KR101631538B1

KR101631538B1 - 로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇

Info

Publication number: KR101631538B1
Application number: KR1020090088541A
Authority: KR
Inventors: 박강민; 이자우; 김용재
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2016-06-21
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: US20110067518A1; KR20110030889A; US8579343B2

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 로봇용 액추에이터는 회전 구동원;과, 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 볼 스크류부에 결합되는 볼 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와, 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와, 가이드부재에 이동 가능하게 지지되는 슬라이더부재;와, 슬라이더부재가 볼 너트부와 연동하도록 슬라이더부재와 볼 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며, 연결부재는 볼 너트부 또는 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대운동 가능하게 결합되어 힘 반영의 효율성 내지 역구동성이 개선될 수 있도록 한다.

Description

로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇{Actuator for robot and Humanoid robot comprising thereof}

본 발명은 로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하기는 힘 반영의 효율성 내지 역구동성이 개선될 수 있는 로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇에 관한 것이다.

로봇은 산업전반에 걸쳐 이용범위가 확대되고 있으며, 특히 인간형 로봇의 연구 개발이 가속화되고 터다. 인간형 로봇이 인간과 가사를 부담하기 위해서는 다양한 움직임을 구현하는 것이 특히 중요하다.

인간형 로봇은 이러한 다양한 움직임을 구현하기 위하여 관절을 다양한 방향으로 구동시키는 관절구동장치를 포함한다.

관절구동장치는 복수개의 액추에이터를 포함하여 구성되는데, 액추에이터는 모터와, 모터의 구동력을 슬라이더에 전달할 직선운동으로 변환시키기 위한 구동력 전달부와, 구동력 전달부를 통해 액추에이터의 길이방향으로 이동되는 슬라이더를 포함한다.

구동력 전달부는 볼 스크류와, 볼 스크류와 나란하게 배치되며 슬라이더의 직선이동을 안내하는 선형가이드를 포함하는데, 볼 스크류와 선형가이드는 슬라이더를 매개로 하여 서로 연결되어 있다.

이러한 슬라이더에는 와이어에 연결되어 슬라이더의 직선 이동에 따라서 움직이게 된다. 와이어를 움직임으로써 관절을 회전시켜 이와 연결된 링크를 동작시키게 된다.

하지만, 구동력 전달부에 역으로 가해지는 힘의 방향에 따라서 구동력 전달부는 비틀림을 받게 된다. 즉, 볼 스크류의 스크류 축에서 일정거리가 이격되어 먼 거리에 힘을 받게 되면 볼 스크류에 직선구동의 힘 뿐만 아니라 비틀림(torsion)이 가해지게 된다. 이러한 비틀림으로 인하여 액추에이터의 힘 반영의 효율성 내지 역구동성(Back-drivability)이 나빠지게 된다.

또한, 구동력 전달부는 비틀림을 견디기 위하여 볼 스크류와 선형가이드들은 크기를 크게하여야 하므로 액추에이터의 설계에 많은 제약을 받게 된다.

또한, 구동력 전달부인 볼 스크류와 선형가이드 사이의 가공정밀도를 높여서 두 부분 사이의 정밀한 위치 조립이 되어야 하므로 조립성이 까다로워진다.

본 발명의 일 측면은 힘 반영의 효율성 내지 역구동성이 개선될 수 있는 로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은 조립시의 정밀도에 구속 되지 않게 하여 조립성의 효율을 향상시키는 로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇용 액추에이터는 회전 구동원;과, 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 볼 스크류부에 결합되는 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와, 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와, 가이드부재에 이동 가능하게 지지되는 슬라이더부재;와, 슬라이더부재가 너트부와 연동하도록 슬라이더부재와 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며, 연결부재는 너트부 또는 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 연결부재는 슬라이더부재에 결합되는 제1부분과, 제1부분에서 일측으로 연장되어 너트부에 결합되는 제2부분을 포함하며, 제1부분 또는 제2부분 중 적어도 어느 하나는 슬라이더부재 또는 너트부와 상대회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1부분에는 슬라이더부재와 상대회전 가능하도록 제1축이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 슬라이더부재에는 돌출부를 가진 제1매개부재가 고정 결합되며, 돌출 부에는 제1부분에 상대회전 가능하도록 제1축이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2부분에는 너트부와 상대회전 가능하도록 제2축이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 슬라이더부재에는 돌출부를 가진 제1매개부재가 고정 결합되며, 돌출부에는 제1축이 피벗 가능하게 결합되는 제1축수용홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2축은 너트부의 제2축수용홈과 피벗 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1축은 원통형의 피벗 핀으로 마련되며, 제1축수용홈은 제1축에 끼워지도록 C자형 홈으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2축은 원통형의 피벗 핀으로 마련되며, 제2축수용홈은 제2축에 끼워지도록 원통형의 홈으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 연결부재에는 제1축이 끼워지는 제1축수용홈이 구비되며, 제1축수용홈은 제1축이 피벗 가능하게 결합되도록 서로 대칭되는 V자형의 측벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 인간형 로봇은 로봇팔;과, 손가락관절을 가지는 로봇핸드;와, 손가락관절을 구동시키는 액추에이터 및 동력전달부재;를 포함하고, 액추에이터는 회전 구동원;과, 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 볼 스크류부에 결합되는 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와, 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와, 가이드부재를 따라서 이동하는 슬라이더부재;와, 슬라이더부재가 너트부에 연동하도록 슬라이더부재와 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며, 연결부재는 너트부 또는 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대회전 가능하게 결합되어 동력전달부재에 가해진 힘을 슬라이더부재와 너트부가 연동하여 받게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 연결부재는 슬라이더부재에 결합되는 제1부분과, 제1부분에서 일측으로 연장되어 너트부에 결합되는 제2부분을 포함하며, 제1부분 또는 제2부분 중 적어도 어느 하나는 슬라이더부재 또는 너트부와 피벗 운동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 동력전달부재는 슬라이더부재에 결합되는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 로봇용 액추에이터 및 인간형 로봇은 힘 반영의 효율성 내지 역구동성이 개선되며, 또한, 조립작업시의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 것이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터와 동력전달부재를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인간형 로봇은 로봇핸드(10)와 로봇팔(20)을 구비한다. 로봇핸드(10)와 로봇팔(20) 사이에는 손목관절(30)이 구비되는데, 손목관절(30)이 구동함에 따라 로봇핸드(10)는 로봇팔(20)에 대하여 롤방향(X축 중심으로 회전하는 방향) 또는 피치방향(Y축 중심으로 회전하는 방향)으로 회전할 수 있다.

로봇팔(20)은 전완(前腕)부재(21)와 상완(上腕)부재(미도시)를 구비하는데, 이들은 팔꿈치관절(미도시)에 의해서 연결된다. 도 1은 로봇팔(20)의 전완부재(21)를 나타내고 있다.

로봇핸드(10)는 핸드본체(11)와 손가락부재(12)를 구비하고, 핸드본체(11)와 손가락부재(12)는 손가락관절(13)에 의해서 연결된다. 또한 손가락부재(12)는 복수개로 마련되는데, 복수개의 손가락부재(12)도 손가락관절(13)에 의해서 연결된다. 손가락관절(13)이 구동함에 따라 손가락부재(12)는 핸드본체(11)에 대하여 회전할 수 있다.

손목관절(30)은 고정 프레임(31)과, 피치방향 프레임(32)과, 롤방향 프레임(33)을 구비한다. 피치방향 프레임(32)이 고정 프레임(31)에 대하여 회전함에 따라 로봇핸드(10)는 로봇팔(20)에 대하여 피치방향으로 회전할 수 있고, 롤방향 프레임(33)이 피치방향 프레임(32)에 대하여 회전함에 따라 로봇핸드(10)는 로봇팔(20)에 대하여 롤방향으로 회전할 수 있다.

고정 프레임(31)은 전완부재(21)에 결합하는데, 전완부재(21)와 일체로 형성되는 것도 가능하다.

피치방향 프레임(32)은 고정 프레임(31)에 회전 가능하게 결합한다. 피치방 향 프레임(32)의 축부(34)가 고정 프레임(31)의 홈부(35)에 삽입된다. 피치방향 프레임(32)과 고정 프레임(31)은 피치방향 손목관절(34)을 형성한다. 피치방향 손목관절(34)이 구동하는 경우 로봇핸드(10)는 로봇팔(20)에 대하여 피치방향(Y축 방향)으로 회전한다.

롤방향 프레임(33)은 피치방향 프레임(32)에 회전 가능하게 결합한다. 롤방향 프레임(33)의 제1구름부(41)가 피치방향 프레임(32)의 제2구름부(42)와 접촉하고, 롤방향 프레임(33)의 제1회전축(43)과 피치방향 프레임(32)의 제2회전축(44)이 결합부재(45)에 의해서 연결된다. 결합부재(45)가 제2회전축(44)을 중심으로 회전하는 경우 제1구름부(41)는 제2구름부(42)에서 구름마찰을 일으키면서 구르게 된다. 제1회전축(43)에는 복수개의 제1롤러(46)가 설치되고, 제2회전축(44)에는 복수개의 제2롤러(47)가 설치된다. 이들 제1롤러(46)와 제2롤러(47)에 동력전달부재(61)가 연결되어 있다.

롤방향 프레임(33)과 피치방향 프레임(32)은 롤방향 손목관절(48)을 형성한다. 롤방향 손목관절(48)이 구동하는 경우 로봇핸드(10)가 로봇팔(20)에 대하여 롤방향(X축 방향)으로 회전한다. 또한 롤방향 프레임(33)은 핸드본체(11)와 결합하는데, 핸드본체(11)와 일체로 형성되는 것도 가능하다. 한편, 로봇팔(20)에는 손가락관절(13)을 구동시키는 위한 액추에이터(51)가 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(51)는 피치방향 프레임(32)에 설치된다. 액추에이터(51)의 축부(52)가 피치방향 프레임(32)의 홈부(53)에 삽입된다. 피치방향 프레임(32)이 고정 프레임(31)에 대해서 회전하는 경우 액추에이터(51)는 피치방향 프레임(32)과 연동하여 함께 움직인다. 액추에이터(51)와 피치방향 프레임(32) 사이의 간격이 일정하게 유지된다.

동력전달부재(61)는 와이어(61)를 포함하는데, 와이어(61)는 액추에이터(51)의 구동력을 손가락관절(13)에 전달한다. 와이어(61)는 액추에이터(51)와 손가락관절(13)을 연결하는데, 손목관절(30)을 통과한다. 즉 와이어(61)는 피치방향 손목관절(34)과 롤방향 손목관절(48)을 통과하고, 특히 롤방향 손목관절(48)을 통과하는 동안 제1롤러(46)와 제2롤러(47)에 교호적으로 감겨져 있다. 이처럼 와이어(61)는 피치방향 손목관절(34)과 롤방향 손목관절(48)을 통과하고 있는데, 피치방향 손목관절(34)과 롤방향 손목관절(48)이 동작하는 경우에도 액추에이터(51)와 손가락관절(13) 사이를 연결하는 와이어(61)의 길이는 일정하게 유지된다. 손목관절(30)이 동작하더라도 액추에이터(51)와 손가락관절(13) 사이를 연결하는 와이어(61)의 길이가 변화하지 않으면 손가락관절(13)이 구동되지 않으므로 손목관절(30)과 손가락관절(13)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 액추에이터의 일부를 분해하여 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(51)는 액추에이터 하우징(100), 회전 구동원(200), 볼 스크류부재(300), 베어링부재(400), 연결부재(500), 슬라이더부재(600), 선형가이드부재(700)를 포함할 수 있다.

회전 구동원(200)은 액추에이터 하우징(100) 외부에 설치될 수 있다. 회전 구동원(200)은 후술하는 볼 스크류부재(300)의 일단에서 볼 스크류부(310)를 회전시킨다. 이러한 회전 구동원(200)은 서보모터를 포함할 수 있다.

액추에이터 하우징(100) 내부에는 회전 구동원(200)의 회전 구동력을 슬라이더부재(600)에 전달할 직선운동으로 변환시키는 볼 스크류부재(300)가 설치된다.

볼 스크류부재(300)는 회전 구동원(200)에 연장 연결된 형상으로 소정 피치의 나사가 형성된 볼 스크류부(310)와, 볼 스크류부(310)의 소정 부위를 감싸는 볼 너트부(320)를 포함한다. 볼 스크류부(310)은 회전 구동원(200)에 의해 회전되는데, 볼 스크류부(310)의 회전운동은 볼 너트부(320)의 직선운동으로 변환된다.

베어링부재(400)는 볼 스크류부재(300)에 대응하도록 액추에이터 하우징(100)에 고정 결합된다. 베어링부재(400)는 볼 스크류부재(300)의 볼 스크류부(310)의 양단에 삽입 결합되어 볼 스크류부(310)가 원활하게 회전할 수 있도록 한다.

볼 스크류부재(300)의 일측에는 볼 스크류부재(300)와 나란하게 배치되는 선형가이드부재(700)가 설치된다. 선형가이드부재(700)는 슬라이더부재(600)가 볼 너트부(320)에 연동하여 직선운동할 수 있도록 함과 동시에 볼 너트부(320)가 볼 스크류부(310)를 따라서 직선운동할 수 있도록 안내하는 역할을 한다. 선형가이드부재(700)는 볼 스크류부(310)와 상호 일정간격이 이격된 상태로 평행하게 액추에이터 하우징(100)에 고정 결합된다.

선형가이드부재(700)에는 이동 자유롭게 지지되는 슬라이더부재(600)가 결합된다. 슬라이더부재(600)는 볼 너트부(320)의 직동운동에 연동하여 선형가이드부 재(700)를 따라서 직선운동하게 된다. 따라서, 볼 스크류부재(300)의 볼 너트부(320)와, 선형가이드부재(700)에 지지되는 슬라이더부재(600)가 상호 결합함으로써, 회전 구동원(200)의 구동에 의해 볼 스크류부재(300) 상에서는 볼 너트부(320)가 직선 운동하게 되며, 선형가이드부재(700) 상에서는 슬라이더부재(600)가 직선 운동하게 되는 것이다.

슬라이더부재(600)에는 제1매개부재(610)가 고정 결합되어 후술하는 연결부재(500)와 상대이동 가능하게 결합된다. 다만, 도면에서는 제1매개부재(610)가 슬라이더부재(600)와 별개의 구성인 것으로 도시되어 있으나, 제1매개부재(610)와 슬라이더부재(600)는 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.

제1매개부재(610)와 볼 너트부(320)는 연결부재(500)를 통하여 결합되는데, 연결부재(500)는 슬라이더부재(600)와 볼 너트부(320)가 상대적으로 이동 가능하도록 제1매개부재(610)와 볼 너트부(320)를 연결시킨다.

제1매개부재(610)는 슬라이더부재(600)에 고정 결합되는 베이스부(611)와, 베이스부(611)의 양측 테두리에서 돌출 형성되는 돌출부(612)를 포함한다. 여기서, 돌출부(612)가 돌출되는 길이는 대체로 볼 스크류부재(300)와 선형가이드부재(700)가 이격되는 간격에 비례하게 된다. 양측의 돌출부(612)에는 각각 제1축수용홈(612a)이 형성되어 연결부재와 직접적으로 결합하게 된다. 제1축수용홈(612a)은 대략 C자 형상으로 이루어질 수 있다.

연결부재(500)는 제1매개부재(610)에 결합되는 몸체부(510)와, 몸체부(510)의 테두리에서 일측으로 연장되는 연장부(520)를 포함한다. 몸체부(510)는 제1매개 부재(610)를 통하여 슬라이더부재(600)와 결합되며, 연장부(520)는 볼 너트부(320)에 결합된다. 이러한 연결부재(500)는 전체적으로 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 제1매개부재(610)와 볼 너트부(320)를 연결시킨다.

연결부재(500)의 몸체부(510)에는 돌출부(612)의 제1축수용홈(612a)에 결합되는 제1축(511)이 구비된다. 제1축(511)은 원통형의 피벗 핀으로서 돌출부(612)의 제1축수용홈(612a)에 끼워지게 된다. 즉, 연결부재(500)와 슬라이더부재(600)는 몸체부(510)의 제1축(511)과 돌출부(612)의 제1축수용홈(612a)이 피벗 결합되어 서로 상대적으로 이동 가능하게 된다.

연결부재(500)의 연장부(520)에는 제2축(521)이 구비된다. 연장부(520)의 제2축(521)은 볼 너트부(320)에 구비된 제2축수용홈(321)에 끼워진다. 연장부(520)의 제2축(521)은 원통형의 피벗 핀으로 마련될 수 있다. 즉, 연결부재(500)와 볼 너트부(320)는 연장부(520)의 제2축(521)과 볼 너트부(320)의 제2축수용홈(321)이 피벗 결합되어 서로 상대적으로 이동 가능하게 된다.

한편, 연결부재(500)에 구비된 제1축(511)과 제2축(521)은 서로 교차되는 방향으로 형성되며, 바람직하게는 서로 직교하는 방향으로 형성될 수 있다.

다만, 도면에서는 제2축수용홈(321)이 볼 너트부(320)에 구비된 것으로 도시되어 있으나, 볼 너트부(320)에 제2매개부재(미도시)를 고정 결합시킨 다음 제2매개부재(미도시)에 제2축수용홈(321)을 형성하여 연결부재(500)의 제2축(521)에 상대 이동 가능하게 결합시킬 수 있음은 물론이다.

도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 작용 에 대하여 살펴본다. 먼저, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 슬라이더부재와 연결부재가 피벗 운동되는 상태를 설명한다.

와이어(61)를 A방향으로 잡아 당기면 슬라이더부재(600) 및 제1매개부재(610)는 선형가이드부재(700)를 따라서 A방향으로 직선 이동된다. 그리고, 제1매개부재(610)의 직선이동에 연동하여 볼 너트부(320) 또한 볼 스크류부(310)를 따라서 A방향으로 직선 이동된다.

하지만, 와이어(61)는 볼 스크류부(310)와 L₁만큼 이격된 상태로 제1매개부재(610)와 결합되어 있으므로 와이어(61)에 대한 A방향 힘은 볼 너트부(320)에 B방향 비틀림이 유발할 수 있게 된다. 만약, 와이어(61)의 A방향 힘에 의해 볼 너트부(320)에 B방향 비틀림이 유발되면 볼 너트부(320)는 볼 스크류부(310)를 따라서 A방향으로 원활히 이동될 수 없게 된다.

이때, 제1매개부재(610)와 볼 너트부(320)를 연결하는 연결부재(500)는 와이어(61)를 통해 전달된 제1매개부재(610)에 대한 A방향 힘이 볼 너트부(320)에 B방향 비틀림을 유발하지 않도록 한다. 즉, 제1매개부재(610)가 연결부재(500)와 C방향으로 상대 이동됨에 따라서 직선구동의 힘만이 볼 너트부(320)에 전달되고 B방향의 비틀림은 전달되지 않게 된다.

구체적으로 살펴보면, 볼 너트부(320)와 슬라이더부재(600)는 각각 제1축(511)과 제1축수용홈(612a)에 의해 피벗 가능하게 결합되어 있으므로, 와이어(61)에 가해지는 A방향 힘에 따라서 제1매개부재(610)는 제1축(511)을 중심으로 C방향으로 회전할 수 있게 된다.

따라서, 와이어(61)에 대한 A방향의 힘은 슬라이더부재(600)와 연결부재(500) 사이에서 C방향 회전으로 나타나게 되므로 볼 너트부(320)에 B방향 비틀림이 유발되지 않게 된다. 그러므로, 볼 너트부(320)는 볼 스크류부(310)를 따라서 직선으로 원활히 이동될 수 있게 되므로 로봇용 액추에이터(51)에서 힘 반영의 효율성 내지 역구동성을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 로봇용 액추에이터(51)는 고가의 토크센서를 설치 않고서도 효율성 및 역구동성으로 인한 전류센싱과 제어가 가능하며 로봇핸드(10)의 안전성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 볼 스크류부재(300)와 선형가이드부재(700)는 서로 평행하도록 배치되어야 하므로 로봇용 액추에이터(51)의 조립시 고도의 정밀한 작업이 요구되는데, 연결부재(500)의 제1축수용홈(612a)에 제1매개부재(610)의 제1축(511)을 끼워 넣음으로써 로봇용 액추에이터(51)의 조립시 정밀도에 구속되지 않고 조립성의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

다음, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 연결부재와 너트부가 피벗 운동되는 상태를 설명한다.

와이어(61)를 D방향으로 잡아 당기면 슬라이더부재(600)는 선형가이드부재(700)를 따라서 D방향으로 직선이동된다. 그리고, 슬라이더부재(600)의 D방향 직선이동에 연동하여 볼 너트부(320) 또한 볼 스크류부(310)를 따라서 D방향으로 직선이동된다.

하지만, 만약 와이어(61)가 볼 스크류부(310) 및 슬라이더부재(600)와 동일 평면상에서 D방향으로 힘이 가해지지 않는다면, 볼 너트부(320)는 E방향의 비틀림을 받는 상태가 되어 볼 너트부(320)의 직선 운동이 원활히 이루어지지 않을 수 있다.

이때, 슬라이더부재(600)와 볼 너트부(320)를 연결하는 연결부재(500)는 슬라이더부재(600)에 가해진 D방향 힘이 볼 너트부(320)에 E방향의 비틀림을 유발하지 않도록 한다. 즉, 볼 너트부(320)와 슬라이더부재(600)는 각각 제2축(521)과 제2축수용홈(321)에 의해 피벗가능하게 결합되어 있으므로, 와이어(61)에 대한 D방향 힘에 따라서 슬라이더부재(600)는 제2축(521)을 중심으로 F방향으로 회전할 수 있게 된다.

따라서, 와이어(61)에 대한 D방향의 힘은 볼 너트부(320)의 E방향 비틀림이 유발되지 않으므로 볼 너트부(320)는 볼 스크류부를 따라서 직선으로 원활히 이동될 수 있게 된다.

다음, 본 발명의 다른 실시예를 도 8을 참조하여 설명한다. 전술한 일 실시예와 동일한 구성 요소를 나타내는 경우에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액츄에이터를 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터(51')는 회전 구동원(200), 볼 스크류부재(300), 연결부재(500'), 슬라이더부재(600'), 제1매개부재(610'), 선형가이드부재(700)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터(51')의 제1매개부재(610')는 슬라이더부재(600')에 결합되는 베이스부(611')와, 베이스부(611') 테두리 양측에서 돌 출되어 연결부재(500')에 결합되는 돌출부(612')를 포함한다.

연결부재(500')는 제1매개부재(610')에 결합되는 제1부분(510')과, 제1부분(510')에서 일측으로 연장되어 볼 너트부(320)에 결합되는 제2부분(520')을 포함한다. 따라서, 연결부재(500')는 볼 스크류부재(300)의 볼 너트부(320)와 제1매개부재(610')의 돌출부(612')에 결합되어 슬라이더부재(600')가 볼 너트부(320)와 연동될 수 있도록 한다.

제1매개부재(610')의 돌출부(612')는 제1축(612'a)을 구비하고, 연결부재(500')의 제1부분(510')은 제1축(612'a)을 수용하는 제1축수용홈(511')을 구비한다. 제1축수용홈(511')은 제1축(612'a)의 양측에서 각각 점접촉을 형성하여 제1축(612'a)이 제1축수용홈(511') 내에서 상대 회전할 수 있도록 한다.

바람직하게는 제1축(612'a)은 막대형으로 마련되고, 제1축수용홈(511')은 제1축(612'a)이 끼워질 수 있도록 서로 대칭되는 V자형의 측벽에 의해 형성될 수 있다.

따라서, 와이어(61)에 의해 슬라이더부재(600')가 선형가이드부재(700)를 따라서 직선 이동하게 되더라도 제1매개부재(610')의 제1축(612'a)과 연결부재(500')의 제1축수용홈(511')의 상호 작용을 통하여 볼 너트부(320)는 비틀림없이 볼 스크류부(310)를 따라서 직선 이동될 수 있으므로 힘 반영의 효율성 내지 역구동성이 개선되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 사시도이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터와 동력전달장치를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터의 일부를 분해하여 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 슬라이더부재와 연결부재가 피벗 운동되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 연결부재와 너트부가 피벗 운동되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10... 로봇핸드 13... 손가락관절

20... 로봇팔 30... 손목관절

51... 액추에이터 100..액추에이터 하우징

200...회전 구동원 300...볼 스크류부재

400...베어링부재 500...연결부재

600...슬라이더부재 700...선형가이드부재

Claims

회전 구동원;과,

상기 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 상기 볼 스크류부에 결합되는 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와,

상기 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와,

상기 가이드부재에 이동 가능하게 지지되는 슬라이더부재;와,

상기 슬라이더부재가 상기 너트부와 연동하도록 상기 슬라이더부재와 상기 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며,

상기 연결부재는 상기 너트부 또는 상기 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대회전 가능하게 결합되고,

상기 슬라이더부재에는 돌출부를 가진 제1매개부재가 고정 결합되며,

상기 돌출부에는 상기 연결부재와 상대회전 가능하도록 제1축이 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제1항에 있어서,

상기 연결부재는 상기 슬라이더부재에 결합되는 제1부분과, 상기 제1부분에서 일측으로 연장되어 상기 너트부에 결합되는 제2부분을 포함하며,

상기 제1부분 또는 제2부분 중 적어도 어느 하나는 상기 슬라이더부재 또는 상기 너트부와 상대회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
회전 구동원;과,

상기 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 상기 볼 스크류부에 결합되는 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와,

상기 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와,

상기 가이드부재에 이동 가능하게 지지되는 슬라이더부재;와,

상기 슬라이더부재가 상기 너트부와 연동하도록 상기 슬라이더부재와 상기 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며,

상기 연결부재는 상기 너트부 또는 상기 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대회전 가능하게 결합되고, 상기 슬라이더부재에 결합되는 제1부분과, 상기 제1부분에서 일측으로 연장되어 상기 너트부에 결합되는 제2부분을 포함하며,

상기 제1부분에는 상기 슬라이더부재와 상대회전 가능하도록 제1축이 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
삭제
제3항에 있어서,

상기 제2부분에는 상기 너트부와 상대회전 가능하도록 제2축이 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 슬라이더부재에는 돌출부를 가진 제1매개부재가 고정 결합되며,

상기 돌출부에는 상기 제1축이 피벗 가능하게 결합되는 제1축수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제5항에 있어서,

상기 제2축은 상기 너트부의 제2축수용홈과 피벗 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제6항에 있어서,

상기 제1축은 원통형의 피벗 핀으로 마련되며,

상기 제1축수용홈은 상기 제1축에 끼워지도록 C자형 홈으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제7항에 있어서,

상기 제2축은 원통형의 피벗 핀으로 마련되며,

상기 제2축수용홈은 상기 제2축에 끼워지도록 원통형의 홈으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
제1항에 있어서,

상기 연결부재에는 상기 제1축이 끼워지는 제1축수용홈이 구비되며,

상기 제1축수용홈은 상기 제1축이 피벗 가능하게 결합되도록 서로 대칭되는 V자형의 측벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 액추에이터.
로봇팔;과

손가락관절을 가지는 로봇핸드;와

상기 손가락관절을 구동시키는 액추에이터 및 동력전달부재;를 포함하고,

상기 액추에이터는 회전 구동원;과, 상기 회전 구동원에 연결되는 볼 스크류부와, 상기 볼 스크류부에 결합되는 너트부가 구비된 볼 스크류부재;와, 상기 볼 스크류부와 나란하게 이격 배치되는 가이드부재;와, 상기 가이드부재를 따라서 이동하는 슬라이더부재;와, 상기 슬라이더부재가 상기 너트부에 연동하도록 상기 슬라이더부재와 상기 너트부를 연결하는 연결부재;를 포함하며,

상기 연결부재는 상기 너트부 또는 상기 슬라이더부재 중 적어도 어느 하나와 상대회전 가능하게 결합되어 상기 동력전달부재에 가해진 힘을 상기 슬라이더부재와 상기 너트부가 연동하여 받게 되고,

상기 슬라이더부재에는 돌출부를 가진 제1매개부재가 고정 결합되며,

상기 돌출부에는 상기 연결부재와 상대회전 가능하도록 제1축이 형성되는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
제11항에 있어서,

상기 연결부재는 상기 슬라이더부재에 결합되는 제1부분과, 상기 제1부분에서 일측으로 연장되어 상기 너트부에 결합되는 제2부분을 포함하며,

상기 제1부분 또는 제2부분 중 적어도 어느 하나는 상기 슬라이더부재 또는 상기 너트부와 피벗 운동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.
제 11항에 있어서,

상기 동력전달부재는 상기 슬라이더부재에 결합되는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇.