KR100212161B1 - 관절 로보트의 전동식 핸드구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관절 로보트의 전동식 핸드구조에 관한 것으로서, 내부의 기밀성을 유지하도록 가스켓을 개재하여 커버가 고정되는 프레임; 각각의 샤프트를 개재하여 커버상에 회전 가능하게 고정되는 한 쌍의 핑거; 상기 샤프트를 정역으로 회전시키도록 각각의 샤프트에 관절운동 가능하게 연결되는 한 쌍의 링크; 상기 각각의 핑거가 상호 반대 방향으로 연동하도록 각각의 링크에 연결되는 구동기구 수단; 그리고 상기 구동기구 수단에 구동력을 제공하도록 연결되는 스테핑 모터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 반도체 제조라인 등에 사용되는 관절 로보트의 핸드가 간단한 구성으로 신뢰성있는 동작을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

관절 로보트의 전동식 핸드구조

본 발명은 관절 로보트의 전동식 핸드구조에 관한 것으로서, 상세하게는 반도체 제조라인 등에 사용되는 관절 로보트의 핸드(hand)가 간단한 구성으로 신뢰성있는 동작을 수행할 수 있도록 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조라인에서 웨이퍼를 적재한 카세트를 자동으로 반송하는 시스템의 일부로서 매니풀레이터(manipulator)의 일종인 다관절 로보트가 사용된다. 이러한 로보트는 전동식 핸드를 이용하여 웨이퍼 카세트를 고청정의 환경하에서 다른 로보트 및 설비 사이에 신속, 정확히 전달하는 기능을 수행한다.

도시에는 없으나 종래에는 전동식 핸드가 서보모터·워엄기어를 주요 구성품으로 하여 구성된다. 서보모터에 의해 회전되는 축상에 두 개의 워엄기어를 나선 방향이 대향하도록 고정하고, 워엄기어와 맞물리는 워엄휠 상에 핑거가 요동하도록 고정한다. 서보모터의 정/역 회전에 따라 양측의 핑거가 오므라들거나 펴지면서 카세트를 쥐거나 놓을 수 있게 된다.

이와 같이 종래의 전동식 핸드가 워엄기어를 사용함에 따라 워엄휠과의 맞물림에서 많은 백래쉬를 수반하므로 핑거의 정확한 조정이 곤란해지고, 많은 요소 부품이 필요로 되는 반면 작동의 신뢰성은 저하되는 문제가 있다. 또한 이러한 백래쉬는 핸드의 작동시 소음을 더욱 증가시키는 요인이 된다.

따라서, 본 발명은 반도체 제조라인 등에 사용되는 관절 로보트의 핸드가 간단한 구성으로 신뢰성있는 동작을 수행할 수 있도록 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 관절 로보트의 전동식 핸드의 내부를 나타내는 구성도.

도 2는 도 1의 측면에서 구동기구 수단의 조립 상태를 나타내는 구성도.

도 3은 본 발명의 작동 전후 상태를 비교하여 나타내는 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 프레임 12 : 커버

13 : 핑거 14 : 가이드

15 : 가스켓 16,17 : 링크

18 : 샤프트 19 : 서포터

21 : 스테핑 모터 22 : 기어

23 : 재하감지 센서 24 : 볼스크류

25 : 슬라이더 26 : 위치검출 센서

A : 카세트

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 내부의 기밀성을 유지하도록 가스켓을 개재하여 커버가 고정되는 프레임; 각각의 샤프트를 개재하여 커버상에 회전 가능하게 고정되는 한 쌍의 핑거; 상기 샤프트를 정역으로 회전시키도록 각각의 샤프트에 관절운동 가능하게 연결되는 한 쌍의 링크; 상기 각각의 핑거가 상호 반대 방향으로 연동하도록 각각의 링크에 연결되는 구동기구 수단; 그리고 상기 구동기구 수단에 구동력을 제공하도록 연결되는 스테핑 모터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1의 구성도는 본 발명이 적용되는 관절 로보트의 전동식 핸드의 내부를 나타내는데, 내부의 기밀성을 유지하도록 프레임(11)에는 가스켓(15)을 개재하여 커버(12)가 고정된다. 프레임(11) 및 커버(12)는 상대운동이 발생하지 않고 고압이나 고열이 작용하지 않으므로 실리콘 재질의 가스켓(15)을 사용하여 기밀성의 유지한다. 본 발명이 적용되는 관절 로보트는 고청정 환경에서 사용되므로 가스켓(15) 자체도 부스러지지 않고 점결력을 지니는 것이 필요하다.

또, 본 발명에 따르면 각각의 샤프트(18)를 개재하여 커버(12)상에 한 쌍의 핑거(13)가 회전 가능하게 고정된다. 핑거(13)는 대상 물체를 쥐기 위해 요동 운동하는 부분으로서 샤프트(18)를 회전 중심으로 한다. 핑거(13) 및 샤프트(18)는 임의의 각도에서 연결이 손쉽게 이루어질 수 있도록 파워록(power lock)(도시 생략)으로 고정되고, 재하감지 센서(23)의 배선이 통과하도록 중공으로 형성된다. 재하감지 센서(23)는 대상 물체의 파지 유무를 검출하기 위해 핑거(13)에 설치되는 포토센서이다.

이때, 샤프트(18)는 프레임(11) 및 커버(12)가 형성하는 공간으로부터 이물질이 유출되는 것을 방지하도록 상호 균일한 자기장을 형성하는 자성유체 실 및 자성액을 개재하여 장착된다. 도시에는 없으나 자기장을 형성하면서 투입되어진 자성액은 균일하게 분포되므로 자성유체 실과 샤프트(18)의 상대운동에도 불구하고 본 발명에 따른 전동식 핸드 내부에서 이물질이 유출되지 않도록 하여 고청정의 환경에서 사용이 가능하도록 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 샤프트(18)를 정역으로 회전시키도록 한 쌍의 링크(16)(17)가 각각의 샤프트(18)에 관절운동 가능하게 연결된다. 좌측의 샤프트(18)에 연결되는 링크(16)(17)는, 도시에는 생략되었으나, 우측에도 동일하게 적용된다. 링크(16)(17)는 볼베어링(바람직하기는 자동 조심형)으로 연결되어 관절운동하고, 샤프트(18)에 키를 이용하여 고정된다.

또, 본 발명에 따르면 상기 각각의 핑거(13)가 상호 반대 방향으로 연동하도록 각각의 링크(16)에 연결되는 구동기구 수단과, 구동기구 수단에 구동력을 제공하도록 연결되는 스테핑 모터(21)를 사용한다. 스테핑 모터(21)는 펄스신호에 따라 비례적으로 회전되므로 서보모터를 사용할 때보다 간단한 구성으로 핑거(13)의 운동량을 정확히 제어할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 구동기구 수단은 프레임(11) 상에 일체로 조립되는 슬라이더(25)·가이드(14)·볼스크류(24)·기어(22) 등으로 이루어진다. 슬라이더(25)에는 각각의 링크(16)의 일단이 고정되고, 가이드(14)에는 슬라이더(25)가 직선운동 가능하도록 장착되고, 볼스크류(24)는 슬라이더(25)를 상하운동 시키도록 가이드(14)에 장착되고, 기어(22)는 볼스크류(24)에 스테핑 모터(21)의 회전력을 전달하도록 장착된다. 가이드(14)는 슬라이더(25)의 상하운동시 흔들림없이 평행을 유지하도록 정밀 연삭된 부분을 지니는 철구조물로 형성한다. 슬라이더(25)는 좌측 및 우측의 링크(16)와 동시에 연결된다. 볼스크류(24)는 나선부에 다수의 작은 볼이 개재되어 회전토크 및 작동소음을 줄이는 용도로 적합하다. 기어(22)는 통상적으로 평치차를 사용하지만 작동소음을 더욱 줄이려면 헬리컬치차를 사용하는 것도 가능하다.

핑거(13)는 오픈 및 클로스되는 각도에 따른 신호를 발생하는 위치검출 센서(26)가 장착된다. 위치검출 센서(26)는 핑거(13)와 샤프트(18)를 연결하는 서포트 부분에 내측(클로스 감지) 및 외측(오픈 감지)을 향해 하나씩 장착되고, 핑거(13)의 클로스 및 오픈되는 각도에 따라 내부 저항치 등 전기적 특성이 변화되는 형식의 것을 사용한다.

도 3은 본 발명의 작동 전후 상태를 비교하여 나타내는 정면도가 도시되는 바, 인용하지 않은 도면 부호는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 작용의 일예를 살펴본다. 스테핑 모터(21)의 일방향 회전력이 기어(22)를 통해 볼스크류(24)에 전해지면 슬라이더(25)가 가이드(14) 상에서 상승한다. 슬라이더(25)의 상승시 좌우의 링크(16)(17)가 펴지면서 핑거(13)는 오픈되고 위치검출 센서(26)는 현재 각도를 알리는 신호를 발생한다. 핑거(13)가 적절한 각도에 이른 것이 확인되면 스테핑 모터(21)를 정치하고 카세트(A)에 접근한 후 스테핑 모터(21)를 반대로 회전시키면 핑거(13)가 클로스되어 카세트(A)를 로딩한다. 이후 카세트(A)를 적절한 장소로 이동시키고 언로딩하는 과정은 전술한 로딩과정과 동일하다.

한편, 본 발명에 따르면 스테핑 모터(21)를 사용하므로 전술한 위치검출 센서(26)대신 초기위치(완전 클로스 위치)를 검출하기 위한 하나의 마이크로 스위치(도시 생략)만 사용하는 것도 가능하다. 즉, 핑거(13)를 오픈하는데 필요한 각도는 스테핑 모터(21)의 필요한 펄스수를 미리 저장시켜 소프트웨어적으로 제어할 수 있다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명의 관절 로보트의 전동식 핸드구조는 반도체 제조라인 등에 사용되는 관절 로보트의 핸드가 간단한 구성으로 신뢰성있는 동작을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내부의 기밀성을 유지하도록 가스켓을 개재하여 커버가 고정되는 프레임; 각각의 샤프트를 개재하여 커버상에 회전 가능하게 고정되는 한 쌍의 핑거; 상기 샤프트를 정역으로 회전시키도록 각각의 샤프트에 관절운동 가능하게 연결되는 한 쌍의 링크; 상기 각각의 핑거가 상호 반대 방향으로 연동하도록 각각의 링크에 연결되는 구동기구 수단; 그리고 상기 구동기구 수단에 구동력을 제공하도록 연결되는 스테핑 모터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 프레임 및 커버가 형성하는 공간으로부터 이물질이 유출되는 것을 방지하도록 상호 균일한 자기장을 형성하는 자성유체 실 및 자성액을 개재하여 장착되는 것을 특징으로 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동기구 수단은 각각의 링크의 일단이 고정되는 슬라이더와, 상기 슬라이더가 직선운동 가능하도록 장착되는 가이드와, 상기 슬라이더를 상하운동 시키도록 가이드에 장착되는 볼스크류와, 상기 볼스크류에 스테핑 모터의 회전력을 전달하도록 장착되는 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 핑거는 오픈 및 클로스되는 각도에 따른 신호를 발생하는 위치검출 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 관절 로보트의 전동식 핸드구조.

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