 매우 용이하게 활용되고 있다.
이러한 기능을 산업용 로봇에 적용시키기 위해 상기 기능을 가진 팔을 매니퓰레이터로서 상기 로벗에 적용되고 있다.
상기 팔이 상기 기능을 수행하기 위해서는 복수 개의 관절부가 필요 되고, 그 관절부를 구동시키는 매니퓰레이터가 필요 된다.
지금까지 알려진 상기 매니퓰레이터는 X축, Y축, Z축에서 회전하는 모터와 병진운동하는 모터를 관절로서 구비하고서 팔과 유사한 궤적을 구현시키는 것으로 되어 있다.
이러한 매니퓰레이터는 팔이 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 팔이 항상 동일한 반경을 갖고서 회전되게 하기 때문에, 인간 견관절에 실질적으로 근접한 휴모노이드(humanoid) 로봇의 견관절로서 적용되기에는 아직 부족하여 섬세한 조작에 적용될 수 없다고 하는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.
본 발명은, 고정된 베이스에 Z축선을 중심으로 회전하는 제Z축회전부를 장착하고, 상기 Z축회전부에 X축선을 중심으로 회전하는 X축회전부를 장착하고, X축회전부에 Y축선을 중심으로 회전하는 제1Y축회전부를 장착하고, 상기 제1Y축회전부에 X축방향 또는 Z축방향으로 병진운동하는 제1병진부를 장착하고, 상기 제1병진부에 상기 Y축선을 중심으로 회전될 수 있는 제2Y축회전부를 장착하고, 상기 제2Y축회전부에 X축방향 또는 Z축방향으로 병진운동하는 제2병진부를 장착하고, 상기 제2병진부에 상기 Y축방향으로 뻗은 작업도구장착구를 장착함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 상기 작업도구장착구가 상하, 좌우, 또는 전후로 선회된 임의의 위치에 위치결정된 상태에서 작업도구장착구가 상이한 반경을 갖고서 회전되게 하여, 인간 견관절에 부착된 팔에 실질적으로 근접한 휴모노이드 로봇의 팔로서 적용되는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따를 실시예의 개념도,
도 2는 도 1의 제1회전부가 회전될 때를 도시한 도면, 및
도 3은 도 1의 제2회전부가 회전될 때를 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 실시예가 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1에는 본 실시예의 매니퓰레이터가 개념적으로 사시도로서 도시되어 있다.
상기 매니퓰레이터는, 베이스(10), 상기 베이스(10)에 Z축선을 중심으로 회전하는 Z축회전부(20), 상기 Z축회전부(20)에 장착되어 X축선을 중심으로 회전하는 X축회전부(30), 및 상기 X축회전부(30)에 장착되어 Y축선을 중심으로 회전하는 제1Y축회전부(40)를 포함하고 있다.
또한, 상기 매니퓰레이터는, 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 동심을 갖고서 회전될 수 있게 상기 제1Y축회전부(40)에 장착되고 상기 Y축선에 수직한 방향에서 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제1병진부(50), 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전되게 상기 제1병진부(50)에 장착된 제2Y축회전부(60), 및 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전될 수 있게 상기 제2Y축회전부(60)에 장착되고 상기 Y축선에 수직한 방향에서 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제2병진부(70)를 포함하고 있다.
또한, 상기 매니퓰레이터는 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전될 수 있는 상기 제2병진부(50)의 부위에 기단이 장착되어 있고, 선단이 상기 Y축선방향으로 뻗어 있는 작업도구장착구(80)를 포함하고 하고 있다.
상기 작업도구장착구(80)에는 작업도구(90)가 장전될 수 있게 하는 수단, 예를 들면, 체결수단, 억지끼워맞춤수단, 조임수단 등이 구비될 수 있다.
또한, 상기 작업도구장착구(80)는 Y축방향에서 망원경식으로 변위가능한 로드가 될 수 있다.
상기 X, Y, Z축선을 중심으로 회전되는 회전부(20, 30, 40, 60)들은 공지된 회전모터가 될 수 있으며, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70)는 공지된 선형모터나 실린더가 될 수 있다.
상기 Z축회전부(20)과 상기 X축회전부(30)간의 결합을 위해, 상기 Z축회전부(20)에 상당하는 회전모터의 구동축(21)에 상기 X축회전부(30)에 상당하는 회전모터의 몸체(32)가 고정적으로 외접되어 있다.
또한, 상기 X축회전부(30)와 상기 제1Y축회전부(40) 간의 결합을 위해, 상기 X축회전부(30)에 상당하는 회전모터의 구동축(31)에 상기 제1Y축회전부(40)에 상당하는 회전모터의 몸체(42)가 고정적으로 외접되어 있다.
상기 제1Y축회전부(40)와 상기 제1병진부(50) 간의 결합과, 상기 제2Y축회전부(60)와 상기 제2병진부(70) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제1Y축 및 제2Y축회전부(40, 60) 각각에 상당하는 회전모터의 구동축(41, 61)에, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 각각에 상당하는 선형모터의 직선형 고정자(51, 71)가, 고정적으로 외접되게 하고, 그 고정자(51, 71) 위에 직선형 회전자(52, 72)가 배치되게 함으로써 가능하다.
특히, 상기 직선형 고정자(51, 71)들은 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르게 뻗어 있다.
상기 제1병진부(50)와 상기 제2Y축회전부(60) 간의 결합은, 예를 들면, 상기 제1병진부(50)에 상당하는 선형모터의 직선형 회전자(52) 상에 상기 제2Y축회전부(60)에 상당하는 회전모터의 구동축(61)의 중심죽선이 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선과 일치될 수 있는 부위에 상기 제2Y축회전부(60)에 상당하는 회전모터의 몸체(62)가 장착됨으로써 가능하다.
상기와 같이 구성된 상기 매니퓰레이터(100)는 다음과 같이 작동될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2Y축회전부(40, 60) 및 제1 및 제2병진부(50, 70)와 그리고 상기 작업도구장착구(80)을 모두 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선 상에 배치한 상태에서는 상기 제1 및 제2회전부(40, 60) 중 어느 회전부가 회전되면, 제1Y축회전부(40)의 회전중심에서 자전하게 된다.
이 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1병진부(50)의 회전자(52)가 X축 방향 또는 Z축 방향으로 일정 거리 이동시켜 임의의 위치에 위치결정시키면, 상기 작업도구장착구(80)는 제1Y축회전부(40)의 회전중심에서 상기 회전자(52)의 이동 거리을 반경으로서 갖고서 일정 원형 궤도를 그리게 된다.
그리고 상기 제1Y축회전부(40)를 정지시키고 제2Y축회전부(60)를 회전시키면, 상기 작업도구장착구(80)는 제1Y축회전부(40)의 회전중심에서 편위된 제2Y축회전부(60)의 회전중심에서 자전하게 된다,
이 상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2병진부(70)의 회전자(72)가 X축 방향 또는 Z축 방향으로 일정 거리 이동시켜 임의의 위치에 위치결정시키면, 상기 작업도구장착구(80)는 제2Y축회전부(60)의 회전중심에서 상기 회전자(72)의 이동 거리을 반경으로서 갖고서 일정 원형 궤도를 그리게 된다.
이와 같은 상기 작업도구장착구(80)의 좌표설정에 의해, 상기 작업도구장착구(80)가 마주하고 있는 하나의 평면에 대하여 다양한 반경으로 그리고 다양한 회전중심을 갖고서 원형 궤도를 상기 작업도구장착구(80)가 그리는 것을 가능하게 한다.
이와 같은 상기 작업도구장착구(80)의 좌표설정은 Z축회전부(20)을 90도씩 회전시켜가며 수행되면, 사방의 평면에 대하여 다양한 반경으로 그리고 다양한 회전중심을 갖고서 원형 궤도를 상기 작업도구장착구(80)가 그리는 것을 가능하게 하고, 그리고 X축회전부(30)을 90도씩 회전시켜가며 수행되면, 2개의 기립평면과 바닥면 그리고 천장면에 대하여 다양한 반경으로 그리고 다양한 회전중심을 갖고서 원형 궤도를 상기 작업도구장착구(80)가 그리는 것을 가능하게 한다.
또한, 상기 작업도구장착구(80)가 Y축방향에서 변위가능하므로, 상기 작업도구장착구(80)와 마주하는 평면에 형성된 각종 요철부에도 다양한 반경으로 그리고 다양한 회전중심을 갖고서 원형 궤도를 상기 작업도구장착구(80)가 그리는 것을 가능하게 한다.
또한, Z축회전부(20) 또는 X축회전부(30)를 회전시켜 타원형, 원형, 등의 작업공간을 구획형성하는 벽면에도 작업도구(90)가 접촉되는 것을 가능하게 하여, 용이하게 작업도구(90)로 하여금 원하여지는 작업을 수행하는 것이 가능하게 된다.
10; 베이스, 20; Z축회전부, 30; X축회전부, 40; 제1Y축회전부, 50; 제1병진부, 60; 제2Y축회전부, 70; 제2병진부, 80; 작업도구장착구

Claims (7)

  1. 베이스(10),
    상기 베이스(10)에 Z축선을 중심으로 회전하는 Z축회전부(20),
    상기 Z축회전부(20)에 장착되어 X축선을 중심으로 회전하는 X축회전부(30), 및
    상기 X축회전부(30)에 장착되어 Y축선을 중심으로 회전하는 제1Y축회전부(40)를 포함하고 있는 매니퓰레이터(100)에 있어서,
    상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 동심을 갖고서 회전될 수 있게 상기 제1Y축회전부(40)에 장착되고 상기 Y축선에 수직한 방향에서 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제1병진부(50),
    상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전되게 상기 제1병진부(50)에 장착된 제2Y축회전부(60),
    상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전될 수 있게 상기 제2Y축회전부(60)에 장착되고 상기 Y축선에 수직한 방향에서 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르는 방향으로 가변가능한 제2병진부(70), 및
    상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심과 선택적으로 동심을 갖고서 회전될 수 있는 상기 제2병진부(70)의 부위에 기단이 장착되어 있고, 선단이 상기 Y축선방향으로 뻗어 있는 작업도구장착구(80)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 작업도구장착구(80)에는 작업도구(90)가 장전될 수 있게 하는 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 작업도구장착구(80)는 Y축방향에서 망원경식으로 변위가능한 로드인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X, Y, Z축선을 중심으로 회전되는 회전부(20, 30, 40, 60)들은 회전모터이고, 그리고 상기 제1 및 제2병진부(50, 70)는 선형모터나 실린더인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 Z축회전부(20)과 상기 X축회전부(30)간의 결합을 위해, 상기 Z축회전부(20)에 상당하는 회전모터의 구동축(21)에 상기 X축회전부(30)에 상당하는 회전모터의 몸체(32)가 고정적으로 외접되어 있고,
    상기 X축회전부(30)와 상기 제1Y축회전부(40) 간의 결합을 위해, 상기 X축회전부(30)에 상당하는 회전모터의 구동축(31)에 상기 제1Y축회전부(40)에 상당하는 회전모터의 몸체(42)가 고정적으로 외접되어 있고,
    상기 제1Y축회전부(40)와 상기 제1병진부(50) 간의 결합과, 상기 제2Y축회전부(60)와 상기 제2병진부(70) 간의 결합은, 상기 제1Y축 및 제2Y축회전부(40, 60) 각각에 상당하는 회전모터의 구동축(41, 61)에, 상기 제1 및 제2병진부(50, 70) 각각에 상당하는 선형모터의 직선형 고정자(51, 71)가, 고정적으로 외접되게 하고, 그 고정자(51, 71) 위에 직선형 회전자(52, 72)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 직선형 고정자(51, 71)들은 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선을 가로지르게 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1병진부(50)와 상기 제2Y축회전부(60) 간의 결합은, 상기 제1병진부(50)에 상당하는 선형모터의 직선형 회전자(52) 상에 상기 제2Y축회전부(60)에 상당하는 회전모터의 구동축(61)의 중심죽선이 상기 제1Y축회전부(40)의 회전중심축선과 일치될 수 있는 부위에 상기 제2Y축회전부(60)에 상당하는 회전모터의 몸체(62)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
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