KR100213615B1 - 스토퍼를 갖는 다관절로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회동관절을 통해 상호 상대회동가능하게 연결된 제 1회동아암 및 제 2회동아암을 갖는 다관절로봇에 관한 것으로서, 상기 제 1회동아암에 고정되며, 상기 제 2회동아암의 회동방향 양측에서 상기 제 2회동아암에 접촉하여 상기 제 2회동아암의 회동범위를 제한하는 스토퍼부재를 포함한다. 이에 의해 스토퍼의 가공 및 조립이 간편하여 생산단가를 저하시킬 수 있고, 특히 외관의 품위를 향상시킬 수 있다.

Description

스토퍼를 갖는 다관절로봇

본 발명은 다관절로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 6축으로 구성된 수직 다관절로봇의 각 회동아암의 회동범위를 기구적으로 제한하는 스토퍼의 구조 및 조립위치를 개선한 것에 관한 것이다.

최근에는, 공장이나 산업시설등에 인간의 노동력을 대체하기 위한 로봇이 사용되고 있으며, 이들 로봇은 일반적으로, 원통좌표형(Cylindrical), 극좌표형(Polor), 직각좌표형(Cartesian), 다관절형(Articulated)으로 분류된다. 이러한 로봇중 다관절로봇은, 넓은 작업영역을 확보하기 위하여 2개이상의 아암을 상대회동방향으로 연결하고, 상호 연결되는 관절부에 서보모터와 감속기 및 베어링을 설치하여 상대회동이 가능하도록 되어 있다.

도 5 및 도 6은 종래의 수직 다관절로봇의 작동상태를 나타낸 부분 측면도로서, 이들 도면에는 서로 독립적으로 동작하는 6개의 회동아암을 가지는 6축 다관절로봇(1)이 부분확대되어 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2축아암(7)은 헤더부(13)의 중앙 하부에 회동관절(19)을 통하여 상호 연결되며, 도시않은 제 2축모터에 의해 제 3축모터(11)를 중심으로 회동되게 된다. 제 3축아암(9)은 헤더부(13)의 후방측에 제 2축아암과 평행하게 배치되며 제 3축모터(11) 및 보조아암(10)에 의해 헤더부(13)의 상부를 앞으로 기울이거나 들어올리게 된다. 헤더부(13)의 선단에는, 축선방향을 따라 순차적으로 제 4축아암(15) 및 제 5축아암(17)이 설치되어, 각기 해당 모터의 구동에 의해 축방향으로 회동가능하게 마련되어 있다.

한편, 이러한 다관절로봇의 각 회동아암들은, 기구적 또는 제어프로그램의 소프트웨어적으로 그 자체의 회전운동이나 회동이 제한을 받도록 되어 있다. 이에 따라 도면에 도시된 바와 같은 수직 다관절로봇(1)에도, 상호 대향하여 기립방향으로 배치되는 제 2축아암(7)과 제 3축아암(9)의 상호 접촉에 의한 자해행위를 방지하도록 기구적 회동제한장치장치가 마련되어 있다. 이 회동제한장치는 제 2축아암(7)의 하부에 제 3축모터(11)를 축으로 분기된 보조아암(10)과의 분기영역에 설치된 하부스토퍼(51)와, 역시 제 2축아암(7)과 헤더부(13)와의 회동관절영역에 설치된 상부스토퍼(52)로 구성되어 있다.

그래서, 대향하는 제 2축(7) 및 제 3축아암(9)이 상호 예정된 작동범위를 벗어나거나 과도한 외력이 작용하게 될 경우, 일차적으로 제어프로그램이 이를 피드백하여 제 2축 및 제 3축모터(11)의 동작시그널을 제한하게 되고, 이러한 소프트웨어적인 제어가 되지 않을 경우, 이들 스토퍼(51, 52)가 회동하는 제 2축(7) 및 제 3축아암(9) 사이의 접촉부위에 개재되게 되어, 상호 충돌에 의한 손상이 방지되게 된다.

그런데, 이러한 종래의 수직 다관절로봇(1)에서는, 별개의 스토퍼가 제 2축아암과 헤더부 및 제 2축아암의 접촉영역에 각각 설치되기 때문에, 조립성이 저하되고 가공비가 상승되게 된다, 그리고, 설정위치에 부착된 각 스토퍼는 외부에 노출되어 있어서 외관의 품위를 저하시킨다는 문제점들이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 문제점을 고려하여, 외부에 노출되지 않는 부분에 단일의 스토퍼를 설치하여 제 2축 및 제 3축아암, 그리고, 헤더부의 상호 접촉을 방지시킨 다관절로봇을 제공하는 것이다. 이에 의해 조립성이 향상되는 동시에 가공비가 적게 들고, 특히, 외관의 품위가 향상되게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 다관절로봇의 측면도이고,

도 2는 도 1의 부분확대 측단면도,

도 3 및 도 4는 도 2의 작동상태도,

도 5 및 도 6은 종래의 수직 다관절로봇의 작동상태를 나타낸 부분측면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수직다관절로봇 7 : 제 2축아암

9 : 제 3축아암 11 : 제 3축모터

13 : 헤더부 19 : 회동관절

21 : 회동축 23 : 연장리브

25 : 회동축지지부 31 : 스토퍼

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회동관절을 통해 상호 상대회동가능하게 연결된 제 1회동아암 및 제 2회동아암을 갖는 다관절로봇에 있어서, 상기 제 1회동아암에 고정되며, 상기 제 2회동아암의 회동방향 양측에서 상기 제 2회동아암에 접촉하여 상기 제 2회동아암의 회동범위를 제한하는 스토퍼부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절로봇에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 스토퍼부재는 상기 제 2축아암의 회동축지지부에 상기 헤더부의 회동방향으로 대향하도록 설치되는 단일의 탄성체이며; 상기 헤더부로부터 상기 고정스토퍼부를 향해 연장된 연장리브가 상기 스토퍼부재에 접촉되도록 간단히 구성할 수 있으며, 이 때, 상기 스토퍼부재의 높이는 상기 제 2축아암과 상기 제 3축아암의 상호 접촉이 방지되도록 상기 헤더부의 최대회동범위내에서 결정하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 다관절로봇의 측면도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 본 수직 다관절로봇(1)은, 종래의 도 5 및 도 6과 관련하여 설명한 바와 같이 서로 독립적으로 동작하는 6개의 회동아암을 가지는 6축 다관절로봇이며, 이에 대한 설명의 용이함을 위해 동일구성요소에 대해서는 동일명칭과 동일부호를 사용하기로 한다. 바닥에 고정되어 있는 제1축모터(1)에는 제 1축아암(3)이 연결되어 있어서 로봇전체를 축중심으로 회전시키고, 제 2축아암(7)은 제 1축아암(5)의 상단과, 헤더부(13)의 중앙 하부에 각각 회동가능하게 연결되어 있다. 이 제 2축아암(7)은 도시않은 제 2축모터에 의해 하측의 회동관절에 마련된 도시않은 회동축을 중심으로 회동하게 된다.

그리고, 제 3축아암(9)은 헤더부(13)의 후방측에 제 2축아암(7)과 평행하게 배치되어 있다. 이 제 3축아암(9)은 하측의 회동관절영역에 마련되어 있는 제 3축모터(11) 및 보조아암(10)을 통하여, 헤더부(13)의 상부를 상부회동축(21)을 중심으로 앞으로 기울이거나 들어올리게 된다. 그리고, 헤더부(13)의 선단에는, 축선방향을 따라 순차적으로 제 4축아암(15) 및 제 5축아암(17)이 각각 결합되어 있다. 제 4축아암(15)은 헤더부내에 설치된 도시않은 제 4축모터에 의해 축을 중심으로 좌우방향으로 회전하게 되고, 제 4축아암(15)의 끝단에는 역시 도시않은 제 5축모터가 설치되어 있어서, 제 5축아암(17)의 축방향회전이 별도로 가능하게 된다.

한편, 도 2는 도 1의 부분확대 측단면도로서, 이 도면에는 본 발명에 따른 수직 다관절로봇(1)의 제 2축(7)과 제 3축아암(9)의 상호 간섭을 기구적으로 제한하는 스토퍼(31)가 확대되어 구체적으로 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 상호 결합된 헤더부(13)와 제 2축아암(7)은 회동축(21)을 중심으로 상호 상대회동하게 된다. 제 2축아암(7)에는 그 상단의 양측으로부터 상호 대향하도록 상향 연장된 한 쌍의 회동축지지부(21)가 마련되어 있고, 헤더부(13)에는 회동축지지부(25)를 향해 하단으로부터 연장된 연장리브(23)가 마련되어 있으며, 이들 회동축지지부(25)와 연장리브(23)에는 각각 헤더부(13)의 회동방향에 가로방향의 회동축공이 형성되어 있다. 회동축(21)은 일측방으로부터 이들 회동축공에 일체로 끼워지게 되며, 이에 의해 헤더부(13)는 회동축(21)을 중심으로 제 2축아암(7)에 대하여 상하 회동가능하게 된다. 이 때, 대향하는 한 쌍의 회동축지지부(21)의 사이는, 헤더부(13)의 연장리브가 이동하는 이동로가 마련되게 된다.

그리고, 제 2축아암(7)의 회동축지지부(25)의 끝단에는, 그 길이방향을 따라 단일의 스토퍼(31)가 고정부착되어, 헤더부(13)의 연장리브(23)를 향해 돌출되어 있다. 이 스토퍼(31)는, 사출성형 등에 의해 탄성재질의 합성고무나 플라스틱으로 구성될 수 있으며, 헤더부(13)의 과도한 상하 회동으로 헤더부(13)의 연장리브(23)가 회동방향에 대응하는 접촉부에 접면할 때, 그 회동가압력을 소정 완충시켜 제 2축아암(7)과의 상호 충돌에 의한 마모를 방지시킨다. 이 때, 연장리브(23)는 회동축지지부(25)에 설치된 스토퍼(31)에 대응하는 가동스토퍼의 역할을 하게 된다.

이러한 구성에 의하여, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 수직 다관절로봇의 작동상태도를 나타낸 부분확대 측단면도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 헤더부(13)는, 제 3축아암(9)의 상하이동에 의해 제 2축아암(7)과의 회동축(21)을 축으로 상하회동하게 된다. 제 3축아암(9)은 보조아암(10)을 통해 제 2축아암(7)의 하부에 결합되어 있어서, 그 상하이동에 연동하여 2축아암(7)에 대하여 접근이반하게 된다.

제 3축아암(9)이 제 3축모터(11)에 의해 상향이동하게 되면, 헤더부(13)는 회동축(21)을 축으로 일측방향으로 회동하게 되며, 이 때, 제 3축모터(11)의 오동작으로 헤더부(13)가 과도하게 회동하게 되면, 그 연장리브(23)의 일측이 대응하는 스토퍼(31)의 일측과 접촉하게 된다. 그러면, 스토퍼(31)의 완충에 의하여 헤더부(13)는 그 토오크가 줄어들게 되고, 이에 의해 헤더부(13)의 회동이 저지되게 된다. 이 때, 상향이동과 동시에 제 2축아암(7)을 향해 접근하는 제 3축아암(9)은, 제 2축아암(7)과 일정간격을 두고 정지하게 된다. 그리고, 헤더부(13)의 과도한 타측방향 회동의 경우에도, 스토퍼(31)는 그 토오크를 완충시켜 회동을 저지시키고, 이에 의해 제 2축아암(7)과 제 3축아암(9)이 상호 접촉되지 아니하게 된다. 이러한 제 2축(7) 및 제 3축아암(9)의 상호 접촉을 방지하기 위하여, 스토퍼(31)의 높이는, 헤더부(13)의 최대회동반경내에서 적당하게 결정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 수직 다관절로봇(1)의 헤더부(13)는, 회동축(21)을 축으로 제 2축아암(7)에 대한 상하회동만이 가능하므로, 헤더부(13)의 연장리브(23)와 접촉하는 회동축지지부(25)의 양측 즉, 회동축(21)을 중심으로 대칭방향의 접촉부에 각기 한 쌍의 스토퍼를 설치할 수도 있다.

그리고, 전술 및 도시한 실시예에서는, 스토퍼(31)를 헤더부(13)의 연장리브(23)에 대응하는 제 2축아암(7)의 회동축지지부(25)에 설치한 것에 대하여 설명하였지만, 연장리브(23)에 스토퍼(31)를 설치하고, 회동축지지부(25)를 가동스토퍼의 역할을 하도록 구성하여도 상기한 동일목적을 달성할 수 있다.

또한, 상기한 스토퍼(31)는 그 실시에 있어서, 단지 일실시예로 상술 및 도시한 5축의 회동아암을 가지는 수직 다관절로봇에만 적용되는 것이 아니라, 회동관절로 연결된 회동아암을 갖는 다양한 형태의 로봇 및 산업용 기기에 폭넓게 적용할 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제 2축아암에 대하여 상대회동하는 헤더부의 과도한 회동을 기구적으로 제한토록 하는 스터퍼가 회동아암의 회동축지지부에 설치되게 된다.

이에 의해 제 2축아암과 제 3축아암의 상호 접촉이 방지되게 되어, 충돌에 의한 기기의 마모가 방지되게 되며, 또한, 종래의 외부로 노출된 스터퍼에 의해 저하되던 기기의 외관품위가 향상되게 된다. 그리고, 스토퍼의 가공 및 조립이 비교적 간편하여 생산단가를 저하시킬 수도 있다.

Claims (3)

1. 회동관절을 통해 상호 상대회동가능하게 연결된 제 1회동아암 및 제 2회동아암을 갖는 다관절로봇에 있어서,

   상기 제 1회동아암에 고정되며, 상기 제 2회동아암의 회동방향 양측에서 상기 제 2회동아암에 접촉하여 상기 제 2회동아암의 회동범위를 제한하는 스토퍼부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스토퍼부재는 상기 제 2축아암의 회동축지지부에 상기 헤더부의 회동방향으로 대향하도록 설치되는 단일의 탄성체이며;

   상기 헤더부로부터 상기 고정스토퍼부를 향해 연장된 연장리브가 상기 스토퍼부재에 접촉되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 스토퍼부재의 높이는 상기 제 2축아암과 상기 제 3축아암의 상호 접촉이 방지되도록 상기 헤더부의 최대회동범위내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.

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