KR100206539B1

KR100206539B1 - Hand structure of robot

Info

Publication number: KR100206539B1
Application number: KR1019910006358A
Authority: KR
Inventors: 쯔요시 우메다
Original assignee: 이토 기요시; 세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-20
Publication date: 1999-07-01
Also published as: JPH048492A; KR920005697A

Abstract

본 발명은 로봇의 손목기구에 관한 것으로서, 본 발명의 로봇의 손목기구는 손목회전축, 손목구부림축 및 회전프레임을 중공구조로 구성한다. 따라서, 배선이나 배관은 중공구조의 내부에 설치되므로 손목의 운동에 수반되는 불필요한 케이블류는 없게 되며, 단선이나 접속부의 느슨해짐, 코팅부의 파손 등의 거의 발생되지 않으므로 로봇의 작업영역이 넓어진다. 또 로봇아암을 클린룸 등에서 사용하는 경우에는 배선이나 배관이 로봇아암의 외부에 노출되어 있는 것에 비해서 기밀도가 증가하기 때문에 방진성이 우수하여 청정도가 향상된다.The present invention relates to a wrist mechanism of the robot, the wrist mechanism of the robot of the present invention comprises a wrist rotating shaft, the wrist bending axis and the rotating frame in a hollow structure. Therefore, since wiring and piping are installed inside the hollow structure, there are no unnecessary cables associated with the movement of the wrist, and since the disconnection, loosening of the connection part, hardly occurring coating parts, etc., the working area of the robot is widened. In addition, when the robot arm is used in a clean room or the like, the airtightness increases because the wiring and the pipe are exposed to the outside of the robot arm.

Description

Robot wrist mechanism

본 발명은 로봇의 손목기구에 관한 것이다.The present invention relates to a wrist mechanism of a robot.

제3도는 종래의 로봇의 손목기구를 도시한 것으로서, 참조번호 30은 로봇의 손목을 나타낸다. 이 손목에는 손목회전플랜지가 설치되어 있고, 이 손목회전플랜지에는 로봇손(31) 및 센서에 사용되는 신호선과 같은 배선 및 배관이 장착되어 있다. 상기 배선 및 배관은 로봇의 손목에 무리한 운동이 가해지지 않도록 함과 동시에 로봇의 작업영역이나 주위환경에 악영향을 미치지 않도록 로봇의 손목(30)의 외측으로부터 로봇손(31) 등에 접속되어 있다. 예를 들면, 이와 같은 로봇아암을 클린룸 내에서 사용하는 경우 배선(32) 및 배관(33)과 같은 케이블류의 접속부에는 청정도에 부합하는 시일구조가 시행되고 있었다.3 illustrates a wrist mechanism of a conventional robot, and reference numeral 30 denotes a wrist of the robot. The wrist rotation flange is provided on the wrist, and wiring and piping such as signal lines used for the robot hand 31 and the sensor are attached to the wrist rotation flange. The wirings and pipes are connected to the robot hand 31 and the like from the outside of the robot wrist 30 so as not to apply excessive movement to the robot wrist and not adversely affect the working area or the surrounding environment of the robot. For example, in the case where such a robot arm is used in a clean room, a seal structure in accordance with cleanliness has been implemented at the connection portion of cables such as the wiring 32 and the pipe 33.

종래의 로봇의 손목기구에 있어서, 손목회전플랜지에 부착되는 로봇손 등에 로봇아암의 외부로부터 접속되어 있는 배선 및 배관은 손목의 운동에 맞추어서 움직일 수 있도록 충분히 여유있는 길이로 해야 한다. 그러나, 지나치게 긴 케이블류는 일정한 자세를 유지하기가 곤란하고, 작업영역이 현저히 좁아진다. 또한 피회전체가 손목기구에 걸리거나 단선 및 접속부의 느슨해짐이 발생하는 경향이 있다. 또 상기 손목기구를 클린룸과 같은 방진실(dust-free room) 내에서 사용하는 경우, 케이블류의 접속부 및 내부와 외부의 접속부에는 로봇의 내부에서 발생된 먼지가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 기밀도를 유지하기 위하여 특수한 시일구조가 필요하다. 이와 같이, 케이블류를 주변에 악영향을 주지않도록 부착하는 것이 요망되어왔다.In the wrist mechanism of a conventional robot, the wiring and piping connected from the outside of the robot arm to a robot hand attached to a wrist rotation flange, etc., should be long enough to move in accordance with the movement of the wrist. However, too long cables are difficult to maintain a constant posture, and the working area is significantly narrowed. In addition, there is a tendency that the rotational member is caught by the wrist mechanism or the disconnection and loosening of the connecting portion occur. In addition, when the wrist mechanism is used in a dust-free room such as a clean room, it is possible to prevent the dust generated inside the robot from being discharged to the outside of the cable connection part and the internal and external connection part. Special seal structures are needed to maintain the confidentiality that is present. As such, it has been desired to attach cables so as not to adversely affect the surroundings.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여 적어도 회전운동과 구부림운동이 가능한 로봇의 손목기구에 있어서, 피회전체를 회전시키는 회전기구는 피회전체가 직결된 감속장치와 직결하는 중공구조의 구동전달축으로 이루어지며, 그 중공부분에 배선이나 배관을 시행하는 것을 특징으로 하는 로봇의 손목기구이다.The present invention is to solve the above problems, at least in the wrist mechanism of the robot capable of rotating and bending movement, the rotating mechanism for rotating the rotating body is made of a drive transmission shaft of a hollow structure directly connected to the reduction device directly connected to the rotating body It is a wrist mechanism of the robot, characterized in that the wiring or piping to the hollow portion.

상기와 같은 손목기구에 의해서 손목회전플랜지에 부착되는 각종 로봇손 등에 접속되어지는 배선이나 배관은 중공구조의 회전프레임 및 각 운동을 전달하는 구동전달축의 내부에 설치되므로, 손목의 운동에 수반되는 불필요한 케이블류는 없게되며, 단선이나 접속부의 느슨해짐, 코팅부의 파손 등이 거의 발생되지 않으므로 로봇의 작업영역이 넓어진다. 또 로봇아암을 클린룸 등에서 사용하는 경우에는 배선이나 배관이 로봇아암의 외부에 노출되어 있는 것에 비해서 기밀도가 증가하기 때문에 방진성(dustproof)이 우수하여 청정도가 향상된다.Wires or pipes connected to various robot hands attached to the wrist rotation flange by the wrist mechanism as described above are installed inside the rotating frame of the hollow structure and the drive transmission shaft for transmitting the respective movements. There is no cable, and there is almost no disconnection, loosening of the connecting part, breakage of the coating part, etc., so the working area of the robot is expanded. In the case where the robot arm is used in a clean room or the like, since the airtightness is increased compared to that in which the wiring or the pipe is exposed to the outside of the robot arm, the dust resistance is excellent and the cleanliness is improved.

제1도는 본 발명의 로봇의 손목기구의 정면으로부터 본 단면도.1 is a cross-sectional view from the front of the wrist mechanism of the robot of the present invention.

제2도는 제1도에 도시된 손목의 회전축선(5)에 붙어있는 화살표 방향에서 취한 단면도.2 is a cross-sectional view taken in the direction of the arrow attached to the axis of rotation 5 of the wrist shown in FIG.

제3도는 종래의 로봇의 손목기구의 정면도.3 is a front view of a wrist mechanism of a conventional robot.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 로봇아암 2 : 손목프레임1: robot arm 2: wrist frame

3 : 회전프레임 4 : 회전축선3: rotation frame 4: rotation axis

5 : 회전축선 6 : 풀리5: axis of rotation 6: pulley

7 : 파형발생기(wave generator) 8 : 하모닉식(harmonic) 감속장치7: wave generator 8: harmonic deceleration device

9 : 볼베어링 10 : 로울러베어링9: ball bearing 10: roller bearing

11 : 전기모터 12 : 하모닉식 감속장치11: electric motor 12: harmonic type reduction gear

13 : 손목회전축 14 : 손목회전플랜지13: wrist rotating shaft 14: wrist rotating flange

15 : 로울러베어링 16 : 손목회전부15: roller bearing 16: wrist rotation part

17 : 타이밍벨트 18 : 원형스플라인17: timing belt 18: circular spline

19 : 원형스플라인 20 : 볼베어링19: spline round 20: ball bearing

21 : 손목회전용 기어 22 : 로울러베어링21: gear for gear rotation 22: roller bearing

23 : 회전축선 24 : 케이블23: axis of rotation 24: cable

25 : 케이블출입구 26 : 케이블출입구25: cable entrance 26: cable entrance

27 : 케이블출입구 28 : 로봇손27: cable entrance 28: robot hand

29 : 센서 30 : 손목29 sensor 30 wrist

31 : 로봇손 32 : 배선31: robot hand 32: wiring

33 : 배관33: piping

제1도는 본 발명의 로봇의 손목기구를 도시한 것으로서, 손목은 W로 표시되어 있다. 이하, 손목(W)의 구조에 대하여 간단히 설명한다. 상기 손목은 로봇아암(1)에 고정된 손목프레임(2)을 구비하고, 이 손목프레임(2)의 내측에는 L자형 중공부(A)를 구비한 회전프레임(3)이 회전축선(4)을 중심으로 회전가능하게 장착되어 있다. 이것에 의해 손목의 회전운동이 가능해진다. 파형발생기(7) 또는 구동전달축은 구동원(도시생략)에 의해 회전축선(4)을 중심으로 회전한다. 상기 파형발생기(7)는 원형스플라인(18)(19)으로 구성된 하모닉식 감속장치(8)에 의해 상기 회전프레임(3)에 연결되어 있다. 상기 파형발생기(7)의 중공부(C)는 개구부(A1)를 통해 회전프레임(3)의 중공부(A)에 연통되어 있다.1 shows a wrist mechanism of the robot of the present invention, where the wrist is marked with W. FIG. Hereinafter, the structure of the wrist W will be described briefly. The wrist has a wrist frame (2) fixed to the robot arm (1), the inside of the wrist frame (2) is a rotating frame (3) having an L-shaped hollow portion (A) is the axis of rotation (4) It is rotatably mounted around. This makes it possible to rotate the wrist. The waveform generator 7 or the drive transmission shaft rotates about the rotation axis 4 by a drive source (not shown). The waveform generator 7 is connected to the rotating frame 3 by a harmonic type reduction device 8 composed of circular splines 18, 19. The hollow portion C of the waveform generator 7 communicates with the hollow portion A of the rotary frame 3 through the opening A1.

로봇손(28)을 구비하여 손목을 회전시키는 손목회전축(13)은 진술한 회전축선(4)에 수직한 회전축선(5)을 중심으로 회전될 수 있도록 회전프레임(3)에 장착되어 있다. 상기 로봇손(28)은 손목회전축(13)의 회전에 의해 상기 회전축선(5)을 중심으로 회전되고, 이에 의해 손목의 회전운동이 일어난다.The wrist rotating shaft 13 having a robot hand 28 to rotate the wrist is mounted to the rotating frame 3 so as to be rotated about the rotating axis 5 perpendicular to the stated rotating axis 4. The robot hand 28 is rotated about the axis of rotation 5 by the rotation of the wrist axis of rotation 13, whereby a rotational movement of the wrist occurs.

상기 로봇손(28)은 회전프레임(3)의 회전에 의해 회전축선(14)을 중심으로 회전되고, 손목회전축(13)의 회전에 의해 상기 회전축선(5)을 중심으로 회전된다.The robot hand 28 is rotated about the rotation axis 14 by the rotation of the rotation frame 3, and is rotated about the rotation axis 5 by the rotation of the wrist rotation axis (13).

상기 손목을 회전시키는 손목회전축(13)에는 손목회전플랜지(14)가 고정되어 있고, 상기 손목회전축(13) 및 손목회전플랜지(14) 내측의 중공부(B)는 개구부(A2)를 통해 프레임(3)의 중공부(A)와 연통해 있다.The wrist rotation flange 14 is fixed to the wrist rotation shaft 13 for rotating the wrist, and the hollow part B inside the wrist rotation shaft 13 and the wrist rotation flange 14 is framed through the opening A2. It communicates with the hollow part A of (3).

배선 및 배관은 로봇아암(1)으로부터 손목프레임(2) 내로 도입되어, 상기 중공부(A)(B)를 통해 로봇손(28)에 접속되고, 상기 중공부(A)(C)를 통해 센서(29)에 접속된다.Wiring and piping are introduced into the wrist frame 2 from the robot arm 1 and connected to the robot hand 28 through the hollow portions A and B, and through the hollow portions A and C. It is connected to the sensor 29.

이하, 제1도 및 제2도를 참조하여 상세구조를 설명한다. 제1도에서 손목프레임(2)은 로봇아암(1)에 고정되어 있다. 상기 손목의 구부림운동용 타이밍벨트(17)는 손목구부림용 구동원(도시생략)에 접속되어 있다. 상기 타이밍벨트(17)는 풀리(6), 이 풀리(6)와 일체적으로 회전하는 파형발생기(7) 및 하모닉식 감속장치(8)를 개재하여 회전프레임(3)을 회전축선(4)을 중심으로 회전시킨다. 상기 파형발생기(7)는 구동원의 회전운동을 상기 회전프레임(3)에 전달하는 작용을 한다. 상기 하모닉식 감속장치(8)는 원형스플라인(18)(19)을 구비한다. 손목구부림용 축인 파형발생기(7)는 볼베어링(9)을 개재하여 회전프레임(3) 및 원형스플라인(18)(19) 내측에서 회전축선(4)을 중심으로 회전될 수 있도록 지지되어 있다. 상기 회전프레임(3)은 로울러베어링(10) 및 볼베어링(20)을 개재하여 손목프레임(2)의 내측에서 회전축선(4)을 중심으로 회전될 수 있도록 지지되어 있고, 손목회전부(16)는 회전프레임(3)에 회전축선(5)을 중심으로 회전될 수 있도록 장착되어 있다. 상기 손목회전부(16)는 상기 회전프레임(3)과 회전축선(4)을 중심으로 일체적으로 회전될 수 있다. 이하, 제2도를 참조하여 상기 손목회전부(16)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the detailed structure will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, the wrist frame 2 is fixed to the robot arm 1. The wrist bending exercise timing belt 17 is connected to a wrist bending drive source (not shown). The timing belt 17 rotates the rotary frame 3 through the pulley 6, the waveform generator 7 and the harmonic type reduction device 8, which rotate integrally with the pulley 6, and the rotation axis 4 Rotate around. The waveform generator 7 serves to transmit the rotational motion of the drive source to the rotation frame (3). The harmonic reduction device 8 has circular splines 18 and 19. The waveform generator 7, which is a wrist bending axis, is supported to be rotated about the rotation axis 4 inside the rotation frame 3 and the circular splines 18, 19 via the ball bearing 9. The rotating frame 3 is supported to rotate about the rotation axis 4 inside the wrist frame 2 via the roller bearing 10 and the ball bearing 20, and the wrist rotating part 16 is The rotating frame 3 is mounted to be rotated about the rotation axis 5. The wrist rotating part 16 may be integrally rotated about the rotation frame 3 and the rotation axis 4. Hereinafter, the wrist rotating unit 16 will be described in detail with reference to FIG. 2.

제2도는 제1도에 도시된 손목의 회전축선(5)에 붙어있는 화살표 방향에서 취한 단면도이다. 제2도에서 상기 손목회전용 구동원인 전기모터(11)는 하모닉식 감속장치(12) 및 손목회전축(13)을 개재하여 상기 손목회전축(13)에 부착된 손목회전 플랜지(14)를 회전구동한다. 상기 손목회전축(13)은 손목회전용 기어(21)와 맞물려 있다. 전술한 로봇손(28)은 상기 손목회전플랜지(14)에 장착되어 있다. 상기 손목회전용 기어(21)는 로울러베어링(22)을 개재하여 회전프레임(3)의 내측의 손목회전 기구의 회전축선(23)을 중심으로 회전될 수 있도록 지지된다. 손목회전축(13)은 손목회전용 기어(21)로부터의 구동력을 전달하기 위한 기어기구를 가지며, 로울러베어링(15)을 개재하여 회전프레임(3)의 내측에서 회전축선(5)을 중심으로 회전될 수 있도록 지지되어 있다. 손목회전용 구동원인 전기모터(11)는 회전프레임(3)에 고정되어 있다.2 is a cross-sectional view taken in the direction of the arrow attached to the axis of rotation 5 of the wrist shown in FIG. In FIG. 2, the electric motor 11, which is the driving source for the wrist rotation, drives the wrist rotation flange 14 attached to the wrist rotation shaft 13 via the harmonic type reduction device 12 and the wrist rotation shaft 13. do. The wrist rotating shaft 13 is engaged with the gear 21 for rotation of the wrist. The above-described robot hand 28 is mounted to the wrist rotation flange 14. The wrist rotating gear 21 is supported so as to be rotated about the rotation axis 23 of the wrist rotating mechanism inside the rotating frame 3 via the roller bearing 22. The wrist rotating shaft 13 has a gear mechanism for transmitting a driving force from the gear 21 for rotation of the wrist, and rotates about the rotation axis 5 inside the rotating frame 3 via the roller bearing 15. It is so supported. The electric motor 11, which is a driving source for wrist rotation, is fixed to the rotation frame 3.

상기 파형발생기(7), 손목회전축(13)과 손목회전플랜지(14)를 구비한 손목회 전부(16), 및 회전프레임(3)에는 경량화 및 배선 및 배관이 가능하도록 각각 중공부(A)(B)(C)가 구비되어 있다. 제1도에서, 케이블(24a)은 로봇아암(1) 내를 통하여 도입되고, 회전프레임(3)의 케이블출입구(25)로부터 이 회전프레임(3)의 중공부(A)를 통과하며, 또한 손목회전축(13)과 손목회전플랜지(14)의 중공부(B)를 통하여 케이블출입구(26)로부터 손목회전플랜지에 부착된 각종 로봇손(28) 등에 접속된다. 또, 케이블(24b)은 로봇아암(1) 내로부터 회전프레임(3)의 중공부(A)와 파형발생기(7)의 중공부(C)를 통해 케이블출입구(27)로부터 손목프레임(2)에 부착된 각종 센서(29) 등에 접속된다.The hollow body (A) to the light weight, wiring and piping, respectively, and the wrist rotation 16 having the waveform generator (7), wrist rotation shaft 13 and wrist rotation flange 14, and the rotary frame (3) (B) (C) is provided. In FIG. 1, the cable 24a is introduced through the robot arm 1 and passes through the hollow portion A of the rotary frame 3 from the cable entry 25 of the rotary frame 3, and It is connected to various robot hands 28 attached to the wrist rotation flange from the cable entrance 26 through the hollow portion B of the wrist rotation shaft 13 and the wrist rotation flange 14. Further, the cable 24b is connected to the wrist frame 2 from the cable entrance 27 through the hollow portion A of the rotating frame 3 and the hollow portion C of the waveform generator 7 from within the robot arm 1. To various sensors 29 attached thereto.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 손목회전축, 손목구부림축 및 회전프레임을 중공구조로 하여 그 내부에 로봇손 등에 접속되는 배선 및 배관을 수용할 수 있다. 따라서, 손목의 운동에 수반되는 과도하게 긴 케이블류는 없어지게 되므로 단선, 접속부의 느슨해짐, 및 코팅부의 파손이 거의 발생하지 않고, 로봇의 작업영역을 넓게 사용할 수 있다. 또, 배선이나 배관이 외부에 노출되어 있는 것과 비교해서 시일구조를 필요로 하는 부분이 적어 로봇의 기밀도가 높고, 방진성이 우수하다. 즉, 상기 로봇은 주변환경에 악영향을 미치지 않고도 보다 복잡한 작업 및 다양한 작업을 수행할 수 있다. 또, 상기 손목의 방진성이 우수하므로 방진환경하에서 수행되어야 하는 기계가공처리작업에 특히 유효하다. 또, 상기 손목기구를 중공구조로 함으로써 회전기구의 경량화가 가능하고, 로봇아암의 선단의 관성이 감소함으로써 위치결정정밀도가 향상되는 효과가 있다.As described above, the present invention can accommodate a wire and a pipe connected to a robot hand or the like with a wrist rotating shaft, a wrist bending shaft, and a rotating frame in a hollow structure. Therefore, the excessively long cables associated with the movement of the wrist are eliminated, so disconnection, loosening of the connecting portion, and breakage of the coating part hardly occur, and the working area of the robot can be widely used. Moreover, compared with the wiring and piping exposed to the outside, there are few parts which require a seal structure, the airtightness of a robot is high, and dustproofness is excellent. That is, the robot can perform more complex tasks and various tasks without adversely affecting the surrounding environment. In addition, since the wrist is excellent in dustproofness, it is particularly effective for machining operations to be performed in a dustproof environment. In addition, since the wrist mechanism has a hollow structure, the rotation mechanism can be reduced in weight, and the positioning accuracy is improved by decreasing the inertia of the tip of the robot arm.

Claims

At least a wrist mechanism of a robot capable of rotating and bending movement, the wrist mechanism has a rotating mechanism for rotating the rotating body, the rotating mechanism comprises a hollow shaft for transmitting a movement for driving the rotating body. Robot wrist mechanism.

The wrist mechanism of a robot according to claim 1, wherein a wiring or a pipe is provided in the hollow portion of the hollow shaft.

The wrist mechanism of a robot according to claim 2, wherein the wiring or the pipe is connected to a robot hand.

The wrist mechanism of a robot according to claim 2, wherein the wiring or the pipe is connected to a sensor.