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KR101668714B1 - 로봇 관절 메커니즘 - Google Patents

로봇 관절 메커니즘 Download PDF

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KR101668714B1
KR101668714B1 KR1020160029045A KR20160029045A KR101668714B1 KR 101668714 B1 KR101668714 B1 KR 101668714B1 KR 1020160029045 A KR1020160029045 A KR 1020160029045A KR 20160029045 A KR20160029045 A KR 20160029045A KR 101668714 B1 KR101668714 B1 KR 101668714B1
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KR
South Korea
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pulleys
pulley
driving force
joint
radius
Prior art date
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Application number
KR1020160029045A
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English (en)
Inventor
손대경
김광기
이호열
Original Assignee
국립암센터
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 로봇 관절 메커니즘은 복수 개의 관절부, 복수 개의 관절부를 각각 회전시키기 위해 복수 개의 관절부에 구동력을 제공하는 구동부, 복수 개의 관절부와 구동부를 상호 연결하며 구동부로부터 제공된 구동력을 각각의 관절부에 제공하는 복수 개의 구동력 제공부재 및 각각의 관절부에 상호 대향 배치되고 구동부의 구동력에 따라 각각의 관절부의 회전 각도를 조절시키기 위해 관절부와 구동부에 상호 연결된 구동력 제공부재의 이동을 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 복수 개의 관절부 사이에 구동력 제공부재를 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 배치하여, 전체적인 크기를 소형화함과 함께 관절부의 회전 운동 유지력을 향상시킬 수 있다.

Description

로봇 관절 메커니즘{ROBOT JOINT MECHANISM}
본 발명은 로봇 관절 메커니즘에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇 암 등에 사용되는 로봇 관절 메커니즘에 관한 것이다.
로봇 기술 또는 로봇 산업 분야는 산업 현장에서 사용되는 산업용 로봇 및 의료 현장에서 사용되는 의료용 로봇 등으로 계속 발전하고 있다. 이러한 분야들에서 사용되는 로봇은 인체의 관절 움직임이 최대한 유사한 관절 운동을 할 수 있도록 복수 개의 관절 조립체로 구성된다.
여기서, 복수 개의 관절 조립체를 갖는 로봇의 관절 운동은 각 관절에 모터를 장착하여 각각의 관절의 회전 운동을 위한 구동력을 제공하거나 와이어 등의 방식에 따른 구동력 제공에 의해 이루어진다.
한편, 다양한 산업 분야 중 의료 산업 분야에 사용되는 로봇은 일반적으로 수술 또는 시술에 사용되며, 특히 복강경과 같이 협소한 인체의 내부에서의 이동성이 강조된다. 이러한 의료 산업 분야에 사용되는 로봇은 상술한 바와 같이 인체 내부의 협소한 공간에서 운동성이 보장되어야 하기 때문에 소형화가 필수적이다. 또한, 의료용 로봇은 수술 또는 시술 시에 관절 운동 후 수술 부위에서 이탈되지 않도록 충분한 유지력을 가져야 한다.
그런데, 종래의 의료 산업 분야에서 사용되는 로봇은 충분한 회전 유지력을 갖도록 복수 개의 관절마다 모터를 사용하게 되면 소형화로 제작하기 어려운 문제점이 있고, 소형화 제작을 위해 와이어 등의 구동력 제공 가이드구성을 사용하게 되면 충분한 회전 유지력을 가질 수 없는 문제점이 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1207853호; 다양한 관절 형태에 적응가능한 액츄에이터 모듈 및 이를 이용한 관절 구조체
본 발명의 목적은 로봇의 관절 운동 구조를 소형화 시킬 수 있도록 구조를 개선한 로봇 관절 메커니즘을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 로봇의 관절 운동 구조를 소형화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 관절의 회전 운동 유지력을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 로봇 관절 메커니즘도 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 복수 개의 관절부와, 복수 개의 상기 관절부를 각각 회전시키기 위해 복수 개의 상기 관절부에 구동력을 제공하는 구동부와, 복수 개의 상기 관절부와 상기 구동부를 상호 연결하며 상기 구동부로부터 제공된 구동력을 각각의 상기 관절부에 제공하는 복수 개의 구동력 제공부재와, 각각의 상기 관절부에 상호 대향 배치되고 상기 구동부의 구동력에 따라 각각의 상기 관절부의 회전 각도를 조절시키기 위해 상기 관절부와 상기 구동부에 상호 연결된 상기 구동력 제공부재의 이동을 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘에 의해 이루어진다.
여기서, 각각 상기 관절부에 배치된 상기 풀리 조립체의 상호 간격은 상기 구동부의 구동력에 따른 상기 구동력 제공부재의 길이 변경에 따라 증감될 수 있다.
각각의 상기 관절부에 배치된 상기 풀리 조립체의 상호 마주보는 상기 풀리의 배치 순서를 상기 구동부에 인접하고 상기 관절부에 연결되어 이동되는 상기 구동력 제공부재가 인출입 되는 영역의 상기 풀리로부터 마주보는 상기 풀리에 대해 교호적으로 n이라 하고 풀리의 전체 개수를 N이라 할 때, 상기 풀리의 회전 속도
Figure 112016023422060-pat00001
은 다음의 <수학식 1>을 포함할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112016023422060-pat00002
(n, N은 자연수이고 r,
Figure 112016023422060-pat00003
는 정수이며, n은 풀리의 배치 순서, r은 풀리의 반지름 및
Figure 112016023422060-pat00004
는 구동력 제공부재의 이동 길이)
또한, 상기 구동부에 인접한 상기 관절부에 배치된 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n을 n1이라고 하고 상기 구동력 제공부재가 연결된 상기 관절부에 배치된 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n은 n2라고 할 때, 각각 다음의 <수학식 2>과 <수학식 3>을 포함할 수 있다.
<수학식 2> n1 = 2n-1(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수),
<수학식 3> n2= 2n(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수)
복수 개의 상기 풀리는 동일한 반지름을 가지며 각각 독립적으로 회전 운동될 수 있다.
복수 개의 상기 풀리는 각각 회전 속도가 상이한 것이 바람직하다.
한편, 복수 개의 상기 풀리는 각각 회전 속도가 동일하고 각각 반지름이 상이할 수 있다.
복수 개의 상기 풀리의 반지름은 각각 상기 풀리의 배치 순서 n1 및 n2에 대응되어 증가될 수 있다.
각각의 상기 풀리의 배치 순서 n1에 대한 상기 풀리의 반지름은 각각의 상기 풀리의 배치 순서 n2에 대한 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 같을 수 있다.
복수 개의 상기 풀리 중 어느 하나의 상기 풀리와 다른 복수 개의 상기 풀리는 상호 독립적으로 회전 운동될 수 있다.
복수 개의 상기 풀리 중 어느 하나의 상기 풀리의 반지름은 다른 복수 개의 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 작거나 또는 같을 수 있다.
복수 개의 상기 풀리 중 다른 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n1에 대한 각각의 상기 풀리의 반지름은 상기 풀리의 배치 순서 n2에 대한 각각의 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 같을 수 있다.
상기 구동력 제공부재는 와이어, 케이블 및 벨트 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 로봇 관절 메커니즘의 효과들은 다음과 같다.
첫째, 복수 개의 관절부 사이에 구동력 제공부재를 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 배치하여, 전체적인 크기를 소형화함과 함께 관절부의 회전 운동 유지력을 향상시킬 수 있다.
둘째, 구동력 제공부재의 이동에 따라 복수 개의 풀리에 대한 회전 속도를 고려하여 각각의 풀리의 반지름을 축소화 시킬 수 있으므로, 동일한 관절부의 회전 운동 유지력을 가짐과 함께 로봇 관절 메커니즘의 전체적인 크기를 소형화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 구동부의 일부 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 A 영역의 확대 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 로봇 관절 메커니즘의 작동도,
도 5의 (a) 및 (b)는 각각 도 3 및 도 4에 도시된 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 개략 구성도,
도 6은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 사시도,
도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 구성도,
도 8은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘에 대해 상세히 설명하기 위해 구동부에 인접한 관절부를 제 1관절부 및 구동력 제공부재가 연결되고 제 1관절부에 대해 회전 운동하는 관절부는 제 2관절부로 명시하나, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘은 복수 개의 관절부로 이루어짐에 따라 2개의 인접한 관절부에 대해 구동부에 인접한 관절부를 제 1관절부 및 구동력 제공부재가 연결되고 제 1관절부에 대해 회전 운동하는 관절부는 제 2관절부로 해석될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 제 1관절부 및 제 2관절부에 배치되는 풀리 조립체는 각각 제 1풀리 조립체 및 제 2풀리 조립체로 해석될 수 있음도 미리 밝혀둔다.
더불어, 본 발명의 제 1 내지 제 3실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘의 구성 요소들에 대해서는 동일한 명칭에 대해 동일한 도면 부호로 기재하였음도 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇 관절 메커니즘의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 구동부의 일부 사시도, 도 3은 도 1에 도시된 A 영역의 확대 사시도, 도 4는 도 3에 도시된 로봇 관절 메커니즘의 작동도, 그리고 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 도 3 및 도 4에 도시된 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 개략 구성도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 다른 로봇 관절 메커니즘(10)은 관절부(100), 구동부(300), 구동력 제공부재(500) 및 풀리 조립체(700)를 포함한다.
관절부(100)는 복수 개로 구성된다. 여기서, 관절부(100)는 상술한 바와 같이 구동부(300)에 인접한 관절부(100)를 제 1관절부(120)라 하고 제 1관절부(120)에 회전 가능하게 연결된 관절부(100)를 제 2관절부(140)라 한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 도면상의 상부에 배치된 관절부(100)를 기준으로 Y축선의 회전축선을 갖는 두 개의 관절부(100)를 각각 제 1관절부(120) 및 제 2관절부(140)라 한다. 즉, 도면상에서 최상부에 있는 관절부(100)를 제 2관절부(140) 및 구동부(300)에 인접한 관절부(100)를 제 1관절부(120)라 한다.
한편, 제 1관절부(120)와 제 2관절부(140)는 상호 제 2관절부(140)와 제 1관절부(120)로 치환되어 해석될 수 있다. 여기서, 도 1 내지 도 4를 참조하면, Y축선의 회전축선을 갖도록 배치된 제 1관절부(120)는 X축선의 회전축선을 가지고 회전 운동될 때 하부의 관절부(100)에 대해서는 제 2관절부(140)로 해석되는 것이다. 복수 개의 관절부(100)는 교차적인 회전축선을 갖는다. 상세하게 복수 개의 관절부(100)는 Y축선의 회전축선을 갖는 회전 운동, X축선의 회전축선을 갖는 회전 운동, 다시 Y축선의 회전축선을 갖는 회전 운동이 연속적으로 이루어지도록 반복적이고 교차적인 회전축선을 가지고 회전 운동된다.
구동부(300)는 복수 개의 관절부(100)를 각각 회전시키기 위해 복수 개의 관절부(100)에 구동력을 제공한다. 그리고, 구동력 제공부재(500)는 복수 개의 관절부(100)와 구동부(300)를 상호 연결하며 구동부(300)로부터 제공된 구동력을 각각의 관절부(100)에 제공한다. 구동력 제공부재(500)는 와이어, 케이블 및 벨트 중 어느 하나를 포함한다. 본 발명의 구동력 제공부재(500)는 와이어를 포함한다. 구동력 제공부재(500)는 구동부(300)와 복수 개의 관절부(100)에 개별적으로 상호 연결되도록 복수 개로 마련된다. 구동부(300)는 구동력 제공부재(500)의 감김 및 풀림을 위한 회전 운동의 작동에 따라 각각의 관절부(100)에 구동력을 제공한다.
다음으로 풀리 조립체(700)는 각각의 관절부(100)에 대향 배치되고 구동부(300)의 구동력에 따라 각각의 관절부(100)의 회전 각도를 조절시키기 위해 관절부(100)와 구동부(300)에 상호 연결된 구동력 제공부재(500)의 이동을 안내하도록 복수 개의 풀리를 포함한다. 풀리 조립체(700)는 복수 개의 관절부(100)에 대응하여 복수 개로 배치된다. 그리고, 풀리 조립체(700)는 일 실시 예로서, 복수 개의 관절부(100)의 반복적이고 교차적인 회전축선을 갖는 회전 운동을 위해 90도 간격을 두고 한 개의 관절부(100)에 4개가 배치된다.
풀리 조립체(700)는 제 1관절부(120)에 배치되는 제 1풀리 조립체(720) 및 제 2관절부(140)에 배치되는 제 2풀리 조립체(740)를 포함한다. 제 1풀리 조립체(720) 및 제 2풀리 조립체(740)는 제 1관절부(120) 및 제 2관절부(140)가 회전축선 변경에 따라 제 2관절부(140) 및 제 1관절부(120)로 해석될 때 대응되어 해석된다. 제 1풀리 조립체(720)는 상술한 바와 같이 제 1관절부(120)에 90도 간격을 따라 4개가 배치되고, 제 2풀리 조립체(740)는 제 2관절부에 90도 간격을 따라 4개가 배치된다. 그리고, 제 1풀리 조립체(720)와 제 2풀리 조립체(740)는 상호 대향 배치, 즉 상호 마주보도록 배치된다.
각각의 관절부(100)에 배치된 풀리 조립체(700)의 상호 간격은 구동부(300)의 구동력에 따른 구동력 제공부재(500)의 길이 변경에 따라 증감된다. 즉, 제 1풀리 조립체(720)와 제 2풀리 조립체(740)의 상호 간격은 구동부(300)의 구동력에 따른 구동력 제공부재(500)의 길이 변경에 따라 움직도르래의 원리로 증감된다.
이러한 상호 대향 배치된 풀리 조립체(700)의 움직도르래의 원리에 따른 복수 개의 풀리의 회전 속도는 도 5를 참조하여 설명된다.
각각의 관절부(100)에 배치된 풀리 조립체(700)의 상호 마주보는 풀리의 배치 순서를 구동부(300)에 인접하고 관절부(100)에 연결되어 이동되는 구동력 제공부재가 인출입 되는 영역의 풀리로부터 마주보는 풀리에 대해 교호적으로 n이라 하고 풀리의 전체 개수를 N이라 할 때 풀리의 회전 속도
Figure 112016023422060-pat00005
은 다음의 수식 과정에 표현된다.
도 5의 (a)는 도 3에 도시된 풀리 조립체의 배치 상태이고, 도 5의 (b)는 도 4에 도시된 풀리 조립체의 배치 상태를 간략하게 도시한 것이다. 여기서, han 및 hbn은 와이어의 시작점에서 각 풀리까지의 와이어 길이를 나타내고, han = hbn으로 정의된다. 도 5의 (a)에서 (b)로 상호 배치된 풀리 조립체의 상호 간격의 변경에 따른 풀리의 회전 속도에 대해 미소 변화량에 대해서 수식화 하면,
Figure 112016023422060-pat00006
(여기서, ha1 = hb1) 및
Figure 112016023422060-pat00007
의 관계식이 된다. 그리고,
Figure 112016023422060-pat00008
은
Figure 112016023422060-pat00009
이 된다. 상기한
Figure 112016023422060-pat00010
과
Figure 112016023422060-pat00011
을 이용하여 첫 번째 풀리의 회전 속도
Figure 112016023422060-pat00012
이 된다.
두 번째 풀리의 회전 속도는
Figure 112016023422060-pat00013
,
Figure 112016023422060-pat00014
(여기서, ha2 = hb2) 및
Figure 112016023422060-pat00015
의 관계식이 되며, 상술한 바와 같은 첫 번째 풀리의 회전 속도 관계식에 따라서
Figure 112016023422060-pat00016
이 된다.
상술한 바와 같은 관계식에 따라 n번째 풀리의 회전 속도는 다음의 <수학식 1>이 된다.
<수학식 1>
Figure 112016023422060-pat00017
(n, N은 자연수이고 r,
Figure 112016023422060-pat00018
는 정수이며, n은 풀리의 배치 순서, r은 풀리의 반지름 및
Figure 112016023422060-pat00019
는 구동력 제공부재의 이동 길이)
이러한 상기의 <수학식 1>을 고려하면 n번째 배치된 풀리의 회전 속도는 1부터 n번째 배치 순서로 갈수록 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 각각의 관절부(100)에 대향 배치된 복수 개의 풀리의 배치 순서 n은 n1과 n2이라 하면, 구동부(300)에 인접한 관절부(100)에 배치된 복수 개의 풀리의 배치 순서 n을 n1이라고 하고 구동력 제공부재가 연결된 관절부(100)에 배치된 복수 개의 풀리의 배치 순서 n은 n2라고 할 때 각각 다음의 <수학식 2>와 <수학식 3>을 갖는다.
<수학식 2> n1=2n-1(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수),
<수학식 3> n2=2n(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수)
예를 들어, 제 1풀리 조립체(720)의 복수 개의 풀리의 배치 순서 n은 n1=2n-1의 관계식을 가짐에 따라 1, 3, 5......2n-1의 배치 순서를 가지며, 제 2풀리 조립체(740)의 복수 개의 풀리의 배치 순서 n은 n2=2n의 관계식을 가짐에 따라 2, 4, 6......2n의 배치 순서를 갖는다.
도 6은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1풀리 조립체(720)는 제 1회전축(721), 제 1풀리(722), 제 3풀리(723), 제 5풀리(724), 제 7풀리(725) 및 제 1캡(726)을 포함한다. 제 2풀리 조립체(740)는 제 2회전축(741), 제 2풀리(742), 제 4풀리(743), 제 6풀리(744), 제 8풀리(745) 및 제 2캡(746)을 포함한다. 예를 들면, 제 1풀리 조립체(720)의 풀리의 배치 순서는 n=n1=2n-1의 관계식을 만족하여 1, 3, 5 및 7번째가 되고, 제 2풀리 조립체(740)의 풀리의 배치 순서는 n=n2=2n의 관계식을 만족하여 2, 4, 6 및 8번째가 된다. 여기서, 제 1캡(726)과 제 2캡(746)은 각각 제 1풀리(722), 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)의 이탈과 제 2풀리(742), 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)의 이탈을 저지한다.
본 발명의 제 1실시 예의 풀리 조립체(700)의 복수 개의 풀리는 동일한 반지름을 가지며 각각 독립적으로 회전 운동된다. 즉, 제 1풀리 조립체(720)의 제 1풀리(722), 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)는 제 1회전축(721)에 독립적으로 결합되어 구동력 제공부재(500)의 이동에 따라 독립적으로 회전 운동된다. 그리고, 제 2풀리 조립체(740)의 제 2풀리(742), 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)는 제 2회전축(741)에 독립적으로 결합되어 구동력 제공부재(500)의 이동에 따라 독립적으로 회전 운동된다. 본 발명의 제 1실시 예의 풀리 조립체(700)의 복수 개의 풀리는 <수학식 1>의 조건에 따라 각각의 풀리의 회전 속도가 달라지므로 동일한 반지름일 때 독립적으로 회전하도록 배치된다.
도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 구성도이다.
본 발명의 제 2실시 예의 풀리 조립체(700)는 회전 속도가 동일하고 반지름이 상이한 복수 개의 풀리로 구성된다. 본 발명의 제 2실시 예의 풀리 조립체(700)는 본 발명의 제 1실시 예와 달리, 상호 결합되어 동일한 회전 속도로 회전 운동된다. 상기의 <수학식 1>에 따라 풀리의 배치 순서가 n번째로 갈수록 회전 속도가 빨라짐에 따라 복수 개의 풀리의 반지름은 r2=2r1, r3=3r1.......rn=nr1이 된다.
본 발명의 제 1풀리 조립체(720)와 제 2풀리 조립체(740)의 예를 들면, 제 1풀리(722), 제 2풀리(742), 제 3풀리(723), 제 4풀리(743), 제 5풀리(724), 제 6풀리(744), 제 7풀리(725) 및 제 8풀리(745)의 반지름의 비율은 다음의 표 1과 같다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 2 4 6 8
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 1 3 5 7
여기서, 제 1풀리 조립체(720)와 제 2풀리 조립체(740)의 회전 속도가 같을 필요는 없기 때문에 다음과 같이 반지름의 비율을 결정하면 풀리의 크기를 축소할 수 있다. 즉, 제 2풀리 조립체(740)가 제 1풀리 조립체(720) 대비 2배 빨리 회전되는 것으로 고려하면 표 2와 같은 반지름 비율로 결정된다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 1 2 3 4
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 1 3 5 7
상기 표 2의 반지름 비율을 고려하여 일 실시 예로서, 구동력 제공부재(500)의 손상을 방지하기 위해 가장 작은 풀리의 지름을 2mm 이상으로 결정하면 다음의 표 3과 같은 반지름으로 결정된다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 2mm 4mm 6mm 8mm
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 2mm 6mm 10mm 14mm
각각의 상기 풀리의 배치 순서 n1에 대한 풀리의 반지름은 각각의 풀리의 배치 순서 n2에 대한 풀리의 반지름 대비 크거나 같다.
즉, 풀리의 배치 순서 n1으로 표현되는 제 1풀리 조립체(720)의 제 1풀리(722), 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)의 반지름은 풀리의 배치 순서 n2로 표현되는 제 2풀리 조립체(740)의 제 2풀리(742), 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)의 반지름 대비 각각 크거나 같다.
이렇게, 본 발명의 제 2실시 예의 풀리 조립체(700)는 풀리의 회전 속도를 고려하여 풀리의 반지름을 고려함에 따라 본 발명의 제 1실시 예의 풀리 조립체(700)와 동일한 토크를 가질 뿐만 아니라 풀리의 크기가 축소되어 로봇 관절 메커니즘(10)을 소형화 시킬 수 있다.
마지막으로 도 8은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 로봇 관절 메커니즘의 풀리 조립체에 대한 구성도이다.
본 발명의 제 3실시 예의 풀리 조립체(700)는 복수 개의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 다른 복수 개의 풀리는 상호 독립적으로 회전 운동된다. 본 발명의 제 3실시 예의 풀리 조립체(700)는 제 1실시 예의 풀리 조립체(700)와 제 2실시 예의 풀리 조립체(700)의 복합적인 구성이 된다.
본 발명의 제 3실시 예의 풀리 조립체(700)의 풀리의 반지름은 표 2와 같은 반지름 비율을 가져야 하나, 풀리의 크기를 축소하기 위해 다음의 표 4와 같은 반지름의 비율을 갖도록 조절한다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 0.5 1 1.5 2
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 0.3 1 1.66 2.33
그러나, 제 1풀리(722)와 제 2풀리(742)의 반지름 비율이 작음에 따라 와이어 손상의 위험이 있다. 여기서, 제 1풀리(722)는 동일한 회전 속도를 갖는 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)의 결합체와 다른 회전 속도를 가질 수 있고, 제 2풀리(742)는 동일한 회전 속도를 갖는 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)의 결합체와 다른 회전 속도를 가질 수 있다. 그러므로, 제 1풀리(722)와 제 2풀리(742)의 비율은 다음의 표 5와 같이 자유롭게 결정될 수 있다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 free 1 1.5 2
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 free 1 1.66 2.33
상기 표 5의 반지름 비율을 고려하여 일 실시 예로서, 구동력 제공부재(500)의 손상을 방지하기 위해 가장 작은 풀리의 지름을 2mm 이상으로 결정하면 다음의 표 6과 같은 반지름으로 결정된다.
풀리의 반지름 r2 r4 r6 r8
비율 3mm
(free)		 2mm 3mm 4mm
풀리의 반지름 r1 r3 r5 r7
비율 3mm
(free)		 2mm 3.32mm 4.66mm
복수 개의 풀리 중 어느 하나의 풀리의 지름은 다른 복수 개의 풀리의 반지름 대비 크거나 작거나 또는 같다. 즉, 제 1풀리(722)의 반지름은 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)의 결합체에 대한 반지름 대비 무관하고, 제 2풀리(742)의 반지름은 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)의 결합체에 대한 반지름 대비 무관하다.
또한, 복수 개의 풀리 중 다른 복수 개의 풀리의 배치 순서 n1에 대한 각각의 풀리의 반지름은 풀리의 배치 순서 n2에 대한 각각의 풀리의 반지름 대비 크거나 같다. 예를 들어, 풀리의 배치 순서 n1으로 표현되는 제 1풀리 조립체(720)의 제 3풀리(723), 제 5풀리(724) 및 제 7풀리(725)의 반지름은 풀리의 배치 순서 n2로 표현되는 제 2풀리 조립체(740)의 제 4풀리(743), 제 6풀리(744) 및 제 8풀리(745)의 반지름 대비 각각 크거나 같다.
이렇게, 본 발명의 제 3실시 예의 풀리 조립체(700)는 풀리의 회전 속도를 고려하여 풀리의 반지름을 고려함에 따라 본 발명의 제 1실시 예 및 제 2실시 예의 풀리 조립체(700)와 동일한 토크를 가질 뿐만 아니라 풀리의 크기가 축소되어 로봇 관절 메커니즘(10)을 소형화 시킬 수 있다.
이에, 복수 개의 관절부 사이에 구동력 제공부재를 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 배치하여, 전체적인 크기를 소형화함과 함께 관절부의 회전 운동 유지력을 향상시킬 수 있다.
또한, 구동력 제공부재의 이동에 따라 복수 개의 풀리에 대한 회전 속도를 고려하여 각각의 풀리의 반지름을 축소화 시킬 수 있으므로, 동일한 관절부의 회전 운동 유지력을 가짐과 함께 로봇 관절 메커니즘의 전체적인 크기를 소형화 시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 로봇 관절 메커니즘 100: 관절부
120: 제 1관절부 140: 제 2관절부
300: 구동부 500: 구동력 제공부재
700: 풀리 조립체 720: 제 1풀리 조립체
722: 제 1풀리 723: 제 3풀리
724: 제 5풀리 725: 제 7풀리
740: 제 2풀리 조립체 742: 제 2풀리
743: 제 4풀리 744: 제 6풀리
745; 제 8풀리

Claims (13)

  1. 복수 개의 관절부와;
    복수 개의 상기 관절부를 각각 회전시키기 위해, 복수 개의 상기 관절부에 구동력을 제공하는 구동부와;
    복수 개의 상기 관절부와 상기 구동부를 상호 연결하며, 상기 구동부로부터 제공된 구동력을 각각의 상기 관절부에 제공하는 복수 개의 구동력 제공부재와;
    각각의 상기 관절부에 상호 대향 배치되고 상기 구동부의 구동력에 따라 각각의 상기 관절부의 회전 각도를 조절시키기 위해, 상기 관절부와 상기 구동부에 상호 연결된 상기 구동력 제공부재의 이동을 안내하는 복수 개의 풀리를 갖는 복수 개의 풀리 조립체를 포함하며,
    각각의 상기 관절부에 상호 마주보도록 배치된 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서를 상기 구동부에 인접하며 상기 구동력 제공부재가 인출입 되는 영역에 배치된 상기 풀리로부터 교호적으로 n이라 하고 풀리의 전체 개수를 N이라 할 때, 상기 풀리의 회전 속도
    Figure 112016061305758-pat00032
    은 다음의 <수학식 1>을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
    <수학식 1>
    Figure 112016061305758-pat00033

    (n, N은 자연수이고 r,
    Figure 112016061305758-pat00034
    는 정수이며, n은 풀리의 배치 순서, r은 풀리의 반지름 및
    Figure 112016061305758-pat00035
    는 구동력 제공부재의 이동 길이)
  2. 제 1항에 있어서,
    각각 상기 관절부에 배치된 상기 풀리 조립체의 상호 간격은,
    상기 구동부의 구동력에 따른 상기 구동력 제공부재의 길이 변경에 따라 증감되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부에 인접한 상기 관절부에 배치된 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n을 n1이라고 하고 상기 구동력 제공부재가 연결된 상기 관절부에 배치된 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n은 n2라고 할 때, 각각 다음의 <수학식 2>과 <수학식 3>을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
    <수학식 2> n1 = 2n-1(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수),
    <수학식 3> n2= 2n(n은 1, 2, 3.......n의 수열에 대한 자연수)
  5. 제 1항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리는 동일한 반지름을 가지며, 각각 독립적으로 회전 운동되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  6. 제 5항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리는 각각 회전 속도가 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  7. 제 4항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리는 각각 회전 속도가 동일하고, 각각 반지름이 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  8. 제 7항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리의 반지름은 각각 상기 풀리의 배치 순서 n1 및 n2에 대응되어 증가되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  9. 제 8항에 있어서,
    각각의 상기 풀리의 배치 순서 n1에 대한 상기 풀리의 반지름은 각각의 상기 풀리의 배치 순서 n2에 대한 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 같은 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  10. 제 4항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리 중 어느 하나의 상기 풀리와 다른 복수 개의 상기 풀리는 상호 독립적으로 회전 운동되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  11. 제 10항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리 중 어느 하나의 상기 풀리의 반지름은 다른 복수 개의 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 작거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  12. 제 11항에 있어서,
    복수 개의 상기 풀리 중 다른 복수 개의 상기 풀리의 배치 순서 n1에 대한 각각의 상기 풀리의 반지름은 상기 풀리의 배치 순서 n2에 대한 각각의 상기 풀리의 반지름 대비 크거나 같은 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 구동력 제공부재는 와이어, 케이블 및 벨트 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 메커니즘.
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