KR0133995B1

KR0133995B1 - 가변 원격탄성중심기기(vrcc)

Info

Publication number: KR0133995B1
Application number: KR1019940020470A
Authority: KR
Inventors: 주상완
Original assignee: 주상완
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1998-04-23
Also published as: US5836083A; JP3743835B2; KR960007114A; WO1996005947A1

Abstract

본 발명은 RCC의 탄성중심을 변위시키는 것을 목적으로한 가변 원격탄성 중심기기에 관한 것으로, 상부구조체와 하부구조체 사이에 설치한 탄성체를 구조체의 중심으로 방사상으로 동시에 동일거리로 이동시켜서 기기본체의 중심축 방향으로 탄성중심의 설정치를 가변되게 함과 동시에 하부구조체의 탄성력을 변화되게 한 것임.

Description

가변 원격탄성중심기기(VRCC)

제1도는 종래 RCC의 구조도로서, (가)는 탄성체의 입설각이 큰 각일 경우의 콤플라이언스 센터를 표시한 것이고, (나)는 탄성체의 입설각이 작은 각일 경우의 콤플라이언스 센터를 표시한 것이며, (다) 및 (라)는 콤플라이언스 센터가 조립 부품의 선단에 있을 때 제품이 원활히 삽입되는 과정을 나타낸 것임.

제2도는 콤플라이언스 센터가 조립 부품의 선단에 존재하지 않을 경우의 무리한 조립상태를 나타낸 것으로, (가)는 콤플라이언스 센터보다 긴 제품을 삽입할 때 오차가 생겼을 경우를 나타낸 것이고, (나)는 콤플라이언스 센터보다 짧은 제품을 조립할 때 오차가 생겼을 경우를 나타낸 것임.

제3도는 본 발명의 측면도로서, (가)는 동력전달수단이 상부 구조체에만 설치된 경우를 나타낸 것이고, (나)는 동력전달수단이 상하부 구조체 전부에 설치된 경우를 나타낸 것임.

제4도는 본 발명의 이동수단을 나타낸 것으로, (가)는 그 측면도, (나)는 그 평면도임.

제5도는 (가) 및 (나)는 본 발명의 다른 동력전달수단을 나타낸 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 상부 구조체20 : 하부 구조체

100 : 힌지부200 : 이동수단(슬라이더)

300 : 나사축310 : 동력전달수단

311 : 구동축 베벨기어312 : 피동축 베벨기어

201 : 레버202 : 레버단부

400 : 캠401 : 캠의 경사홀

500 : 실린더501 : 피스톤

X,X' : 콤플라이언스 센터F : 초점

M : 구동수단(모터)

본 발명은 로보트 또는 전용조립기에 부착되는 가변 원격 탄성 중심기기(Variable Remote Center Compliance)에 관한 것으로, 특히 기기본체의 중심축 방향으로 탄성중심의 위치가 능동 또는 수동적으로 가변되게 함으로써 하나의 기기로 다종다양한 규격의 부품을 공구교환 등의 작업공정 없이 조립작업이 가능하도록 한 가변 원격 탄성 중심기기에 관한 것이다.

원격 탄성 중심기기(RCC)란, 원형축, 핀, 반도체 칩 등의 정밀부품을 로보트 또는 전용조립기로 조립작업을 수행할 때 조립부품의 상대적인 위치오차를 적절히 흡수해 주어 조립을 원활하게 해 줌으로써, 로보트와 전용조립기에 미칠 수 있는 과도한 부하를 미연에 방지해주고 조립시의 부품손상을 최대한 억제해주므로서 제품의 품질 향상을 도모하기 위한 기기이다.

산업용 로봇이나 정밀부품, 조립전용기에 사용되는 RCC 디바이스는 조립부품 간의 상대위치, 자세오차를 자동으로 흡수하여 줌으로써 부품의 원활한 조립을 가능케 하는 디바이스로서 저정도, 저가격의 설비로 고정도 부품의 조립라인 구축이 가능하다.

제1도는 종래 RCC기를 약식으로 도시한 것으로, 2개의 상하 구조체(10),(20) 사이에 탄성체(30)가 복수개(특정각으로 방사상으로 설치됨) 고정되어 있으며, 상부 구조체(10)는 로보트 또는 전용조립기(40)에 고정되어 있고, 하부 구조체(20)의 하단에는 그립퍼(gripper)(50)가 설치되어 조립하고자 하는 제품(A)을 파지하고 있다.

제1도의 (가)는 경사진 탄성체의 중심축의 연장선이 만나는 초점(F)이 상부 구조체로부터 먼 거리에 설정되어 있는 상태를 나타낸 것이며, (나)는 초점(F)이 상부 구조체로부터 가까운 거리에 설정되어 있는 상태를 나타낸 것이다. 즉, (가)는 탄성체(30)의 입설각도(θ)가 큰 경우이며, (나)는 (가) 보다 입설각(θ)가 작은 경우이다.

이와 같은 경우, 콤플라이언스 센터(탄성 중심)는 상부 구조체와 초점 사이의 중심 축선상에 존재하게 되는데, 그 위치는 탄성체(30)의 탄성계수, 입설각(θ) 및 설치반경(r)에 의해 정해진다.

RCC 디바이스의 콤플라이언스 센터란, 그 점을 통과하는 수평방향으로 외력이 작용하면 부품이 경사지지 않고 수평이동만 하고, 그 점을 중심으로 모멘트가 작용하면 부품이 그 점을 중심으로 회전운동만 하여 병진운동은 하지 않게 되는 독특한 위치를 말한다.

따라서, RCC 디바이스의 콤플라이언스 센터가 그립퍼로 파지한 부품의 선단부에 존재하게 되면, 도면 (다)와 같이 조립되는 부품간의 상대적 위치 오차가 존재하는 경우 부품선단에서의 접촉에 의한 반력 R의 수평분력이 콤플라이언스 센터의 근방을 통과하므로, 도면 (라)와 같이 부품은 수평이동만 하게 되어 조립이 원활히 수행되어진다. RCC 디바이스는 이러한 특성의 콤플라이언스 센터를 정밀부품의 조립작업에 응용하기 위한 일종의 기기인 것이다.

한편, RCC 디바이스는 탄성체의 입설각도 및 설치반경에 따라 초점이 변화되며, 이에 비례하여 콤플라이언스 센터(탄성중심)도 변화되고, 이 센터의 위치(S)에 따라 대응되는 제품의 규격도 달라진다.

도면의 (가)일 경우, 탄성중심이 상부 구조체와의 거리가 멀기 때문에 제품의 규격이 긴 것을 조립하는데 적합하며, 도면의 (나)의 경우 제품의 규격이 짧은 것을 조립하는데 적합하다. 즉, 콤플라이언스 센터의 위치와 조립부품의 선단이 일치할 때 가장 이상적이며, 콤플라이언스 센터의 위치와 조립부품의 선단이 일치하지 않는 경우에는 조립부품이 좌 또는 우측으로 경사지게 삽입되어 조립상태가 불량하거나 최악의 경우에는 조립이 전혀 불가능하게 된다.

제2도는 오목(凹 ) 부품에 원형단면이 부품(A)을 삽입하는 상태를 도시한 것으로, (가)는 콤플라이언스 센터 보다 긴 봉 부재를 삽입 작업할 때 봉이 좌측으로 경사지게 삽입되는 과정을 도시한 것이고, (나)는 콤플라이언스 센터 보다 짧은 봉을 삽입하는 경우 전자와 마찬가지로 봉의 불량한 삽입상태를 나타낸 것이다.

이러한 종래의 RCC디바이스는 기기의 본체에 설치한 좌표계의 중심으로부터 기기본체의 중심축 방향으로 일정한 거리에 탄성중심이 고정되는데 이 위치는 기기본체를 구성하는 상부 구조체와 하부 구조체를 연결하는 탄성체의 물리적 특성, 입설각 및 설치반경에 의해 좌우되며, 이와 같이 탄성중심이 고정된 단순한 구조의 RCC 디바이스는 다양한 규격의 부품 조립시 부품과 RCC가 일대일로 대응해야 하는 문제점이 있다.

이와 같이 종래의 RCC기에 설치된 탄성체의 입설각도 및 설치반경에 따라 조립가능한 부품규격이 한정되며, 생산성 향상을 위해서는 조립하고자 하는 제품의 규격에 따라 대응되는 규격의 RCC를 구비하여야만 하였다.

즉, 종래의 RCC 디바이스는 원격 탄성 중심의 위치가 고정되어 있으므로 조립대상부품의 종류 및 규격이 다양한 경우에는 각 부품의 규격에 맞는 소정의 RCC 비다이스로 공구교환을 해가며 조립작업을 해야 하므로 조립작업에 소요되는 시간이 길어지고 공구 교환장치 등의 고가 주변기기가 필요하게 되어 생산성 및 품질, 생산원가 등의 측면에서 경쟁력을 잃게 된다.

본 발명은 이러한 종래의 RCC기의 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 고정되어 있는 탄성체의 입설각도(θ)와 설치반경(r)을 가변되게 함으로써 하나의 RCC기기로서 다종다양한 규격의 정밀 부품을 쉽게 조립 생산할 수 있게 한 것이다.

본 발명은 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 설치된 복수개의 탄성체의 상하부를 방사상으로 동시에 또는 각각을 동일거리로 이동되게 함으로써, 탄성체의 입설각을 변위시켜 기기본체의 축방향으로 탄성중심의 위치를 가변시킴과 동시에 하부 구조체의 탄성력을 변위시키는 가변 원격 탄성 중심기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 소정 간격으로 이격되어 배치된 상부 구조체 및 하부 구조체와, 이들 사이에 방사상으로 탄성을 가진 채 설치된 복수개의 탄성체와, 상기 하부 구조체의 하단에 조립하고자 하는 제품을 파지하는 그립퍼를 포함하여 이루는 원격 탄성 중심기기에 있어서, 상기 탄성체의 상단과 상부 구조체는 힌지에 의하여 유동가능하게 지지되어 있고, 그 하단과 하부 구조체는 고정되어 있으며, 상기 탄성체의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 방사상으로 변화시키기 위하여 상기 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 배치된 구동수단과, 상기 구동수단의 동력을 상기 탄성체의 상단에 전달하기 위하여 상부 구조체에 설치된 동력전달 수단 및 이동수단으로 구성되어, 기기 본체의 중심축 방향으로 존재하는 탄성중심의 위치를 가변시키고, 상부 구조체와 하부 구조체 간의 탄성력을 변화하도록 하는 것이다.

또 본 발명은 적어도 소정 간격으로 이격되어 배치된 상부 구조체 및 하부 구조체와, 이들 사이에 방사상으로 탄성을 가진 채 설치된 복수개의 탄성체와, 상기 하부 구조체의 하단에 조립하고자 하는 제품을 파지하는 그립퍼를 포함하여 이루는 원격 탄성 중심기기에 있어서, 상기 탄성체의 상단 및 하단은 힌지에 의하여 유동가능하게 지지되어 있고, 상기 탄성체의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 방사상으로 변화시키기 위하여 상기 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 배치된 구동수단과, 상기 구동수단의 동력을 상기 탄성체 상하단에 전달하기 위하여 상부 구조체 및 하부 구조체 각각에 설치된 동력전달수단 및 이동수단으로 구성되어, 기기 본체의 중심축 방향으로 존재하는 탄성중심의 위치를 가변시키고, 상부 구조체와 하부 구조체 간의 탄성력을 변화하도록 하는 것이다.

이러한 구성에서, 상기 구동수단은 모터이거나 실린더 구동장치인 것이 좋고, 상기 동력전달수단은 상부 구조체 및 하부 구조체의 중심부에서 회전하는 구동측 베벨기어와, 이 구동측 베벨기어와 이맞춤하여 연동되는 피동측 베벨기어이며, 상기 이동수단은 암나사가 형성된 슬라이더이고, 이 슬라이더는 상기 피동측 베벨기어에 나사축을 축설하고 이 나사축에 나사맞춤되어 좌우로 이동가능하도록 한 것이 좋다.

또 상기 복수개의 탄성체는 중심에서 방사상 방향으로 120°나 90°또는 60°간격으로 다양하게 배치할 수 있으며, 슬라이더의 이송량을 알도록 상부 또는 하부 구조체 내부의 슬라이드홈에 눈금판을 추가로 설치할 수 있으며, 구동축 베벨기어의 회전각도를 계측할 수 있도록 상부 구조체의 중심부에서 눈금판을 더 설치할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 RCC기의 상하 구조체를 연결하는 탄성체의 입설각도 및 설치반경을 변화시킬 수가 있어 탄성중심(콤플라이언스 센터)의 위치를 자유롭게 변위시킬 수가 있으므로 RCC기의 교환없이 다양한 규격의 부품을 하나의 RCC기로써 조립할 수 있고, RCC기의 교환에 따르는 기계 고장의 방지, 작업시간 절감에 따르는 생산성 향상 등을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 가변 원격 탄성 중심기기의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 VRCC기를 측면에서 도시한 것이며, (가)는 동력전달수단이 상부 구조체에만 설치된 것이고, (나)는 동력전달수단이 상하부 구조체 전부에 설치된 것이다.

하부 구조체(20)와 상부 구조체(10) 사이에 탄성체(30)가 중심에서 방사상으로 120°간격으로 3개 설치되어 있다. 탄성체(30)는 상단과 하단에 힌지(100)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 힌지부(100)는 슬라이더(200)에 결합되며, 구조체 중심부에 설치된 동력전달수단(310)에 의해 방사상으로 동시에 동일거리로 이동되어 탄성체(30)의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 변화시킨다. 이때, 탄성체의 동력전달수단이 (나)와 같이 상하부 구조체 전부에 설치된 경우에는 탄성체의 설치 위치가 상하부 구조체의 내측 또는 외측으로 이동하여 하부 구조체의 탄성력이 변화되므로 조립하고자 하는 제품에 따라 자유롭게 하부 구조체의 탄성력을 조절할 수도 있다.

제4도는 동력전달수단(310)을 더욱 구체적으로 도시한 것이며, 힌지부(100)는 슬라이더(200)에 결합되어 있고, 슬라이더는 구조체 중심부에 방사상으로 설치된 3개의 나사축(300)에 나사 결합되어 있D며, 이 나사축(300)은 구조체 중앙부의 구동측 베벨기어(311)에 의해 동시에 동일각도로 회전되도록 설치되어 있다.

구동측 베벨기어(311)는 전동기(M) 또는 수동으로 회전시킬 수 있으며, 소정의 회전각을 각 나사봉에 동일하게 전달하도록 되어 있다. 슬라이더는 나사축의 회전에 의해 수평이동되며, 구조체 내부에 설치된 슬라이드홈(210)에 결합되어 있다.

이와 같은 구동에 의해 구동측 베벨기어(311)가 회전하면 피동측 베벨기어(312)가 회전하고 피동측 베벨기어에 고정된 나사축(300)이 동시에 회전되며 그에따라 나사축(300)에 나사결합된 슬라이더(200)는 탄성체(30)의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 가변시키게 되고, 따라서 콤플라이언스 센터의 위치도 가변되게 된다. 이때, 상하부 구조체의 미소거리 변화가 수반되나 기준좌표계를 상부 구조체 쪽에 설정하면 본 실시예를 적용함에 있어 그 영향을 무시할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 탄성체(30)를 중심으로 방사상 방향으로 120°간격으로 3개 설치한 경우를 예로들어 설명했으나, 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니며 설치각과 설치갯수는 사용자의 필요에 따라 조정할 수 있는 것이다. 예를들면 탄성체(30)를 4개 설치한 경우는 90°간격으로 설정할 수 있을 것이며, 동력전달수단은 상부 구조체 또는 하부 구조체 어느 하나에만 설치할 수도 있다.

또, 상부 또는 하부 구조체 내부에 설치된 슬라이드홈(210)에 슬라이더의 이송량을 알아볼 수 있는 눈금판을 설치하거나, 구동축 베벨기어의 회전각도를 계측할 수 있도록 상부 구조체의 중심부에 눈금판을 설치하여도 좋다.

제5도는 본 발명에 따르는 동력전달수단의 다른 실시예로써, (가)는 슬라이더(200)와 연결된 레버(201)의 단부(202)가 캠(400)의 경사홀(401)에 링크되어 있으며, 캠의 회전에 따라 레버(201)에 고정된 3개의 슬라이더가 동시에 동일거리를 이동한다. (ㅏ)는 슬라이더(200)를 유압 또는 공기압 실린더(500)의 피스톤(501)에 연결하므로 피스톤의 동시 동작으로 3개의 슬라이더는 동시에 동일거리를 이동되게 구성한 것이다.

이외에도 슬라이더를 동시에 동일거리로 이동시키는 동력전달수단은 본 발명의 기술범위에 속할 것이다.

이상과 같이 본 발명은 RCC기의 상하 구조체를 연결하는 탄성체의 입설각도 및 설치반경을 변화시킬 수가 있어 탄성중심(콤플라이언스 센터)의 위치를 자유롭게 변위시킬 수가 있으므로 RCC기의 교환없이 다양한 규격의 부품을 하나의 RCC기로써 조립할 수 있고, RCC기의 교환에 따르는 기계 고장의 방지, 작업시간이 절감에 따르는 생산성 향상 등을 도모할 수 있다.

Claims

적어도 소정 간격으로 이격되어 배치된 상부 구조체 및 하부 구조체와, 이들 사이에 방사상으로 탄성을 가진 채 설치된 복수개의 탄성체와, 상기 하부 구조체의 하단에 조립하고자 하는 제품을 파지하는 그립퍼를 포함하여 이루는 원격 탄성 중심기기에 있어서, 상기 탄성체의 상단과 상부 구조체는 힌지에 의하여 유동가능하게 지지되어 있고, 그 하단에 하부 구조체는 고정되어 있으며, 상기 탄성체(30)의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 방사상으로 변화시키기 위하여 상기 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 배치된 구동수단과, 상기 구동수단의 동력을 상기 탄성체의 상단에 전달하기 위하여 상부 구조체에 설치된 동력전달수단 및 이동수단으로 구성되어, 기기 본체의 중심축 방향으로 존재하는 탄성중심의 위치를 가변시키고, 상부 구조체와 하부 구조체 간의 탄성력을 변화하도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 원격 탄성 중심기기.
적어도 소정 간격으로 이격되어 배치된 상부 구조체 및 하부 구조체와, 이들 사이에 방사상으로 탄성을 가진 채 설치된 복수개의 탄성체와, 상기 하부 구조체의 하단에 조립하고자 하는 제품을 파지하는 그립퍼를 포함하여 이루는 원격 탄성 중심기기에 있어서, 상기 탄성체의 상단 및 하단은 힌지에 의하여 유동가능하게 지지되어 있고, 상기 탄성체(30)의 입설각(θ) 또는 설치반경(r)을 방사상으로 변화시키기 위하여 상기 상부 구조체와 하부 구조체 사이에 배치된 구동수단과, 상기 구동수단의 동력을 상기 탄성체의 상단에 전달하기 위하여 상부 구조체 및 하부 구조체 각각에 설치된 동력전달수단 및 이동수단으로 구성되어, 기기 본체의 중심축 방향으로 존재하는 탄성중심의 위치를 가변시키고, 상부 구조체와 하부 구조체 간의 탄성력을 변화하도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 원격 탄성 중심기기.
제1항에 있어서, 상기 구동수단은, 모터 또는 실린더 구동장치 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변 원격 탄성 중심기기.
제1항에 있어서, 상기 동력전달수단은 상부 구조체 및 하부 구조체의 중심부에서 회전하는 구동측 베벨기어와, 이 구동측 베벨기어와 이맞춤하여 연동되는 피동측 베벨기어이며, 상기 이동수단은 암나사가 형성된 슬라이더이고, 이 슬라이더는 상기 피동측 베벨기어에 나사축을 축설하고, 이 나사축에 나사맞춤되어 좌우로 이동가능하도록 한 것을 특징으로 하는 가변 원격 탄성 중심기기.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 탄성체는 중심에서 방사상 방향으로 120°, 90°, 60°간격 중에서 선택된 어느 하나이며, 슬라이더의 이송량을 알도록 상부 또는 하부 구조체 내부의 슬라이드홈에 눈금판과, 구동측 베벨기어의 회전각도를 계측할 수 있도록 상부 구조체의 중심부에 설치한 눈금판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 원격 탄성 중심기기.