KR101429511B1 - Arm structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암 구조체를 지지하는 고정 베이스와, 고정 베이스에 요(yaw) 가능하도록 연결되는 회전 베이스와, 회전 베이스에 대하여 피치(pitch) 가능한 암과, 암을 피치시키는 움직임을 제공하기 위하여 회전 베이스에 연결되는 회전 구동부와, 제1 링크, 제2 링크, 제3 링크 및 제4 링크를 구비하며, 제1 링크는 회전 구동부의 회전 축의 회전 움직임에 따라 그대로 회동되는 구동 링크이며, 제2 링크는 암에 고정되는 종동 링크이며, 제3 링크는 제1 링크 및 제2 링크를 연결하는 연결 링크이며, 제4 링크는 각 단이 회전 구동부의 회전 축과 제2 링크의 단부에 회동 가능하게 연결되는 플로트 링크인 4절링크와, 회전 베이스에 대한 제4 링크의 움직임을 완충하도록 일단이 제4 링크에 연결되는 현가부를 구비하는 암 구조체를 제공한다. The present invention relates to an apparatus and a method for controlling a rocker arm, comprising a stationary base for supporting the arm structure, a rotating base connected yawably to the stationary base, an arm capable of pitching with respect to the rotating base, A first link, a second link, a third link, and a fourth link, wherein the first link is a drive link which is rotated in accordance with the rotational movement of the rotary shaft of the rotary drive unit, And the third link is a connection link connecting the first link and the second link, and the fourth link is a pendant link fixed to the arm, wherein each end is rotatably connected to the rotation axis of the rotation driving part and the end of the second link A four-link link which is a float link, and a suspension which is connected to the fourth link at one end to buffer movement of the fourth link relative to the rotation base.
Description
본 발명은 암 구조체에 관한 것으로 더 자세하게는 현가부를 구비한 암 구조체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cancer structure, and more particularly to an arm structure having a suspension.
오늘날 로봇 암(arm)은 빼놓을 수 없는 공업 도구일 뿐만 아니라 다양한 목적을 위하여 사용될 수 있다. 암(arm)은 일반적으로 반복적인 움직임을 구현하기 위하여 사용되며 회전운동을 여러 관절과 링크를 이용하여 직선 운동 등으로 바꿀 수 있다. Robot arm today is an indispensable industrial tool and can be used for various purposes. An arm is generally used to implement repetitive movements, and rotational motion can be changed to linear motion using multiple joints and links.
이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 구동 명령에 대해 회전 구동부에 무리를 주지 않으면서 암의 관성력을 극복하거나 길이방향 외력을 완충하도록 적합화 된 적용하는 암 구조체를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an arm structure adapted to overcome an inertia force of a arm without damaging a rotary drive unit or to buffer a longitudinal external force.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 암 구조체를 지지하는 고정 베이스와, 고정 베이스에 요(yaw) 가능하도록 연결되는 회전 베이스와, 회전 베이스에 대하여 피치(pitch) 가능한 암과, 암을 피치시키는 움직임을 제공하기 위하여 회전 베이스에 연결되는 회전 구동부와, 제1 링크, 제2 링크, 제3 링크 및 제4 링크를 구비하며, 제1 링크는 회전 구동부의 회전 축의 회전 움직임에 따라 그대로 회동되는 구동 링크이며, 제2 링크는 암에 고정되는 종동 링크이며, 제3 링크는 제1 링크 및 제2 링크를 연결하는 연결 링크이며, 제4 링크는 각 단이 회전 구동부의 회전 축과 제2 링크의 단부에 회동 가능하게 연결되는 플로트 링크인 4절링크와, 회전 베이스에 대한 제4 링크의 움직임을 완충하도록 일단이 제4 링크에 연결되는 현가부를 구비하는 암 구조체를 개시한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an arm structure comprising: a stationary base for supporting an arm structure; a rotary base connected to the stationary base so as to be able to yaw; an arm capable of pitching with respect to the rotary base; A first link, a second link, a third link and a fourth link, wherein the first link is connected to the rotation base in accordance with the rotational movement of the rotation axis of the rotation driving unit, The second link is a driven link fixed to the arm, the third link is a connecting link connecting the first link and the second link, and the fourth link is a driving link which is rotated as it is, A four-bar link, which is a float link pivotally connected to an end of the second link, and a suspension having one end connected to the fourth link to damp the movement of the fourth link relative to the rotation base It discloses a structure.
여기서, 상기 현가부는 상기 제1 링크의 회전 움직임 또는 상기 암의 길이 방향으로 작용하는 외력을 완충하도록 구성될 수 있다. 상기 현가부는 탄성 및 감쇠 특성을 가질 수 있다. Here, the suspension may be configured to buffer rotational movement of the first link or external force acting in the longitudinal direction of the arm. The suspension may have elasticity and damping characteristics.
여기서, 상기 제4 링크가 회동함에 따라 상기 제4 링크 상에서 소정의 거리를 미끄러지도록 상기 현가부의 타 단은 바퀴부를 더 구비할 수 있다. The fourth link may further include a wheel unit at the other end of the suspension to slip over a predetermined distance on the fourth link as the fourth link rotates.
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본 발명에 따른 암 구조체는 시스템의 관성력을 최소화하고 시스템의 응답특성을 극대화하며 백래시 등의 비 선형적 요소를 최소화하는 효과가 있다. The arm structure according to the present invention has the effect of minimizing the inertial force of the system, maximizing the response characteristics of the system, and minimizing nonlinear factors such as backlash.
이하에서는 첨부된 도면에서 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 암의 개략적 사시도이다. 도 2는 길이방향 작용 외력에 대한 암 구조체의 작동을 나타내는 개략적 개념도이다. 도 3a 내지 도 3c는 구동 링크(51) 회전에 의한 암(90)의 회전운동을 순차적으로 나타내는 개략적 개념도이다. 도 1을 참조하면 암 구조체(1)는 고정 베이스(10), 회전 베이스(20), 회전 구동부(30), 4절링크(50), 현가부(80), 및 암(90)을 구비한다.
도 1을 참조하면, 여기서 회전 베이스(20)는 고정 베이스(10)에 대해서 회전(S)할 수 있다. 회전 베이스(20) 상에 회전 구동부(30)는 회전 구동부(30)의 회전 축인 제1 축(61)에 연결된 제1 링크인 구동 링크(51)를 회전시킨다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
1 is a schematic perspective view of a robot arm according to an embodiment of the present invention. 2 is a schematic conceptual view showing the operation of the arm structure with respect to the longitudinal acting external force. 3A to 3C are schematic conceptual diagrams sequentially showing the rotational motion of the
Referring to FIG. 1, the
제2 링크는 일 단이 암에 고정되는 종동 링크(52)이며, 제3 링크는 구동 링크(51) 및 종동 링크(52)를 연결하는 연결 링크(53)이며, 제4 링크는 각 단이 회전 구동부(30)의 회전 축인 제1 축(61)과 제2 링크(52)의 단부에 회동 가능하게 연결되는 플로트 링크(70)로써, 4절링크(50)는 제1 링크인 구동 링크(51)와, 제2 링크인 종동 링크(52)와, 제3 링크인 연결 링크(53) 및 제4 링크인 플로트 링크(70)를 포함하여 4절링크를 구비할 수 있다. 여기서, 구동 링크(51)의 회전은 링크 연결을 통하여 암(90)에 회전력을 전달하여 회전시킬 수 있다.The second link is a driven
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여기서, 도 2 또는 도 3a에 나타난 바와 같이 4절링크(50)는 3절 링크를 구비할 수도 있으며, 4절링크(50)의 링크 구성 및 링크의 개수는 이에 제한되지 않는다.Here, as shown in FIG. 2 or 3A, the four-
플로트 링크(70)는 일 단이 제1 축(61)에 타 단이 제2 축(62)에 각각 링크 연결되어 제1 축(61)을 중심으로 선회한다. 도 2, 도 3b 등에 플로트 링크(70)가 제1 방향(R1)으로 선회하는 것이 도시되어 있으나, 플로트 링크(70)의 선회 방향은 이에 제한되지 않으며 제1 축(61)을 중심으로 어떠한 방향으로든 회전 가능하다.
현가부(80)는 일 단이 회전 베이스(20)에 고정되고, 타 단이 플로트 링크(70)에 연결된다. 이때, 현가부(80)는 구동 링크(51)의 회전 움직임 및 암(90)의 길이 방향으로 작용하는 외력을 완충하도록 구성된다.One end of the
One end of the
현가부(80)는 탄성 및 감쇠 특성을 가질 수 있으며, 예를 들어 용수철 등의 탄성체 만으로 현가부(80)를 구성할 수도 있고 또는 탄성체와 실린더 등의 감쇠부를 조합하여 사용할 수도 있다. 현가부(80)가 탄성체만으로 구성될 경우, 복원력이 빠르고 크나 안정화 되는데 시간이 많이 걸리고, 탄성체와 감쇠부를 조합할 경우 완충 작용이 크고 안정화되는 시간이 짧아지지만 초기 반응 속도가 느려지는 특징이 있다. 현가부(80)의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 당업자라면 다양한 현가부(80)의 실시예가 가능함을 알 것이다. The
여기서, 플로트 링크(70)와 현가부(80)의 작동을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2를 참조하면, 암(90)의 길이 방향으로 작용하는 외력(F)에 대하여 암(90)은 제2 위치 암(90')으로 이동하게 되고, 이에 따라 제2 링크(52)와 플로트 링크(70)도 각각 제2 위치 링크부(50')와 제2 위치 플로트 링크(70)로 이동하게 된다. 이때, 플로트 링크(70)에 구비된 현가부(80)는 외력을 완충하도록 구성되어 제2 위치 플로트 링크(70')가 제2 방향(R2)으로 복원력을 제공하여 제2 위치 암(90')이 초기 위치로 복귀하도록 하는 역할을 한다.
이와 같은 현가부(80)의 역할을 통해 암 구조체는 길이 방향으로 작용하는 반복적인 외력(F)에 대해서 별도의 동력을 이용함 없이 초기 구조 상태를 신속히 회복 및 유지할 수 있다. 예를 들어, 암(90)이 기관총일 경우, 기관총의 반동에 의한 반복되는 외력(F)에 대하여 현가부(80)는 기관총을 초기 위치로 신속히 복귀 시키는 역할을 할 수 있다. Here, the operation of the
Through the role of the
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 회전 구동부(30)의 회전에너지가 전달되어 구동 링크(51)를 회전시키고 구동 링크(51)의 회전력이 종동 링크(52)를 통해 암(90)에게 전달되는데, 이때 회전 구동부(30)의 회전에너지는 암(90)을 제2 축(62)을 중심으로 회동시켜 암(90)의 고저를 조절하는 역할을 수행한다.
여기서, 회전 구동부(30)가 급격한 운동의 변화(I1)를 줄 경우, 암(90)의 관성력은 회전 구동부(30)의 급격한 운동을 저지하는 방향으로 작용하게 되어 회전 구동부(30) 및 연결된 링크들에 무리를 줄 수 있다. 여기서, 암(90)은 플로트 링크(70)와 함께 제1 축(61)을 중심으로 회전할 수 있으므로, 회전 구동부(30)가 급격하게 운동의 변화를 줄 경우, 암(90)은 플로트 링크(70)와 함께 제1 축(61)을 중심으로 제1 방향(R1)으로 회전한다. 암(90)이 제1 축(61)을 중심으로 제1 회전(P1)을 함에 따라, 암(90)은 피치를 조절할 수 있다.
동시에, 암(90)이 제1 회전(P1)을 함에 따라 회전 구동부(30)의 회전 운동을 흡수하여, 회전 구동부(30) 및 연결된 링크들에 걸리는 무리한 압력을 줄일 수 있다. 이때, 플로트 링크(70)는 제1 축(61)을 중심으로 제1 방향(R1)으로 회전하되 현가부(80)에 의해 소정의 거리 회전으로 제한된다.
플로트 링크(70)가 제1 방향(R1)으로 회전 중에 현가부(80)에 걸려 소정 거리 회전 후 회전을 정지하게 되고, 구동 링크(51)의 회전 운동이 지속적으로 진행되면 암(90)은 플로트 링크(70)의 타 단이 연결된 제2 축(62)을 중심으로 제2 링크(52)의 운동에 의해 제2 회전(P1)을 한다.
암(90)이 제2 축(62)을 중심으로 제2 회전(P1)함에 따라, 암(90)은 피치를 조절할 수 있다. 이와 같이, 회전 구동부(30)가 급격히 운동의 변화할 경우, 플로트 링크(70)가 충격을 흡수하며 회전하므로 회전 구동부(30)에 급격하게 걸리는 토크를 완화시켜 줄 수 있고 플로트 링크(70)의 회전을 통해 암(90)의 피치를 조절할 수도 있다. 이와 같은 암(90)의 피치 조절은 예를 들어 기관총의 고저를 조절하는 역할에 사용될 수 있다. 3A to 3C, the rotation energy of the
Here, when the line of the rotational drive (30) a change in a sudden movement (I 1), the inertial force of the
At the same time, as the
The rotation of the
As the
이때, 현가부(80)는 일 단이 회전 베이스(20)에 지지되고 타 단은 플로트 링크(70)에 연결될 수 있는데, 플로트 링크(70)와 현가부(80)의 관계는 도 4a 및 도 4b, 또는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 현가부(80)의 작동을 나타내는 개략적 개념도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 현가부(80)의 일 단은 바퀴부(81)를 회전가능하게 구비하며 플로트 링크(70)가 제1 축(61)을 중심으로 제2 위치 플로트 링크(70')로 회전함에 따라 바퀴부(81)가 플로트 링크(70) 상에서 회전하며 바퀴부(81)가 플로트 링크(70)의 회전 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 현가부(80)의 용수철(82)이 수축하게 된다.
도 4b를 참조하면, 현가부(80)가 일정한 거리를 이동함에 따라 용수철이 수축된다. 수축된 용수철(82')에 의해 현가부(80)의 이동이 멈추게 되며 이때, 용수철(82) 등의 탄성력의 복원력에 의해 플로트 링크(70)를 복귀시키게 된다.
현가부(80)의 구성은 이에 제한되지 않으며 예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 현가부(80')는 용수철로만 구성될 수 있으며 플로트 링크(70)가 회전함에 따라 용수철이 길이 방향으로 소정의 길이가 신장한 후 탄성력에 의해 복원될 수 있다. 도 4a, 4b, 5a, 및 5b에서는 탄성부로 구성된 현가부(80)를 도시하고 있으나 현가부(80)의 실시예는 이에 제한되지 않으며 탄성체와 감쇠부의 조합으로 구성될 수도 있다.At this time, the
Figs. 4A and 4B are schematic conceptual diagrams showing the operation of the
Referring to FIG. 4B, as the
The configuration of the
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변 형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
본 발명은 암 구조체가 적용되는 분야, 예를 들면 산업용 로봇 또는 기관총을 제조 및 사용하는 산업에 이용될 수 있다. The present invention can be used in the field to which the cancer structure is applied, for example, industrial robots or industries that manufacture and use machine guns.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암 구조체의 개략적 사시도이다. 1 is a schematic perspective view of an arm structure according to an embodiment of the present invention.
도 2는 길이 방향으로 작용하는 외력에 대한 암 구조체의 작동을 나타내는 개략적 개념도이다.2 is a schematic conceptual view showing the operation of the arm structure with respect to an external force acting in the longitudinal direction.
도 3a 내지 도 3c는 구동 링크 회전에 의한 암의 회전운동을 순차적으로 나타내는 개략적 개념도이다.3A to 3C are schematic conceptual diagrams sequentially showing the rotational motion of the arm by the drive link rotation.
도 4a 및 도 4b는 현가부의 일 실시예의 작동을 나타내는 개략적 개념도이다.4A and 4B are schematic conceptual diagrams illustrating the operation of one embodiment of the suspension.
도 5a 및 도 5b는 현가부의 다른 실시예의 작동을 나타내는 개략적 개념도이다.5A and 5B are schematic conceptual diagrams illustrating the operation of another embodiment of the suspension.
도 6은 4절링크를 구비하는 암 구조체의 개략적 개념도이다. 6 is a schematic conceptional view of an arm structure having a four-bar link.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
1: 암 구조체 53: 연결 링크
10: 고정 베이스 61: 제1 축1: arm structure 53: connecting link
10: fixed base 61: first axis
20: 회전 베이스 62: 제2 축
30: 회전 구동부 70: 플로트 링크
50: 4절링크 80: 현가부
51: 구동 링크 81: 바퀴부20: rotation base 62: second axis
30: rotation driving part 70: float link
50: 4 section link 80: suspension section
51: driving link 81:
52: 종동 링크 90: 암(arm)52: idle link 90: arm
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KR101870629B1 (en) * | 2016-08-19 | 2018-06-25 | 한국과학기술연구원 | Structure for neck joint of robot |
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- 2009-09-08 KR KR1020090084431A patent/KR101429511B1/en active IP Right Grant
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