KR20180099623A - 로봇 팔 및 로봇 손목 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 팔 및 로봇 손목에 관한 것이다. 로봇 팔은 팔 링크 GL_i를 통해 직렬로 연결되는, 엑추에이터로 구동될 수 있는 N 개의 관절 연결부 GV_n로 구성된다. 여기서 n=1, 2, …, N, 및 i=1, 2, …, N-1, 그리고 N≥6 이다.
로봇 팔의 몸 중심부 쪽(proximal)의 팔 링크 GL₁은 관절 연결부 GV₁를 통해 로봇의 몸체에 연결될 수 있고, 로봇 팔의 말단(distal)의 팔 링크 GL_N-1은 관절 연결부 GV_N를 통해 이펙터(E)에 연결될 수 있으며, 팔 링크 GL_N-1과 GL_N-2은 관절 연결부 GV_N-1에 의해 연결되고, 팔 링크 GL_N-2과 GL_N-3은 관절 연결부 GV_N-2에 의해 연결되고, 관절 연결부 GV_N, GV_N-1, GV_N-2 각각은 연관된 회전축 R_GV,N, R_GV,N-1, R_GV,N-2에 대한 운동을 가능하게 한다. 로봇 팔은 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}이 50°내지 130°범위의 각도로 교차하도록 구성되거나, 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}이 1㎜ 내지 20㎜ 범위 내에서 서로 간에 최소 간격 A1으로 이격되며, 회전축 R_GV,N은 회전축 R_{GV,N -1}에 대해 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되어 배열되고, 회전축 R_{GV,N -1}에 대한 힘 또는 토크를 감지하기 위한 센서가 관절 연결부 GV_N-1에 위치한다.

Description

로봇 팔 및 로봇 손목

본 발명은 로봇 팔에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 로봇 손목에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 상기 로봇 팔 또는 로봇 손목을 구비하는 로봇에 관한 것이다.

상기 로봇 팔은 다수의 팔 링크를 구비하며, 각각은 엑추에이터로 구동될 수 있는 관절 연결부를 통해 연결되고, 로봇 중심부 쪽의 팔 링크는 관절 연결부를 통해 로봇의 몸체에 연결될 수 있고, 말단의 팔 링크는 관절 연결부를 통해 장착 가능한 이펙터(effector)에 연결될 수 있다. 이러한 로봇 팔은 공지되어 있다.

또한, 상기 로봇 손목은 엑추에이터로 구동될 수 있는 3개의 손목 관절 연결부를 가지며, 손목 관절 연결부는 2개의 손목 링크를 통해 직렬로 연결되고, 로봇 손목 중심부 쪽의 손목 링크는 손목 관절 연결부를 통해 로봇 팔에 연결될 수 있고, 로봇 손목 말단의 손목 링크는 다른 손목 관절 연결부를 통해 이펙터에 연결될 수 있으며, 3개의 손목 관절 연결부 각각은 연관된 손목 회전축에 대한 운동이 가능하다. 이러한 로봇 손목은 공지되어 있다.

본 발명은 운용이 개선된 로봇 팔 및/또는 로봇 손목에 대한 설계를 제공하려는 것으로, 특히 작업 표면 위에서 및/또는 작업 표면 위쪽에서 작업물 또는 주변 환경에 대한 처리가 향상된 로봇 팔 및/또는 로봇 손목을 제공하는 것이다.

본 발명은 독립항들의 특징으로부터 명백히 개시된다. 더욱 유리한 실시예들 및 세밀한 사항들은 종속항의 대상이다. 본 발명에서 다른 특성, 적용 가능성, 및 유리한 점들은 도면에 도시된 발명의 예시적인 실시예 뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명으로부터 명확히 추론된다.

발명의 제1 양태는 엑추에이터로 구동될 수 있는 N개의 관절 연결부를 가지는 로봇 팔로서, 관절 연결부 GV_n는 팔 링크 GL_i를 통해 직렬로 연결되고(여기서 n=1, 2, …, N, 및 i=1, 2, …, N-1, 그리고 N≥6), 로봇 중심부 쪽의 팔 링크 GL₁는 관절 연결부 GV₁를 통해 로봇의 몸체에 연결될 수 있고, 말단의 팔 링크 GL_{N -1}은 관절 연결부 GV_N를 통해 이펙터(E)에 연결될 수 있으며, 팔 링크 GL_{N - 1}와 GL_{N - 2}은 관절 연결부 GV_{N -1}에 의해 연결되고, 팔 링크 GL_{N -2}와 GL_{N -3}은 관절 연결부 GV_{N -2}에 의해 연결되고, 관절 연결부 GV_N, GV_{N -1}, GV_{N -2} 각각은 연관된 회전축 R_GV,N, R_{GV,N -1}, R_{GV,N -2}에 대한 운동을 가능하게 한다.

로봇 팔 말단의 관절 연결부 GV_N, GV_{N -1}, GV_{N -2}는 링크 GL_{N -2}, GL_{N - 1}와 함께 "손목"의 형태를 형성하여, 이전의 링크 GL_{N -3}에 대하여 3 자유도를 갖는 이펙터(E)의 위치 이동을 가능하게 한다.

본 발명의 로봇 팔은, 회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}이 50°내지 130°범위의 각도로 교차하도록 구성되거나, 회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}이 1㎜ 내지 20㎜ 범위 내에서 서로 간에 최소 간격 A1으로 이격되며, 회전축 R_GV,N은 회전축 R_{GV,N -1}에 대해 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되어 배열되고, 관절 연결부 GV_{N - 1}는 회전축 R_{GV,N -1}에 대한 힘 또는 토크(및/또는 축에 대한 유효한 토크)를 감지하도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}의 최소 간격은 바람직하게는 2㎜, 5㎜, 7㎜, 10㎜, 12㎜, 15㎜, 또는 17㎜ 이다. 회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}이 교차하는 각도범위는 바람직하게는 50°내지 130°, 60°내지 120°, 70°내지 110°, 80°내지 100°, 또는 85°내지 95°이다.

공지된 힘 또는 토크 센서가 힘 또는 토크를 감지하기 위해 출력단에 구비될 수 있다. 하지만 센서는 다이렉트 드라이브로 설계될 수도 있다. 후자의 경우에, 다이렉트 드라이브는 구동기이며 동시에 센서가 될 수 있다. 일반적으로 모터 전류를 측정하고 공지된 물리적 관계를 사용하여 토크가 추정된다. 하지만, (작용하는 내부 및 외부 힘을 좀 더 정확하게 측정하기 위한 다이렉트 드라이브 및 출력단 센서) 양자의 조합은 확실하게 배제되지 않는다.

이 경우의 목표는 작용하는 힘 및 토크, 특히 작용 레버를 통한 반대로 작용하는 접촉력에 대한 향상된 민감도를 생성하는 것이다.

숫자 N은 유리하게는 6 또는 7 또는 8이다. 로봇 팔은 후자의 경우(N=7)를 특히 선호하는데, 로봇 중심부 쪽의 팔 링크 GL₁이 엑추에이터로 구동될 수 있는 관절 연결부 GV₁를 통해 로봇의 몸체에 연결되어서, 이펙터(E)를 포함하는 로봇 팔이 총 7개의 축 R_GV1, R_GV2, R_GV3, R_GV4, R_GV5, R_GV6 및 R_GV7에 대해 제어될 수 있다. 3개의 말단 관절 연결부 GV₅, GV₆, GV₇ 및 회전축 R_GV5, R_GV6 및 R_GV7 그리고 이펙터(E)와 팔 링크 GL₅ 및 GL₆와 함께 총체적으로 "손목"의 개념으로 이해될 수 있다. 7개 축(N=7) 로봇 팔은 로봇의 작업 공간 내에서 3차원의 위치 제어(positioning) 및 이펙터의 3차원의 방향 설정(orientation)을 가능하게 한다. 이것은 로봇 팔의 이펙터가 작업 공간의 모든 지점에 모든 방향으로 도달할 수 있다는 것을 의미한다.

중심부 쪽 팔 링크(예를 들면, N=6인 경우: GL₁, GL₂ 및 GL₃)는 가능한 한 가장 큰 작업 공간에 이펙터(E)를 위치시키기 위해, 유리하게 팔이 긴 링크이다. 말단 팔 링크(예를 들면, N=6인 경우: GL₄, GL₅ 및 GL₆)는 좁은 공간의 소망하는 방향으로 이펙터(E)를 가져가기 위해, 유리하게 팔이 짧은 링크이다.

이펙터(공구)는 작업 내용 및 요구사항에 따라 다양한 공구들로부터 선택될 수 있는데, 공구들의 예로는 그리퍼, 용접 총, 용접 집게, 접착제 노즐, 페이팅 노즐, 드릴링/밀링 헤드, 측정 공구, 레이저 절단 헤드, 워트 젯 절단 헤드 등이 있다. 이펙터(E)는 관절 연결부 GV_N에 직접 연결될 수 있거나 또는 (강성의) 중간 매개체(예를 들면, 아답터)를 통해 관절 연결부 GV_N에 연결될 수 있다. 이러한 중간 매개체는 추가의 팔 링크로 설계될 수 있다.

제안된 로봇 팔은 다수의 장점을 갖는다. 간격 D1 및 A1은 회전 관절 연결부의 모든 구성에서 외부의 힘 및/또는 토크를 측정함에 있어서 개선된 결과를 가져온다. 마찬가지로, 거리 D1은, 비록 회전축 R_GV,N을 따라 힘이 작용하더라도, 관절 연결부 GV_{N -1}에 구비된 센서로 외부 힘 및/또는 토크를 감지할 수 있도록 한다. 더 나아가서, 제안된 로봇 팔에서, 최종 2개의 회전축 R_{GV,N -1} 및 R_GV,N이 교차하지 않기 때문에, 손목(이펙터 E 및 팔 링크 GL_{N -1,} GL_{N -2}를 구비한 말단 관절 연결부 GV_N, GV_N-1, GV_{N - 2})의 외부 토크 또는 힘의 방향에 고전적인 특이점이 존재하지 않는다. 또 다른 장점은 손목의 재구성(re-configuration)과 관련된다. 이것은 로봇 팔 전체를 움직일 필요가 없이, 손목만을 움직임으로써 충분히 달성될 수 있다.

특히, 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_GV,N이 교차하는, 모든 로봇 팔의 구조에 있어서, 이펙터를 갖춘 로봇 팔이 소위 공구 중심점(Tool Center Point(TCP), 공구/이펙터 상의 적절한 곳에 정의된 참조 포인트)을 중심으로 이동하는 것은 장점이다. 비록 축의 교차가 없더라도, 로봇 팔의 구조에 있어서 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_GV,N이 서로에게 가깝게 배치되면 될수록, 공구 중심점을 중심으로 회전하는 것이 더욱 용이하다.

(로봇의 작업 범위 이내의) 로봇 몸체와 접하는 환경 내에 있는 작업 표면(테이블의 상판과 같은) 위 및/또는 위쪽의 작업물을 취급하기 위해서, 이펙터를 포함하는 로봇 팔이 사용되는 로봇 팔 적용 시나리오를 고려할 때, 제안된 로봇 팔은 공구 중심점에 대하여 쉽게 회전이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 회전은 대부분 손목만이 이동한 결과로서 가능하다는 것을 의미하는 것으로, 작업 공간에서 소정의 이동을 위해 전체 로봇 팔이 움직일 필요가 없다는 것이다.

전체적으로, 본 발명의 로봇 팔의 "손목" 및/또는 전체 로봇 팔은, 외부 힘 및 토크를 효율적으로 관절 토크로 투영(projection)시킬 수 있어 작용하는 외부 힘과 토크의 감지를 개선시킬 수 있고, 특히 직접 입력(패턴입력, 교시입력) 방법을 통해 이동 경로를 로봇 손목에 수동으로 가이드하기 위해 작업 표면 위 및/또는 위쪽에서 작업할 경우에 작업물의 처리를 개선시킬 수 있고, 최종적으로 외부 환경에 놓인 작업물과 로봇 팔과의 충돌을 회피할 수 있고 작업물을 더 섬세하고 개선된 방법으로 제어할 수 있도록 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 각 로봇 팔의 설계에 있어서, 회전축 R_GV,N-2 및 R_{GV,N -1}에 의해 정의되는 평면 상에 회전축 R_GV,N을 투영하면 (투영된 회전축 R_GV,N*이) 회전축 R_{GV,N -1}에 대해 50°내지 130°범위의 각도를 형성하는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}이 90°각도를 형성하고, 및/또는 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}에 의해 정의되는 평면 상에 회전축 R_GV,N을 투영하면 (투영된 회전축 R_GV,N*이) 회전축 R_{GV,N -1}에 대해 90°각도를 형성하는 점을 특징으로 한다. 상술된 각도에 대하여, 특히 90°각도에 대하여 유리하게는 ±2°또는 ±5°의 공차가 적용된다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 거리 D1이 10㎜ 내지 50㎝ 범위 내에서 선정되며, 유리하게는 15㎜, 20㎜, 50㎜, 75㎜, 1㎝, 5㎝, 10㎝, 15㎝, 20㎝, 25㎝, 30㎝, 35㎝, 40㎝, 또는 45㎝인 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N - 1}는 90°각도를 형성하고, 및/또는 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}에 의해 정의되는 평면 상에 회전축 R_GV,N을 투영하면 회전축 R_GV,N-1에 대해 90°각도를 형성하는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 관절 연결부 GV_{N -2}, GV_{N -1}, 및 GV_N, 팔 링크 GL_{N -2} 및 GL_{N -1}, 그리고 관절 연결부 GV_N 에 장착된 이펙터(E)로 구성된 로봇 팔 부분이, 회전축 R_{GV,N -1}에 대한 팔 링크 GL_{N -1} 및 이펙터(E)가 어떠한 포즈에서도 충돌없이 이동하도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 관절 연결부 GV_N은 회전축 R_GV,N의 힘 및 토크를 감지하기 위한 센서를 구비하며, 및/또는 관절 연결부 GV_{N - 2}은 회전축 R_{GV,N -2}의 힘 및 토크를 감지하기 위한 센서를 구비하는 점을 특징으로 한다. 특히 유리하게는, 모든 관절 연결부 GV_N은 각기 대응하는 회전축 R_GV,N에 대한 힘 및 토크를 감지하도록 설계된다. 이러한 점은 역동적으로 로봇 팔에 작용하는 내부 및 외부 힘 및 토크를 더 정확하게 감지하도록 하여, 예를 들면, 적정한 모델-기반의 추정 방법을 사용하는 로봇 팔의 충돌 감지 및 로봇 팔 제어의 향상을 가져오도록 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 회전축 R _{GV 1} 및 R _{GV 2}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _{GV 2} 및 R _{GV 3}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _{GV 4}은 회전축 R _GV3 으로부터 반경 방향으로 일정 거리 D2 이격되어 배열되고, 그리고 회전축 R _{GV 4} 및 R _{GV 5}은 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 회전축 R _{GV 1} 및 R _{GV 2}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _{GV 2} 및 R _{GV 3}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _{GV 4} 및 R _GV3 이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 그리고 회전축 R _{GV 5}은 R _{GV 4}로부터 반경 방향으로 일정 거리 D3 이격되어 배열되도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 팔은, 회전축 R _{GV 1} 및 R _{GV 2}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _{GV 2} 및 R _{GV 3}이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 회전축 R _GV4 은 회전축 R _GV3 로부터 반경 방향으로 일정 거리 D4 이격되어 배열되며, 그리고 회전축 R _GV5 은 회전축 R _GV4 로부터 반경 방향으로 일정 거리 D5 이격되어 배열되도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

상술된 발명은 몸체에 인접하는 단부로부터 시작하는 로봇 팔의 구조적 설계와 특히 관련된다. 상술 제안된 로봇 팔의 다른 구조적 변형은 목적과 과제에 따라 선택되어 질 수 있으며, 이동을 민감하게 실행할 뿐만 아니라 로봇 팔을 따라 작용하는 외부 힘 및 토크를 최적으로 감지하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 제2 양태는 로봇 손목에 관한 것으로, 로봇 손목은 엑추에이터로 구동될 수 있는 3개의 손목 관절 연결부 HGV_n를 구비하며, 손목 관절 연결부 HGV_n는 2개의 손목 링크 HGL_i를 통해 직렬로 연결되고(여기서 n=1, 2, 3, 및 i=1, 2), 로봇 손목 중심부 쪽의 손목 링크 HGL₁은 손목 관절 연결부 HGV₁를 통해 로봇 팔에 연결될 수 있고, 로봇 손목 말단의 손목 링크 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₃를 통해 이펙터(E)에 연결될 수 있으며, 손목 링크 HGL₁과 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₂에 의해 연결되고, 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃ 각각은 연관된 손목 회전축 HR_HGV,1, HR_HGV,2, HR_HGV,3에 대한 운동을 가능하게 한다.

본 발명의 로봇 손목은, 손목 회전축 HR_HGV,1과 HR_HGV,2는 50°내지 130°범위의 각도로 교차하거나, 손목 회전축 HR_HGV,1과 HR_HGV,2이 1㎜ 내지 20㎜ 범위 내에서 서로 간에 최소 간격 A1으로 이격되며, 손목 회전축 HR_HGV,3은 손목 회전축 HR_HGV,2으로부터 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되어 배열되고, 그리고 손목 회전축 HR_HGV,2에 대한 힘 또는 토크를 감지하는 센서가 손목 관절 연결부 HGV₂에 구비되도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

제안된 로봇 손목은 이펙터가 3차원 위치 결정을 가능하게 한다. 로봇 손목이 연결될 수 있는 로봇 팔도 역시 로봇(로봇 팔 및 로봇 손목 및 이펙터)의 작업 범위 내에서 로봇 손목 또는 이펙터의 3차원 위치 결정을 가능하게 한다. 말단부의 3개의 로봇 손목 연결부로 구성된 손목은 작업자 및/또는 작업물과, 및/또는 작업물을 다루는데 있어서 민감한 상호작용을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 손목 회전축이 배열되고 유리하게 센서가 손목에 구비됨에 따라, 로봇 손목은 3개 축 모두에 대한 외부 힘/토크를 민감하게 감지하고, 손목의 단순한 구성 덕택에 높은 자유도의 이동성도 가능하다. 이 두가지 특성은 테이블 상부 작업표면과 같은 작업 공간 위 및/또는 위쪽에서의 작업물 취급에 특히 유용하게 잘 사용될 수 있다.

유리하게 본 발명에 따른 로봇 손목은 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2에 의해 정의되는 평면 상에 손목 회전축 HR_HGV,3을 투영하면 손목 회전축 HR_HGV,2에 대해 50°내지 130°범위의 각도를 형성하는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명의 로봇 손목에서, 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2 은 90° 각도를 형성하고, 및/또는 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2에 의해 정의되는 평면 상에 손목 회전축 HR_HGV,3을 투영하면 회전축 HR_HGV,2에 대해 90°각도를 형성하는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명의 로봇 손목에서, 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃, 손목 링크 HGL₁ 및 HGL₂, 및 손목 관절 연결부 HGV₃ 위에 장착된 이펙터(E)는 손목 회전축 HR_HGV,2 에 대한 손목 링크 HGL₂ 및 이펙터(E)가 로봇 팔의 모든 포즈에서 충돌없이 이동하도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

유리하게 본 발명의 로봇 손목에서, 손목 관절 연결부 HGV₃는 손목 회전축 HR_HGV,3의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되며, 및/또는 손목 관절 연결부 HGV₁은 손목 회전축 HR_HGV,1의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되는 점을 특징으로 한다.

로봇 손목의 장점 및 로봇 손목의 유리한 개선은 제안된 로봇 팔의 상술된 설명에 대응하며 유사하게 적용된다.

마지막으로, 본 발명은 상술된 바와 같은 로봇 팔을 구비하는 로봇에 관한 것이다.

부가적인 장점, 특성 및 상세함은 최소한 하나의 실시예를, 필요한 경우에는 도면을 참고하여 상세히 서술하는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 동일한 부분들, 유사한 부분들 및/또는 균등한 기능을 가진 부분들은 동일한 참조번호로 표시된다.

본 발명을 통해, 작업 표면 위 또는 작업 표면 위쪽에서 작업물 또는 주변 환경에 대한 처리가 향상된 로봇 팔 및/또는 로봇 손목을 구현할 수 있어, 결국은 운용이 개선된 로봇 팔 및/또는 로봇 손목을 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른, 6 자유도(N=6)를 갖는 로봇 팔의 개략 구조도,
도 2는 본 발명에 따른 로봇 손목의 개략 구조도, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 로봇 손목 관절의 예시적인 실시예를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른, 6 자유도를 갖는 로봇 팔의 개략 구조도를 도시한다. 로봇 팔은 엑추에이터로 구동될 수 있는 6개의 관절 연결부 GV_n를 가지며, 관절 연결부 GV_n는 팔 링크 GL_i를 통해 직렬로 연결된다(여기서 n=1, 2, …, 6, 및 i=1, 2, …, 5). 로봇 중심부 쪽의 팔 링크 GL₁은 관절 연결부 GV₁를 통해 로봇의 몸체(RK)에 연결된다. 로봇 팔의 말단 팔 링크 GL₅은 관절 연결부 GV₆를 통해 이펙터(E)에 연결된다. 이펙터(E)는 관절 연결부 GV₆ 상에 직접 연결될 수 있거나 또는 관절 연결부 GV₆에 결합되는 아답터 상에 연결될 수 있다. 관절 연결부 GV₄, GV₅, GV₆ 각각은 연관되게 구비된 회전축 R_GV,4, R_GV,5, R_GV,6에 대한 운동을 가능하게 한다. 점선 박스 내에 위치하는 로봇 팔 부분이 로봇 손목에 해당한다. 팔 링크 GL₁, GL₂ 및 GL₃는 팔 링크 GL₄, GL₅ 및 이펙터(E) 보다 길이 방향으로 더 길게 연장된다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇 손목 관절의 개략 구조도를 도시한다. 로봇 손목은 엑추에이터로 구동될 수 있는 3개의 손목 관절 연결부 HGV_n를 가지며, 손목 관절 연결부 HGV_n는 2개의 손목 링크 HGL_i를 통해 직렬로 연결된다(여기서 n=1, 2, 3, 및 i=1, 2). 중심부 쪽의 손목 링크 HGL₁은 손목 관절 연결부 HGV₁를 통해 로봇 팔에 연결된다. 말단의 손목 링크 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₃를 통해 이펙터(E)에 연결된다. 손목 링크 HGL₁과 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₂에 의해 연결된다. 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃ 각각은 연관되게 구비된 손목 회전축 HR_HGV,1, HR_HGV,2, HR_HGV,3에 대한 운동을 가능하게 하여, 결과적으로 공간에서 이펙터의 3차원 위치 조정을 가능하게 한다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇 손목 관절의 예시적인 실시예를 도시한다. 본 실시예의 로봇 손목은 엑추에이터로 구동될 수 있는 3개의 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂ 및 HGV₃를 구비하고, 상기 손목 관절 연결부는 2개의 손목 링크 HGL₁ 및 HGL₂를 통해 직렬로 연결된다. 중심부 쪽의 손목 링크 HGL₁은 손목 관절 연결부 HGV₁를 통해 로봇 팔에 연결된다. 말단의 손목 링크 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₃를 통해 이펙터(E)에 연결된다. 손목 링크 HGL₁과 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₂에 의해 연결된다. 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃ 각각은 연관되게 구비된 손목 회전축 HR_HGV,1, HR_HGV,2, HR_HGV,3에 대한 운동을 가능하게 하여, 결과적으로 공간에서 이펙터의 3차원 위치 조정을 가능하게 한다.

로봇 손목은, 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2가 90°범위 내의 각도로 교차하고, 그리고 손목 회전축 HR_HGV,3은, 로봇 손 관절에서 임의의 구성을 위해, 손목 회전축 HR_HGV,2으로부터 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되도록 설계된다. 나아가서, 각각의 손목 회전축 HR_HGV,1, HR_HGV,2, HR_HGV,3에 대한 힘 또는 토크를 감지하는 센서가 모든 손목 관절 연결부 HGV₁,HGV₂, HGV₃에 구비된다.

Claims (15)

1. 엑추에이터로 구동될 수 있는 N 개의 관절 연결부를 가지는 로봇 팔로서,
   관절 연결부 GV_n는 팔 링크 GL_i를 통해 직렬로 연결되고(여기서 n=1, 2, …, N, 및 i=1, 2, …, N-1, 그리고 N≥6),
   - 로봇 중심부 쪽의 팔 링크 GL₁은 관절 연결부 GV₁를 통해 로봇의 몸체에 연결될 수 있고,
   - 말단의 팔 링크 GL_{N -1}은 관절 연결부 GV_N를 통해 이펙터(E)에 연결될 수 있으며,
   - 팔 링크 GL_N-1과 GL_N-2은 관절 연결부 GV_N-1에 의해 연결되고, 팔 링크 GL_N-2과 GL_N-3은 관절 연결부 GV_N-2에 의해 연결되고,
   - 관절 연결부 GV_N, GV_N-1, GV_N-2 각각은 연관된 회전축 R_GV,N, R_GV,N-1, R_GV,N-2에 대한 운동을 가능하게 하며,
   상기 로봇 팔은,
   - 회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}이 50°내지 130°범위의 각도로 교차하도록 구성되거나, 회전축 R_{GV,N -2}와 R_{GV,N -1}이 1㎜ 내지 20㎜ 범위 내에서 서로 간에 최소 간격 A1으로 이격되며,
   - 회전축 R_GV,N은 회전축 R_{GV,N -1}에 대해 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되어 배열되고,
   - 관절 연결부 GV_{N - 1}는 회전축 R_{GV,N -1}에 대한 힘 또는 토크를 감지하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로봇 팔은 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N -1}에 의해 정의되는 평면 상에 회전축 R_GV,N을 투영하면 회전축 R_{GV,N -1}에 대하여 50°내지 130°범위의 각도를 형성하는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   회전축 R_{GV,N -2} 및 R_{GV,N - 1}는 90°각도를 형성하고, 및/또는 회전축 R_{GV,N -2} 및 R_GV,N-1에 의해 정의되는 평면 상에 회전축 R_GV,N을 투영하면 회전축 R_{GV,N -1}에 대하여 90°각도를 형성하는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   거리 D1은 1㎝ 내지 50㎝ 범위 내에서 선정되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   로봇 팔은 관절 연결부 GV_N-2, GV_N-1, 및 GV_N, 팔 링크 GL_N-2 및 GL_N-1, 그리고 관절 연결부 GV_N 에 장착된 이펙터(E)로 구성되어
   회전축 R_GV,N-1에 대한 팔 링크 GL_N-1 와 이펙터(E)가 로봇 팔의 모든 포즈에서 충돌없이 이동하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   관절 연결부 GV_N은 회전축 R_GV,N의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되며, 및/또는 관절 연결부 GV_{N - 2}은 회전축 R_{GV,N -2}의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로봇 팔은,
   - 회전축 R_GV1 및 R_GV2이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV2 및 R_GV3이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV4은 회전축 R_GV3으로부터 반경 방향으로 일정 거리 D2 이격되어 배열되고, 그리고
   - 회전축 R_GV4 및 R_GV5은 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
8. 상기 로봇 팔은,
   - 회전축 R_GV1 및 R_GV2이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV2 및 R_GV3이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV3 및 R_GV4이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며, 그리고
   - 회전축 R_GV5은 R_GV4로부터 반경 방향으로 일정 거리 D3 이격되어 배열되도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
9. 상기 로봇 팔은,
   - 회전축 R_GV1 및 R_GV2이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV2 및 R_GV3이 50°내지 130°범위의 각도 내에서 교차하며,
   - 회전축 R_GV4은 회전축 R_GV3로부터 반경 방향으로 일정 거리 D4 이격되어 배열되며, 그리고
   - 회전축 R_GV5은 회전축 R_GV4로부터 반경 방향으로 일정 거리 D5 이격되어 배열되도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 팔.
10. 엑추에이터로 구동될 수 있는 3 개의 손목 관절 연결부를 가지는 로봇 손목으로서,
    손목 관절 연결부 HGV_n는 2개의 손목 링크 HGL_i를 통해 직렬로 연결되고(여기서 n=1, 2, 3, 및 i=1, 2),
    - 로봇 손목 중심부 쪽의 손목 링크 HGL₁은 손목 관절 연결부 HGV₁를 통해 로봇 팔에 연결될 수 있고,
    - 로봇 손목 말단의 손목 링크 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₃를 통해 이펙터(E)에 연결될 수 있으며,
    - 손목 링크 HGL₁과 HGL₂은 손목 관절 연결부 HGV₂에 의해 연결되고,
    - 손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃ 각각은 연관된 손목 회전축 HR_HGV,1, HR_HGV,2, HR_HGV,3에 대한 운동을 가능하게 하며,
    상기 로봇 손목은,
    - 손목 회전축 HR_HGV,1와 HR_HGV,2는 50°내지 130°범위의 각도로 교차하거나, 손목 회전축 HR_HGV,1와 HR_HGV,2이 1㎜ 내지 20㎜ 범위 내에서 서로 간에 최소 간격 A1으로 이격되며,
    - 손목 회전축 HR_HGV,3은 손목 회전축 HR_HGV,2에 대해 반경 방향으로 일정 거리 D1 이격되어 배열되고, 그리고
    - 손목 관절 연결부 HGV₂는 손목 회전축 HR_HGV,2에 대한 힘 또는 토크를 감지하도록 설계되어지는 점을 특징으로 하는 로봇 손목.
11. 제10항에 있어서,
    상기 로봇 손목은 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2에 의해 정의되는 평면 상에 손목 회전축 HR_HGV,3을 투영하면 손목 회전축 HR_HGV,2에 대해 50°내지 130°범위의 각도를 형성하는 점을 특징으로 하는 로봇 손목.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2은 90° 각도를 형성하고, 및/또는 손목 회전축 HR_HGV,1 및 HR_HGV,2에 의해 정의되는 평면 상에 손목 회전축 HR_HGV,3을 투영하면 회전축 HR_HGV,2에 대해 90°각도를 형성하는 점을 특징으로 하는 로봇 손목.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    손목 관절 연결부 HGV₁, HGV₂, HGV₃, 손목 링크 HGL₁ 및 HGL₂, 그리고 손목 관절 연결부 HGV₃ 위에 장착된 이펙터(E)는
    손목 회전축 HR_HGV,2에 대한 손목 링크 HGL₂ 및 이펙터(E)가 로봇 손목의 모든 포즈에서 충돌없이 이동하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 손목
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    손목 관절 연결부 HGV₃은 손목 회전축 HR_HGV,3의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되며, 및/또는 손목 관절 연결부 HGV₁은 손목 회전축 HR_HGV,1의 힘 및 토크를 감지하도록 설계되는 점을 특징으로 하는 로봇 손목.
15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 로봇 팔, 또는 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 로봇 손목을 구비하는 로봇.

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