KR20100053005A - 조인트유닛의 전기연결장치와 이를 구비한 로봇 - Google Patents

조인트유닛의 전기연결장치와 이를 구비한 로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조인트유닛의 전기연결장치에 관한 것이다. 본 발명은 조인트유닛의 일측에 제1전도체를 마련하고, 타측에 제2전도체를 마련하여 제1전도체와 제2전도체를 접촉시키는 것을 포함하여 구성되는 것이다. 이로써 조인트유닛은 항상 전기적으로 연결될 수 있기 때문에 조인트유닛을 모듈화하여 사용하는 것이 가능하다.

Description

조인트유닛의 전기연결장치와 이를 구비한 로봇{Electricity Connecting Device Of Joint Unit And Robot having the same}
본 발명은 로봇조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기연결장치를 가지는 로봇조인트에 관한 것이다.
로봇은 기구적인 동작이 가능하도록 관절을 구비한다. 예를 들면 로봇 팔은 상완(上腕)부, 전완(前腕)부, 팔꿈치관절을 포함하는데, 이들 상완부와 전완부는 팔꿈치관절에 의해서 접히거나 펴지게 된다.
로봇은 필요한 기능을 동작시키기 위한 전장시스템을 구비한다. 전장시스템은 로봇을 동작시키기 위하여 수많은 하네스들을 구비한다. 여기서 하네스는 전력선, 통신선, 센서선 등을 말한다. 이러한 하네스들은 로봇에 탑재되어 있는데, 대부분의 하네스들은 로봇의 관절을 통과하면서 설치되는 것이 일반적이다.
특히 로봇의 관절을 통과하는 하네스의 경우 로봇의 관절이 움직일 때 가동각에 따라 하네스의 여유분을 두어야 한다. 예를 들면 로봇 팔의 경우 팔꿈치관절이 동작함에 따라 상완부와 전완부가 접히거나 펴지게 된다. 이때 팔꿈치관절을 통 과하는 하네스의 길이에 여유분을 두어서 팔꿈치관절의 가동각을 확보하는 것이다.
그러나 로봇의 관절 부분에 하네스의 여유분을 두게 되면 관절이 동작함에 따라서 서로 엉켜서 끊어지는 경우가 발생한다. 하네스가 끊어지게 되면 전장시스템이 제 기능을 발휘할 수 없게 된다.
본 발명의 일 측면은 로봇조인트의 가동각을 확보할 수 있는 조인트유닛의 전기연결장치에 대해서 개시한다.
본 발명의 다른 측면은 로봇의 제 기능을 확보할 수 있는 조인트유닛의 전기연결장치에 대해서 개시한다.
본 발명의 사상에 따른 조인트유닛의 전기연결장치는 제1링크와, 상기 제1링크에 회전 가능하게 결합되는 제2링크를 포함하고, 상기 제1링크에 마련되는 제1전도체와, 상기 제2링크에 마련되어 상기 제1전도체와 접촉하는 제2전도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전도체와 상기 제2전도체 중 어느 하나는 상기 제2링크의 회전중심으로부터 동일 반경을 가지는 원호형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전도체와 상기 제2전도체는 상기 제2링크의 회전중심으로부터 동일 반경을 가지는 원호형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2링크가 회전함에 따라 상기 제2전도체는 상기 제1전도체에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전도체와 상기 제2전도체는 끼움 결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전도체는 수용부를 구비하고, 상기 제2전도체는 돌출부를 구비하여, 상기 돌출부가 상기 수용부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1링크에 마련되어 상기 제1전도체와 연결되는 제1전선케이블과, 상기 제2링크에 마련되어 상기 제2전도체와 연결되는 제2전선케이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 로봇은 조인트유닛에 의해서 결합되는 제1링크와 제2링크를 포함하는 로봇에 있어서, 상기 조인트유닛은 상기 제1링크 측에 고정되는 제1조인트부와, 상기 제1조인트부에 회전 가능하게 결합하고 상기 제2링크 측에 고정되는 제2조인트부를 포함하고, 상기 제1조인트부와 상기 제2조인트부 사이에는 서로 접촉하여 전기적으로 연결되는 제1전도체와 제2전도체가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2전도체는 상기 제2조인트부가 이동함에 따라 상기 제1전도체 상에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전도체는 상기 제1조인트부에 마련되고 상기 제2전도체는 상기 제2조인트부에 마련되고, 상기 제1전도체는 상기 제1링크에 마련되는 제1전선케이블과 연결되고, 상기 제2전도체는 상기 제2링크에 마련되는 제2전선케이블과 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 조인트유닛의 전기연결장치는 조인트유닛에 두 개 의 전도체를 접촉하여 전기적으로 연결함으로써 조인트유닛의 가동각을 증가시키는 효과가 있다.
또한, 조인트유닛에서 전선케이블을 제거함으로써 전선케이블에 의해서 발생하는 제반 문제점 즉 전선케이블의 끊어짐 등을 원천적으로 예방하여 로봇이 제 기능을 발휘하도록 전장시스템의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
또한, 조인트유닛은 항상 전기적으로 연결될 수 있는 구조이기 때문에 모듈화하여 사용하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 조인트유닛의 전기연결장치에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇다리를 나타낸 도면이고, 도 2의 로봇다리의 무릎조인트유닛의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇다리(10)는 대퇴(大腿)부(11), 하퇴(下腿)부(12), 무릎조인트유닛(13)을 포함하는데, 이들 대퇴부(11)와 하퇴부(12)는 무릎조인트유닛(13)이 구동함에 따라 접히거나 펴지게 된다.
로봇다리(10)는 무릎조인트유닛(13)에 동력을 제공하는 모터(17)를 구비한다. 모터(17)는 대퇴부(11)에 설치되는데, 동력전달장치(14)를 통하여 무릎조인트유닛(13)에 동력을 제공한다.
동력전달장치(14)는 모터(17)와 무릎조인트유닛(13)을 연결한다. 보다 상세하게는 동력전달장치(14)는 모터(17)의 구동축(18)과 무릎조인트유닛(13)의 회전축(23)을 연결한다. 따라서 모터(17)의 구동축(18)이 회전하면 동력전달장치(14)에 의해서 무릎조인트유닛(13)의 회전축(23)도 회전한다. 도 1은 동력전달장치(14)의 예로써 벨트(15)와 풀리(16)가 사용된 것을 나타내고 있다. 또한 동력전달장치(14)의 예로써 기어 등이 사용되는 것도 가능하다.
무릎조인트유닛(13)은 회전축(23)을 구비하는데, 회전축(23)은 하퇴부(12)와 일체로 형성되는 것이 가능하고, 하퇴부(12)와는 별개의 부재로 형성되되 하퇴부(12)에 고정되는 것이 가능하다.
결국 동력전달장치(14)에 의해서 모터(17)의 구동력이 무릎조인트유닛(13)의 회전축(23)에 전달됨으로써 회전축(23)을 회전시키고, 회전축(23)이 회전함에 따라 하퇴부(12)도 함께 회전하게 된다. 이로써 하퇴부(12)는 대퇴부(11)에 대하여 상대적으로 회전 운동이 가능하고, 이들 하퇴부(12)와 대퇴부(11)는 접혀지거나 펴지게 된다.
로봇다리(10)는 필요한 기능을 동작시키기 위한 전장시스템을 구비한다. 전장시스템은 전력 또는 전기적인 신호 등을 전달할 수 있는 전선케이블(35, 36)을 포함한다. 이러한 전선케이블(35, 36)은 로봇다리(10)에 탑재되는데, 도 1 및 도 2에는 제1전선케이블(35)이 대퇴부(11)에 탑재되고 제2전선케이블(36)이 하퇴부(12)에 탑재된 것을 나타내고 있다. 제1전선케이블(35)과 제2전선케이블(36)은 무릎조인트유닛(13)에 마련되는 전기연결장치(30)에 의해서 연결된다.
이처럼 무릎조인트유닛(13)에서 전기연결장치(30)를 이용하여 제1전선케이블(35)과 제2전선케이블(36)을 연결하는 경우 무릎조인트유닛(13)의 가동각을 충분히 확보할 수 있다. 이하에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무릎조인트유닛을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무릎조인트유닛(13)은 대퇴부(11) 측에 마련되는 제1조인트부(21)와, 하퇴부(12) 측에 마련되는 제2조인트부(22)를 구비한다. 제1조인트부(21)와 제2조인트부(22)는 축 결합하는데, 제2조인트부(22)의 회전축(23)이 제1조인트부(21)의 홈(24)에 삽입되어 회전하게 된다. 여기서 회전축(23)은 제2조인트부(22)와 함께 회전하게 되는데, 앞서 언급한 바와 같이 회전축(23)은 제2조인트부(22)와 일체로 형성되는 것이 가능하고, 제2조인트부(22)와 별개로 형성되되 제2조인트부(22)에 고정되는 것도 가능하다.
무릎조인트유닛(13)은 상대 회전하는 제1조인트부(21)와 제2조인트부(22) 사이를 전기적으로 연결하기 위하여 전기연결장치(30)를 구비한다. 전기연결장치(30)는 제1조인트부(21)에 마련되는 제1전도체(31)와, 제2조인트부(22)에 마련되는 제2전도체(32)를 구비한다. 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 전기적으로 연결될 수 있도록 도 2와 같이 접촉된 상태로 존재한다.
또한 무릎조인트유닛(13)은 회전 각도에 상응하는 감지신호를 전송하기 위해 인코더(Absolute Encoder)나 토크센서(Torque Sensor)등을 구비할 수 있다. 뿐만 아니라 무릎조인트유닛(13)의 가동각을 넘어서는 것을 방지하기 위하여 기구적인 스토퍼나 포토 리밋 스위치 등 센서를 구비할 수 있다.
제1전도체(31)는 회전축(23)을 기준으로 동일 반경을 가지는 원호형상으로 형성되고, 제2전도체(32)도 회전축(23)을 기준으로 동일 반경을 가지는 원호형상으로 형성된다. 이때 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 끼움 결합하는데, 제2전도체(32)의 돌출부(34)가 제1전도체(31)의 수용부(33)에 삽입되는 구조이다. 이와 같은 형상과 구조에 의하여 제2조인트부(22)가 회전하는 경우 제2전도체(32)는 제1전도체(31)에서 슬라이딩하게 되고, 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 전기적으로 항상 접속되어 있는 상태로 존재한다. 이와 반대로 도면에 도시하지 않았지만, 제1전도체(31)에 돌출부를 마련하고 제2전도체(32)에 수용부를 마련하여 제1전도체(31)의 돌출부가 제2전도체(32)의 수용부에 삽입하는 것도 가능하다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무릎조인트유닛이 동작하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무릎조인트유닛(13)은 초기 상태에서 로봇다리(10)는 도 4와 같이 대퇴부(11)와 하퇴부(12)가 펼쳐져 있는 상태로 존재하고, 동작 상태에서 로봇다리(10)는 도 5와 같이 대퇴부(11)와 하퇴부(12)가 접혀져 있는 상태로 존재한다. 여기서 동작 상태는 모터(17)에 의해서 무릎조인트유닛(13)이 동작하여 제2조인트부(22)(또는 하퇴부(12))가 소정 각도로 회전한 상태이다.
무릎조인트유닛(13)은 초기상태에서 제1전도체(31)의 우측 부분과 제2전도체(32)의 좌측 부분이 서로 겹쳐 있는 상태로 존재하지만, 무릎조인트유닛(13)은 동작상태에서 제2전도체(32)가 제1전도체(31) 상에서 슬라이딩함에 따라 제1전도체(31)와 제2전도체(32)의 대부분이 서로 겹쳐 있는 상태로 존재한다. 이처럼 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 항상 전기적으로 접속될 수 있도록 서로 접촉하고 있다. 따라서 제1전도체(31)와 제2전도체(32)의 원호형상을 크게 하는 경우 무릎조인트유닛(13)의 가동각을 충분히 크게 할 수 있다. 즉 제2조인트부(22)의 회전 각도를 크게 할 수 있다.
또한, 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 끊어질 염려가 없기 때문에 로봇의 제 기능을 발휘할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1전선케이블(35)은 제1전도체(31)의 일측 단부(31a)와 연결되고, 제2전선케이블(36)은 제2전도체(32)의 일측 단부(32a)와 연결된다. 그리고 제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 항상 접촉하고 있으므로 제1전선케이블(35), 제1전도체(31), 제2전도체(32), 제2전선케이블(36)은 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 제1전선케이블(35)은 제1조인트부(21)과 함께 회전하므로 여유분을 둘 필요가 없으며 제2전선케이블(36)도 제2조인트부(22)와 함께 회전하므로 여유분을 둘 필요가 없다. 따라서 종래와 같이 제1조인트부(21)와 제2조인트부(22) 사이에 존재하는 전선케이블의 여유분이 끊어지는 문제점 등을 예방할 수 있다.
한편, 무릎조인트유닛(13)은 모듈화되어 사용될 수 있다. 즉 대퇴부(11)와 하퇴부(12)를 연결하고자 하는 경우 무릎조인트유닛(13)의 제1조인트부(21)를 대퇴부(11)에 결합하고, 무릎조인트유닛(13)의 제2조인트부(22)를 하퇴부(12)에 결합하는 것이다. 이후 제1전선케이블(35)을 제1전도체(31)에 연결하고 제2전선케이 블(36)을 제2전도체(32)에 연결하는 경우 전장시스템도 제 기능을 발휘하게 된다.
이와 같은 조인트유닛은 모듈화되어 로봇의 수많은 조인트에 적용될 수 있는 것이다. 한 예로써 로봇 팔의 상완부를 제1링크로 하고 로봇팔의 하완부를 제2링크로 하는 경우 모듈화된 조인트유닛을 이용하여 제1링크와 제2링크를 연결하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 전기연결장치에서 제1전도체와 제2전도체의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무릎조인트유닛(13)은 제1전도체(31)가 회전축(23)을 중심으로 동일 반경을 가지는 원호 형상으로 형성되고, 제2전도체(32)는 제1전도체(31)와 접촉하는 위치에서 돌기형상으로 형성된다.
제1전도체(31)와 제2전도체(32)는 끼움 결합하는데, 제2전도체(32)의 돌출부(34)가 제1전도체(31)의 수용부(33)에 삽입된다. 이로써 제2조인트부(22)가 회전하는 경우 제2전도체(32)는 제1전도체(31) 상에서 슬라이딩함과 동시에 제1전도체(31)와는 계속적으로 전기적 접속상태를 유지하게 된다.
이로 인해 제1전도체(31)의 원호 형상을 크게 하는 경우 제2전도체(32)가 슬라이딩 할 수 있는 거리가 증가하게 된다. 이는 제2조인트부(22)의 회전 각도 또는 무릎조인트유닛(13)의 가동각을 증가시키는 것을 의미한다.
제1전도체(31)와 제2전도체(32)의 형상은 도 3 및 도 6에 도시된 것 이외에 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 즉 제1전도체(31)와 제2전도체(32)의 형상은 제2 조인트부(22)(또는 하퇴부(12))가 회전하는 동안 그 접촉이 끊어지지 않는 것이라면 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇다리를 나타낸 도면이다.
도 2의 로봇다리의 무릎조인트유닛의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무릎조인트유닛을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무릎조인트유닛이 동작하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기연결장치에서 제1전도체와 제2전도체의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
11: 제1링크 12: 제2링크
21: 제1조인트부 22: 제2조인트부
31: 제1전도체 32: 제2전도체
33: 수용부 34: 돌출부

Claims (10)

  1. 제1링크와,
    상기 제1링크에 회전 가능하게 결합되는 제2링크를 포함하고,
    상기 제1링크에 마련되는 제1전도체와, 상기 제2링크에 마련되어 상기 제1전도체와 접촉하는 제2전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전도체와 상기 제2전도체 중 어느 하나는 상기 제2링크의 회전중심으로부터 동일 반경을 가지는 원호형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전도체와 상기 제2전도체는 상기 제2링크의 회전중심으로부터 동일 반경을 가지는 원호형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2링크가 회전함에 따라 상기 제2전도체는 상기 제1전도체에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전도체와 상기 제2전도체는 끼움 결합하는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1전도체는 수용부를 구비하고, 상기 제2전도체는 돌출부를 구비하여, 상기 돌출부가 상기 수용부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 조인트유닛의 전기연결장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1링크에 마련되어 상기 제1전도체와 연결되는 제1전선케이블과, 상기 제2링크에 마련되어 상기 제2전도체와 연결되는 제2전선케이블을 포함하는 것을 특 징으로 하는 조인트유닛의 전기연결구조.
  8. 조인트유닛에 의해서 결합되는 제1링크와 제2링크를 포함하는 로봇에 있어서,
    상기 조인트유닛은 상기 제1링크 측에 고정되는 제1조인트부와, 상기 제1조인트부에 회전 가능하게 결합하고 상기 제2링크 측에 고정되는 제2조인트부를 포함하고,
    상기 제1조인트부와 상기 제2조인트부 사이에는 서로 접촉하여 전기적으로 연결되는 제1전도체와 제2전도체가 마련되는 것을 특징으로 하는 로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2전도체는 상기 제2조인트부가 이동함에 따라 상기 제1전도체 상에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1전도체는 상기 제1조인트부에 마련되고 상기 제2전도체는 상기 제2조인트부에 마련되고,
    상기 제1전도체는 상기 제1링크에 마련되는 제1전선케이블과 연결되고, 상기 제2전도체는 상기 제2링크에 마련되는 제2전선케이블과 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇.
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