KR101038473B1

KR101038473B1 - Cable-driven Manipulator

Info

Publication number: KR101038473B1
Application number: KR1020080112545A
Authority: KR
Inventors: 이종광; 최창환; 윤광호; 이효직; 박병석; 윤지섭
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사; 한국원자력연구원
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: DE602008004415D1; KR20090059033A

Abstract

본 발명은 케이블 구동 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 특히 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는 구동모터 및 상기 구동모터와 연동하는 풀리가 구비된 작동부와, 상기 작동부에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암과, 상기 어퍼암의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암과, 상기 포어암에 결합된 말단장치와, 상기 작동부에 구비된 풀리에 권취되어 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이가 상기 포어암의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 어퍼암과 상기 포어암 사이에 설치된 케이블보상장치를 포함하여 구성됨으로써, 상기 포어암의 회동시에 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이 변화에 따른 장력의 변화나 말단장치의 의도하지 않은 동작을 방지하고 상기 말단장치의 정밀한 위치제어가 가능하게 하는 이점이 있다.The present invention relates to a cable drive manipulator, and in particular, the cable drive manipulator according to the present invention includes an operating unit having a drive motor and a pulley cooperating with the drive motor, an upper arm jointly coupled to one side of the operating unit, and The length of the forearm is jointed to the other side of the upper arm, the fore arm pivoting, the end device coupled to the fore arm, and the length of the cable wound around the pulley provided in the operation unit to operate the end device And a cable compensator provided between the upper arm and the forearm so as to be kept constant during rotation, so that the tension of the end device or the change of tension according to the change in the length of the cable for activating the end device when the forearm rotates. There is an advantage to prevent inadvertent operation and to enable precise positioning of the end device. .

매니퓰레이터, 어퍼암, 포어암, 작동부, 말단장치, 그리퍼, 핸들, 케이블보상장치 Manipulator, Upper Arm, Fore Arm, Actuator, End Device, Gripper, Handle, Cable Compensator

Description

Cable-driven Manipulators

본 발명은 케이블 구동 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동부에 구비된 풀리에 권취되어 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이가 포어암의 회동시에 일정하게 유지되도록 어퍼암과 포어암 사이에 설치된 케이블보상장치를 포함하여 구성됨으로써, 상기 포어암의 회동시에 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이 변화에 따른 장력의 변화나 말단장치의 의도하지 않은 동작을 방지하고 상기 말단장치의 정밀한 위치제어를 가능하게 하는 케이블 구동 매니퓰레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a cable drive manipulator, and more particularly, a cable installed between the upper arm and the forearm so that the length of the cable wound around the pulley provided in the operating unit to operate the end device is kept constant during rotation of the forearm. Comprising a compensation device, it is possible to prevent the unintentional operation of the end device and the change of tension caused by the change in the length of the cable to operate the end device when the forearm is rotated, enabling precise position control of the end device It relates to a cable drive manipulator.

일반적으로 매니퓰레이터는 작업자가 직접 그 자리에서 작업을 하는 것이 곤란한 장소에서의 작업, 즉 에너지기기 등의 협애부의 보수작업 등에 적합하다. 매니퓰레이터의 치수(길이, 굵기, 크기 등)는 작업내용, 작업영역에 따라 설계된다.In general, the manipulator is suitable for work in places where it is difficult for an operator to work on the spot, that is, for maintenance work of the narrowing part such as energy equipment. Manipulator dimensions (length, thickness, size, etc.) are designed according to work content and work area.

매니퓰레이터(manipulator)를 비롯하여 로봇, 메카트로 기기에서는 액튜에이터(actuator)의 동력을 전달하는 동력 전달기구로서 케이블과 풀리에 의한 전달이 일반적으로 이용된다. In manipulators, robots and mechatronic devices, transmission by cables and pulleys is commonly used as a power transmission mechanism for transmitting the power of an actuator.

상기 케이블과 풀리에 의한 동력 전달기구에 있어서, 다회전의 동작 범위를 필요로 하는 경우, 통상은 풀리에 와이어를 권취하고, 마찰력에 의한 동력 전달을 행한다. 전달 토크를 크게 하기 위해서는 마찰력을 크게 하는 것이 필요하다.In the power transmission mechanism using the cable and the pulley, when a multi-rotation operating range is required, the wire is usually wound around the pulley to transmit power by the frictional force. In order to increase the transmission torque, it is necessary to increase the friction force.

방사선 환경에서 사용되는 힘반영(force-reflecting) 마스터-슬레이브 매니퓰레이터는 철심케이블(steel cable)이나 테이프(tape)와 같은 텐던(tendon)을 이용하여 동력을 전달하는 것이 일반적이다.Force-reflecting master-slave manipulators used in radiation environments typically use tendons, such as steel cables or tapes, to transfer power.

이는 기어에 의한 동력 전달시 발생되는 백래쉬(backlash)와 마찰을 크게 줄임으로써 역구동성(backdrivability)을 크게 증가시키고, 이에 따라 힘반영 특성을 크게 개선시킬 수 있기 때문이다. 또한 액튜에이터(actuator)를 조인트 또는 링크로부터 멀리 떨어뜨려 설치할 수 있으므로 매니퓰레이터 암의 무게 또는 관성을 줄일 수 있어, 적은 용량의 액튜에이터를 사용하는 것이 가능하고 이에 따라 시스템의 동적 성능을 개선할 수 있다.This is because the backdrivability can be greatly increased by greatly reducing the backlash and friction generated when the power is transmitted by the gear, and thus the force reflection characteristic can be greatly improved. Actuators can also be installed away from joints or links, reducing the weight or inertia of the manipulator arms, enabling the use of smaller capacity actuators, thereby improving the dynamic performance of the system.

도 1은 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 도이고, 도 2a는 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터의 슬레이브의 말단장치인 그리퍼를 나타내는 도이고, 도 2b는 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터의 마스터의 말단장치인 핸들을 나타내는 도이고, 도 3a는 종래기술에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 포어암이 중립위치에 있을 때 어퍼암과 포어암에 권취된 케이블의 상태를 나타내는 도이고, 도 3b는 종래기술에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 포어암의 회동시에 어퍼암과 포어암에 권취된 케이블의 상태를 나타내는 도이다.1 is a view showing a typical cable drive manipulator, Figure 2a is a view showing a gripper that is the end device of the slave of the general cable drive manipulator, Figure 2b is a view showing a handle that is the end device of the master of the general cable drive manipulator, Figure 3a is a view showing the state of the cable wound on the upper arm and the forearm when the forearm of the cable drive manipulator according to the prior art in the neutral position, Figure 3b is a turn of the forearm of the cable drive manipulator according to the prior art It is a figure which shows the state of the cable wound by the upper arm and the forearm at the same time.

도 1에서 도시한 바와 같이, 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터는 구동모터(actuator)(1a)와 상기 구동모터(1a)와 연동하는 베벨기어 및 풀리(1b)가 구비된 작동부(1)와, 상기 작동부(1)에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암(upper-arm)(2)과, 상기 어퍼암(2)의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암(fore-arm)(3)과, 말단장치(end-effector)로서 상기 포어암(3)에 조인트 결합된 그리퍼(gripper)(4)로 구성된다.As shown in FIG. 1, a general cable drive manipulator includes an actuator 1 including a drive motor 1a, a bevel gear and a pulley 1b interlocked with the drive motor 1a, and the operation. An upper arm 2 which one side is jointly coupled to the part 1 and rotates, a fore arm 3 which is jointly coupled to the other side of the upper arm 2 and rotates; It consists of a gripper 4 jointed to the forearm 3 as an end-effector.

케이블(5)은 회동되는 조인트 상에 결합된 풀리들의 안내를 통해 상기 구동모터(1a)로부터 상기 그리퍼(4)까지 연결된다.The cable 5 is connected from the drive motor 1a to the gripper 4 through the guidance of the pulleys coupled on the pivoted joint.

상기 어퍼암(2)과 포어암(3)에 내부를 통과하는 케이블(5)에 의해 상기 그리퍼(4)는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 그립(grip) 등의 운동을 하게 된다.The gripper 4 is connected to the upper arm 2 and the forearm 3 by a cable 5 passing through therein, such as a roll, a pitch, a yaw, a grip, or the like. You exercise.

도 2a에서 도시한 바와 같이, 상기 구동모터(1a)를 회전시켜 케이블(5)을 베벨기어의 축상에 고정된 풀리에 권취하는 경우에, 상기 그리퍼(4)에서 체인(4a)이 당겨지고 이에 따라 링크(4b)가 회전하여 그리퍼(4)가 오므라지도록 동작된다. 또한 상기 구동모터(1a)를 반대 방향으로 회전시키는 경우에 케이블(5)이 이완되고 상기 그리퍼(4)에 설치된 스프링(4c)의 복원력으로 그리퍼(4)가 펴지게 된다.As shown in FIG. 2A, when the drive motor 1a is rotated to wind the cable 5 in a pulley fixed on the axis of the bevel gear, the chain 4a is pulled from the gripper 4 and thus The link 4b is thus rotated so that the gripper 4 is closed. In addition, when the driving motor 1a is rotated in the opposite direction, the cable 5 is relaxed and the gripper 4 is unfolded by the restoring force of the spring 4c installed in the gripper 4.

한편 상기 그리퍼(4)는 케이블 구동 매니퓰레이터의 슬레이브에 사용되는 말단장치의 하나인데, 슬레이브와 그 구성이 동일한 마스터의 말단장치로는 도 2b의 핸들(8)이 사용될 수 있다. 상기 케이블(5)은 상기 핸들(8)의 일단(8')에 배치된 핸들풀리(8a)에 권취된 후 피벗(8b)을 거쳐 상기 핸들(8)의 타단(8")에 고정되는데, 상기 핸들(8) 역시 구동모터(1a)의 정역회전에 따른 케이블(5)의 긴장과 이완 에 따라 피벗(8b)을 중심으로 하여 스윙운동을 하게 된다.On the other hand, the gripper 4 is one of the end devices used for the slave of the cable drive manipulator, the handle 8 of Figure 2b may be used as the end device of the master having the same configuration as the slave. The cable 5 is wound on a handle pulley 8a disposed at one end 8 'of the handle 8 and then fixed to the other end 8 "of the handle 8 via a pivot 8b. The handle 8 also swings around the pivot 8b according to tension and relaxation of the cable 5 due to the forward and reverse rotation of the drive motor 1a.

상기 그리퍼(4)와 핸들(8)은 그 용도가 다르기는 하나, 이들은 모두 케이블(5)의 긴장과 이완에 따라 작동되는 케이블 구동 매니퓰레이터의 말단장치라는 점에서는 동일하다.The grippers 4 and the handles 8 have different uses, but they are the same in that they are both end devices of the cable drive manipulators that operate according to the tension and relaxation of the cable 5.

상기 어퍼암(upper-arm)(2)과 포어암(fore-arm)(3)의 조인트 결합된 상태를, 도 3a에 도시된 내용을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 다만 이하의 설명은, 말단장치로서 그리퍼(4)를 사용한 경우를 예로 하였으나, 핸들(8)이 말단장치로 사용된 경우도 동일하다는 것에 유의하여야 한다.The joint-coupled state of the upper-arm 2 and the fore-arm 3 will be described with reference to the contents shown in FIG. 3A. In the following description, the gripper 4 is used as the end device, but it should be noted that the handle 8 is the same as the end device.

상기 어퍼암(2)과 포어암(3)이 결합되는 엘보우 조인트(elbow joint)에는 제1풀리(6)와 케이블(5)을 지지하는 아이들(idle)풀리인 제2풀리(7)가 설치된다.A second pulley 7, which is an idle pulley for supporting the first pulley 6 and the cable 5, is installed at an elbow joint to which the upper arm 2 and the forearm 3 are coupled. do.

상기 케이블(5)의 일단(B)은 구동모터(1a)에 연결되고, 상기 케이블(5)의 타단(A)은 그리퍼(4)에 연결된다. 상기 작동부(1)에 설치된 구동모터(1a)와 연동하는 풀리의 회전에 의해 상기 케이블(5)이 감기면 B의 위치가 좌, 우로 이동하게 되고, 이러한 위치 변화가 상기 제1풀리(6)와 제2풀리(7)를 거쳐 A의 위치를 변화시키는데, 이를 통해 상기 그리퍼(4)가 개폐된다.One end (B) of the cable (5) is connected to the drive motor (1a), the other end (A) of the cable (5) is connected to the gripper (4). When the cable 5 is wound by the rotation of the pulley interlocked with the driving motor 1a installed in the operating unit 1, the position of B is moved left and right, and this position change is caused by the first pulley 6 And the second pulley (7) to change the position of A, through which the gripper (4) is opened and closed.

그러나, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 단순히 상기 포어암(3)을 상/하방향으로 회동시키는 경우에도 상기 제1풀리(6)와 케이블(5)이 접촉하는 각도가 변화하게 되고, 이에 따라 전체 케이블(5)의 길이 변화가 발생되어 상기 그리퍼(4)가 개폐되는 바람직하지 않은 간섭(coupling)현상이 발생된다. However, as shown in FIG. 3B, even when the forearm 3 is simply rotated in the up / down direction, the angle between the contact between the first pulley 6 and the cable 5 is changed. The change in length of the entire cable 5 occurs, which leads to undesirable coupling phenomenon in which the gripper 4 is opened and closed.

예를 들면, 상기 포어암(3)을 소정각도(θ)만큼 반시계 방향으로 회전시킨 경우, 상기 B에서 A까지의 전체 케이블 길이가 기준위치 보다 상기 제1풀리(6)의 반경(r)×소정각도(θ)만큼 늘어나게 된다.For example, when the forearm 3 is rotated counterclockwise by a predetermined angle θ, the total cable length from B to A is the radius r of the first pulley 6 rather than the reference position. It extends by x predetermined angle (theta).

반대로, 상기 포어엄(3)을 시계방향으로 회전시키는 경우에는 전체 케이블 길이가 상기 제1풀리(6)의 반경(r)×소정각도(θ)만큼 줄어들게 된다.On the contrary, when the pore 3 is rotated in the clockwise direction, the total cable length is reduced by the radius r x the predetermined angle θ of the first pulley 6.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는 상기 제1풀리(6) 및 제2풀리(7)와 케이블 사이의 기하학적 특성에 의해 상기 어퍼암(2)의 회동시 의도하지 않았던 상기 그리퍼(4)의 개폐동작 또는 상기 핸들(8)의 스윙동작을 유발하는 간섭현상(motion coupling)이 일어날 수 있다. 특히 이러한 간섭현상은 상기 그리퍼(4)를 구동하는 케이블의 이완시에 파지하고 있는 물체가 낙하되거나 또는 반대로 과도한 인장력으로 인하여 파지된 물체가 손상될 수 있는 문제를 일으킬 수 있다.However, the cable drive manipulator according to the prior art as described above is not intended to grip the gripper during rotation of the upper arm 2 due to the geometric characteristics between the first pulley 6 and the second pulley 7 and the cable. Motion coupling may occur that causes the opening and closing operation of (4) or the swinging operation of the handle (8). In particular, such interference phenomenon may cause a problem that the gripped object may fall during loosening of the cable driving the gripper 4 or the gripped object may be damaged due to excessive tensile force.

본 발명은 구동모터와 상기 구동모터와 연동하는 감속기 및 풀리가 구비된 작동부와, 상기 작동부에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암과, 상기 어퍼암의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암과, 상기 포어암에 조인트 결합된 말단장치와, 상기 작동부에 구비된 풀리에 권취되어 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이가 상기 포어암의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 어퍼암과 상기 포어암 사이에 설치된 케이블보상장치를 포함하여 구성됨으로써, 상기 포어암의 회동시에 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이 변화에 따른 장력의 변화나 말단장치의 의도하지 않은 동작을 방지하고 상기 말단장치의 정밀한 위치제어가 가능하게 하는 이점이 있는 케이블 구동 매니퓰레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a driving motor and an operation unit having a reducer and a pulley interlocked with the driving motor, an upper arm jointly coupled to one side of the operating part by rotation, and a fore arm jointly coupled to the other side of the upper arm by rotation. And an end device jointly coupled to the forearm, and a length of a cable wound around a pulley provided in the operating part to operate the end device so that the length of the cable is maintained at the time of rotation of the forearm. By including a cable compensating device provided between the, to prevent the unintentional operation of the end device and the change of tension due to the change of the length of the cable to operate the end device when the forearm rotates, the precise position control of the end device It is an object of the present invention to provide a cable driven manipulator that has the advantage of being possible.

본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는, 구동모터 및 상기 구동모터와 연동하는 풀리가 구비된 작동부;와, 상기 작동부에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암;과, 상기 어퍼암의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암;과, 상기 포어암에 결합된 말단장치; 및 상기 작동부에 구비된 풀리에 권취되어 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이가 상기 포어암의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 어퍼암과 상기 포어암 사이에 설치된 케이블보상장치;를 포함하여 이루어진다.Cable drive manipulator according to the present invention, the drive motor and the operating unit having a pulley interlocking with the drive motor; and the upper arm is coupled to one side coupled to the operating portion to rotate; and the other side of the upper arm joint A fore arm coupled to rotate; and a terminal device coupled to the fore arm; And a cable compensating device installed between the upper arm and the forearm so that the length of the cable wound around the pulley provided in the operating unit to operate the end device is kept constant at the time of rotation of the forearm.

여기에서 상기 케이블보상장치는, 상기 어퍼암과 상기 포어암이 조인트 결합된 제1축 상에서 상기 어퍼암에 설치된 제1풀리;와, 상기 포어암과 연동되도록 상기 제1풀리에 일체로 설치된 제1회전체;와, 상기 제1회전체에서 상기 어퍼암의 길이방향으로 수평하게 소정간격 이격된 제3축 상에 설치된 제3풀리;와, 상기 제1회전체와 연동되도록 상기 제3풀리에 일체로 설치된 제2회전체; 및 상기 제1풀리와 상기 제3풀리 사이에 형성된 슬롯에 끼워져 상기 어퍼암의 길이방향을 따라 이동이 가능한 제2축 상에 설치되고, 상기 제1풀리 및 상기 제3풀리와 각각 별개의 케이블로 권취된 제2풀리;를 포함하고, 상기 제1,2,3풀리는 모두 동일한 반경을 가지도록 구성된다.The cable compensation device may include: a first pulley installed on the upper arm on a first shaft where the upper arm and the forearm are jointly coupled; and a first integrally installed on the first pulley so as to interlock with the forearm. And a third pulley installed on a third shaft spaced apart from each other horizontally by a predetermined distance in the longitudinal direction of the upper arm from the first rotatable body. A second rotating body installed with; And a second shaft which is inserted into a slot formed between the first pulley and the third pulley and is movable on a length direction of the upper arm, and which is separate from the first pulley and the third pulley, respectively. A wound second pulley; wherein the first, second and third pulleys are configured to have the same radius.

한편 상기 제1,2,3풀리의 회전중심은 일직선으로 배열될 수 있다.Meanwhile, the rotation centers of the first, second and third pulleys may be arranged in a straight line.

그리고 상기 제1회전체와 상기 제2회전체는 상기 제1,2회전체와 각각 피벗 연결된 링크에 의하여 연동되는데, 이때 상기 제1회전체가 그 일측이 상기 포어암에 결합되고 타측이 상기 제1축에 회동가능하게 결합된 플레이트로 형성되고, 상기 제2회전체는 상기 제3풀리가 결합된 상기 제3축에 회동가능하게 결합된 플레이트로 형성되며, 상기 링크는 상기 플레이트들에 각각 피벗 연결된다.The first rotating body and the second rotating body are interlocked by a link pivotally connected to the first and second rotating bodies, respectively, wherein one side of the first rotating body is coupled to the forearm and the other side is the first rotating body. It is formed of a plate rotatably coupled to one axis, The second rotating body is formed of a plate rotatably coupled to the third axis coupled to the third pulley, the link is pivoted to the plates, respectively Connected.

또한 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는, 상기 제1풀리가 설치된 상기 제1축 상에 설치된 제4풀리;와, 상기 제2풀리가 설치된 상기 제2축 상에 설치 된 제5풀리; 및 상기 작동부에 구비된 풀리로부터 연장되어 상기 제5풀리에 권취된 상기 케이블이 상기 어퍼암의 길이방향을 따라 수평을 유지하도록, 상기 어퍼암에 설치되는 적어도 하나 이상의 제6풀리;를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the cable drive manipulator according to the present invention, the fourth pulley is provided on the first shaft, the first pulley is installed; and the fifth pulley is installed on the second shaft is installed the second pulley; And at least one sixth pulley installed on the upper arm such that the cable wound from the pulley provided on the operation unit and the cable wound around the fifth pulley are horizontally aligned along the longitudinal direction of the upper arm. It is done by

여기에서, 상기 제5풀리는 상기 제4풀리와 상기 제5풀리의 회전중심을 지나는 가상선을 따라 이동하고, 상기 제6풀리는 상기 제5풀리에 권취된 상기 케이블의 양단이 상기 제4풀리의 회전중심과 상기 제5풀리의 회전중심을 지나는 상기 가상선과 평행하도록 배치되며, 상기 케이블은 상기 제5풀리에 n±1/2 회전(여기에서, n은 자연수)만큼 감긴다.Here, the fifth pulley is moved along an imaginary line passing through the center of rotation of the fourth pulley and the fifth pulley, and the sixth pulley is rotated at both ends of the cable wound around the fifth pulley. The cable is disposed parallel to the imaginary line passing through the center and the center of rotation of the fifth pulley, and the cable is wound around the fifth pulley by n ± 1/2 rotations, where n is a natural number.

이때 상기 제4,5풀리의 반경과 상기 제1,2,3풀리의 반경이 모두 동일하도록 구성되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the radius of the fourth, fifth pulley and the radius of the first, second, third pulley are configured to be the same.

그리고 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는, 상기 어퍼암의 외주면에 그 길이방향을 따라 상기 제2회전체로부터 소정간격 이격되어 상기 제1회전체와 연동하도록 링크 결합된 플레이트로 형성된 제3회전체가 더 구비될 수 있다.In addition, the cable drive manipulator according to the present invention, the third rotary body formed of a plate coupled to the outer circumferential surface of the upper arm along the length direction from the second rotating body by a predetermined distance from the second rotating body to be linked to the first rotating body It may be further provided.

한편 상기 말단장치는, 상기 포어암에 조인트 결합된 그리퍼이거나 또는 상기 포어암에 결합된 핸들일 수 있다.Meanwhile, the end device may be a gripper jointly coupled to the forearm or a handle coupled to the forearm.

본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는 포어암의 회동시에 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이 변화에 따른 장력의 변화나 말단장치의 의도하지 않은 동작을 방지하고 상기 말단장치의 정밀한 위치제어가 가능하게 하는 효과가 있다.The cable drive manipulator according to the present invention prevents the tension change or the unintended operation of the end device according to the change in the length of the cable for operating the end device during the rotation of the forearm and enables the precise position control of the end device. There is.

본 발명은 구동모터 및 상기 구동모터와 연동하는 풀리가 구비된 작동부와, 상기 작동부에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암과, 상기 어퍼암의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암과, 상기 포어암에 조인트 결합된 말단장치와, 상기 작동부에 구비된 풀리에 권취되어 상기 말단장치를 작동시키는 케이블의 길이가 상기 포어암의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 어퍼암과 상기 포어암 사이에 설치된 케이블보상장치를 포함하는 케이블 구동 매니퓰레이터을 제공한다.The present invention provides an operating unit having a drive motor and a pulley interlocking with the drive motor, an upper arm jointly coupled to one side of the operating unit by rotation, a fore arm jointly coupled to the other side of the upper arm, and rotated; An end device jointly coupled to the forearm, and a length of a cable wound around a pulley provided in the operating part to operate the end device so that the length of the cable is kept constant during rotation of the forearm. A cable driven manipulator including an installed cable compensator is provided.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only, and various modifications may be made without departing from the technical gist of the present invention.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 평면도이고, 도 5a는 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 케이블보 상장치의 작동을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 케이블보상장치의 작동을 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 6a 내지 도 6d는본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터에 구비된 제4풀리∼제6풀리의 다양한 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.Figure 4a is a perspective view showing a cable drive manipulator according to an embodiment of the present invention, Figure 4b is a plan view showing a cable drive manipulator according to an embodiment of the present invention, Figure 5a is a cable of a cable drive manipulator according to the present invention 5B and 5C are side views schematically showing the operation of the cable compensator of the cable drive manipulator according to the present invention, and FIGS. 6A to 6D are cable drive manipulators according to the present invention. It is a figure which shows schematically the various arrangement | positioning of the 4th-6th pulley with which.

도 4a 내지 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터는 구동모터(12) 및 상기 구동모터(12)와 연동하는 풀리(16)가 구비된 작동부(10)와, 상기 작동부(10)에 일측이 조인트 결합되어 회동하는 어퍼암(upper-arm)(20)과, 상기 어퍼암(20)의 타측에 조인트 결합되어 회동하는 포어암(fore-arm)(30)과, 상기 포어암(30)에 조인트 결합된 말단장치와, 상기 작동부(10)에 구비된 풀리(16)에 권취되어 상기 말단장치를 작동시키는 케이블(50)의 길이가 상기 포어암(30)의 회동시에 일정하게 유지되도록 상기 어퍼암(20)과 상기 포어암(30) 사이에 설치된 케이블보상장치(80)를 포함하여 구성된다. 그리고 필요한 경우, 상기 구동모터(12)와 풀리(16) 사이에는 감속기(14)가 설치될 수도 있다. 다만 본 발명의 목적에 명확히 나타난 바와 같이, 본 발명은 매니퓰레이터의 말단장치를 구동하는 케이블의 길이를 포어암의 회동시에도 일정하게 유지시키는 케이블보상장치에 주된 관심을 가지는 것이기 때문에, 본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명에서 매니퓰레이터의 어퍼암과 포어암의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 등의 운동을 위한 구동모터와 케이블에 관련된 구성들은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략되어 있음에 유의하여야 한다.As shown in FIGS. 4A to 6A, the cable drive manipulator according to the present invention includes an operation unit 10 having a drive motor 12 and a pulley 16 interlocked with the drive motor 12, and the operation. An upper arm 20 which one side is joint-joined and rotated to the part 10, a fore arm 30 that is joint-joined and rotated to the other side of the upper arm 20, An end device jointly coupled to the forearm 30 and a length of a cable 50 wound around the pulley 16 provided on the operation unit 10 to operate the end device is defined by the forearm 30. It is configured to include a cable compensation device 80 provided between the upper arm 20 and the forearm 30 to be kept constant during rotation. If necessary, the reducer 14 may be installed between the driving motor 12 and the pulley 16. However, as clearly shown in the object of the present invention, since the present invention is mainly concerned with a cable compensator for keeping the length of the cable driving the end device of the manipulator constant even during the rotation of the forearm, In the detailed description of the examples, the components related to the drive motor and the cable for the movement of the manipulator upper arm and the forearm roll, pitch, yaw, etc. are omitted so as not to obscure the gist of the present invention. It should be noted.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 말단장치의 일례로서 그리퍼(40)를 대상으로 하여 설명하고 있으나, 상기 말단장치로는 그리퍼(40) 뿐만 아니라, 앞서 종래기술에서 설명한 핸들(8)이 사용될 수 있음은 물론이다.In the preferred embodiment of the present invention, the gripper 40 is described as an example of the end device, but the handle 8 is not only the gripper 40 but also the above-described prior art. Of course, it can be used.

상기와 같이 구성된 케이블 구동 매니퓰레이터는, 상기 어퍼암(20) 및 포어암(30) 내부를 통과하는 케이블에 의해 상기 그리퍼(40)의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 및 그립(grip) 등의 운동을 위한 동력을 전달하고 있으며, 상기 어퍼암(20)과 상기 포어암(30) 사이에는 상기 그리퍼(40)의 동작을 위한 케이블(50)의 길이를 일정하게 유지시키는 케이블보상장치(80)가 구비됨으로써, 상기 포어암(30)의 회동시에 상기 그리퍼(40)를 작동시키는 케이블의 길이 변화에 따른 장력의 변화나 그리퍼(40)의 의도하지 않은 동작을 방지하고 상기 그리퍼(40)의 정밀한 위치제어가 가능하게 된다.The cable drive manipulator configured as described above includes a roll, pitch, yaw, and the like of the gripper 40 by a cable passing through the upper arm 20 and the forearm 30. It is transmitting power for the movement of the grip (grip), and the like between the upper arm 20 and the forearm 30 to maintain a constant length of the cable 50 for the operation of the gripper 40 The cable compensation device 80 is provided to prevent the unintentional operation of the gripper 40 or the change of tension caused by the change in the length of the cable for operating the gripper 40 when the forearm 30 rotates. Precise position control of the gripper 40 is possible.

여기에서, 상기 케이블보상장치(80)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 어퍼암(20)과 상기 포어암(30)이 조인트 결합된 제1축(89a) 상에서 상기 어퍼암(20)에 제1풀리(83)가 설치되고, 상기 포어암(30)과 연동되도록 상기 제1풀리(83)에 일체로 제1회전체(86a)가 설치되고, 상기 제1회전체(86a)에서 상기 어퍼암(20)의 길이방향으로 수평하게 소정간격 이격되어 상기 어퍼암(20)에 제3풀리(85)가 설치되고, 상기 제3풀리(85)에 제2회전체(86b)가 일체로 설치되되 상기 제2회전체(86b)와 상기 제1회전체(86a)는 상호 연동되도록 링크(88)로 각각 피벗 연결된다. 또한 상기 제1풀리(83)와 제3풀리(85) 사이에 형성된 슬롯(81a)에 끼워 져 상기 어퍼암(20)의 길이방향을 따라 이동이 가능한 제2축(89b) 상에 설치되어 좌/우로 이동이 가능하고, 상기 제1풀리(83) 및 제3풀리(85)와 각각 별개의 케이블로 권취되어 작동되는 제2풀리(84)가 배치된다. 이때 상기 제1회전체(86a)는 상기 포어암(30)에 고정되어 있고, 상기 포어암(30)의 회전과 동일한 각도로 회전하게 된다. 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)는 모두 동일한 반경을 가지며, 상기 풀리들(83)(84)(85)의 회전중심들은 일직선으로 배열될 수 있다.Here, the cable compensation device 80, as shown in Figures 5a and 5b, the upper arm on the first shaft (89a) in which the upper arm 20 and the forearm 30 are jointly coupled A first pulley 83 is installed at 20, a first rotating body 86a is integrally installed at the first pulley 83 so as to be interlocked with the forearm 30, and the first rotating body ( A third pulley 85 is installed on the upper arm 20 by a predetermined interval horizontally spaced in the longitudinal direction of the upper arm 20 at 86a, and a second rotating body 86b on the third pulley 85. ) Is integrally installed, but the second rotatable body 86b and the first rotatable body 86a are pivotally connected to the link 88 so as to interwork with each other. It is also installed on the second shaft (89b) is inserted into the slot (81a) formed between the first pulley (83) and the third pulley (85) and movable along the longitudinal direction of the upper arm (20). A second pulley 84, which is movable to the right and is wound and operated by a separate cable, is disposed with the first pulley 83 and the third pulley 85, respectively. At this time, the first rotating body 86a is fixed to the forearm 30 and rotates at the same angle as the rotation of the forearm 30. The first, second and third pulleys 83, 84 and 85 all have the same radius, and the rotation centers of the pulleys 83, 84 and 85 may be arranged in a straight line.

한편, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1회전체(86a)는 그 일측이 상기 포어암(30)에 결합되고 타측이 상기 제1축(89a)에 결합되어 연장된 플레이트로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2회전체(86b)는 상기 제3풀리(85)가 결합된 제3축(89c)에 회동되게 결합된 플레이트로 형성될 수 있다. 이때 상기 링크(88)는 상기 플레이트들에 각각 피벗 연결되어 이들을 연동시킨다.Meanwhile, as shown in FIG. 5C, the first rotatable body 86a may be formed as a plate extending from one side thereof to the forearm 30 and the other side thereof to the first shaft 89a. have. In addition, the second rotating body 86b may be formed as a plate pivotally coupled to the third shaft 89c to which the third pulley 85 is coupled. At this time, the link 88 is pivotally connected to the plates, respectively, to interlock them.

이상의 실시예에서, 상기 제1회전체(86a)와 상기 제2회전체(86b)는 링크(88)로 상호연결되어 연동하고 있으나, 이밖에 상기 제1회전체(86a)와 상기 제2회전체(86b)가 하나의 케이블로 권취됨으로써 상호 연동되거나, 또는 상기 제1회전체(86a)와 상기 제2회전체(86b)가 스프라켓으로 형성되고 상기 제1회전체(86a)와 상기 제2회전체(86b)에 체인이 권취되어 상호 연동되도록 구성하는 것도 가능하다.In the above embodiment, the first rotating body 86a and the second rotating body 86b are connected to each other by a link 88, but in addition, the first rotating body 86a and the second rotating body The whole 86b is wound together by one cable or interlocked with each other, or the first rotating body 86a and the second rotating body 86b are formed of sprockets, and the first rotating body 86a and the second rotating body 86b are formed of sprockets. It is also possible to comprise so that a chain may be wound up and interlocked with the rotating body 86b.

그리고, 상기 케이블보상장치(80)는, 도 5a 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1풀리(83)가 설치된 상기 제1축(89a) 상에는 제4풀리(70)가 설치되고, 상기 제2풀리(84)가 설치된 상기 제2축(89b) 상에는 상기 제2풀리(84)와 연동되는 제5풀 리(81)가 설치된다. 한편 상기 어퍼암(20)에는 적어도 하나 이상의 제6풀리(82)가 설치되는데, 상기 제6풀리(82)는 아이들(idle) 풀리로서 상기 제5풀리(81)에 권취된 케이블(50)이 어퍼암(20)의 길이방향을 따라 수평을 유지하도록 배치된다.In addition, as shown in FIGS. 5A and 6A, the cable compensator 80 is provided with a fourth pulley 70 on the first shaft 89a on which the first pulley 83 is installed. The fifth pulley 81 which is interlocked with the second pulley 84 is installed on the second shaft 89b on which the second pulley 84 is installed. Meanwhile, at least one sixth pulley 82 is installed at the upper arm 20, and the sixth pulley 82 is an idle pulley, and the cable 50 wound around the fifth pulley 81 is formed. It is arranged to be horizontal along the longitudinal direction of the upper arm (20).

상기 작동부(10)에 구비된 풀리(16)에 권취된 케이블(50)은 상기 제4,5,6풀리(70)(81)(82)에 권취된 후 말단장치(40)에 연결되어 동력을 전달하게 된다. 이때 상기 제4,6풀리(70)(82)는 고정풀리이고, 상기 제2축(89b) 상에 설치된 제5풀리(81)는 포어암(30)의 회전량에 비례하여 좌/우로 이동하는 이동풀리이다. 그리고 상기 제4,5풀리(70)(81)는 동일한 반경을 가지며, 또한 상기 제4,5풀리(70)(81)는 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)와 동일한 반경을 갖는다. 따라서 상기 제1∼5풀리(83)(84)(85)(70)(81)는 그 반경이 모두 동일하다.The cable 50 wound on the pulley 16 provided in the operation unit 10 is wound on the fourth, fifth and sixth pulleys 70, 81, 82, and connected to the end device 40. To transmit power. In this case, the fourth and sixth pulleys 70 and 82 are fixed pulleys, and the fifth pulley 81 installed on the second shaft 89b moves left and right in proportion to the rotation amount of the forearm 30. It is a moving pulley. The fourth and fifth pulleys 70 and 81 have the same radius, and the fourth and fifth pulleys 70 and 81 are the first, second and third pulleys 83, 84 and 85. Have the same radius as. Accordingly, the first to fifth pulleys 83, 84, 85, 70, and 81 have the same radius.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 케이블보상장치(80)는, 상기 포어암(30)의 회전에 대응하여 상기 제2축(89b) 상에서 어퍼암(20)에 설치된 제2풀리(84)가 좌/우로 이동하게 되고, 이에 따라 상기 제2축(89b) 상에서 어퍼암(20)에 설치된 제5풀리(81)가 좌/우로 이동함으로써, 포어암(30)의 회전에 의한 케이블(50)의 길이변화를 보상하게 된다.In the cable compensation device 80 of the present invention having the above configuration, the second pulley 84 installed on the upper arm 20 on the second shaft 89b corresponds to the rotation of the forearm 30. Of the cable 50 by the rotation of the forearm 30 by moving the fifth pulley 81 installed in the upper arm 20 on the second shaft 89b to the left / right. Compensate for changes in length.

즉, 상기 제1회전체(86a)와 상기 제2회전체(86b)는 링크(88)로 결합되어 있기 때문에 상기 제1,2회전체(86a)(86b)는 서로 동기된다. 예를 들어 상기 포어암(30)이 시계방향으로 회전한다면, 위와 같은 기구적 구성에 의하여 상기 제1회전체(86a)와 링크(88)로 연결된 상기 제2회전체(86b) 역시 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이때 상기 제1회전체(86a)가 설치된 제1축(89a) 상에 배치된 제1풀리(83)와 제2풀리(84)사이에 권취된 케이블은 풀리고, 상기 제2회전체(86b)가 설치된 제3축(89c) 상에 배치된 제3풀리(85)와 제2풀리(84)사이에 권취된 케이블은 감기기 때문에, 결과적으로 이동풀리인 상기 제2풀리(84)는 오른쪽 방향으로 이동하게 된다. 상기 제1,2,3풀리(83)(84)(85)의 직경이 동일하기 때문에, 상기 제1회전체(86a)가 소정각도(θ)만큼 회전하는 경우에, 상기 제2풀리(84)는 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 오른쪽으로 선형이동하게 된다. 마찬가지로 상기 포어암(30)이 반시계방향으로 회전하는 경우에는, 이동풀리인 상기 제2풀리(84)는 왼쪽으로 선형이동하게 된다.That is, since the first rotating body 86a and the second rotating body 86b are coupled by the link 88, the first and second rotating bodies 86a and 86b are synchronized with each other. For example, if the forearm 30 rotates in the clockwise direction, the second rotating body 86b connected to the first rotating body 86a and the link 88 by the above mechanical configuration may also be in the same direction. Will rotate. At this time, the cable wound between the first pulley 83 and the second pulley 84 disposed on the first shaft 89a provided with the first rotating body 86a is released, and the second rotating body 86b is released. Since the cable wound between the third pulley 85 and the second pulley 84 disposed on the third shaft 89c provided with the coil is wound, the second pulley 84, which is a moving pulley, is in the right direction. Will move. Since the diameters of the first, second and third pulleys 83, 84 and 85 are the same, when the first rotating body 86a rotates by a predetermined angle θ, the second pulley 84 ) Is linearly moved to the right by a radius r x a predetermined angle θ / 2 of the first pulley 83. Similarly, when the forearm 30 rotates counterclockwise, the second pulley 84, which is a moving pulley, moves linearly to the left.

그리고 이와 같은 상기 제2풀리(84)의 선형이동은, 상기 제2풀리(84)와 동축(제2축)상에 연결된 제5풀리(81)도 마찬가지로 선형이동시키게 된다. 상기 제1∼5풀리(83)(84)(85)(70)(81)는 그 반경이 모두 동일하기 때문에, 상기 제5풀리(81) 역시 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 선형이동하게 된다. 상기 제5풀리(81)가 상기 제1풀리(83)의 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 선형이동하게 되면, 상기 제5풀리(81)에 권취되어 말단장치(40)에 연결된 케이블(50)이 두 군데(상기 케이블이 제5풀리에 대하여 들어오고 나가는 두 군데)에서 반경(r)×소정각도(θ)/2 만큼 길이가 변경되기 때문에, 말단장치(40)에서의 케이블(50)의 길이는 최종적으로 반경(r)×소정각도(θ) 만큼 보상된다.The linear movement of the second pulley 84 also linearly moves the fifth pulley 81 connected to the second pulley 84 coaxially (second axis). Since the radiuses of the first to fifth pulleys 83, 84, 85, 70, and 81 are all the same, the fifth pulley 81 also has a radius r of the first pulley 83. The linear movement is performed by a predetermined angle θ / 2. When the fifth pulley 81 is linearly moved by a radius r x a predetermined angle θ / 2 of the first pulley 83, the fifth pulley 81 is wound around the fifth pulley 81 to be connected to the end device 40. Since the length of the connected cable 50 is changed by a radius (r) x a predetermined angle (θ) / 2 at two places (the cable enters and exits with respect to the fifth pulley), The length of the cable 50 is finally compensated by a radius r x a predetermined angle θ.

이와 같이, 본 발명에 따른 케이블보상장치(80)를 도입하게 되면 상기 어퍼암(20)과 포어암(30)사이의 제1축(89a)상에 결합된 제4풀리(70)가 회전하더라도 케 이블(50)의 길이를 일정하게 유지할 수 있어, 상기 매니퓰레이터의 작동에 따른 간섭현상을 제거할 수 있게 된다.As such, when the cable compensation device 80 according to the present invention is introduced, the fourth pulley 70 coupled on the first shaft 89a between the upper arm 20 and the forearm 30 rotates. Since the length of the cable 50 can be kept constant, it is possible to eliminate the interference caused by the operation of the manipulator.

추가적으로, 상기 어퍼암(20)의 외주면에는 그 길이방향을 따라 상기 제2회전체(86b)로부터 소정간격 이격되어 상기 제1회전체(86a)와 연동하도록 링크결합된, 플레이트로 형성된 제3회전체(86c)가 더 구비될 수 있다(도 4a 참조). 상기 제3회전체(86c)는 별도로 마련된 구동부의 회전력을 링크 구조를 통하여 상기 포어암(30)에 전달하여 포어암(30)을 회동시키는 역할을 하는데, 상기 제3회전체(86c)와 상기 제1회전체(86a)는 상기 링크 구조에 의하여 동기되어 있다. 따라서 상기 제3회전체(86c)의 구동에 의한 케이블 길이의 변화 역시 상기 제1회전체(86a)의 연동에 의하여 보상된다.In addition, the outer circumferential surface of the upper arm 20 is a third time formed of a plate, which is spaced apart from the second rotating body 86b along a length direction thereof and is linked to the first rotating body 86a, and is linked with the first rotating body 86a. The whole 86c may be further provided (see FIG. 4A). The third rotating body 86c transmits the rotational force of the driving unit separately provided to the forearm 30 through a link structure to rotate the forearm 30. The third rotating body 86c and the The first rotating body 86a is synchronized by the link structure. Therefore, the change in the cable length caused by the driving of the third rotating body 86c is also compensated by the interlocking of the first rotating body 86a.

도 6b 내지 도 6d는, 도 6a에 도시된 제4,5,6풀리(70)(81)(82)의 배치 이외에 적용가능한 다양한 배치예를 보여주는데, 이러한 배치예들 외에도 상기 제4,5,6풀리(70)(81)(82)는 다양하게 어퍼암(20) 내측에 배치될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 아이들 풀리인 제6풀리(82)가 하나인 경우이고, 도 6c 및 도 6d는 제6풀리(82,82')가 두 개인 경우를 보여준다. 상기 배치예들에는 모두 두 가지의 조건을 만족시키는 배열이며, 이하에서 상세히 설명할 두 조건을 만족시킨다면 그 어떤 배치라도 동일한 효과를 가진다.6b to 6d show various arrangement examples that can be applied in addition to the arrangement of the fourth, fifth and sixth pulleys 70 and 81 and 82 shown in FIG. 6a. The six pulleys 70, 81, and 82 may be arranged inside the upper arm 20 in various ways. 6A and 6B show a case in which one sixth pulley 82 is an idle pulley, and FIGS. 6C and 6D show two cases in which six sixth pulleys 82 and 82 'are provided. Both arrangements are arrangements that satisfy two conditions, and any arrangement has the same effect as long as the two conditions described in detail below are satisfied.

제4,5,6풀리(70)(81)(82)의 배치에 관한 첫번째 조건은, 상기 제4풀리(70)와 상기 제5풀리(81)의 회전중심을 지나는 가상선 상에서 상기 제5풀리(81)가 이동한다는 것이다.The first condition regarding the arrangement of the fourth, fifth, and sixth pulleys 70, 81, and 82 is that the fifth pulley 70 and the fifth pulley on the virtual line passing through the center of rotation of the fifth pulley 81 The pulley 81 is moved.

그리고 두번째 조건은, 상기 제5풀리(81)에 권취된 케이블(50)의 양단이 상기 제4풀리(70)의 회전중심과 제5풀리(81)의 회전중심을 지나는 상기 가상선과 평행하다는 것이다. 이때 상기 케이블(50)은 제5풀리(81)에 n±1/2 회전(여기에서, n은 자연수)만큼 감긴다. 즉 상기 케이블(50)은 상기 제5풀리(81)에 감긴 후에 그 운동방향이 180°바뀌어야 한다.The second condition is that both ends of the cable 50 wound on the fifth pulley 81 are parallel to the imaginary line passing through the center of rotation of the fourth pulley 70 and the center of rotation of the fifth pulley 81. . In this case, the cable 50 is wound by n ± 1/2 revolutions (where n is a natural number) on the fifth pulley 81. That is, after the cable 50 is wound around the fifth pulley 81, the direction of movement of the cable 50 should be changed by 180 °.

위의 두 가지 조건을 만족시킨다면, 제5풀리(81)의 선형이동된 거리는 말단장치(40)에 그대로 반영될 수 있으며, 아이들 풀리인 제6풀리(82,82')의 갯수나 위치, 그리고 케이블(50)이 제4,5,6풀리(70)(81)(82)에 권취되는 순서는 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 동작에 아무런 영향을 미치지 않게 된다.If the above two conditions are satisfied, the linearly moved distance of the fifth pulley 81 may be reflected in the terminal device 40, and the number or position of the sixth pulleys 82 and 82 ', which are idle pulleys, and The order in which the cable 50 is wound around the fourth, fifth and sixth pulleys 70, 81 and 82 has no influence on the operation of the cable drive manipulator according to the present invention.

상기와 같은 구성을 가지는 케이블보상장치(80)가 케이블 구동 매니퓰레이터에 구비되면, 구동모터(12)를 어퍼암(20)과 포어암(30)의 조인트 결합부위로부터 멀리 설치할 수 있어 매니퓰레이터의 어퍼암(20) 또는 포어암(30)의 무게 또는 관성을 줄일 수 있다. 따라서 작은 용량의 구동모터(12)를 사용하는 것이 가능하고, 이에 따라 상기 케이블 구동 매니퓰레이터의 동적성능을 개선하고, 관련부품의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.When the cable compensator 80 having the above configuration is provided in the cable drive manipulator, the drive motor 12 can be installed away from the joint coupling portion of the upper arm 20 and the forearm 30, and thus the upper arm of the manipulator. 20 or the weight or inertia of the forearm 30 can be reduced. Therefore, it is possible to use a small capacity drive motor 12, thereby improving the dynamic performance of the cable drive manipulator and improving the durability of related parts.

도 1은 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 도.1 shows a typical cable drive manipulator.

도 2a는 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터의 그리퍼를 나타내는 도.2A shows a gripper of a typical cable drive manipulator.

도 2b는 일반적인 케이블 구동 매니퓰레이터의 핸들을 나타내는 도.Fig. 2B shows the handle of a typical cable drive manipulator.

도 3a는 종래기술에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 포어암이 중립위치에 있을 때 어퍼암과 포어암에 권취된 케이블의 상태를 나타내는 도.3A shows the state of the cable wound around the upper arm and the forearm when the forearm of the cable drive manipulator according to the prior art is in a neutral position.

도 3b는 종래기술에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 포어암의 회동시에 어퍼암과 포어암에 권취된 케이블의 상태를 나타내는 도.3B is a view showing a state of a cable wound around the upper arm and the forearm at the time of rotation of the forearm of the cable drive manipulator according to the prior art.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 사시도.4A is a perspective view of a cable drive manipulator in accordance with one embodiment of the present invention.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터를 나타내는 평면도.4B is a plan view illustrating a cable drive manipulator according to an embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 케이블보상장치의 작동을 개략적으로 나타내는 평면도.Figure 5a is a plan view schematically showing the operation of the cable compensation device of the cable drive manipulator according to the present invention.

도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터의 케이블보상장치의 작동을 개략적으로 나타내는 측면도.5B and 5C are side views schematically showing the operation of the cable compensation device of the cable drive manipulator according to the present invention.

도 6a 내지 도 6d는본 발명에 따른 케이블 구동 매니퓰레이터에 구비된 제4풀리∼제6풀리의 다양한 배치를 개략적으로 나타내는 도면.6a to 6d schematically show various arrangements of the fourth to sixth pulleys provided in the cable drive manipulator according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

10: 작동부 12: 구동모터10: operating unit 12: drive motor

14: 감속기 16: 풀리14: reducer 16: pulley

20: 어퍼암 30: 포어암20: upper arm 30: forearm

40: 그리퍼(말단장치) 50: 케이블40: Gripper (terminal) 50: Cable

70: 제4풀리 80: 케이블보상장치70: fourth pulley 80: cable compensation device

81: 제5풀리 81a: 슬롯81: fifth pulley 81a: slot

82: 제6풀리 83: 제1풀리82: sixth pulley 83: first pulley

84: 제2풀리 85: 제3풀리84: second pulley 85: third pulley

86a: 제1회전체 86b: 제2회전체86a: first rotating body 86b: second rotating body

86c: 제3회전체 88: 링크86c: third rotating body 88: link

89a: 제1축 89b: 제2축89a: first axis 89b: second axis

89c: 제3축89c: third axis

Claims

An operation unit including a driving motor and a pulley interlocking with the driving motor;

An upper arm rotatably coupled to one side of the operating unit;

A fore arm rotatably coupled to the other side of the upper arm;

An end device coupled to the forearm; And

And a cable compensating device installed between the upper arm and the forearm so that the length of the cable wound around the pulley provided in the operating unit to operate the end device is kept constant at the time of rotation of the forearm,

The cable compensation device,

A first pulley installed on the upper arm on a first shaft to which the upper arm and the forearm are jointly coupled;

A first rotating body integrally installed on the first pulley to interlock with the fore arm;

A third pulley disposed on the third shaft spaced apart from the first rotating body by a predetermined interval horizontally in the longitudinal direction of the upper arm;

A second rotating body integrally installed with the third pulley to interlock with the first rotating body; And

It is installed on a second shaft which is inserted into a slot formed between the first pulley and the third pulley and is movable in the longitudinal direction of the upper arm, and is wound with a cable separate from the first pulley and the third pulley, respectively. Second pulley;

And the first, second and third pulleys all have the same radius.

delete

The method according to claim 1,

And a rotation center of each of the first, second and third pulleys is arranged in a straight line.

The method according to claim 1,

The first rotating body and the second rotating body, the cable drive manipulator, characterized in that interlocked by a link connected to each of the first and second rotating body.

The method according to claim 4,

The first rotating body is formed of a plate whose one side is coupled to the forearm and the other side is rotatably coupled to the first shaft, and the second rotating body is connected to the third shaft to which the third pulley is coupled. And a linkage pivotally coupled to said plates, said link drive being formed as a rotatably coupled plate.

The method according to claim 1,

A fourth pulley installed on the first shaft on which the first pulley is installed;

A fifth pulley installed on the second shaft on which the second pulley is installed; And

At least one sixth pulley installed on the upper arm such that the cable wound from the pulley provided in the operation unit and horizontally wound along the longitudinal direction of the upper arm;

The cable drive manipulator further comprises.

The method according to claim 6,

The fifth pulley moves along an imaginary line passing through the rotational centers of the fourth pulley and the fifth pulley, and the sixth pulley has both ends of the rotational center of the fourth pulley and the sixth pulley wound around the fifth pulley. And a cable wound around the imaginary line passing through the rotational center of the fifth pulley, wherein the cable is wound by n ± 1/2 rotations, where n is a natural number.

The method according to claim 6 or 7,

The radius of the fourth, fifth pulley and the radius of the first, second, third pulley are all the cable drive manipulator.

The method according to any one of claims 3 to 7,

The outer circumferential surface of the upper arm is further provided with a third rotating body formed of a plate coupled to the linking so as to cooperate with the first rotating body spaced apart from the second rotating body along the longitudinal direction of the cable driving manipulator .

The method according to claim 1,

And the terminal device is a gripper jointed to the forearm or a handle coupled to the forearm.