KR20180044524A - 원격 조종 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지지프레임; 상기 지지프레임에 결합되고, 각각 가이드수단과 상기 가이드수단에 결합된 직선이동부를 포함하는 3개 이상의 직선 가이드; 상기 3개 이상의 직선 가이드에 둘러싸인 내측 공간에 위치하는 병진이동부; 상기 병진이동부와 상기 직선이동부를 각각 연결하는 것으로서, 상기 병진이동부와 상기 직선이동부에 대해 각각 2 자유도로 결합된 3개 이상의 평행링크; 상기 병진이동부의 위치를 산출하기 위한 위치검출수단; 병진이동부에 결합된 조종부를 포함하는 원격 조종 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 조종부가 다수의 직선가이드 또는 링크암에 의해 둘러싸인 내측 공간에서 이동하므로 원격 조종 장치의 사용 및 설치에 필요한 공간을 최소화할 수 있다. 또한 스프링 등을 이용하여 조종 장치를 구성하는 링크 기구의 하중을 보상함으로써 액추에이터에 가해지는 부하를 감소시키고 이를 통해 액츄에이터에 의한 반력을 증대시킬 수 있다.

Description

원격 조종 장치{Remote control device}

본 발명은 원격 조종 장치에 대한 것으로서, 구체적으로는 병렬 기구를 적용하여 조종 장치의 동작에 필요한 공간을 최소화한 원격 조종 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원격 조종 장치는 사용자가 조작하는 방향, 이동거리, 힘 등의 정보를 생성하여 로봇, 산업용 장비, 의료 장비, 훈련용 시뮬레이터 등의 피조종장치의 동작을 제어하는 장치이다.

최근에는 보다 정밀한 제어를 위하여 피조종장치로부터 전달되는 힘의 크기와 방향에 대한 정보를 이용하여 직선운동, 회전운동 등을 모사함으로써 사용자에게 다양한 감각을 피드백하는 체감형 조종 장치도 많이 사용되고 있다.

그런데 종래의 원격 조종 장치는 기구 자체가 크거나 기구의 크기는 작더라도 조종 동작을 수행하는데 큰 공간을 차지하며 이로 인해 주변 기구와의 간섭이 발생하여 사용하는데 어려움을 겪는 경우가 많다. 따라서 실제 현장에서는 기능을 줄여 사용하거나 조종을 위한 공간을 따로 준비해야 하는 문제가 있다.

예를 들어 특허문헌 1은 3개의 링크암을 구비한 델타형 병렬기구의 형태를 갖는 조종장치를 소개하고 있다.

그런데 특허문헌 1에 따른 조종장치는 3개의 링크암이 바깥쪽으로 돌출된 부분에 입력부(손잡이)가 설치되는데, 기구 특성상 입력부가 3개의 평행링크가 동일 평면상에 위치하는 특이점을 지나 기구의 내측으로 이동하는 것이 불가능하기 때문에 조종 동작에 필요한 공간을 줄이는데 한계가 있다. 또한 입력부의 동작에 따라서 전체 크기가 변하기 때문에 주변과의 간섭을 피하기 위해서는 사전에 충분한 조종 공간을 확보해야 하는 문제가 있다.

등록특허 제10-0951817호(2010.04.07 공고)

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 병렬기구를 적용하여 기구의 내측에서 조종 동작이 이루어지도록 함으로써 조종 장치의 설치 및 사용에 필요한 공간을 최소화하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 지지프레임; 상기 지지프레임에 결합되고, 각각 가이드수단과 상기 가이드수단에 결합된 직선이동부를 포함하는 3개 이상의 직선 가이드; 상기 3개 이상의 직선 가이드에 둘러싸인 내측 공간에 위치하는 병진이동부; 상기 병진이동부와 상기 직선이동부를 각각 연결하는 것으로서, 상기 병진이동부와 상기 직선이동부에 대해 각각 2 자유도로 결합된 3개 이상의 평행링크; 상기 병진이동부의 위치를 산출하기 위한 위치검출수단; 병진이동부에 결합된 조종부를 포함하는 원격 조종 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양상에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 직선 가이드는, 상기 가이드수단을 지지하는 가이드프레임과, 상기 가이드수단의 일단과 타단에 각각 설치되고, 와이어를 통해 상기 직선이동부와 연결된 제1 풀리와 제2 풀리를 포함하고, 상기 위치검출수단은 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리 중에서 적어도 하나에 설치된 회전각센서를 포함할 수 있다. 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에는 반력 제공을 위하여 상기 직선이동부를 이동시키는 액츄에이터가 결합될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 직선이동부는 볼스크류의 너트에 결합되고, 상기 볼스크류의 단부에는 회전각센서와 반력제공을 위하여 상기 직선이동부를 이동시키는 액츄에이터 중에서 적어도 하나가 결합될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 직선이동부는 상기 평행링크의 선단에 결합되고 상기 병진이동부는 상기 평행링크의 후단에 결합되며, 상기 병진이동부가 상기 평행링크보다 내측에 위치할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 직선이동부는 상기 평행링크의 후단에 결합되고 상기 병진이동부는 상기 평행링크의 선단에 결합되며, 상기 병진이동부가 상기 평행링크보다 바깥쪽에 위치할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 평행링크와 상기 병진이동부를 연결하는 회전연결부와 상기 평행링크와 상기 직선이동부를 연결하는 회전연결부 중에서 적어도 하나에는 하중보상스프링이 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, 지지프레임; 상기 지지프레임에 결합되는 것으로서, 일단이 상기 지지프레임에 대해 1 자유도로 결합되고 상기 지지프레임의 전방으로 연장된 제1 링크와, 상기 제1 링크의 타단에 대해 2 자유도로 결합되고 상기 지지프레임을 향해 연장된 제2 링크를 각각 포함하는 3 개 이상의 링크 암; 상기 3개 이상의 링크 암에 둘러싸인 내측 공간에 위치하며, 상기 제2 링크의 내측 단부에 2 자유도로 결합된 병진이동부; 상기 병진이동부의 위치를 산출하기 위한 위치검출수단; 병진이동부에 결합된 조종부를 포함하는 원격 조종 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 원격 조종 장치에서, 상기 병진이동부에는 롤축, 피치축, 요축 중에서 적어도 하나를 중심으로 회전운동을 하는 회전운동기구가 결합되고, 상기 조종부는 상기 회전운동기구에 결합될 수 있다.

상기 회전운동기구는, 일단은 상기 병진이동부에 회전 가능하게 결합되고 타단은 유니버셜 조인트를 통해 상기 조종부에 결합되는 롤(roll)축과, 상기 롤축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 롤축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구; 상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 요(yaw)축과, 상기 요축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제1 곡면가이드와, 상기 요축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 요축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 요축 회전기구; 상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 피치(pitch)축과, 상기 피치축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제2 곡면가이드와, 상기 피치축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 피치축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구를 포함할 수 있다. 이때 상기 조종부의 주변에는 손잡이가 결합되고, 상기 손잡이에는 사용자 조작을 위한 입력부가 결합될 수 있다.

또한 상기 회전운동기구는, 일단이 상기 병진이동부에 고정된 롤축풀리와, 상기 롤축풀리의 타단에 회전 가능하게 결합된 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 롤축풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 롤축풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구; 상기 지지프레임에 피치축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 C형 피치축 풀리와, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 C형 피치축 풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 C형 피치축 풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구를 포함하고, 상기 조종부는 요축을 통해 상기 C형 피치축 풀리에 결합될 수 있다.

또한 상기 회전운동기구는, 롤축을 통해 상기 병진이동부에 회전 가능하게 결합된 제1 부재와, 상기 제1 부재에서 피치축과 직교하는 방향으로 연장된 제2 부재를 포함하는 롤축 회전부; 피치축을 통해 상기 제2 부재에 회전 가능하게 결합된 제3 부재와, 상기 제3 부재에서 요축과 직교하는 방향으로 연장된 제4 부재를 포함하는 피치축 회전부를 포함하며, 상기 조종부는 요축을 통해 상기 제4 부재에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 조종부가 다수의 직선가이드 또는 링크암에 의해 둘러싸인 내측 공간에서 이동하므로 원격 조종 장치의 사용 및 설치에 필요한 공간을 최소화할 수 있다. 또한 스프링 등을 이용하여 조종 장치를 구성하는 링크 기구의 하중을 보상함으로써 액추에이터에 가해지는 부하를 감소시키고 이를 통해 액츄에이터에 의한 반력을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 조종 장치의 사시도
도 2는 병진운동기구를 나타낸 도면
도 3은 회전운동기구를 나타낸 도면
도 4는 직선가이드를 나타낸 도면
도 5는 직선이동부와 평행링크를 연결하는 회전연결부를 나타낸 도면
도 6은 하중보상스프링의 작용을 나타낸 개념도
도 7a 내지 도 7d는 병진운동기구의 다양한 동작을 나타낸 도면
도 8은 회전운동기구의 롤(roll) 축 회전기구를 나타낸 도면
도 9는 회전운동기구의 요(yaw) 축 회전기구를 나타낸 도면
도 10은 회전운동기구의 피치(pitch) 축 회전기구를 나타낸 도면
도 11은 롤축, 요축, 및 피치축 회전기구를 결합한 상태를 나타낸 도면
도 12는 손잡이의 결합구조를 나타낸 도면
도 13은 회전운동기구의 제2 실시예를 나타낸 도면
도 14는 제2 실시예에 따른 회전운동기구의 동작을 예시한 도면
도 15는 제2 실시예에 따른 회전운동기구에서 롤(roll) 축 회전기구와 피치(pitch) 축 회전기구를 나타낸 도면
도 16은 제2 실시예에 따른 회전운동기구에서 피치(pitch) 축 회전기구를 나타낸 단면도
도 17은 제2 실시예에 따른 회전운동기구에서 요(yaw) 축 회전기구를 나타낸 단면도
도 18은 제3 실시예에 따른 회전운동기구를 나타낸 도면
도 19는 제3 실시예에 따른 회전운동기구의 변형 예를 나타낸 도면
도 20은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 조종 장치의 변형 예를 나타낸 개념도
도 21은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 조종 장치의 사시도
도 22는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 조종 장치의 다양한 동작을 나타낸 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

참고로 본 명세서에서 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 연결 또는 결합되는 경우는, 다른 구성요소와 직접적으로 연결 또는 결합되는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 요소를 사이에 두고 간접적으로 연결 또는 결합되는 경우도 포함한다. 또한 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 직접적으로 연결 또는 결합되는 경우는 중간에 다른 요소가 개재되지 않는 것을 의미한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함 또는 구비하는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한 본 명세서에 첨부된 도면은 발명의 요지를 이해하기 쉽도록 예시한 것에 불과하므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 아니 됨을 미리 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 조종 장치(10)를 나타낸 것으로서, 제1 실시예에 따른 원격 조종 장치(10)는 병진운동기구(100)와 회전운동기구(200)를 포함하며, 도면에는 나타내지 않았으나 병진이동부(120)의 위치정보와 회전운동기구(200)의 회전정보를 검출하여 피조종장치로 전달하는 제어부를 포함한다.

도 2는 병진이동부(120)를 포함하는 병진운동기구(100)를 나타낸 것이고, 도 3은 병진이동부(120)에 대해 롤(roll)축, 요(yaw)축, 및/또는 피치(pitch)축을 중심으로 회전운동을 하는 회전운동기구(200)를 나타낸 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 조종 장치(10)에서는 회전운동기구(200)가 병진운동기구(100)의 내측에 위치하는 점에 특징이 있다.

이렇게 구성하면, 병진이동부(120) 및 회전운동기구(200)의 동작범위가 병진운동기구(100)의 내측으로 제한되므로 사용자가 조작을 하더라도 기구 전체의 외형이나 크기가 변하지 않는다. 따라서 종래의 원격 조종 장치에 비하여 사용에 필요한 공간이 크게 줄어들고 동작에 필요한 공간을 미리 확보할 필요가 없는 이점이 있다.

병진운동기구(100)는 도 2에 나타낸 바와 같이. 지지프레임(102), 지지프레임(102)의 일측으로 각각 돌출된 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c), 각각의 일단이 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)에 회전 가능하게 연결된 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c), 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 각 타단에 연결된 병진이동부(120)를 포함한다. 지지프레임(102)의 하단에는 바닥에 거치되는 베이스(101)가 결합될 수 있다.

제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)는 지지프레임(102)의 중심에 대해 등각으로 이격 배치되어 서로 평행하게 배치된다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)는 서로 등각으로 배치되지 않을 수도 있고, 서로 평행하지 않을 수도 있다.

제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)는 각각, 가이드프레임(111), 가이드프레임(111)에 의해 지지되는 가이드레일(112), 가이드레일(112)에 이동 가능하게 결합된 직선이동부(113)를 포함한다. 따라서 직선이동부(113)는 가이드레일(112)을 따라 왕복 직선 운동을 할 수 있다. 가이드레일(112)을 대신하여 가이드샤프트가 사용될 수도 있다.

한편 각 직선이동부(113)의 위치에 따라 병진이동부(120)의 위치가 결정되므로 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)에는 각 직선이동부(113)의 위치를 확인할 수 있는 위치검출수단을 설치하는 것이 바람직하다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 가이드프레임(111)의 일단과 타단에 각각 풀리(115,116)를 결합하고, 직선이동부(113)와 각 풀리(115,116) 사이를 벨트 또는 와이어(도면에는 나타내지 않았음)로 연결하고, 적어도 하나의 풀리(115,116)에 회전각센서(도면에는 나타내지 않았음)를 설치할 수 있다.

이렇게 하면 회전각센서를 통해 각 풀리(115,116)의 회전량을 알 수 있고, 이를 통해 직선이동부(113)의 이동거리, 방향 등의 위치정보를 확인할 수 있다. 병진이동부(120)의 위치는 각 직선가이드(110a,110b,110c)의 직선이동부(113)의 위치정보를 이용하여 산출할 수 있다.

이때 적어도 하나의 풀리(115,116)에 액츄에이터(118)를 장착하면 직선이동부(113)를 이동시킬 수 있고, 이를 통해 사용자가 체감할 수 있는 다양한 반력을 제공할 수 있다.

다른 예로서, 각 직선이동부(113)를 가이드프레임(111)에 설치된 볼스크류(도면에는 나타내지 않았음)의 너트에 연결하고, 볼스크류의 회전축에 회전각센서를 부착하여 직선이동부(113)의 이동거리를 산출하고, 이를 이용하여 병진이동부(120)의 위치를 산출할 수도 있다.

이상에서는 회전각센서를 이용하여 직선이동부(113)의 위치를 검출하는 것으로 설명하였으나, 직선이동부(113)의 위치확인 수단이 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 각 일단은 각각 제1 내지 제3 회전연결부(140a,140b,140c)에 의해 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)의 각 직선이동부(113)에 결합된다.

도 5는 제1 회전연결부(140a)를 예시한 것으로서, 제1 회전연결부(140a)는 직선이동부(113)에 결합되는 연결블록(141), 연결블록(141)에 결합된 축결합부(142), 축결합부(142)에 회전 가능하게 결합된 제1 회전축(143), 제1 회전축(143)의 양 단부에서 제1 평행링크(130a)의 일단을 각각 회전 가능하게 결합하는 제2 회전축(145)을 포함한다.

따라서 제1 평행링크(130a)의 일단은 제1 직선가이드(110a)의 직선이동부(113)에 대해 2 자유도를 가진다. 같은 방식으로 제2 및 제3 평행링크(130b,130c)의 각 일단은 제2 및 제3 직선가이드(110b,110c)의 직선이동부(113)에 대해 2 자유도를 가진다.

한편 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)가 서로 같은 평면에서 운동하지 않기 위해서 제1 직선가이드(110a)의 직선이동부(113)와 제1 평행링크(130a)를 연결하는 제1 회전축(143), 제2 직선가이드(110b)의 직선이동부(113)와 제2 평행링크(130b)를 연결하는 제1 회전축(143), 제3 직선가이드(110c)의 직선이동부(113)와 제3 평행링크(130c)를 연결하는 제1 회전축(143)은 서로 평행하지 않아야 한다.

제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 각 타단에도 이러한 결합구조를 적용하여 병진이동부(120)에 2 자유도를 갖도록 결합하는 것이 바람직하다.

한편 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 양단에 결합되는 제1 회전축(141)에는 도 5에 나타낸 바와 같이 하중보상스프링(147)을 설치할 수 있다. 하중보상스프링(147)을 설치하면 액츄에이터(118)가 부담하는 기구의 하중이 감소하거나 관성부하가 최소화되므로 액츄에이터(118)는 보다 적은 힘으로 사용자가 체감할 수 있는 반력을 제공할 수 있게 된다.

하중보상스프링(147)은 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 양단에 모두 설치될 수도 있고, 일부에만 설치될 수도 있다. 어떤 경우이든 도 6에 나타낸 바와 같이 기구의 중심 하중을 들어 올리는 방향으로 하중보상스프링(147)이 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 토션 스프링을 하중보상스프링(147)으로 사용하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 스프링이 사용될 수도 있다. 또한 하중보상스프링(147)을 대신하여 기계적으로 하중을 보상하는 균형추를 설치할 수도 있다.

또한 하중보상스프링(147)을 대신하여 액추에이터(118)가 관성부하의 반대방향으로 부하를 발생시킬 수도 있다. 다만 이 방법은 액추에이터(118)에 가해지는 부하가 증가하므로 액추에이터(118)에 의해 제공되는 반력의 체감력이 감소하게 되는 단점이 있다.

도 7a 내지 도 7d는 병진운동기구(100)의 동작을 나타낸 것으로서. 먼저 병진이동부(120)를 중심위치에서 좌측으로 이동시키면, 도 7a 에 나타낸 바와 같이, 제3 직선가이드(110c)의 직선이동부(113)는 지지프레임(102)에서 멀어지는 방향으로 전진하고, 제1 및 제2 직선가이드(110a,110b)의 직선이동부(113)는 각각 지지프레임(102)과 가까워지는 방향으로 후진한다.

또한 병진이동부(120)를 중심위치에서 우측으로 이동시키면, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 제3 직선가이드(110c)의 직선이동부(113)는 후진하고, 제1 및 제2 직선가이드(110a,110b)의 직선이동부(113)는 각각 전진한다.

또한 병진이동부(120)를 중심위치에서 위쪽으로 이동시키면, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제3 직선가이드(110a.110c)의 직선이동부(113)는 각각 전진하고, 제2 직선가이드(110b)의 직선이동부(113)는 후진한다.

또한 병진이동부(120)를 중심위치에서 아래쪽으로 이동시키면, 도 7d에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제3 직선가이드(110a.110c)의 직선이동부(113)는 각각 후진하고, 제2 직선가이드(110b)의 직선이동부(113)는 전진한다.

한편 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전운동기구(200)는 롤(roll)축 회전기구, 요(yaw)축 회전기구, 피치(pitch)축 회전기구 중에서 적어도 하나를 포함한다.

회전운동기구(200)는 전술한 바와 같이 병진운동기구(100)의 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)의 내측에 위치하므로 병진운동기구(100)와의 간섭이 발생하지 않도록 크기가 작아야 하고 회전축에서 발생하는 부하를 줄일 수 있어야 한다. 이를 위해서는 롤(roll)축, 요(yaw)축, 및 피치(pitch)축이 한 점을 통과하도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 8은 롤(roll)축 회전기구를 나타낸 것으로서, 롤축(230), 롤축(230)에 결합된 롤축기어(231), 롤축기어(231)와 치합하는 구동기어(234), 구동기어(234)에 축결합된 액츄에이터(233), 롤축기어(232)와 치합하는 센서기어(237), 센서기어(237)에 축결합된 회전각센서(236)를 포함한다.

롤축(230)은 롤(roll)축 회전기구의 회전 중심으로서, 후단은 병진이동부(120)에 회전 가능하게 결합되고, 선단에는 막대 형상의 조종부(210)가 결합된다.

액츄에이터(233), 구동기어(234), 회전각센서(236), 센서기어(237) 등은 병진이동부(120)에 대해 그 위치가 고정되는 것이 바람직하다.

조종부(210)는 사용자의 조종 동작이 입력되는 부분이다. 본 발명의 실시예에서는 조종부(210)는 유니버셜 조인트(220)를 통해 롤축(230)에 결합된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니므로 볼조인트 등 다른 다자유도 연결수단을 이용하여 조종부(210)과 롤축(230)을 결합할 수도 있다.

액츄에이터(233)는 조종부(210)로 햅틱 피드백을 제공하기 위한 것이고, 회전각센서(236)는 롤축(230)의 회전각정보를 검출하기 위한 것이다. 센서기어(237)를 생략하고 회전각센서(236)를 액츄에이터(233) 반대쪽에서 구동기어(234)에 축결합할 수도 있다.

따라서 사용자가 조종부(210)를 회전시키면 롤축(230)이 회전하게 되고, 롤축(230)의 회전각은 회전각센서(236)를 이용하여 검출할 수 있다. 또한 액츄에이터(233)에 의해 구동기어(234)가 회전하면 사용자는 조종부(210)를 통해 반력을 체감할 수 있다.

도 9는 요(yaw)축 회전기구를 나타낸 것으로서, 소정 폭을 가지며 길이방향을 따라 관통된 슬롯(252)을 구비하는 제1 곡면가이드(251), 제1 곡면가이드(251)의 양단에 구비된 요축(250), 요축(250)을 통해 제1 곡면가이드(251)의 상단에 결합된 요축기어(254), 요축기어(254)와 치합하는 구동기어(255), 구동기어(255)에 축결합된 액츄에이터(256), 요축(250)을 통해 제1 곡면가이드(251)의 하단에 결합된 회전각센서(257)를 포함한다.

액츄에이터(256)는 조종부(210)로 햅틱 피드백을 제공하기 위한 것이고, 회전각센서(257)는 요축(250)의 회전각정보를 검출하기 위한 것이다.

회전각센서(257)는 제1 곡면가이드(251)의 상단에서 요축(250)에 결합될 수도 있고, 액츄에이터(256)의 반대쪽에서 구동기어(255)에 축결합할 수도 있다.

요축기어(254), 액츄에이터(256), 구동기어(255), 회전각센서(257) 등은 병진이동부(120)에 대해 그 위치가 고정되는 것이 바람직하다.

제1 곡면가이드(251)는 곡면 또는 구면일 수 있다. 제1 곡면가이드(251)의 슬롯(252)에는 조종부(210)가 삽입되며, 따라서 유니버셜조인트(220)와 롤축(230)은 제1 곡면가이드(251)의 내측에 위치하게 된다.

요축(250)의 회전 중심은 유니버셜 조인트(220)의 회전 중심과 일치하는 것이 바람직하다.

슬롯(252)은 제1 곡면가이드(251)의 상단에서 하단에 이르는 방향으로 형성되며, 따라서 슬롯(252)을 관통하는 조종부(210)를 상하 방향으로 이동시키면 요축(250)을 중심으로 하는 회전운동은 발생하지 않으며, 조종부(210)를 좌우 방향으로 이동시키면 조종부(210)가 제1 곡면가이드(251)에 대해 좌우 방향으로 힘을 가하게 되므로 요축(250)을 중심으로 하는 회전운동이 발생하게 된다.

조종부(210)에서 슬롯(252)에 삽입되는 부분에는 마찰저감을 위하여 원통 베어링(240)을 결합할 수 있다.

도 10은 피치(pitch)축 회전기구를 나타낸 것으로서, 소정 폭을 가지며 길이방향을 따라 관통된 슬롯(272)을 구비하는 제2 곡면가이드(271), 제2 곡면가이드(271)의 양단에 구비된 피치축(270), 피치축(270)을 통해 제2 곡면가이드(271)의 일단에 결합된 피치축기어(274), 피치축기어(274)와 치합하는 구동기어(275), 구동기어(275)에 축결합된 액츄에이터(276), 피치축(270)을 통해 제2 곡면가이드(271)의 타단에 결합된 회전각센서(277)를 포함한다.

액츄에이터(276)는 조종부(210)로 햅틱 피드백을 제공하기 위한 것이고, 회전각센서(277)는 피치축(270)의 회전각정보를 검출하기 위한 것이다.

회전각센서(277)는 제2 곡면가이드(271)의 타단에서 피치축(270)에 결합될 수도 있고, 액츄에이터(276)의 반대쪽에서 구동기어(275)에 축결합할 수도 있다.

피치축기어(274), 액츄에이터(276), 구동기어(275), 회전각센서(277) 등은 병진이동부(120)에 대해 그 위치가 고정되는 것이 바람직하다.

제2 곡면가이드(271)는 곡면 또는 구면일 수 있다. 제2 곡면가이드(271)의 슬롯(272)에는 조종부(210)가 삽입되며, 따라서 유니버셜조인트(220)와 롤축(230)은 제2 곡면가이드(251)의 내측에 위치하게 된다.

피치축(230)의 회전 중심은 유니버셜 조인트(220)의 중심과 일치하는 것이 바람직하다.

슬롯(272)은 제2 곡면가이드(271)의 일단에서 타단에 이르는 방향으로 형성되며, 따라서 슬롯(272)을 관통하는 조종부(210)를 좌우 방향으로 이동시키면 피치축(270)을 중심으로 하는 회전운동은 발생하지 않으며, 조종부(210)를 상하 방향으로 이동시키면 조종부(210)가 제2 곡면가이드(271)에 대해 상하 방향으로 힘을 가하게 되므로 피치축(270)을 중심으로 하는 회전운동이 발생하게 된다.

도 11은 전술한 롤(roll)축 회전기구, 요(yaw)축 회전기구, 및 피치(pitch)축 회전기구를 모두 조립한 모습을 나타낸 것으로서, 피치축 회전기구의 제2 곡면가이드(271)를 요축 회전기구의 제1 곡면가이드(251)의 바깥쪽에 배치한 상태를 나타내고 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 제2 곡면가이드(271)가 제1 곡면가이드(251)의 내측에 위치할 수도 있다.

이러한 상태에서 사용자는 조종부(210)를 파지하여 회전운동기구(200)를 롤, 요, 및/또 피치 회전운동을 시키거나 병진이동부(120)를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.

또한 사용자의 보다 용이한 조작을 위해서는 도 3에 나타낸 바와 같이 조종부(210)에 적절한 직경의 손잡이(290)를 추가로 결합할 수도 있다. 이때 손잡이(290)가 헛돌지 않기 위해서는 손잡이(290)는 조종부(210)에 고정되어야 한다.

또한 손잡이(290)의 주변에는 추가적인 명령을 입력할 수 있는 버튼, 스위치 등의 입력부(282)를 설치할 수 있다. 이때 손잡이(290)가 축회전하더라도 입력부(282)는 일정한 위치를 유지하는 것이 바람직하며 이를 위해서는 도 12에 나타낸 바와 같이 손잡이(290)의 후단에 회전하지 않는 통 형상의 연결부(280)를 결합할 수 있다.

상기 연결부(280)는 후단에 제2 곡면가이드(271)가 삽입되는 결합홈(285)이 형성되며, 제2 곡면가이드(271)를 따라 이동할 수 있게 설치된다. 또한 손잡이(290)와 조종부(210)는 연결부(280)의 내부를 통과하도록 설치된다.

따라서 사용자가 손잡이(290)를 축회전시키더라도 연결부(280)는 제2 곡면가이드(271)에 걸려서 회전하지 않게 된다. 이러한 연결부(282)에 전술한 입력부(282)를 설치하면 사용자가 손잡이(290)를 회전시키더라도 입력부(282)의 위치는 그대로 유지된다.

본 발명의 제1 실시예에서는 손잡이(290)가 막대 형상을 가지며, 이러한 형상의 손잡이(290)는 사용자가 손가락 끝으로 파지하여 정밀하게 조종할 수 있는 이점이 있다. 또한 손잡이(290)를 손바닥으로 말아 쥐면 엄지손가락이나 검지 손가락을 이용해서 입력부(282)를 조작할 수 있다.

한편 원격 조종 장치(10)에 사용되는 회전운동기구(200)는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 살펴본다.

도 13은 제2 실시예에 따른 회전운동기구(300)를 나타낸 것으로서, 제2 실시예에 따른 회전운동기구(300)도 롤(roll)축 회전기구, 요(yaw)축 회전기구, 피치(pitch)축 회전기구를 포함하며, 따라서 도 14에 나타낸 바와 같이 롤, 요, 및/또는 피치 운동을 할 수 있다.

도 15는 제2 실시예에 따른 회전운동기구(300)에서 롤축 회전기구와 피치축 회전기구가 결합된 모습을 나타낸 것이다.

롤축 회전기구는 선단부가 병진이동부(120)에 고정되는 롤축 풀리(340), 롤축 풀리(340)에 회전 가능하게 결합된 지지프레임(390), 지지프레임(390)에 결합된 조종부(310)를 포함한다.

지지프레임(390)의 일측에는 액츄에이터(344)와 액츄에이터(344)에 축결합된 구동풀리(342)가 설치되고, 지지프레임(390)의 타측에는 센서풀리(346)와 센서풀리(346)에 축결합된 회전각센서(348)가 설치된다. 이때 센서풀리(346)를 생략하고 회전각센서(348)를 구동풀리(342)에서 액츄에이터(344)의 반대쪽에 설치할 수도 있다.

도면에는 나타내지 않았지만, 롤축 풀리(340)와 구동풀리(342)는 와이어에 의해 연결되고, 롤축 풀리(340)와 센서풀리(346)도 와이어에 의해 연결된다.

따라서 사용자가 조종부(310)를 잡고 롤축을 중심으로 회전시키면, 롤축 풀리(340)가 병진이동부(120)에 고정된 상태에서 지지프레임(390)이 롤축 풀리(340)를 중심으로 회전운동을 하게 된다. 이 과정에서 센서풀리(346)가 회전하므로 회전각센서(348)를 이용하여 롤축 풀리(340)의 회전각을 검출할 수 있다.

또한 액츄에이터(344)가 구동풀리(340)를 소정 방향으로 회전시키면 구동풀리(342)에 연결된 롤축 풀리(340)가 회전하게 되고, 사용자는 조종부(310)를 통해 반력을 체감할 수 있다.

피치축 회전기구는, C형 피치축 풀리(320), 지지프레임(390)에 설치되어 피치축 풀리(320)의 주변을 이동 가능하게 지지하는 다수의 롤러(329), 지지프레임(390)의 하단에 결합된 구동풀리(322), 구동풀리(322)의 일측에 결합된 액츄에이터(324), 구동풀리(324)의 타측에 결합된 회전각센서(326)를 포함한다. 회전각센서(326)와 액츄에이터(324)를 모두 구동풀리(322)에 결합하지 않고 병진운동기구와의 간섭을 고려하여 별도로 배치할 수도 있다.

다수의 롤러(329)는 도 16에 나타낸 바와 같이 피치축 풀리(320)의 회전궤적을 따라 설치된다.

C형 피치축 풀리(320)의 곡률 중심이 피치축이며, 이러한 C형 피치축 풀리(320)를 이용하면 피치축 풀리(320)의 상단과 하단 사이에 요축(360)을 통해 막대형의 조종부(310)를 장착함으로써 사용자의 손이 충분히 들어 갈수 있는 D형 손잡이를 구현할 수 있다. D형 손잡이는 강력한 그립이 가능한 유형이다.

피치축 풀리(320)와 구동풀리(324)는 와이어에 의해 연결되며, 예를 들어 일단이 피치축 풀리(320)에 고정된 와이어를 구동풀리(324)에 한번 이상 감은 이후에 타단을 다시 피치축 풀리(320)에 고정할 수 있다.

이러한 상태에서 사용자가 조종부(310)를 잡고 피치축을 중심으로 회전시키면, 피치축 풀리(320)가 롤러(329)를 따라 회전운동을 하게 된다. 이 과정에서 구동풀리(322)가 회전하므로 회전각센서(326)를 이용하여 피치축 풀리(320)의 회전각을 검출할 수 있다.

또한 액츄에이터(324)가 구동풀리(320)를 소정 방향으로 회전시키면 구동풀리(322)에 연결된 피치축 풀리(320)가 회전하게 되고, 사용자는 조종부(310)를 통해 반력을 체감할 수 있다.

요축 회전기구는, 도 17(a)에 나타낸 바와 같이, C형 피치축 풀리(320)의 하단에 결합된 요축(yaw axis)(360), 요축(360)에 결합된 요축풀리(362), 요축풀리(362)의 일측에 배치된 구동풀리(364), 구동풀리(364)에 축결합된 액츄에이터(366), 요축풀리(362)에 축결합된 회전각센서(368)을 포함한다.

제2 실시예에 따른 회전운동기구(300)에서 요축 회전기구는 피치축 풀리(320)에 대해 요축(360)을 중심으로 회전운동을 한다.

요축풀리(362)와 구동풀리(364)는 와이어에 의해 연결된다. 요축풀리(362)와 구동풀리(364)를 연결하는 와이어는 일단이 피치축 풀리(320)에 고정된 상태에서 요축풀리(362)를 돌아서 구동풀리(364)를 1회 이상 감고 다시 요축풀리(362)를 거쳐 타단이 피치축 풀리(320)에 고정되는 것이 바람직하다.

그래야만 사용자가 조종부(320)를 요축(360)을 중심으로 회전시켰을 때 회전각센서(368)를 통해 피치축 풀리(320)에 대한 회전각을 검출할 수 있고, 액츄에이터(366)를 이용하여 요축(360)을 중심으로 하는 회전 반력을 생성할 수 있기 때문이다.

도 17(b)는 요축 회전기구의 변형 예를 나타낸 것으로서, C형 피치축 풀리(320)의 하단에 고정된 요축풀리(362), 요축풀리(362)의 일측에 배치된 구동풀리(364), 구동풀리(364)의 일측에 축결합된 액츄에이터(366), 구동풀리(364)의 타측에 축결합된 회전각센서(368)를 포함한다.

요축풀리(362)가 피치축 풀리(320)에 고정된 경우에는 와이어의 일단을 요축풀리(362)에 고정한 상태에서 구동풀리(364)를 1회 이상 감은 후에 그 타단을 요축풀리(362)에 고정시키면 된다.

이렇게 하면 사용자가 조종부(310)를 잡고 요축을 중심으로 회전시키면 구동풀리(364)가 회전하므로 회전각센서(368)를 통해 회전각을 검출할 수 있고, 액츄에이터(366)가 구동풀리(364)를 소정 방향으로 회전시키면 이에 따라 조종부(310)가 회전하면서 사용자가 반력을 체감할 수 있게 된다.

한편 도 17(a),(b)에 나타낸 요축(360), 요축풀리(362), 구동풀리(364), 액츄에이터(366), 회전각센서(368) 등은 적어도 일부가 조종부(310)의 내부에 설치될 수 있다. 이때 추가 기능을 위하여 조종부(310)에 버튼, 스위치 등의 입력부를 설치할 수도 있고, 추가 자유도를 부여하기 위한 수단을 조종부(310)에 설치할 수도 있다.

이상에서 설명한 제2 실시예에 따른 회전운동기구(200)에서는 롤축 풀리(340)의 회전 중심선과 요축(360)의 중심선은 모두 피치축 풀리(340)의 회전 중심을 지나도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 18은 제3 실시예에 따른 회전운동기구(400)를 나타낸 것으로서, 전술한 실시예와 마찬가지로 롤축, 피치축, 요축 을 중심으로 회전하는 3 자유도 구성을 갖는다.

구체적으로 살펴보면, 제3 실시예에 따른 회전운동기구(400)는 병진이동부(120)에 롤축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 롤축 회전부(420), 롤축 회전부(420)에 피치축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 피치축 회전부(430), 피치축 회전부(430)에 요축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 조종부(410)를 포함한다.

롤축 회전부(420)는 롤축을 통해 병진이동부(120)에 회전 가능하게 결합되는 제1 부재(421)와, 제1 부재(421)의 일단에서 구부러져 피치축과 직교하는 방향으로 연장된 제2 부재(422)를 포함한다.

피치축 회전부(430)는 피치축을 통해 롤축 회전부(420)의 제2 부재(422)에 회전 가능하게 결합되는 제3 부재(431), 제3 부재(431)의 일단에서 구부러져 요축과 직교하는 방향으로 연장된 제4 부재(432)를 포함한다.

제4 부재(432)에는 요축을 통해 조종부(410)가 결합된다.

제3 실시예에 따른 회전운동기구(400)에서 롤축 회전부(420)의 회전중심, 피치축 회전부(430)의 회전중심, 및 조종부(410)의 회전중심은 한 점을 지나도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 도면에는 나타내지는 않았지만, 전술한 실시예와 마찬가지로 각 회전축에는 회전각센서, 액츄에이터 등이 직접 장착되거나, 와이어, 벨트, 기어, 체인 등을 통해 간접적으로 결합될 수 있다.

도 19에 나타낸 회전운동기구(400a)는 제3 실시예에 따른 회전운동기구(400)의 변형 예로서, 권총 형태의 조종부(410a)가 장착된 점에서 도 18과 차이가 있다.

한편 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 조종장치(100)에서는 도 6의 개념도에 나타낸 바와 같이 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 후단(지지프레임쪽 단부)에 병진이동부(120)를 연결하였으며, 이로 인해 병진이동부(120)가 평행링크(130a,130b,130c)보다 내측에 위치한다.

그러나 즉 도 20의 개념도에 나타낸 바와 같이 이와 반대로 구성할 수도 있다. 즉, 제1 내지 제3 평행링크(130a,130b,130c)의 각 선단을 병진이동부(120)에 연결하고, 각 후단을 각각 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)의 직선이동부(113)에 결합할 수도 있다. 이렇게 하면 병진이동부(120)가 평행링크(130a,130b,130c) 보다 바깥쪽에 위치하므로 전후 방향의 조종거리가 길어지는 단점은 있으나 여전히 제1 내지 제3 직선가이드(110a,110b,110c)의 내측에서 조종이 가능하므로 조종공간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 도 21을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 조종 장치(30)를 설명한다.

제2 실시예에 따른 원격 조종 장치(30)는 병진운동기구(500)와 회전운동기구(400)를 포함하며, 병진운동기구(500)는 지지프레임(502)과 병진이동부(520)를 연결하는 제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)을 포함하고, 회전운동기구(400)는 병진이동부(520)에 결합된다.

지지프레임(502)의 하단에는 바닥에 거치되는 베이스(501)가 결합될 수 있다.

병진운동기구(500)의 제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)은 각각 제1 링크(511)와 제2 링크(512)를 포함한다. 각 제1 링크(511)의 일단은 지지프레임(502)에 회전 가능하게 결합되고 타단은 제2 링크(512)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 각 제2 링크(512)의 타단은 병진이동부(520)에 회전 가능하게 된다. 특히 제2 링크(512)의 일단과 타단은 각각 2 자유도를 갖는 회전연결부(513)에 의해 제1링크(511)와 병진이동부(520)에 결합된다.

제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)에서 제1 링크(511) 또는 제2 링크(512)의 단부에 구비된 회전연결부에는 하중보상스프링이 설치될 수 있다. 또한 각 회전연결부의 회전축에는 회전각 측정을 위한 회전각센서 및/또는 반력 생성을 위한 액츄에이터가 설치될 수 있다.

한편 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 조종 장치(30)에서는 병진이동부(520)가 제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)의 내측에 위치하는 것이 바람직하다. 그래야만 종래의 조종장치에 비해 사용공간을 줄이는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

이를 위해서는, 제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)의 제1 링크(511)는 각각 지지프레임(502)의 전방을 향해 연장되고, 제2 링크(512)는 제1 링크(511)의 선단에서 다시 지지프레임(502)을 향하는 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

따라서 각 제2 링크(512)의 내측 단부에 병진이동부(520)을 연결하면, 병진이동부(520)가 제1 내지 제3 링크암(510a,510b,510c)에 의해 둘러싸인 내측 공간에 위치하게 된다.

제2 실시예에 따른 원격 조종 장치(30)에서도 병진이동부(520)의 위치추정을 위한 위치검출수단을 설치할 수 있다. 위치검출수단은 제1 링크(511) 또는 제2 링크(512)의 단부에 구비된 회전연결부에 설치된 회전각센서일 수 있다.

회전운동기구(400)는 도 18과 관련하여 설명한 바와 동일하므로 설명을 생략한다. 이러한 회전운동기구(400)는 앞서 설명한 다른 유형의 회전운동기구(200,300,400a)로 대체될 수 있음은 물론이다.

도 22는 제2 실시예에 따른 원격 조종 장치(30)의 다양한 동작을 나타낸 도면이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 구체적인 적용 과정에서 다양하게 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다.

일 예로서, 전술한 실시예에서는 원격조종장치(10,30)에 병진운동기구(100,500)와 회전운동기구(200,300,400)가 모두 포함되는 것으로 설명하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 병진운동기구(100,500)만 포함될 수도 있다.

다른 예로서, 전술한 병진운동기구(100,500)는 3개의 평행링크(130a,130b,130c) 또는 3개의 링크암(510a,510b,510c)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 4개 이상의 평행링크 또는 링크암을 포함할 수도 있다.

또한 다른 예로서, 전술한 회전운동기구(200,300,400)는 모두 3축 회전기구를 포함하는데. 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로 1축 또는 2축 회전기구만을 포함하거나 더 많은 회전축을 포함할 수도 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 동력의 전달이나 회전력의 전달을 위해 기어, 풀리, 와이어 등을 사용하는 것으로 설명하였으나, 동력전달수단 또는 회전력전달수단은 이에 한정되지 않고 벨트, 체인 등과 같은 다른 유형이 선택적으로 사용될 수도 있다.

또한 전술한 병진운동기구(100,500)의 설치자세는 도면에 나타낸 것에 한정되지 않으며, 설치 환경, 사용자의 의도, 동작 범위 등에 따라 설치방향이나 설치각도가 다양하게 변형될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 다양하게 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

10, 30: 원격 조종 장치 100: 병진운동기구 101: 베이스
102: 지지프레임 110a, 110b, 110c: 제1, 제2, 제3 직선가이드
111: 가이드프레임 112: 가이드레일 113: 직선이동부
115, 116: 풀리 118: 액츄에이터 120: 병진이동부
130a, 130b, 130c: 제1, 제2, 제3 평행링크
140a, 140b, 140c: 제1, 제2, 제3 회전연결부
141: 연결블록 142: 축결합부 143: 제1 회전축
145: 제2 회전축 147: 하중보상스프링 200: 회전운동기구
210: 조종부 220: 유니버셜조인트 230: 롤(roll) 축
231: 롤축기어 233: 액츄에이터 234: 구동기어
236: 회전각센서 237: 센서기어 240: 원통베어링
250: 요(yaw) 축 251: 제1 곡면가이드 252: 슬롯
254: 요축기어 255: 구동기어 256: 액츄에이터
257: 회전각센서 270: 피치(pitch) 축 271: 제2 곡면가이드
272: 슬롯 274: 피치축기어 275: 구동기어
276: 액츄에이터 277: 회전각센서 280: 연결부
282: 입력부 285: 결합홈 290: 손잡이
300: 회전운동기구 310: 조종부 320: 피치축 풀리
322: 구동풀리 324: 액츄에이터 326: 회전각센서
329: 롤러 340: 롤축 풀리 342: 구동풀리
344: 액츄에이터 346: 센서풀리 348: 회전각센서
360: 요(yaw) 축 362: 요축 풀리 364: 구동풀리
366: 액츄에이터 368: 회전각센서 390: 지지프레임
400: 회전운동기구 410: 조종부 420: 롤축 회전부
421: 제1 부재 422: 제2 부재 430: 피치축 회전부
431: 제3 부재 432: 제4 부재 500: 원격 조종 장치
501: 베이스 502: 지지프레임 510a, 510b, 510c: 제1, 제2, 제3 링크암
511: 제1 링크 512: 제2링크 513: 회전연결부
520: 병진이동부

Claims (16)

1. 지지프레임;
   상기 지지프레임에 결합되고, 각각 가이드수단과 상기 가이드수단에 결합된 직선이동부를 포함하는 3개 이상의 직선 가이드;
   상기 3개 이상의 직선 가이드에 둘러싸인 내측 공간에 위치하는 병진이동부;
   상기 병진이동부와 상기 직선이동부를 각각 연결하는 것으로서, 상기 병진이동부와 상기 직선이동부에 대해 각각 2 자유도로 결합된 3개 이상의 평행링크;
   상기 병진이동부의 위치를 산출하기 위한 위치검출수단;
   병진이동부에 결합된 조종부
   를 포함하는 원격 조종 장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 직선 가이드는, 상기 가이드수단을 지지하는 가이드프레임과, 상기 가이드수단의 일단과 타단에 각각 설치되고, 와이어를 통해 상기 직선이동부와 연결된 제1 풀리와 제2 풀리를 포함하고,
   상기 위치검출수단은 상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리 중에서 적어도 하나에 설치된 회전각센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 풀리 또는 상기 제2 풀리에는 반력 제공을 위하여 상기 직선이동부를 이동시키는 액츄에이터가 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
4. 제1항에 있어서,
   상기 직선이동부는 볼스크류의 너트에 결합되고, 상기 볼스크류의 단부에는 회전각센서와 반력제공을 위하여 상기 직선이동부를 이동시키는 액츄에이터 중에서 적어도 하나가 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
5. 제1항에 있어서,
   상기 직선이동부는 상기 평행링크의 선단에 결합되고 상기 병진이동부는 상기 평행링크의 후단에 결합되며, 상기 병진이동부가 상기 평행링크보다 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
6. 제1항에 있어서,
   상기 직선이동부는 상기 평행링크의 후단에 결합되고 상기 병진이동부는 상기 평행링크의 선단에 결합되며, 상기 병진이동부가 상기 평행링크보다 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
7. 제1항에 있어서,
   상기 평행링크와 상기 병진이동부를 연결하는 회전연결부와 상기 평행링크와 상기 직선이동부를 연결하는 회전연결부 중에서 적어도 하나에는 하중보상스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
8. 지지프레임;
   상기 지지프레임에 결합되는 것으로서, 일단이 상기 지지프레임에 대해 1 자유도로 결합되고 상기 지지프레임의 전방으로 연장된 제1 링크와, 상기 제1 링크의 타단에 대해 2 자유도로 결합되고 상기 지지프레임을 향해 연장된 제2 링크를 각각 포함하는 3 개 이상의 링크 암;
   상기 3개 이상의 링크 암에 둘러싸인 내측 공간에 위치하며, 상기 제2 링크의 내측 단부에 2 자유도로 결합된 병진이동부;
   상기 병진이동부의 위치를 산출하기 위한 위치검출수단;
   병진이동부에 결합된 조종부
   를 포함하는 원격 조종 장치
9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
   상기 병진이동부에는 롤축, 피치축, 요축 중에서 적어도 하나를 중심으로 회전운동을 하는 회전운동기구가 결합되고, 상기 조종부는 상기 회전운동기구에 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
10. 제9항에 있어서, 상기 회전운동기구는,
    일단은 상기 병진이동부에 회전 가능하게 결합되고 타단은 유니버셜 조인트를 통해 상기 조종부에 결합되는 롤(roll)축과, 상기 롤축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 롤축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구;
    상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 요(yaw)축과, 상기 요축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제1 곡면가이드와, 상기 요축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 요축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 요축 회전기구;
    상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 피치(pitch)축과, 상기 피치축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제2 곡면가이드와, 상기 피치축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 피치축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
11. 제10항에 있어서,
    상기 조종부의 주변에는 손잡이가 결합되고, 상기 손잡이에는 사용자 조작을 위한 입력부가 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
12. 제9항에 있어서, 상기 회전운동기구는,
    일단이 상기 병진이동부에 고정된 롤축풀리와, 상기 롤축풀리의 타단에 회전 가능하게 결합된 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 롤축풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 롤축풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구;
    상기 지지프레임에 피치축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 C형 피치축 풀리와, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 C형 피치축 풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 C형 피치축 풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구
    를 포함하고, 상기 조종부는 요축을 통해 상기 C형 피치축 풀리에 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
13. 제9항에 있어서, 상기 회전운동기구는,
    롤축을 통해 상기 병진이동부에 회전 가능하게 결합된 제1 부재와, 상기 제1 부재에서 피치축과 직교하는 방향으로 연장된 제2 부재를 포함하는 롤축 회전부;
    피치축을 통해 상기 제2 부재에 회전 가능하게 결합된 제3 부재와, 상기 제3 부재에서 요축과 직교하는 방향으로 연장된 제4 부재를 포함하는 피치축 회전부
    를 포함하며, 상기 조종부는 요축을 통해 상기 제4 부재에 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 원격 조종 장치
14. 병진운동과 회전운동을 이용하여 제어명령을 생성하는 원격 조종 장치에 사용되는 회전운동기구에 있어서,
    일단은 병진운동기구의 병진이동부에 회전 가능하게 결합되고 타단은 유니버셜 조인트를 통해 조종부에 결합되는 롤(roll)축과, 상기 롤축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 롤축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구;
    상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 요(yaw)축과, 상기 요축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제1 곡면가이드와, 상기 요축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 요축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 요축 회전기구;
    상기 유니버셜 조인트의 중심과 일치하는 피치(pitch)축과, 상기 피치축을 중심으로 회전하는 것으로서 상기 조종부가 통과하는 슬롯이 길이 방향으로 형성된 제2 곡면가이드와, 상기 피치축의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 반력제공을 위하여 상기 피치축을 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구
    를 포함하는 회전 운동 기구
15. 병진운동과 회전운동을 이용하여 제어명령을 생성하는 원격 조종 장치에 사용되는 회전운동기구에 있어서,
    일단이 병진운동기구의 병진이동부에 고정된 롤축풀리와, 상기 롤축풀리의 타단에 회전 가능하게 결합된 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 롤축풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 롤축풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 롤축 회전기구;
    상기 지지프레임에 피치축을 중심으로 회전 가능하게 결합된 C형 피치축 풀리와, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 C형 피치축 풀리의 회전량을 검출하는 회전각센서와, 상기 지지프레임에 결합되어 반력제공을 위하여 상기 C형 피치축 풀리를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 피치축 회전기구
    를 포함하고, 사용자가 파지하는 조종부는 상기 C형 피치축 풀리에 요축을 통해 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 회전 운동 기구
16. 병진운동과 회전운동을 이용하여 제어명령을 생성하는 원격 조종 장치에 사용되는 회전운동기구에 있어서,
    롤축을 통해 병진운동기구의 병진이동부에 회전 가능하게 결합된 제1 부재와, 상기 제1 부재에서 피치축과 직교하는 방향으로 연장된 제2 부재를 포함하는 롤축 회전부;
    피치축을 통해 상기 제2 부재에 회전 가능하게 결합된 제3 부재와, 상기 제3 부재에서 요축과 직교하는 방향으로 연장된 제4 부재를 포함하는 피치축 회전부
    를 포함하며, 사용자가 파지하는 조종부가 요축을 통해 상기 제4 부재에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 회전 운동 기구

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