KR100225870B1 - 균형 설계된 수직 다관절 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체 용접용 6축 수직 다관절 로봇에 관한 것으로서, 본 발명은 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부에 설치되는 2축과 3축 구동모터를 내부에 설치하고, 또한 2축과 3축의 입력단을 좌우 엇갈리게 설치함으로서, 어깨부의 무게 균형이 이루어지도록 하여 1축을 중심으로 한 관성모멘트를 줄여 로봇의 안정성과 동력학적 특성을 향상시킴은 물론 외부의 간섭으로 인한 구동모터의 손상을 방지토록 한 균형 설계된 수직 다관절 로봇을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 베이스와 어깨부와 암으로 구성되어 구동모터에 의해 구동되는 다관절 로봇에 있어서, 로봇의 각부를 구동시키는 구동모터를 로봇의 내측에 설치하되, 어깨부의 하부와 상부에 설치되는 2축 및 3축의 구동모터는 입력단을 엇갈리게 설치하여 어깨부의 무게 균형이 이루어지도록 한 특징이 있다.

Description

균형 설계된 수직 다관절 로봇

본 발명은 선체 용접용 초소형 수직 다관절 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부에 설치되는 2축과 3축 구동모터를 내부에 설치하고, 또한 2축과 3축의 입력단을 좌우 엇갈리게 설치하여 어깨부의 무게 균형이 이루어지도록 한 균형 설계된 수직 다관절 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 모든 산업이 기계화되고 자동화되면서 인간을 대신할 수 있는 기계장치의 필요성을 느끼게 되었다.

따라서 인간의 손, 다리, 머리 기능과 유사한 작용을 하는 자동 기계인 로봇이 탄생하게 되었다.

로봇의 탄생은 인간으로서는 하기 힘든 악조건하에서도 작업이 가능하게 하고, 또한 정밀작업에 적합하여 그 사용영역이 점점 확대되고 있다.

이러한 로봇 시스템 개발에서 기구부의 설계는 크게 두 가지 목적을 가지고 있다.

첫째 시스템의 한 부분으로써 시스템이 요구하는 기능과 성능을 갖추고 시스템의 다른 부분과 조합하여 원하는 목적을 달성하는 것이며,

둘째는 로봇 기구부가 가지고 있어야 할 여러 가지 기계적 특성인 반복성, 정밀도, 진동특성, 유지보수성, 제작단가 등에 있어서 우수한 성능을 가지도록 하는 것이다.

그 이유는 로봇 본체가 시스템의 일부분으로써 충분한 성능을 발휘하여도 로봇 단독적으로 다른 작업에 사용될 수 있기 때문이다.

한편 선체 용접용 로봇 시스템을 구축하는데 있어 시스템이 요구하는 기구부의 기능적 요구사항으로는 첫째 경량화로서, 로봇은 운반장치를 통해 이동하므로 가능한 작은 중량을 가져야 한다.

둘째 기구부의 크기로 협소한 작업대상물(선체 블록)의 안에서 용접을 해야하므로 로봇은 용접부위에 접근이 가능한 크기여야 한다.

셋째 작업범위로서, 작업대상물의 상하부의 작업이 가능한 구조여야 한다.

넷째 용접 작업시 케이블과 로봇 링크와의 간섭이 없어야 한다.

다섯째 설치 및 이동의 수월성으로 비숙련공도 여러대의 로봇을 설치, 운영이 가능해야 한다.

여섯째 로봇 위치 반복정밀도는 ± 0.2 mm 이내여야 한다.

다음은 종래의 선체 용접용 로봇으로 두 가지 예를 들어 설명한다.

도 1 은 종래의 선체 용접용 수직 다관절 로봇을 도시한 후면 개략도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 종래의 선체 용접용 로봇(10)은 베이스(12)가 구비되고, 베이스(12) 상부로 어깨부(14)가 결합되어 결합부위의 회전축을 중심으로 일정범위 상하로 회전한다.

한편 어깨부(14)의 상부측으로는 암(16)이 결합되어 이 역시 결합부위의 회전축을 중심으로 일전범위 상하로 회전한다.

그리고 암(16)의 끝단에는 손목(도시하지 않음)이 결합되어 이 부분에서 작업이 이루어진다.

이때 베이스(12)의 상부에 결합되는 어깨부(14)를 상하로 회전시키는 동력은 베이스(12)의 상부와 어깨부(14)의 하부가 결합되는 위치에 설치되는 2축 구동모터(14a)에 의하고, 암(16)을 어깨부(14)에 대해 상하로 회전시키는 동력은 어깨부(14)의 상부와 암(16)의 후단이 결합되는 위치에 설치되는 3축 구동모터(14b)에 의한다.

따라서 2축 구동모터(14a)와 3축 구동모터(14b)는 어깨부(14)의 하부와 상부측에 설치된다고 할 수 있다.

한편 어깨부(14)의 상하로 설치되는 구동모터(14a, 14b)는 어깨부(14)의 외측에 위치하면서 구동모터(14a, 14b)의 출력단이 일방향으로 설치되어 어깨부(14)의 무게 균형이 일방향으로 편심된다.

따라서 이와 같은 구조의 로봇은 구동모터가 어깨부의 외측으로 설치되기 때문에 용접 작업시 외부의 간섭으로 인한 충돌로 구동모터의 손상이 있을 수 있는 문제점이 있다.

또한 구동모터의 편심 설치로 인한 어깨부의 무게 균형이 맞지 않기 때문에 로봇의 자세 유지에도 어려움이 따르게 되는 문제가 있다.

도 2 는 종래의 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 다른 예를 도시한 후면 개략도이다.

도 2 는 어깨부(14)와 나란한 평형 링크(Parallel Link, 15)를 이용한 경우로서, 도시된 바와 같이 베이스(12)의 상부와 어깨부(14)의 하부가 결합되는 위치에 2, 3축 구동모터(14a, 14b)가 외측 좌우로 설치되어 3축 구동모터(14b)의 회전동력을 평형 링크(15)를 이용한 간접구동 방식이다.

따라서 전술한 로봇(10) 역시 도 1 의 예와 마찬가지로 구동모터가 어깨부의 외측으로 설치되기 때문에 용접 작업시 외부의 간섭으로 인한 충돌로 구동모터의 손상이 있을 수 있는 문제점이 있다.

또한 구동모터의 편심 설치로 인한 어깨부의 무게 균형이 맞지 않기 때문에 로봇의 자세 유지에도 어려움이 따르게 되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부에 설치되는 2축과 3축 구동모터를 내부에 설치하고, 또한 2축과 3축의 입력단을 좌우 엇갈리게 설치함으로서, 어깨부의 무게 균형이 이루어지도록 하여 로봇의 자세유지는 물론 1축을 중심으로 한 관성모멘트를 줄여 로봇의 안정성과 동력학적 특성을 향상시키기 위한 균형 설계된 수직 다관절 로봇을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 2축 및 3축의 구동모터를 어깨부의 내측으로 설치하여 각 축의 동력을 직접구동방식으로 함은 물론 외부의 간섭으로 인한 구동모터의 손상을 방지하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 선체 용접용 수직 다관절 로봇을 도시한 후면 개략도.

도 2 는 종래의 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 다른 예를 도시한 후면 개략도.

도 3 은 본 발명의 선체 용접용 수직 다관절 로봇을 도시한 측면도.

도 4 는 본 발명의 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부를 도시한 내부 장치도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 로봇 12 : 베이스

12a : 하부 베이스 12b : 상부 베이스

12c : 1축 구동모터 14 : 어깨부

14a : 2축 구동모터 14b : 3축 구동모터

15 : 평형 링크 16 : 암

16a : 4축 구동모터 18 : 손목

18a:5축구동모터

8b:6축구동모터

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위해서 다음과 같이 구성된다. 즉 베이스와 어깨부와 암으로 구성되어 구동모터에 의해 구동되는 다관절 로봇에 있어서, 로봇의 각부를 구동시키는 구동모터를 로봇의 내측에 설치하되, 어깨부의 하부와 상부에 설치되는 2축 및 3축의 구동모터는 입력단을 엇갈리게 설치하여 어깨부의 무게 균형이 이루어지도록 한 특징이 있다.

전술한 구성에서 어깨부측의 구동모터는 2축과 3축으로 이루어질 수 있다.

또한 전술한 로봇은 6축 로봇일 수 있다.

전술한 로봇은 선체 용접용에 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명의 선체 용접용 수직 다관절 로봇을 도시한 측면도이고, 도 4 는 본 발명의 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부를 도시한 내부 장치도이다.

본 발명의 로봇은 선체 용접용 로봇으로서, 이 로봇 각각의 구동 부위에 회전동력을 제공하는 구동모터가 6개 설치되어 이루어진 것이다.

즉 6축 다관절 로봇이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 본 발명의 선체 용접용 6축 다관절 로봇(10)은 베이스(12), 어깨부(14), 암(16) 및 손목(18)으로 구성되어 이루어진다.

한편 베이스(12)에는 하부 베이스(12a)와 상부 베이스(12b)로 이루어지고, 이 베이스(12a, 12b)에는 1축 구동모터(12c)가 설치되어 하부 베이스(12a)에 대해 상부 베이스(12b)가 1축 구동모터(12c)의 회전동력에 의해 회전된다.

상부 베이스(12b)의 상부로는 어깨부(14)의 하부가 결합되고, 이 결합부위의 내측에 2축 구동모터(14a)가 설치되어 이 2축 구동모터(14a)의 회전동력에 의해 어깨부(14)가 상부 베이스(12b)에 대해 일정범위 상하로 회전된다.

어깨부(14)의 상부로는 암(16)의 후방 하부가 결합되는데, 이 결합부위의 내부로 3축 구동모터(14b)가 설치된다.

암(16)은 3축 구동모터(14b)의 회전동력에 의해 상하로 일정범위 회전된다.

한편 로봇(10)의 암(16) 내부로는 4축 구동모터(16a)가 설치되고, 로봇(10)의 손목(18) 내부에는 5축과 6축 구동모터(18a, 18b)가 설치되어 이 4, 5, 6축 구동모터(16a, 18a, 18b)의 회전동력에 의해 손목(18)이 구동되어 용접 작업을 하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 선체 용접용 6축 수직 다관절 로봇(10)은 컴퓨터 제어에 의해 6축의 구동모터(12c, 14a, 14b, 16a, 18a, 18b)가 동시 다발적으로 구동되어 작업을 하게 된다.

한편 도 4 는 로봇(10)의 어깨부(14)를 도시한 것으로서, 2, 3축 구동모터(14a, 14b)의 내부 설치를 보인 것이다.

도 4 에 도시된 바와 같이 어깨부(14)의 하부는 상부 베이스(12b)와 결합되고, 어깨부(14)의 상부는 암(16)의 후방 하부와 결합된다.

이때 상부 베이스(12b)의 상부와 암(16)의 후방 하부에 결합되는 어깨부(14)의 하부 및 상부에는 결합부위의 내부에 2축과 3축 구동모터(14a, 14b) 가 설치되어 이 구동모터(14a, 14b)의 회전동력에 의해 어깨부(14)와 암(16)이 운동을 하게 된다.

한편 어깨부(14)의 하부 및 상부측의 내부에 설치되는 2축과 3축 구동모터(14a, 14b)는 입력단이 서로 엇갈리게 설치된다. 즉 2축 구동모터(14a)는 어깨부(14) 하단 중앙의 내부에 위치하고, 3축 구동모터(14b)는 어깨부(14) 상단 중앙의 내부에 위치하게 된다.

이와 같이 어깨부(14)의 하단과 상단의 내부에 설치된 2, 3축 구동모터(14a, 14b)는 어깨부(14)의 무게 균형을 이루게 하여 로봇(10)의 안정성을 극대화하고, 또한 구동모터(14a, 14b)가 어깨부의 내부에 설치되기 때문에 외부로부터의 간섭이 없게 된다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 선체 용접용 수직 다관절 로봇의 어깨부에 설치되는 2축과 3축 구동모터를 내부에 설치하고, 또한 2축과 3축의 입력단을 좌우 엇갈리게 설치함으로서, 어깨부의 무게 균형이 이루어져 1축을 중심으로 한 관성모멘트가 줄어 로봇의 안정성과 동력학적 특성이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 다른 효과는 2축 및 3축의 구동모터를 어깨부의 내측으로 설치하여 각 축의 동력을 직접구동방식으로 함으로서, 외부의 간섭으로 인한 구동모터의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 베이스와 어깨부와 암으로 구성되어 구동모터에 의해 구동되는 다관절 로봇에 있어서,상기 로봇의 각부를 구동시키는 구동모터를 상기 로봇의 내측에 설치하되, 상기 어깨부의 하부와 상부에 설치되는 구동모터는 입력단이 서로 엇갈리게 설치된 것을 특징으로 하는 균형 설계된 수직 다관절 로봇.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 어깨부측의 구동모터는 2축과 3축임을 특징으로 하는 균형 설계된 수직 다관절 로봇.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 로봇은 6축임을 특징으로 하는 균형 설계된 수직 다관절 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 로봇은 선체 용접용임을 특징으로 하는 균형 설계된 수직 다관절 로봇.