KR102099772B1 - Gravity compensation device capable of bi-directional compensation - Google Patents

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KR102099772B1
KR102099772B1 KR1020180123905A KR20180123905A KR102099772B1 KR 102099772 B1 KR102099772 B1 KR 102099772B1 KR 1020180123905 A KR1020180123905 A KR 1020180123905A KR 20180123905 A KR20180123905 A KR 20180123905A KR 102099772 B1 KR102099772 B1 KR 102099772B1
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최혁렬
최윤석
이이삭
장호성
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성균관대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a gravity compensation apparatus capable of bidirectional compensation. According to the present invention, the gravity compensation apparatus capable of bidirectional compensation comprises: a rotation transfer unit which includes an input end receiving an input of rotary force from an outer link, and an output end rotating by linking with the input end; and a torque compensation unit which is connected to the output end to provide a compensation torque for a load torque generated by the outer link′s own weight when the outer link rotates. The torque compensation unit comprises: an elastic body supported to be elastically transformed in two directions from a zero-elastic transformation state; and a connection unit having one end unit connected to the elastic body and the other end unit connected to a position eccentric to one side from the rotary center of the output end.

Description

양방향 보상이 가능한 중력보상장치{Gravity compensation device capable of bi-directional compensation}Gravity compensation device capable of bi-directional compensation

본 발명은 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 링크의 양 방향 회전에 대하여 외부 링크의 자중에 의해 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 각각 제공할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gravity compensation device capable of bi-directional compensation, and more specifically, bi-directional compensation capable of providing compensation torque for load torque generated by self-weight of the external link with respect to rotation in both directions of the external link. It relates to a gravity compensation device.

로봇의 설계 및 제작에는 다양한 기계 및 전자 부품들이 사용된다. 이 중, 로봇의 관절을 구성하는 감속기와 모터, 그리고 모터 제어기 구입에 소모되는 비용은 제작비의 90%에 달한다. 현재 대부분의 로봇에는 작업 성능(가반 중량, 구동 속도, 작업 공간 등)을 확보하기 위하여 고성능, 고가의 모터 및 감속기를 사용한다. 이는, 로봇 전체의 가격을 상승시키므로 로봇 시장형성을 힘들게 한다.Various mechanical and electronic components are used in the design and manufacture of robots. Of these, the cost of purchasing the reducer, motor, and motor controller constituting the joint of the robot is 90% of the production cost. Currently, most robots use high-performance, expensive motors and reducers to ensure work performance (carrying weight, driving speed, work space, etc.). This increases the overall price of the robot, making it difficult to form a robot market.

로봇 가격의 합리화를 위해서 개발된 대표적인 방법인 중력보상기구는, 로봇 관절에서 자중에 의해 발생하는 토크를 상쇄해 줌으로써, 작업 시에 필요한 토크를 최소화할 수 있는 기구를 말한다.The gravity compensation mechanism, which is a representative method developed for rationalizing the robot price, refers to a mechanism capable of minimizing the torque required during work by canceling the torque generated by the self-weight in the robot joint.

한국 특허공개번호 제1993-0017507호 및 한국 특허공개번호 제2008-0017311호에는 로봇의 중력 보상 기구가 개시된다. 하지만, 이러한 종래의 중력보상기구는 어깨 부위에 장착되어야 하므로 장착 공간이 상당하다는 문제점이 수반된다. Korean Patent Publication No. 1993-0017507 and Korean Patent Publication No. 2008-0017311 disclose a gravity compensation mechanism for a robot. However, such a conventional gravity compensator must be mounted on the shoulder area, which is accompanied by a problem that the mounting space is considerable.

또한, 링크의 한 방향 회전에 대해서만 보상 토크를 제공하므로, 중력 보상 기구를 적용한 로봇의 사용 범위가 상당히 제한적인 문제가 있다. In addition, since the compensation torque is provided only for rotation in one direction of the link, there is a problem in that the range of use of the robot to which the gravity compensation mechanism is applied is quite limited.

뿐만 아니라, 종래의 중력 보상 기구의 경우 무게 추를 사용하거나 스프링 및 와이어를 사용하는 방법이 주를 이루는데, 자중을 보상하기 위한 무게 추의 경우 기구부 전체의 질량을 증대시켜 충돌 안전 등이 필요한 로봇팔 등에는 사용하기 어렵다. 뿐만 아니라, 스프링 압축력 및 인장력을 사용하는 종래의 방법의 경우 비교적 작은 부피 및 무게로 인한 컴팩트한 구성을 가능하게 하나 장기간 사용시 내구 연한의 문제로 와이어 등이 늘어나거나 또는 끊어지는 등의 파손으로 인한 성능 감소 내지 안전 사고 발생 가능성이 농후하여 기구 장치의 신뢰성을 높이는 방안의 필요성이 크게 대두되고 있다.In addition, in the case of a conventional gravity compensation mechanism, a method using a weight weight or a spring and a wire is mainly used. In the case of a weight weight for compensating for the self-weight, a robot that requires collision safety by increasing the mass of the entire mechanism unit Difficult to use on the arms, etc. In addition, the conventional method using a spring compressive force and a tensile force enables a compact configuration due to a relatively small volume and weight, but the performance due to damage such as wire extension or breakage due to a problem of endurance during long-term use. Since the possibility of occurrence of reduction or safety accidents is abundant, the necessity of a method of increasing the reliability of the apparatus has emerged.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-1999-0017507호 (1999년01월01일 공개)Patent Literature 1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1999-0017507 (released on January 1, 1999) 특허문헌 2. 대한민국 공개특허 제10-2008-0017311호 (2008년02월26일 공개)Patent Document 2. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0017311 (published on February 26, 2008)

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부 링크의 양 방향 회전에 대하여 외부 링크의 자중에 의해 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 각각 제공할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and bidirectional compensation capable of providing compensation torque for load torque generated by the self-weight of the external link with respect to rotation in both directions of the external link is possible. It is to provide a gravity compensation device.

또한, 외부 링크와 토크 보상부 사이에서 토크를 전달하는 회전 전달부의 구성을 최소화하여 할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a gravity compensation device capable of two-way compensation that can be minimized by configuring the rotation transmission unit for transmitting torque between the external link and the torque compensation unit.

또한, 토크 보상부의 내구성을 증대시켜 장치의 신뢰성을 확보할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a gravity compensation device capable of two-way compensation capable of securing the reliability of the device by increasing the durability of the torque compensation unit.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 외부 링크로부터 회전력을 입력받는 입력단과, 상기 입력단과 연동하여 회전하는 출력단이 형성된 회전 전달부; 및 상기 출력단과 연결되어 상기 외부 링크의 회전시 외부 링크의 자중에 의해 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 제공하는 토크 보상부;를 포함하며, 상기 토크 보상부는, 탄성 변형이 제로인 상태로부터 양방향으로 탄성 변형이 가능하도록 지지되는 탄성체와, 일단부는 상기 탄성체에 연결되고 타단부는 상기 출력단의 회전중심으로부터 일측으로 편심된 위치에 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, an input terminal for receiving a rotational force from an external link, and a rotation transmission unit formed with an output terminal rotating in conjunction with the input terminal; And a torque compensation unit connected to the output terminal to provide a compensation torque for a load torque generated by the weight of the external link when the external link is rotated, wherein the torque compensation unit is bidirectional from a state in which elastic deformation is zero. An elastic body supported to enable elastic deformation, and one end connected to the elastic body and the other end comprising a connecting portion connected to a position eccentric to one side from the rotational center of the output terminal. Is achieved by.

여기서, 상기 탄성체는 한 쌍의 스프링으로 이루어지고, 상기 연결부의 일단부에는 상기 한 쌍의 스프링 사이에 개재되는 스프링블록이 마련되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the elastic body is made of a pair of springs, and a spring block interposed between the pair of springs is provided at one end of the connection part.

또한, 상기 토크 보상부는, 상기 탄성체의 양단부를 지지하는 고정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the torque compensating part further includes a fixing part supporting both ends of the elastic body.

또한, 상기 회전 전달부는, 상기 입력단과 연결되는 제1기어, 상기 제1기어와 맞물려 회전하는 제2기어, 상기 제2기어와 동일 축선상에서 연동하는 제3기어, 상기 제3기어와 맞물려 회전하는 제1내접기어, 상기 제1내접기어와 동일 축선상에서 연동하는 제2내접기어, 상기 제2내접기어와 맞물려 회전하고 상기 출력단과 연결되는 제4기어를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the rotation transmission unit, the first gear connected to the input terminal, the second gear rotates in engagement with the first gear, the third gear interlocks with the second gear on the same axis, rotates in engagement with the third gear It is preferable to include a first internal gear, a second internal gear interlocked on the same axis as the first internal gear, and a fourth gear engaged with the second internal gear and rotating and connected to the output terminal.

또한, 상기 회전 전달부는 상기 제4기어를 축회전가능하게 지지하는 캐리어를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the rotation transmission part further includes a carrier that supports the fourth gear to be axially rotatable.

또한, 상기 캐리어는 상기 제2내접기어의 내부 공간에 수용되는 것이 바람직하다.In addition, the carrier is preferably accommodated in the inner space of the second internal gear.

또한, 상기 회전 전달부는 상기 제4기어와 함께 상기 제2내접기어의 내주면을 따라 등간격으로 배치되어 상기 제2내접기어와 맞물리는 보조기어를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the rotation transmission part further includes an auxiliary gear that is disposed at equal intervals along the inner circumferential surface of the second internal gear together with the fourth gear.

본 발명에 따르면, 외부 링크의 양 방향 회전에 대하여 외부 링크의 자중에 의해 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 각각 제공할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a gravitational compensation device capable of bidirectional compensation capable of providing compensation torque for load torque generated by self-weight of the external link with respect to rotation in both directions of the external link.

또한, 외부 링크와 토크 보상부 사이에서 토크를 전달하는 회전 전달부의 구성을 최소화하여 할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치가 제공된다.In addition, a gravitational compensation device capable of bidirectional compensation capable of minimizing the configuration of a rotation transmission unit transmitting torque between the external link and the torque compensation unit is provided.

또한, 토크 보상부의 내구성을 증대시켜 장치의 신뢰성을 확보할 수 있는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치가 제공된다.In addition, a gravity compensation device capable of bidirectional compensation capable of securing the reliability of the device by increasing the durability of the torque compensation unit is provided.

도 1 및 도 2는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 분해사시도,
도 5는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 따른 회전 전달부의 분해사시도,
도 6은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 따른 토크 보상부의 분해사시도,
도 7은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 측단면도이고,
도 8은 도 7의 A-A'선 단면도,
도 9는 도 7의 B-B'선 단면도,
도 10은 도 7의 C-C'선 단면도,
도 11은 도 7의 D-D'선 단면도,
도 12는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 일방향 회전 상태를 나타낸 도면,
도 13은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 일방향 회전에 따른 토크 보상부의 작용을 나타낸 단면도이고,
도 14는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 타방향 회전에 따른 토크 보상부의 작용을 나타낸 단면도이다.1 and 2 is a perspective view of a gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention,
3 and 4 is an exploded perspective view of the gravity compensation device capable of two-way compensation of the present invention,
Figure 5 is an exploded perspective view of the rotation transmission unit according to the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention,
6 is an exploded perspective view of a torque compensator according to the gravity compensation device capable of bidirectional compensation according to the present invention;
7 is a side cross-sectional view of a gravity compensation device capable of bidirectional compensation according to the present invention,
8 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 7;
9 is a cross-sectional view taken along line B-B 'in FIG. 7;
10 is a cross-sectional view taken along line C-C 'in FIG. 7;
11 is a cross-sectional view taken along line D-D 'in FIG. 7;
12 is a view showing a one-way rotation state of the outer link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention,
13 is a cross-sectional view showing the action of the torque compensator according to the rotation of one direction of the external link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention,
14 is a cross-sectional view showing the action of the torque compensator according to the rotation of the external link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation according to the present invention.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, configurations different from the first embodiment will be described. do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a gravity compensation device capable of bidirectional compensation according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부도면 중, 도 1 및 도 2는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 분해사시도이고, 도 5는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 따른 회전 전달부(120)의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치에 따른 토크 보상부(140)의 분해사시도이다. Of the accompanying drawings, FIGS. 1 and 2 are perspective views of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention, FIGS. 3 and 4 are exploded perspective views of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention, and FIG. 5 is bidirectional compensation of the present invention This is an exploded perspective view of the rotation transmission unit 120 according to the possible gravity compensation device, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the torque compensation unit 140 according to the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention.

상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치는 하우징(110), 회전 전달부(120) 및 토크 보상부(140)를 포함한다.The gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention as shown in the figure includes a housing 110, a rotation transmission unit 120 and a torque compensation unit 140.

상기 하우징(110)은 전방과 후방이 개구된 수용공간을 둘러싸는 바디(111)와, 상기 바디(111)의 전방 개구를 마감하는 제1커버(112)와 후방 개구를 각각 마감하는 제2커버(113)를 포함한다.The housing 110 includes a body 111 surrounding an accommodation space in which front and rear openings are opened, a first cover 112 closing the front opening of the body 111, and a second cover closing the rear opening, respectively. (113).

상기 제1커버(112)에는 상기 회전 전달부(120)의 입력단(121)을 노출시키기 위한 개구부가 마련될 수 있으며, 상기 제2커버(113)에는 상기 회전 전달부(120)의 출력단(122) 및 상기 토크 보상부(140)를 노출시키기 위한 개구부가 마련될 수 있다. An opening for exposing the input terminal 121 of the rotation transmission unit 120 may be provided in the first cover 112, and the output terminal 122 of the rotation transmission unit 120 may be provided in the second cover 113. ) And an opening for exposing the torque compensator 140 may be provided.

상기 회전 전달부(120)는 상기 제1커버(112)의 개구부를 통해 노출되어 외부 링크(L)로부터 회전력을 입력받는 입력단(121)과, 회전중심으로부터 일측으로 편심된 위치에 연결핀(122a)이 마련되고 상기 제2커버(113)의 개구부를 통해 노출되는 출력단(122)과, 상기 입력단(121)과 출력단(122) 사이에서 회전력을 전달하는 동력전달기구(130)를 포함하며, 상기 입력단(121)은 제1커버(112)의 중앙에 회전가능하게 지지된다. The rotation transmission unit 120 is exposed through the opening of the first cover 112, the input terminal 121 receives the rotational force from the external link (L), and the connection pin 122a at a position eccentric from the rotation center to one side ) Is provided and includes an output terminal 122 exposed through the opening of the second cover 113, and a power transmission mechanism 130 that transmits rotational force between the input terminal 121 and the output terminal 122. The input terminal 121 is rotatably supported in the center of the first cover 112.

상기 동력전달기구(130)는 상기 입력단(121)과 연결되는 제1기어(131)와, 상기 제1기어(131)와 맞물려 회전하는 제2기어(132)와, 상기 제2기어(132)와 동일 축선상에서 연동하는 제3기어(133)와, 상기 제3기어(133)와 맞물려 회전하는 제1내접기어(134)와, 상기 제1내접기어(134)와 동일 축선상에서 연동하는 제2내접기어(135)와, 상기 제2내접기어(135)와 맞물리고 상기 출력단(122)과 연결되는 제4기어(136)와, 상기 제4기어(136)와 함께 등간격으로 배치되어 상기 제2내접기어(135)와 맞물리는 보조기어(137) 및 상기 제2내접기어(135)의 내부 공간에 수용되고 제2커버(113)에 고정되어 상기 제1기어(131), 제3기어(133), 제4기어(136) 및 보조기어(137)를 각각 축회전 가능하게 지지하는 캐리어(138)를 포함한다.The power transmission mechanism 130 includes a first gear 131 connected to the input terminal 121, a second gear 132 rotating in engagement with the first gear 131, and the second gear 132 And a third gear 133 interlocking on the same axis, a first internal gear 134 rotating in engagement with the third gear 133, and a second interlocking on the same axis with the first internal gear 134 The internal gear 135, the fourth gear 136 engaged with the second internal gear 135 and connected to the output terminal 122, and the fourth gear 136 are disposed at equal intervals together with the first gear. 2, the first gear 131 and the third gear are accommodated in the inner space of the secondary gear 135 and the secondary gear 137 engaged with the internal gear 135 and fixed to the second cover 113 133), the fourth gear 136 and the auxiliary gear 137, respectively, includes a carrier 138 for rotatably supporting.

한편, 상기 제1내접기어(134)와 제2내접기어(135)는 상기 하우징(110)의 수용공간 내에서 회전할 수 있도록 베어링(B, 도 7 참조)에 의해 지지될 수 있다.Meanwhile, the first internal gear 134 and the second internal gear 135 may be supported by a bearing (B, see FIG. 7) so as to rotate within an accommodation space of the housing 110.

상기 토크 보상부(140)는 상기 출력단(122)과 연결되어 상기 외부 링크(L)의 회전시 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 제공하는 것으로서, 일단부가 하우징(110)에 회동 가능하게 연결되는 고정부(143)와, 상기 고정부(143)에 지지되는 탄성체(142)와, 일단부는 상기 탄성체(142)에 연결되고 타단부는 상기 출력단(122)에 연결되는 연결부(141)를 포함한다.The torque compensator 140 is connected to the output terminal 122 to provide a compensating torque for load torque generated when the external link L is rotated, and one end is rotatably connected to the housing 110 A fixed portion 143, an elastic body 142 supported by the fixed portion 143, one end is connected to the elastic body 142 and the other end includes a connection portion 141 connected to the output terminal 122 .

상기 고정부(143)는 상호 이격 배치되는 한 쌍의 지지블록(143a)과, 상기 한 쌍의 지지블록(143a)을 연결하여 고정하는 고정바(143b)를 포함하며, 일측 지지블록(143a)은 상기 하우징(110)에 회동 가능하게 지지된다.The fixing part 143 includes a pair of support blocks 143a spaced apart from each other, and a fixing bar 143b that is fixed by connecting the pair of support blocks 143a, and one side support block 143a Is rotatably supported on the housing 110.

상기 탄성체(142)는 상기 한 쌍의 지지블록(143a) 사이에 배치되고 외측 단부가 지지블록(143a)에 지지되는 한 쌍의 스프링으로 이루어질 수 있다. The elastic body 142 may be made of a pair of springs disposed between the pair of support blocks 143a and the outer end being supported by the support block 143a.

상기 연결부(141)는 일단부가 상기 탄성체(142)를 구성하는 한 쌍의 스프링 사이에 연결되고 타단부가 상기 출력단(122)의 연결핀(122a)에 연결되는 막대 형태로 이루어지며, 상기 연결부(141)의 일단부에는 상기 한 쌍의 스프링 사이에 개재되는 스프링블록(141a)이 마련될 수 있다. The connecting portion 141 is made of a rod shape, one end of which is connected between a pair of springs constituting the elastic body 142 and the other end is connected to the connecting pin 122a of the output terminal 122, and the connecting portion ( A spring block 141a interposed between the pair of springs may be provided at one end of 141).

이와 같이 출력단(122)의 회전이 막대 형태의 연결부(141)를 통해 탄성체(142)로 전달되도록 함으로써, 종래 와이어의 변형이나 파손으로 인한 성능 감소 내지 안전 사고 발생을 미리 방지할 수 있다. As such, the rotation of the output end 122 is transmitted to the elastic body 142 through the rod-shaped connection portion 141, thereby preventing performance reduction or occurrence of a safety accident due to deformation or breakage of the conventional wire.

한편, 본 실시예에서는 상기 탄성체(142)가 한 쌍의 스프링으로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 탄성체(142)는 하나의 코일스프링으로도 구성될 수 있으며, 이 경우에는 탄성체(142)의 탄성 변형이 제로인 상태로부터 양방향으로 탄성 변형할 수 있도록 상기 연결부(141)의 일단부가 스프링의 중간부분에 연결되는 것이 바람직하다. On the other hand, in the present embodiment, the elastic body 142 is described as being made of a pair of springs, for example, the elastic body 142 may also be composed of one coil spring, in this case, the elastic body 142 It is preferable that one end of the connecting portion 141 is connected to the middle portion of the spring so that the elastic deformation can be elastically deformed in both directions from the state where the elastic deformation is zero.

아울러, 상기 토크 보상부(140)는 도 2와 같이 하우징(110)의 외부로 노출되므로, 외부 링크(L)의 중량에 따라 토크 보상부(140)를 용이하게 교체할 수 있다.In addition, since the torque compensation unit 140 is exposed to the outside of the housing 110 as shown in FIG. 2, the torque compensation unit 140 can be easily replaced according to the weight of the external link L.

지금부터는 상술한 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.Now, the operation of the first embodiment of the gravity compensation device capable of bi-directional compensation will be described.

첨부도면 중, 도 7은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 측단면도이고, 도 8은 도 7의 A-A'선 단면도이고, 도 9는 도 7의 B-B'선 단면도이고, 도 10은 도 7의 C-C'선 단면도이고, 도 11은 도 7의 D-D'선 단면도이고, 도 12는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 일방향 회전 상태를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 일방향 회전에 따른 토크 보상부의 작용을 나타낸 단면도이고, 도 14는 본 발명 양방향 보상이 가능한 중력보상장치의 외부 링크의 타방향 회전에 따른 토크 보상부의 작용을 나타낸 단면도이다.Of the accompanying drawings, FIG. 7 is a side cross-sectional view of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 7, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line C-C 'in FIG. 7, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line D-D' in FIG. 7, and FIG. 12 is a view showing a one-way rotation state of the outer link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention. , Figure 13 is a cross-sectional view showing the action of the torque compensation unit according to the one-way rotation of the outer link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation of the present invention, Figure 14 is the present invention in the other direction rotation of the outer link of the gravity compensation device capable of bidirectional compensation It is a cross-sectional view showing the action of the torque compensator.

도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 바디(111) 내부공간에는 회전 전달부(120)가 배치되고, 상기 바디(111)의 전방 개구는 제1커버(112)에 의해 마감되고, 상기 바디(111)의 후방 개구는 제2커버(113)에 의해 마감되며, 상기 제1커버(112)의 개구부에는 상기 회전 전달부(120)의 입력단(121)이 배치되고, 상기 제2커버(113)의 개구부에는 상기 회전 전달부(120)의 출력단(122)에 연결되는 토크 보상부(140)가 배치된다.7 to 11, the rotation transmission part 120 is disposed in the inner space of the body 111 of the housing 110, and the front opening of the body 111 is provided by the first cover 112. The closing, the rear opening of the body 111 is closed by the second cover 113, the input end 121 of the rotation transmission unit 120 is disposed in the opening of the first cover 112, the A torque compensation unit 140 connected to the output terminal 122 of the rotation transmission unit 120 is disposed in the opening of the second cover 113.

상기 회전 전달부(120)는 하우징(110)의 전면에 위치하는 입력단(121)으로 입력되는 회전력을 동력전달기구(130)를 통해 하우징(110)의 후면에 위치하는 출력단(122)으로 전달할 수 있다.The rotation transmission unit 120 may transmit the rotational force input to the input terminal 121 located at the front of the housing 110 to the output terminal 122 located at the rear of the housing 110 through the power transmission mechanism 130. have.

구체적으로, 입력단(121)을 통해 입력된 회전력은 도 8과 같이 입력단(121)에 연결된 제1기어(131)와, 상기 제1기어(131)와 맞물리는 제2기어(132)로 전달되고, 상기 제2기어(132)로 전달된 회전력은 도 9와 같이 제2기어(132)와 동일 축선 상에 고정된 제3기어(133)와, 상기 바디(111)에 회전가능하게 지지되어 상기 제3기어(133)와 맞물리는 제1내접기어(134)로 전달되고, 제1내접기어(134)로 전달된 회전력은 도 10과 같이 제1내접기어(134)와 연결된 제2내접기어(135)와, 제2내접기어(135)의 내주면에 맞물린 제4기어(136)로 전달된다.Specifically, the rotational force input through the input terminal 121 is transmitted to the first gear 131 connected to the input terminal 121, and the second gear 132 engaged with the first gear 131 as shown in FIG. , The rotational force transmitted to the second gear 132 is rotatably supported by the third gear 133 fixed on the same axis as the second gear 132 and the body 111 as shown in FIG. 9. The rotational force transmitted to the first internal gear 134 meshing with the third gear 133 and transmitted to the first internal gear 134 is the second internal gear connected to the first internal gear 134 as shown in FIG. 10 ( 135) and the fourth gear 136 engaged with the inner circumferential surface of the second internal gear 135.

이때, 입력단(121)과 출력단(122) 사이에 내접기어를 배치하고, 회전력을 전달하기 위한 다수의 기어들을 내접기어의 내부 공간에 배치함으로써 동력전달기구(130)를 소형화시킬 수 있다.At this time, the power transmission mechanism 130 can be miniaturized by arranging the internal gear between the input terminal 121 and the output terminal 122 and arranging a plurality of gears for transmitting rotational force in the internal space of the internal gear.

한편, 상기 제4기어(136)는 제2내접기어(135)의 내부 공간에 배치되는 캐리어(138)에 회전 가능하게 지지되고, 상기 캐리어(138)에는 상기 제4기어(136)와 함께 제2내접기어(135)의 내주면을 따라 등간격으로 배치되는 다수의 보조기어(137)가 마련된다. 따라서 제4기어(136)의 회전축에 작용하는 하중이 보조기어(137)에 의해 분산 지지되도록 할 수 있다.On the other hand, the fourth gear 136 is rotatably supported by the carrier 138 disposed in the inner space of the second internal gear 135, and the carrier 138 is provided with the fourth gear 136. 2 A plurality of auxiliary gears 137 are arranged at equal intervals along the inner circumferential surface of the inscribed gear 135. Therefore, the load acting on the rotation axis of the fourth gear 136 can be distributedly supported by the auxiliary gear 137.

이어, 도 11에 도시된 바와 같이, 토크 보상부(140)의 고정부(143)는 일단부가 하우징(110)에 회전가능하게 지지되고, 탄성체(142)를 구성하는 한 쌍의 스프링은 고정부(143)의 한 쌍의 지지블록(143a) 사이 공간에 일렬로 삽입되고, 연결부(141)의 일단부는 출력단(122)의 회전중심으로부터 일측으로 편심된 위치에 마련된 연결핀(122a)에 연결되며, 연결부(141)의 단부에 마련된 스프링블록(141a)은 한 쌍의 스프링 사이에 개재된다. 이때, 상기 탄성체(142)는 입력단(121)에 회전력이 인가되지 않은 상태에서 탄성체(142)의 탄성 변형이 제로인 상태를 유지하게 된다. Then, as shown in FIG. 11, the fixing part 143 of the torque compensating part 140 is rotatably supported at one end of the housing 110, and a pair of springs constituting the elastic body 142 are fixed parts A pair of support blocks 143a of 143 are inserted in a row in the space, and one end of the connecting portion 141 is connected to a connecting pin 122a provided at a position eccentric from the rotation center of the output terminal 122 , The spring block 141a provided at the end of the connecting portion 141 is interposed between a pair of springs. At this time, the elastic body 142 maintains a state in which the elastic deformation of the elastic body 142 is zero while no rotational force is applied to the input end 121.

이러한 상태로부터, 도 12에 도시된 바와 같이 외부 링크(L)가 일방향(시계 반대 방향)으로 회전하여 입력단(121)에 회전력이 인가되면, 입력단(121)을 통해 입력된 회전력은 동력전달기구(130)를 통해 출력단(122)으로 전달된다.From this state, as shown in FIG. 12, when the external link L rotates in one direction (counterclockwise) and a rotational force is applied to the input terminal 121, the rotational force input through the input terminal 121 is a power transmission mechanism ( 130) is transmitted to the output terminal (122).

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 외부 링크(L)의 일방향 회전에 의해 출력단(122)에 부하 토크가 작용하게 되면, 출력단(122)이 시계방향으로 회전하면서 출력단(122)의 연결핀(122a)에 연결된 연결부(141)가 하측 방향으로 이동하게 된다. 이때, 상기 연결부(141)의 일단부에 마련된 스프링블록(141a)이 한 쌍의 스프링 중 하부에 위치한 스프링을 압축하면, 연결부(141)를 상측 방향으로 밀어올리는 탄성 반발력이 작용하게 되므로, 상기 출력단(122)에 외부 링크(L)의 자중에 대한 보상 토크를 제공할 수 있다. That is, when the load torque acts on the output terminal 122 by one-way rotation of the external link L, as shown in FIG. 13, the output terminal 122 rotates clockwise while the connection pin of the output terminal 122 ( The connecting portion 141 connected to 122a) moves in the downward direction. At this time, when the spring block 141a provided at one end of the connection portion 141 compresses the spring located at the lower portion of the pair of springs, the elastic repulsive force pushing the connection portion 141 upwards acts, so the output terminal Compensation torque for the self-weight of the external link L may be provided to 122.

따라서 외부 링크(L)는 도 12에 도시된 바와 같이, 일정 각도로 회전하더라도, 중력에 의해 더 이상 아래로 이동하지 않고, 무중력과 같은 상태로 그 자세를 그대로 유지할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 12, the external link L can no longer move downward due to gravity, but maintain its posture in the same state as weightlessness, even if rotated at a certain angle.

한편, 도 12에서는 외부 링크(L)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우를 도시하였으나, 외부 링크(L)가 시계 방향으로 회전하는 경우에는 도 14에 도시된 바와 같이 연결부(141)가 상측 방향으로 이동하면서 탄성체(142)를 구성하는 한 쌍의 스프링 중 상부에 위치한 스프링을 압축시키므로, 상기 출력단(122)에 외부 링크(L)의 자중에 대한 보상 토크를 제공할 수 있다. On the other hand, in FIG. 12, the external link L is rotated in the counterclockwise direction, but when the external link L is rotated in the clockwise direction, as illustrated in FIG. 14, the connecting portion 141 is moved upward. Since the spring located at the top of the pair of springs constituting the elastic body 142 is compressed while moving, it is possible to provide a compensation torque for the self-weight of the external link L to the output terminal 122.

상기와 같은 본 실시예에 따르면, 중력보상장치를 소형화할 수 있으므로 로봇 관절의 내부나 외부에 용이하게 설치할 수 있으며, 외부 링크(L)의 양방향 회전에 대한 토크 보상이 가능하므로 중력보상장치의 적용 범위를 확대시킬 수 있다. According to this embodiment as described above, since the gravity compensation device can be miniaturized, it can be easily installed inside or outside the robot joint, and torque compensation is possible for bidirectional rotation of the external link (L), so the application of the gravity compensation device The range can be expanded.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Any person having ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims is deemed to be within the scope of the claims of the invention to a wide range that can be modified.

110:하우징, 111:바디, 112:제1커버,
113:제2커버, 120:회전 전달부, 121:입력단,
122:출력단, 122a:연결핀, 130:동력전달기구,
131:제1기어, 132:제2기어, 133:제3기어,
134:제1내접기어, 135:제2내접기어, 136:제4기어,
137:보조기어, 138:캐리어, 140:토크 보상부,
141:연결부, 141a:스프링블록, 142:탄성체,
143:고정부, 143a:지지블록, 143b:고정바,
L:외부링크, B:베어링110: housing, 111: body, 112: first cover,
113: second cover, 120: rotation transmission unit, 121: input terminal,
122: output terminal, 122a: connecting pin, 130: power transmission mechanism,
131: first gear, 132: second gear, 133: third gear,
134: first inward gear, 135: second inward gear, 136: fourth gear,
137: auxiliary gear, 138: carrier, 140: torque compensation unit,
141: connecting portion, 141a: spring block, 142: elastic body,
143: fixed part, 143a: support block, 143b: fixed bar,
L: External link, B: Bearing

Claims (7)

외부 링크로부터 회전력을 입력받는 입력단과, 상기 입력단과 연동하여 회전하는 출력단이 형성된 회전 전달부; 및
상기 출력단과 연결되어 상기 외부 링크의 회전시 외부 링크의 자중에 의해 발생하는 부하 토크에 대한 보상 토크를 제공하는 토크 보상부;를 포함하며,
상기 토크 보상부는, 탄성 변형이 제로인 상태로부터 양방향으로 탄성 변형이 가능하도록 지지되는 탄성체와, 일단부는 상기 탄성체에 연결되고 타단부는 상기 출력단의 회전중심으로부터 일측으로 편심된 위치에 연결되는 연결부를 포함하며,
상기 회전 전달부는, 상기 입력단과 연결되는 제1기어, 상기 제1기어와 맞물려 회전하는 제2기어, 상기 제2기어와 동일 축선상에서 연동하는 제3기어, 상기 제3기어와 맞물려 회전하는 제1내접기어, 상기 제1내접기어와 동일 축선상에서 연동하는 제2내접기어, 상기 제2내접기어와 맞물려 회전하고 상기 출력단과 연결되는 제4기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.A rotation transmission unit having an input terminal receiving rotational force from an external link and an output terminal rotating in conjunction with the input terminal; And
Includes a torque compensation unit connected to the output terminal to provide a compensation torque for the load torque generated by the self-weight of the external link when the external link is rotated.
The torque compensator includes an elastic body supported to enable elastic deformation in both directions from a state where the elastic deformation is zero, and one end connected to the elastic body and the other end connected to a position eccentric to one side from the rotation center of the output end And
The rotation transmission unit includes a first gear connected to the input terminal, a second gear rotating in engagement with the first gear, a third gear interlocking on the same axis as the second gear, and a first rotating engagement with the third gear An inward gear, a second inward gear interlocking on the same axis as the first inward gear, and a fourth gear connected to the output terminal and rotating in engagement with the second inward gear. . 제 1항에 있어서,
상기 탄성체는 한 쌍의 스프링으로 이루어지고, 상기 연결부의 일단부에는 상기 한 쌍의 스프링 사이에 개재되는 스프링블록이 마련되는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.According to claim 1,
The elastic body is composed of a pair of springs, a gravity compensation device capable of bi-directional compensation, characterized in that a spring block interposed between the pair of springs is provided at one end of the connection portion. 제 2항에 있어서,
상기 토크 보상부는, 상기 탄성체의 양단부를 지지하는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.According to claim 2,
The torque compensation unit, a gravity compensation device capable of bi-directional compensation, characterized in that it further comprises a fixing portion for supporting both ends of the elastic body. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 회전 전달부는 상기 제4기어를 축회전가능하게 지지하는 캐리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.According to claim 1,
The rotation transmission unit is a gravity compensation device capable of bidirectional compensation, characterized in that it further comprises a carrier that supports the fourth gear to be axially rotatable. 제 5항에 있어서,
상기 캐리어는 상기 제2내접기어의 내부 공간에 수용되는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.The method of claim 5,
The carrier is a gravity compensation device capable of two-way compensation, characterized in that accommodated in the inner space of the second internal gear. 제 1항에 있어서,
상기 회전 전달부는 상기 제4기어와 함께 상기 제2내접기어의 내주면을 따라 등간격으로 배치되어 상기 제2내접기어와 맞물리는 보조기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 보상이 가능한 중력보상장치.According to claim 1,
The rotation transmission unit is a gravity compensation device capable of bi-directional compensation, characterized in that it further comprises an auxiliary gear that is disposed at equal intervals along the inner circumferential surface of the second internal gear together with the fourth gear.
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