KR20200077131A - 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기가 개시된다. 본 발명의 다축 조종기는 평행사변형 기구, 스프링, 카운터매스 중 적어도 하나를 이용하여 중력을 보상하는 중력보상 기구, 중력보상 기구에 설치되고, 위치센서, 브레이크, 클러치, 모터 중 적어도 하나의 구동부를 구비하는 3자유도 위치조작기구를 포함한다.

Description

자중보상 기능을 가지는 다축 조종기{Multi-axis controller with self-weight compensation function}

본 발명은 조종기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 자유도의 로봇 머니퓰레이터를 조종하는 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기에 관한 것이다.

종래의 기술은 머니퓰레이터를 조작하기 위해 높은 자유도의 마스터 장치를 구현함에 있어서 조종기의 무게를 사용자가 짊어지거나, 조종기 팔의 무게를 지속적으로 감당해야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 단순히 위치 인식만 되는 아주 가벼운 조종기를 사용하였으나, 정밀한 조정을 할 수 없는 또다른 문제점이 발생하였다.

이에 상술된 문제점들을 보완하기 위하여 로봇팔과 유사한 구조로 조종기를 만들어 자중을 능동적으로 보상하고, 외력을 표현해줄 수 있는 조종기 등이 개발되고 있으나, 이 또한 매우 크고 복잡하다는 문제점을 가지고 있는 실정이다.

한국등록특허공보 제10-1497320호(2015.02.24.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자의 편리성을 최대화하면서 입력 장치의 복잡성 및 구현 비용을 최적화하여 사용성을 극대화하는 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기는 평행사변형 기구, 스프링, 카운터매스 중 적어도 하나를 이용하여 중력을 보상하는 중력보상 기구, 상기 중력보상 기구에 설치되고, 위치센서, 브레이크, 클러치, 모터 중 적어도 하나의 구동부를 구비하는 3자유도 위치조작기구를 포함한다.

본 발명의 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기는 단순한 구조를 가지면서도 조종기에 요구되는 저관성, 저구동력 등의 기본 사항을 만족하면서 다양한 입력 모드를 지원하여 사용의 편리성과 사용성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스프링형 중력보상기구를 채용한 3자유도 위치조작기구와 3자유도 회전측정장치의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카운터매스형 중력보상기구를 채용한 3자유도 위치조작기구와 3자유도 회전측정장치의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 위치센서 장착을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 추가 스프링 기구 또는 능동 구동기의 장착을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 로드셀 또는 힘/토크 센서의 장착을 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스프링형 중력보상기구를 채용한 3자유도 위치조작기구와 3자유도 회전측정장치의 결합을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카운터매스형 중력보상기구를 채용한 3자유도 위치조작기구와 3자유도 회전측정장치의 결합을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 위치센서 장착을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 추가 스프링 기구 또는 능동 구동기의 장착을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다축 조종기의 로드셀 또는 힘/토크 센서의 장착을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 다축 조종기는 사용자의 편리성을 최대화하면서 입력 장치의 복잡성 및 구현 비용을 최적화하여 사용성을 극대화한다. 즉 다축 조정기는 단순한 구조를 가지면서도 조종기에 요구되는 저관성, 저구동력 등의 기본 사항을 만족하면서 다양한 입력 모드를 지원하여 사용의 편리성과 사용성을 확보할 수 있다. 다축 조종기는 중력보상 기구 및 3자유도 위치조작기구를 포함한다.

중력보상 기구는 평행사변형 기구, 스프링, 카운터매스 중 적어도 하나를 이용하여 중력을 보상하는 기구이다.

3자유도 위치조작기구는 중력보상 기구의 설치되고, 위치센서, 브레이크, 클러치, 모터 중 적어도 하나의 구동부를 구비한다. 이 때 3자유도 위치조작기구는 말단부에 3자유도의 회전각 측정 장치(짐볼 등) 또는 3자유도의 회전력 측정 장치를 더 포함할 수 있다.

3자유도 위치조작기구는 각 관절에 추가적인 스프링을 장착하여 특정 위치로의 회복력을 가질 수 있다. 예를 들어 3자유도 위치조작기구는 스프링의 중립위치를 가변하여 특정 위치를 변경할 수 있도록 하거나, 스프링의 강성을 가변하여 복원력의 강도를 변경할 수 있다.

또한 3자유도 위치조작기구는 각 관절에 제어 가능한 능동구동기를 이용하여 특정 위치로의 회복력을 가질 수 있다. 예를 들어 3자유도 위치조작기구는 능동구동기의 중립위치를 가변하여 특정 위치를 변경할 수 있도록 하거나, 능동구동기의 강성을 가변하여 복원력의 강도를 변경할 수 있다.

다축 조종기는 적어도 하나의 제어 버튼과 같은 입력 장치를 포함하고, 제어 버튼을 이용하여 브레이크 또는 클러치의 동작을 제어할 수 있다.

이때 다축 조종기는 회전각 측정장치와 3자유도 위치조작기구 사이에 로드셀 또는 다축 힘/토크 측정 센서를 장착하고, 브레이크 또는 클러치 조작과의 연동을 통하여 사용자 팔의 무게를 추정하여 보상할 수 있다.

다축 조종기는 입력장치를 이용하여 3자유도 위치조작 제어 및 3자유도 회전조작 제어의 유/무/비율 등을 선택할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (1)

1. 평행사변형 기구, 스프링, 카운터매스 중 적어도 하나를 이용하여 중력을 보상하는 중력보상 기구;
   상기 중력보상 기구에 설치되고, 위치센서, 브레이크, 클러치, 모터 중 적어도 하나의 구동부를 구비하는 3자유도 위치조작기구;
   를 포함하는 자중보상 기능을 가지는 다축 조종기.
   

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