KR101300520B1 - 패러렐 메커니즘 - Google Patents

Abstract

패러렐 메커니즘은 복수의 암을 가지고, 각 암은 볼 조인트를 가진다. 볼 조인트는 축부와 구형상 헤드부를 포함하는 볼 스터드와, 상기 볼 스터드의 구형상 헤드부를 요동 회동 가능하게 유지하는 소켓을 포함한다. 소켓은 구형상 헤드부의 선단부로부터 중심 둘레부까지를 유지하는 반구상 오목부와, 반구상 오목부로부터 매끄럽게 연속되고, 구형상 헤드부의 중심 둘레부로부터 상기 축부측으로 연장되는 연장부를 포함한다. 연장부의 개구부의 내경은 구형상 헤드부의 직경과 같거나 상기 직경보다 크다.

패러렐 메커니즘

Description

패러렐 메커니즘{PARALLEL MECHANISM}

본 출원은 35 U.S.C. 119하에 참조에 의해 완전히 여기에 통합된 2008년 4월 10일에 출원된 일본 특허 출원 2008-102966호에 우선권을 주장한다.

본 발명은 패러렐 메커니즘에 관한 것으로서, 특히 볼 조인트를 통해서 연결되는 암을 구비한 패러렐 메커니즘에 관한 것이다.

종래부터, 지지 기반인 베이스부와 엔드 이펙터가 부착되는 브래킷이 복수의 암에 의해 병렬로 결합된 패러렐 메커니즘이 알려져 있다. 패러렐 메커니즘에서는 전동 모터가 병렬로 배치됨과 아울러, 각 전동 모터에 연결된 복수의 암이 최종적으로 1개의 브래킷을 조종하도록 구성되어 있다.

이 패러렐 메커니즘에서는, 각 암이 링크와 로드로 구성되어 있다. 링크 및 로드는 각각 볼 조인트에 의해 연결되고, 이들의 볼 조인트를 지점으로 해서 로드는 링크에 대하여 3차원 방향으로 요동 가능하게 되어 있다. 로드의 선단은 각각 볼 조인트를 통해서 브래킷에 연결되어 있다. 이 구조에 의해 링크는 브래킷에 대하여 볼 조인트를 지점으로 하여 3차원적인 방향으로 요동할 수 있다. 또한, 이 패러렐 메커니즘에서는 볼 조인트의 구체의 편측 반쪽면을 소켓으로부터 노출한 상태 에서 회전 가능하게 유지함과 아울러, 2개의 로드를 스프링에 의해 연결하는 구성으로 함으로써 암이 요동할 때에 볼 조인트의 구체가 소켓으로부터 빠지는 것을 방지하면서 암의 요동 각도(가동 범위)를 증대시키고 있다.

이 패러렐 메커니즘에서는, 볼 조인트의 구체(球滯)와 소켓은 스프링에 의한 인장력에 의해 유지되고 있지만, 볼 조인트의 구체의 편측 반쪽면이 소켓으로부터 노출되어 있기 때문에 스프링의 인장력을 초과하는 부하를 받았을 경우, 구체가 소켓으로부터 빠져버릴 우려가 있다. 이러한 문제는 패러렐 메커니즘의 동작 범위의 외측 가장자리에 근접할수록 현저해진다. 이에 대하여, 스프링의 인장력을 보다 강화하면 볼 조인트의 요동 저항이 증대하기 때문에 고속 동작시의 부하가 증대되거나, 볼 조인트부의 마모가 증대되거나 한다. 한편, 볼 조인트의 구체를 구면을 따라 기단부측까지 소켓으로 덮는다고 하면 패러렐 메커니즘에 대하여 분해 정비 등을 행할 때의 유지 보수성이 악화된다.

본 발명자들은 상기 문제점에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 다음과 같은 지견을 얻었다. 즉, 패러렐 메커니즘의 동작 중에 엔드 이펙터(브래킷)에 발생하는 외력은 분해되어서 각 로드에 대해서는 축방향의 부하로서 작용한다. 이 로드의 축방향의 부하에 대하여, 소켓의 가장자리 부분이 구체의 중심 둘레부로부터 선단측의 위치까지밖에 관계되어 있지 않으면, 소켓에는 스프링의 인장력과 반대 방향으로 척력이 작용한다. 그리고, 이 척력이 스프링의 인장력보다 크면, 볼 조인트의 구체는 소켓으로부터 빠져버린다.

이 지견에 의거하여 본 발명자들은 본 발명을 완성하고, 이하에 설명하는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의해 상기 문제점을 해소하여 유지 보수성을 악화시키는 일 없이, 암 등을 요동 가능하게 연결하는 볼 조인트의 빠짐을 억제할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태의 패러렐 메커니즘은 복수의 암을 통해서 베이스부와 브래킷이 병렬로 연결되는 패러렐 메커니즘으로서, 이하의 구성을 갖고 있다. 복수의 암을 구성하는 각 암이 베이스부에 부착된 액추에이터에 그 일단이 연결되는 제 1 링크와, 1쌍의 로드를 갖고, 제 1 링크의 타단과 브래킷을 연결하는 제 2 링크와, 제 2 링크를 구성하는 1쌍의 로드의 일단과 제 1 링크의 타단을 요동 가능하게 연결하는 제 1 볼 조인트와, 1쌍의 로드의 타단과 브래킷을 요동 가능하게 연결하는 제 2 볼 조인트와, 1쌍의 로드를 서로 잡아당기는 방향으로 바이어싱하는 인장 부재를 구비한다. 제 1 볼 조인트 및 제 2 볼 조인트 중 어느 하나 이상의 볼 조인트가 축부와 구형상 헤드부를 포함하는 볼 스터드와, 상기 볼 스터드의 구형상 헤드부를 요동 회동 가능하게 유지하는 소켓을 가지고 있다. 소켓은 구형상 헤드부의 선단부로부터 중심 둘레부까지를 유지하는 반구상 오목부와, 상기 반구상 오목부로부터 매끄럽게 연속되고, 구형상 헤드부의 중심 둘레부로부터 축부측으로 연장되는 연장부를 포함하고 있어 연장부의 개구부의 내경이 구형상 헤드부의 직경과 같거나 상기 직경보다 크게 형성되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 제 1 볼 조인트 및/또는 제 2 볼 조인트를 구성하는 소켓에 반구상 오목부로부터 매끄럽게 연속되는 연장부가 형성되어 있기 때문에, 소켓에 작용하는 반력(로드의 축방향으로 작용하는 부하에 대한 반력)을 수직으로 받을 수 있고, 소켓을 빠지게 하는 방향으로 작용하는 척력(축부의 축선 방향에 대한 반력의 분력)의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에 볼 조인트를 구성하는 볼 스터드의 구형상 헤드부가 소켓으로부터 빠지는 것을 억제할 수 있다. 한편, 연장부의 개구부의 내경이 구형상 헤드부의 직경과 같거나 상기 직경보다 크게 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 분해 정비 등을 행할 때에는 소켓을 볼 스터드의 축부의 축선 방향을 따라 외측으로, 인장 부재의 인장력보다 큰 힘으로 잡아당김으로써 볼 스터드를 소켓으로부터 빠지게 할 수 있다. 그 결과, 유지 보수성을 악화시키는 일 없이 볼 조인트의 빠짐을 억제할 수 있다.

여기에서, 상기 1쌍의 로드는 각각의 중심축이 서로 평행이 되도록 배치되어 있고, 상기 연장부는 대략 원통 형상으로 형성되어 있으며, 상기 연장부의 중심축이 1쌍의 로드 각각의 중심축에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게, 또한 1쌍의 로드 각각의 중심축에 대하여 대략 수직으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 패러렐 메커니즘의 움직임에 따라 로드의 중심축 방향으로 과대한 부하가 가해졌다고 하더라도 볼 조인트의 빠짐을 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 연장부의 길이가 구형상 헤드부의 직경에 따라서 설정되는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 연장부의 길이를 적절하게 설정할 수 있으므로 패러렐 메커니즘의 유지 보수성, 및 가동 범위를 확보하면서, 볼 조인트의 빠짐을 적절하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 연장부의 길이는 인장 부재의 전체 길이에 따라서 설정되는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 연장부의 길이를 적절하게 설정할 수 있으므로 패러렐 메커니즘의 유지 보수성을 확보하면서, 볼 조인트의 빠짐을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 특징, 요소, 공정, 단계, 특성과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 보다 명확해 질 것이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 가장 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 요소에는 동일 부호를 붙여서 중복되는 설명을 생략한다.

우선, 도 1 및 도 2를 아울러서 사용하여 실시형태에 따른 패러렐 메커니즘의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 패러렐 메커니즘(1)의 전체 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는 도 1 중의 화살표(A1) 방향으로부터 본 패러렐 메커니즘(1)을 나타내는 도면이다.

패러렐 메커니즘(1)은 상부에 베이스부(2)를 갖고 있다. 패러렐 메커니즘(1)은 베이스부(2)의 하면측에 형성된 평평한 부착면(2a)이 예를 들면 수평인 천장 등에 고정됨으로써 지지된다. 한편, 베이스부(2)의 하면측에는 3개의 지지 부재(3)가 설치되어 있다. 각 지지 부재(3)에는 각각 전동 모터(4)가 지지되어 있다. 전동 모터(4)는 모터축의 축선(C2)이 베이스부(2)의 부착면(2a)에 대하여 평행(즉 수평)이 되도록 지지되어 있다. 각각의 지지 부재(3)는 베이스부(2)의 연직 방향 축선(C1)을 중심으로 해서 동일한 각도(120도)를 두고 배치되어 있고, 각 전동 모터(4)도 또한 베이스부(2)의 연직 방향 축선(C1)을 중심으로 해서 동일한 각도(120도)를 두고 배치된다(도 2 참조).

각 전동 모터(4)의 출력축에는 축선(C2)에 대하여 동축에 대략 6각 기둥 형상의 암 지지 부재(5)가 고정되어 있다. 암 지지 부재(5)는 전동 모터(4)가 구동 됨으로써 축선(C2)을 중심으로 해서 회전한다. 또한, 각 전동 모터(4)는 모터 드라이버를 포함하는 전자 제어 장치(도시 생략)에 접속되어 있고, 전동 모터(4)의 출력축의 회전이 이 전자 제어 장치에 의해 제어된다.

패러렐 메커니즘(1)은 3개의 암 본체(6)를 갖고 있고, 각 암 본체(6)는 제 1암(7) 및 제 2 암(8)을 포함해서 구성된다. 여기에서, 제 1 암(7)은 특허청구범위에 기재된 제 1 링크에 상당하고, 제 2 암(8)은 특허청구범위에 기재된 제 2 링크에 상당한다. 제 1 암(7)은, 예를 들면 탄소섬유 등으로 형성된 장척의 중공 원통 부재이다. 제 1 암(7)의 기단부는 암 지지 부재(5)의 측면에 부착되어 있다. 제 1 암(7)은 그 축선이 상술한 축선(C2)과 직교하도록 고정된다.

제 1 암(7)의 자유단부에는 제 2 암(8)의 기단부가 연결되고, 제 2 암(8)이 제 1 암(7)의 자유단부를 중심으로 해서 요동할 수 있게 구성되어 있다. 제 2 암(8)은 1쌍의 장척의 로드(9,9)를 포함해서 구성되어 있고, 1쌍의 로드(9,9)는 그 길이 방향에 있어서 서로 평행이 되도록 배치되어 있다. 로드(9)도, 예를 들면 탄소섬유 등으로 형성된 장척의 중공 원통 부재이다. 각 로드(9)의 기단부는 제 1 암(7)의 자유단부에 1쌍의 볼 조인트(10,10)(특허청구범위에 기재된 제 1 볼 조인트에 상당)에 의해 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 각 로드(9)의 기단부에 있어서의 각 볼 조인트(10,10)의 회전 중심 사이를 연결하는 축선(C3)이 전동 모터(4)의 축선(C2)에 대하여 평행이 되도록 배치되어 있다.

또한, 제 2 암(8)의 기단부에 있어서 한쪽의 로드(9)와 다른쪽의 로드(9)가가 연결 부재(11)로 서로 연결되어 있고, 제 2 암(8)의 자유단부에 있어서 한쪽의 로드(9)와 다른쪽의 로드(9)가 연결 부재(12)로 서로 연결되어 있다. 연결 부재(11), 및 연결 부재(12)는, 예를 들면 바이어싱 부재로서의 인장 코일 스프링을 가지고 있고, 1쌍의 로드(9,9)를 서로 당기는 방향으로 바이어싱한다. 즉, 연결 부재(11,12)는 특허청구범위에 기재된 인장 부재로서 기능한다. 또한, 연결 부재(11)와 연결 부재(12)는 다른 구조이어도 상관없지만 동일 구조인 것이 저비용의 관점으로부터 바람직하다. 모든 연결 부재(11,12)는 각 로드(9)가 자신의 길이 방향에 평행인 축선 둘레로 회전하는 것을 방지하는 기능을 갖는다.

또한, 패러렐 메커니즘(1)은 엔드 이펙터부(end effector portion)(13)를 회동 가능하게 부착하기 위한 브래킷(14)을 갖고 있다. 브래킷(14)은 대략 정삼각형상을 한 판 형상 부재이다. 이 브래킷(14)은 3개의 암 본체(6)에 의해 브래킷(14)의 엔드 이펙터부(13)의 부착면(14a)[도 1에 있어서의 브래킷(14)의 하면]이 베이스부(2)의 부착면(2a)과 평행(즉 수평)이 되도록 유지된다.

브래킷(14)의 각 변에는 부착편(15)이 형성되어 있다. 각 부착편(15)이 각각의 암 본체(6)의 자유단부[제 2 암(8)을 구성하는 1쌍의 로드(9,9)의 자유단부]에 연결됨으로써 브래킷(14)은 각 암 본체(6)에 대하여 각 암 본체(6)의 자유단부를 중심으로 해서 요동한다. 상세하게는, 브래킷(14)의 각 부착편(15)의 각 끝부가 대응하는 각 로드(9,9)의 자유단부에 각 볼 조인트(16,16)(특허청구범위에 기재된 제 2 볼 조인트에 상당)에 의해 연결된다. 또한, 1쌍의 볼 조인트(16,16)를 연결하는 축선(C4)(도 2 참조)도 전동 모터(4)의 축선(C2)에 대하여 평행이 된다. 이 때문에, 브래킷(14)은 수평인 축선(C4)을 중심으로 해서 각 암 본체(6)에 대하여 요동할 수 있다. 그리고, 대략 정삼각형상의 브래킷(14)의 모든 변에 있어서, 수평인 축선(C4)을 중심으로 해서 요동할 수 있도록 브래킷(14)이 3개의 암 본체(6)에 의해 지지되어 있다.

제 1 암(7)과 제 2 암(8)의 연결부에 있어서의 1쌍의 볼 조인트(10,10) 사이의 거리와, 제 2 암(8)의 각 로드(9)와 브래킷(14)의 연결부에 있어서의 1쌍의 볼 조인트(16,16) 사이의 거리는 동일하게 설정되어 있다. 그 때문에 상술한 바와 같이, 제 2 암을 구성하는 1쌍의 로드(9)는 그 길이 방향의 전체 길이에 있어서 서로 평행하게 배치된다. 축선(C2,C3,C4) 모두가 베이스부(2)의 부착면(2a)에 평행이기 때문에 제 1 암(7), 제 2 암(8) 및 브래킷(14)이 각각 축선(C2,C3,C4)을 중심으로 어떻게 요동했다고 하더라도, 브래킷(14)의 엔드 이펙터부(13)의 부착면(14a)과 베이스부(2)의 부착면(2a)의 평행 관계가 유지된다.

그리고, 전자 제어 장치로부터의 지령에 따라서 각 전동 모터(4)의 출력축에 고정된 암 지지 부재(5)의 회전 위치가 제어됨으로써 각 제 1 암(7)의 자유단부의 위치가 제어된다. 이 제어된 각 제 1 암(7)의 자유단부의 위치에 각 제 2 암(8)의 자유단부의 위치가 추종하고, 그 결과 브래킷(14)의 엔드 이펙터부(13)의 부착면(14a)의 위치가 결정된다. 이 때 상술한 바와 같이, 브래킷(14)은 수평 자세를 유지한 채 이동한다.

또한, 패러렐 메커니즘(1)은 그 중앙에 연직 방향으로 연장되는 선회축 로 드(20)와, 이 선회축 로드(20)를 회전시키기 위한 전동 모터(21)를 갖는다. 전동 모터(21)는 그 축출력을 연직 하방을 향한 상태로 베이스부(2)에 고정되어 있다. 선회축 로드(20)의 일단부는 자유 이음매(이하 「유니버설 조인트」라고 한다)(22)를 통해서 전동 모터(21)의 출력축에 연결되어 있다. 한편, 선회축 로드(20)의 타단부는 유니버설 조인트(23)를 통해서 엔드 이펙터부(13)에 접속되어 있다. 선회축 로드(20)는 로드(20a)와 실린더(20b)에 의해 실현되고, 신축 가능하게 구성되어 있다. 또한, 선회축 로드(20)는 볼 스플라인이기 때문에 로드(20a)의 회전을 실린더(20b)에 전달할 수 있다. 선회축 로드(20)의 양끝부에 유니버설 조인트(22,23)가 채용되어 있기 때문에, 브래킷(14)이 3개의 전동 모터(4)의 구동에 의해 상하, 전후 좌우의 소정의 위치로 이동했다고 하여도, 선회축 로드(20)는 그 소정 위치에 추종해서 이동할 수 있다. 또한, 전동 모터(21)도 상술한 전자 제어 장치에 접속되어 있어, 전동 모터(21)의 출력축의 회전이 이 전자 제어 장치에 의해 제어됨으로써 엔드 이펙터부(13)의 회전 위치가 제어된다.

이어서, 도 3을 참조하여 로드(9)의 자유단부와, 브래킷(14)을 요동 가능하게 연결하는 볼 조인트(16)의 구조에 대하여 설명한다. 여기에서, 도 3은 볼 조인트(16)의 단면도이다. 또한, 이 볼 조인트(16)의 구조와, 로드(9)의 기단부와 제 1 암(7)의 자유단부를 연결하는 볼 조인트(10)의 구조는 동일 또는 마찬가지이므로 여기에서는 볼 조인트(10)의 구조에 대한 설명을 생략한다.

볼 조인트(16)는, 예를 들면 강철제의 볼 스터드(30)와, 소켓 부재로서의 로드(33)와, 수용부로서의 수지컵(37)을 가지고 구성되어 있다.

볼 스터드(30)는 그 선단부에 있어서, 일체적으로 형성된 구상 외주면을 갖는 구형상 헤드부(31)를 갖고 있다. 또한, 볼 스터드(30)의 구형상 헤드부(31)에는 축부(32)가 일체적으로 돌출 형성되어 있다.

로드(33)는 그 일단부에 있어서, 구형상 헤드부(31)의 구상 외주면에 대략 대응한 내주면을 갖는 반구상 오목부(34) 및, 상기 반구상 오목부(34)로부터 매끄럽게 연속되는 링 형상의 연장부(35)가 형성된 소켓(36)을 구비하고 있다. 소켓(36)에 형성된 반구상 오목부(34)는 도 3에 나타내어진 정지 상태에 있어서, 구형상 헤드부(31)의 선단부로부터 중심 둘레부(38)까지를 유지하도록 형성되어 있다. 또한, 구형상 헤드부(31)의 중심 둘레부(38)란, 볼 스터드(30)의 중심축에 직교하는 평면이 구형상 헤드부(31)의 직경이 최대가 되는 위치에 있을 때의 평면과 구형상 헤드부(31)의 교선을 말한다.

연장부(35)는 대략 원통 형상으로 형성되어 있고, 연장부(35)의 중심축이 1쌍의 로드(9,9)[로드(33,33)] 각각의 중심축에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게, 또한 1쌍의 로드(9,9)[로드(33,33)] 각각의 중심축에 대하여 수직으로 연장되도록 형성되어 있다. 연장부(35)는 그 내경이 구형상 헤드부(31)의 직경과 같거나 약간 크게 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 구형상 헤드부(31)의 직경 16mm에 대하여 연장부(35)의 길이(δ)를 0.5mm로 설정했다. 또한, 연장부(35)의 길이(δ)는, 예를 들면 구형상 헤드부(31)의 직경, 연결 부재(12)의 전체 길이(또는, 연결 부재(12)가 포함하는 인장 코일 스프링의 밀착 길이), 부하 등의 사용 조건 등을 고려해서 설정하는 것이 바람직하다.

소켓(36)에 형성된 반구상 오목부(34) 및 연장부(35)와, 그곳에 유지된 볼 스터드(30)의 구형상 헤드부(31) 사이에는 수지컵(37)이 개재되어 있다. 수지컵(37)은 반구상 오목부(34) 및 연장부(35)의 내면에 밀착되도록 장착되어 있다. 또한, 수지컵(37)을 형성하는 수지 재료로서는, 예를 들면 불소 수지 등의 저마찰성의 것이 적합하게 사용된다. 또한, 수지컵(37)은 폴리아세탈(POM) 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 불소계 이외의 슬라이딩성이 높은 수지도 적합하게 사용된다.

상술한 소켓(36) 내에 구형상 헤드부(31)가 수용, 유지됨으로써 볼 스터드(30)가 요동 가능 또한 회동 가능하게 연결된다. 또한, 볼 스터드(30)의 축부(32)에는 브래킷(14)의 부착편(15)이 고정되어 있다. 한편, 로드(33)에는 로드(9)의 선단부가 삽입되고, 로드(33)와 로드(9)가 서로 회전 방지된 상태로 고정된다. 또한, 쌍으로 되어서 제 2 암(8)을 구성하는 다른쪽의 로드(9)도 마찬가지로 볼 조인트(16)를 통해서 브래킷(14)의 부착편(15)에 연결된다. 이것에 의해, 제 2 암(8)과 브래킷(14)이 요동 가능하게 연결된다.

여기에서, 패러렐 메커니즘(1)의 동작 중에 엔드 이펙터부(13)[브래킷(14)]에 발생하는 외력은 분해되어서 각 로드(9)에 대해서는 축방향의 부하로서 작용한다. 이상의 구성에 있어서, 로드(9)의 축방향에 부하가 가해진 경우에 소켓(36)에 형성된 반구상 오목부(34) 및 상기 반구상 오목부(34)로부터 매끄럽게 연속되는 연장부(35)에 의해, 소켓(36)에 작용하는 반력[로드(9)의 축방향으로 작용하는 부하에 대한 반력]이 수직으로 수용된다. 그 때문에, 소켓(36)을 빠지게 하는 방향으로 작용하는 척력[축부(32)의 축선 방향에 대한 반력의 분력]의 발생이 억제된다.

본 실시형태에 의하면, 볼 조인트(16)를 구성하는 소켓(36)에 반구상 오목부(34)로부터 매끄럽게 연속되는 연장부(35)가 형성되어 있기 때문에, 소켓(36)에 작용하는 반력을 수직으로 수용할 수 있어, 소켓(36)을 빠지게 하는 방향으로 작용하는 척력의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에, 볼 스터드(30)의 구형상 헤드부(31)가 소켓(36)으로부터 빠지는 것을 억제할 수 있게 된다. 한편, 연장부(35)의 개구부의 내경이 구형상 헤드부(31)의 직경과 같거나 약간 크게 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 분해 정비 등을 행할 때에는 소켓(36)을 볼 스터드(30)의 축부의 축선 방향을 따라 외측으로, 연결 부재(12)의 인장력보다 큰 힘으로 잡아당김으로써 볼 스터드(30)를 소켓(36)으로부터 빠지게 할 수 있다. 그 결과, 유지 보수성을 악화시키는 일 없이, 볼 조인트(16)의 빠짐을 억제할 수 있게 된다.

특히, 본 실시형태에서는 연장부(35)가 대략 원통 형상으로 형성됨과 아울러 그 중심축이 1쌍의 로드(9,9)[로드(33,33)] 각각의 중심축에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게, 또한 1쌍의 로드(9,9)[로드(33,33)] 각각의 중심축에 대하여 수직으로 연장되도록 형성되어 있기 때문에, 패러렐 메커니즘(1)의 움직임에 따라 로드(9)[로드(33)]의 중심축 방향으로 과대한 부하가 가해졌다고 하더라도 볼 조인트(16)의 빠짐을 확실하게 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에 의하면 연장부(35)의 길이(δ)가 구형상 헤드부(31)의 직경, 연결 부재(12)의 전체 길이, 부하 등의 사용 조건 등을 고려해서 설정되기 때문에 연장부(35)의 길이(δ)를 적절하게 설정할 수 있고, 패러렐 메커니즘(1)의 유지 보수성 및 가동 범위를 확보하면서 볼 조인트(16)의 빠짐을 억제할 수 있게 된다.

여기에서, 본 실시형태에 의해 볼 조인트의 빠짐을 억제할 수 있는 것을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 나타낸다. 실시예 및 비교예에서는 엔드 이펙터부의 좌표(X, Y, Z)가 (450, -260, 860)(mm)의 위치에서 -Y 방향으로 가해지는 부하(N)를 변화시키고, 볼 조인트가 빠지는 부하(N)를 로드셀을 이용하여 측정했다(도 5, 측정 방법란을 참조).

실시예에서는 상술한 볼 조인트(16)와 같은 구조의 볼 조인트를 사용했다. 한편, 비교예에서는 연장부가 형성되어 있지 않고, 또한 반구상 오목부의 개구 끝부가 도 4에 나타내어진 정지 상태에 있어서 구형상 헤드부의 중심 둘레부로부터 1mm 선단측에 위치하는 볼 조인트(도 4 참조)를 사용했다.

측정 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서는 150(N)의 부하[축력 환산으로는 430(N)]를 가했을 때에 1축의 볼 조인트에 빠짐이 발생했다. 한편, 실시예에서는 350(N)의 부하[축력 환산으로는 1000(N)]를 가했을 경우에도 볼 조인트의 빠짐은 발생하지 않았다. 이상의 점으로부터 본 실시형태의 유효성이 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 연장부(35)가 대략 원통 형상으로 형성되어 있었지만, 연장부의 형상은 대략 원통 형상으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 연장부는 측면 방향으로부터 보았을 경우에 사다리꼴 형상이 되도록 형성되어 있어도 된다.

상기 실시형태에서는 로드(9)의 자유단부와 브래킷(14)을 요동 가능하게 연 결하는 볼 조인트(16)와, 로드(9)의 기단부와 제 1 암(7)의 자유단부를 연결하는 볼 조인트(10)는 동일한 구조의 것을 사용했지만, 예를 들면 각 볼 조인트에 가해지는 부하 등을 고려하여 다른 구조의 것을 사용해도 된다.

본 발명은 그 바람직한 실시형태에 대하여 설명되었지만, 개시된 발명은 여러 방법으로 변경될 수 있고, 상세하게 열거되고 상기 설명된 것보다 많은 실시형태를 가정할 수 있음이 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 첨부된 청구항에 의해 본 발명의 정신 및 범위 내에서의 본 발명의 모든 변경을 포함하는 것을 의도한다.

도 1은 실시형태에 따른 패러렐 메커니즘의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1 중의 화살표(A1) 방향으로부터 본 패러렐 메커니즘을 나타내는 도면이다.

도 3은 실시형태에 따른 패러렐 메커니즘에 사용되는 볼 조인트의 단면도이다.

도 4는 비교예로서 사용한 볼 조인트의 단면도이다.

도 5은 실시예 및 비교예의 측정 결과를 나타내는 도면이다.

Claims (8)

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2. 복수의 암을 통해서 베이스부와 브래킷이 병렬로 연결되는 패러렐 메커니즘으로서:

   상기 복수의 암을 구성하는 각 암은 상기 베이스부에 부착된 액추에이터에 그 일단이 연결되는 제 1 링크와, 1쌍의 로드를 갖고, 상기 제 1 링크의 타단과 상기 브래킷을 연결하는 제 2 링크와, 상기 제 2 링크를 구성하는 상기 1쌍의 로드의 일단과 상기 제 1 링크의 타단을 요동 가능하게 연결하는 제 1 볼 조인트와, 상기 1쌍의 로드의 타단과 상기 브래킷을 요동 가능하게 연결하는 제 2 볼 조인트와, 상기 1쌍의 로드를 서로 잡아당기는 방향으로 바이어싱하는 인장 부재를 구비하고;

   상기 제 1 볼 조인트 및 제 2 볼 조인트 중 하나 이상의 볼 조인트는 축부와 구형상 헤드부를 포함하는 볼 스터드와, 상기 볼 스터드의 구형상 헤드부를 요동 회동 가능하게 유지하는 소켓을 가지며;

   상기 소켓은 상기 구형상 헤드부의 선단부로부터 중심 둘레부까지를 유지하는 반구상 오목부와, 상기 반구상 오목부로부터 매끄럽게 연속되고, 상기 구형상 헤드부의 중심 둘레부로부터 상기 축부측으로 연장되는 연장부를 포함하고;

   상기 연장부의 개구부의 내경은 상기 구형상 헤드부의 직경과 같거나 상기 직경보다 크게 형성되어 있으며;

   상기 1쌍의 로드는 각각의 중심축이 서로 평행이 되도록 배치되어 있고, 상기 연장부는 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 연장부의 중심축은 상기 1쌍의 로드 각각의 중심축에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게, 또한 상기 1쌍의 로드 각각의 중심축에 대하여 수직으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 패러렐 메커니즘.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 연장부의 길이는 상기 구형상 헤드부의 직경에 따라서 설정되는 것을 특징으로 하는 패러렐 메커니즘.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 연장부의 길이는 상기 인장 부재의 전체 길이에 따라서 설정되는 것을 특징으로 하는 패러렐 메커니즘.
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