KR100304452B1

KR100304452B1 - 정밀 로봇의 직동 및 회전 운동 장치

Info

Publication number: KR100304452B1
Application number: KR1019990003162A
Authority: KR
Inventors: 김성권; 김민수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-01-30
Filing date: 1999-01-30
Publication date: 2001-09-13
Also published as: KR20000052242A

Abstract

본 발명은 원통좌표계 형식의 정밀 로봇에 관한 것으로서 로봇 하부 고정판 중앙에 한쪽 끝이 고정된 볼스크류에 연결된 볼스플라인을 중심으로 로봇 몸통이 회전할 수 있고, 동일한 볼스크류 상에 있는 볼스크류너트의 회전에 의해 로봇의 몸통과 팔 전체가 직동 운동을 할 수 있는 구조 및 동력전달 메카니즘과 별도 모터에 의해 구동되는 로봇팔로 구성된다. 이러한 구성은 직동운동축과 회전운동축이 서로 분리, 평행하게 배치되어 있는 종래의 로봇보다 부품수가 30% 가량 적고 간단한 구조를 가지기 때문에 조립이나 유지보수가 편리하며, 로봇 몸체를 둘러싸고 있는 커버 전체가 회전 및 직동 운동을 하기 때문에 로봇 외부에서 발생하는 수분이나 화학약품등의 로봇 내부로의 침투등을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

정밀 로봇의 직동 및 회전 운동 장치{PRECISION ROBOT APPARATUS FOR LINEAR AND ROTATORY MOVEMENT}

본 발명은 원통좌표계형식의 로봇에 관한 것으로, 본 발명과 같은 로봇 장치의 주된 용도는 반도체 제조공정에서의 웨이퍼 핸들링 장치로서이다.

도1은 종래의 원통좌표계 로봇을 구성을 개략적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 로봇의 하부 고정판(22)과 상부 고정판(24)사이에 설치된 상하방향 직동운동을 일으키는 볼스크류(1)를 회전하기 위한 모터(2)는 벨트(3)에 의해 연결된다. 상하직동 운동용 볼 스크류 너트(6)는 중간원판(7)에 결합되어 있으며, 중간원판(7)의 한쪽 끝은 볼 스크류(1)에 지지된 하중 및 운동의 균형을 맞추기 위해 스플라인(8)축과 연결되어 있다. 중간원판(7)의 중심부에는 회전축 모터(9), 회전축 풀리(10), 벨트(12), 감속기의 풀리(10a), 회전축 감속기(11)가 연결되어 있으며, 회전축 감속기(11) 출력측은 회전중간원통(14)과 연결되어 있다. 회전중간원통(14) 상부에는 두 팔(20,21)을 회전축상의 반경방향으로 움직이게 하는 팔회전축 모터(15), 풀리(16), 벨트(17), 풀리(18)와 감속기(19)가 서로 연결되어 있다. 팔회전축 감속기(19)의 출력축은 로봇의 제1팔(20)와 제2팔(21)이 차례대로 결합되어 있다. 로봇은 용도에 따라 복수개의 제1팔와 제2팔을 가질수 있도록 구성된다.

로봇의 상하직동축의 운동은 풀리(4,5)와 벨트(3)에 의해 상하직동축 모터(2)와 연결된 볼 스크류(1)를 회전시키면 볼스크류너트(6)에 연결된 중간원판(7)과 중간원판(7)에 결합된 원통(13)과 상하직동 운동을 한다. 이에 따라 중간 원판(7)상에 연결된 회전축 모터(9)를 비롯한 회전운동수단과 팔회전축, 제1팔(20)와 제2팔(21)도 함께 상하 운동을 하게 된다.

로봇몸체의 회전운동은 회전축 모터(9)를 돌리면 연결된 풀리(10,10a)와 벨트(12)를 거쳐 회전축 감속기(11)의 출력축과 연결된 중간원통(14)이 회전하게 되며, 이에 따라 중간원통(14)과 연결된 로봇의 제1팔(20)와 제2팔(21)이 함께 회전운동을 하게 된다.

로봇의 팔 운동은 팔회전축 모터(15)의 동력이 팔회전축 벨트(17)로 연결된 풀리(16)과 풀리(18)를 거쳐 전달되어 팔회전축 감속기(19)가 회전하며, 팔 내부에 위치한 벨트등에 의해 회전동력이 로봇 제1팔(20)과 제2팔(21)에 전달되며, 팔내부의 기구적인 구속력에 의해 원통좌표계의 반경 방향으로 직선운동을 하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같이 종래의 반도체장비용 로봇은 상하직동운동축과 회전운동축이 분리되어 이들을 연결하기 위한 구조가 복잡하며, 따라서 많은 공간을차지하고, 부품의 숫자도 많아지게 된다. 또한, 볼스크류(1)인 직동축과 스플라인(6)을 평행하게 위치해야 하는 바, 이들 사이에 정밀한 평행도를 유지하면서 조립하기가 매우 힘들며, 평행 조립이 제대로 이루어지지 않았을 경우에는 볼스크류너트(6)의 상하운동시 끼임현상이 발생하여 마찰 발생으로 인한 이상소음, 볼스크류의 깍임, 그리고 모터 정격 토오크보다 필요 이상으로 모터 토오크가 커져야하는 현상이 발생한다.

로봇의 바깥 커버(23)는 고정되어 있으며, 중간원통(14)은 회전운동과 함께 상하직동운동을 하는 구조로 되어 있어, 방수 및 청정도를 유지하기 위해 바깥 커버(24)의 상부부위(24)와 중간 원통(14)사이를 밀폐시키는 실링이 매우 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 개선하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 물체를 3차원 공간상의 임의의 위치로 이송 할 수 있는 원통좌표계 형식의 로봇의 구조를 단순화하여 조립을 간단하게 하는게 목적이다. 본 발명의 다른 목적은 작동시 마찰을 최소화하여 마모, 소음, 백래쉬를 최소화 할 수 있는 구조의 로봇을 제공하는데 있다. 또한 로봇 내부나 외부의 오염을 차단하기 쉬운 구조와 주위환경으로부터 발생하는 수분의 침투를 차단할 수 있는 방수형 구조를 갖는 로봇장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 원통좌표계 로봇의 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 원통좌표계 로봇의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 원통좌표계 로봇의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명한다.

도2를 참조하면, 로봇 베이스(20)의 중앙에 볼스크류(1)의 한쪽 끝이 고정되어 있다. 볼스크류(1)에는 볼스크류(1)상의 홈을 따라 축방향으로 이동하는 볼스플라인(2)과 회전하면서 상하로 움직이는 볼스크류너트(8)가 끼워맞춤되어 있다. 볼스플라인(2)에 연결된 회전축 풀리(3)는 회전축 벨트(4)에 의해 회전축 모터(7)에 직결된 감속기(6)의 풀리(5)와 연결되어 있다. 볼스크류너트(8)에 부착된 상하직동축 풀리(9)는 상하직동축 벨트(10)에 의해 상하직동축 모터(12)에 직결된 상하직동축 풀리(11)와 연결되어 있다. 볼스플라인(2)과 회전축 감속기(6)는 하부 고정대(15)에 부착되어 있고, 하부 고정대(15)은 지지바(18,18a)에 의해 중간 고정대(16)와 고정되어 있다. 중간 고정대(16)에는 볼스크류너트(8)와 직동축 모터(12)가 연결되어 있으며, 볼스크류너트(8) 끝에는 직동축 풀리(9)가 결합되어 있다. 중간 고정대(16)와 상부 커버는 지지바(19,19a)에 의해 고정되어 잇다.

상부 커버(17)상에는 로봇 제1팔(31)이 부착되어 있으며, 로봇 제1팔(31)위에 로봇 제2팔(32)이 연결되어 있다. 로봇 제1팔(31)은 모터(23)의 회전에 의해 모터(23)에 연결된 팔회전축 감속기(24)연결되어 감속된 속도로 회전된다. 또한 감속기(24)에 연결된 풀리(25)는 벨트(26)에 의해 풀리(27)에 연결되어 있고, 풀리(27)에 연결된 로봇 제2팔의 풀리(28)은 벨트(29)에 의해 연결되어 있다.

이 로봇은 용도에 따라 더블 암(double arm)구조를 가질 수 있으며, 이 경우 또다른 제1팔(31a)과 제2팔(32a)을 로봇의 상부 커버(17)상에 연결시킬 수 있다.

상부 커버(17) 하부에 바깥 커버(22)가 연결되어 로봇 내부에서 발생한 먼지의 외부 방출과, 로봇 외부로부터 들어올 수 있는 수분이나 화학 약품등의 침투를 막는다.

외부 제어기와 모터 및 센서등을 연결하기 위한 케이블 커넥타(33)는 고정 커버(21)의 하부 측면상에 부착되어 있다. 고정 커버(21)는 로봇 베이스(20)에 고정결합된다.

하부 고정대(15)상에 설치된 회전축 감속기(6)에 부착되어 있는 회전축 모터(7)의 동력이 회전축 감속기(6)에 의해 감속되어 감속기 출력측 풀리(5)에 연결된 벨트(4)를 통해 회전축 풀리(3)에 전해진다. 회전축 풀리(3)는 볼 스크류(1)상의 볼 스플라인(2)과 직결되어 있다. 볼 스크류(1)는 베이스(20)에 고정되어 있기 때문에 회전축 풀리(3)는 정지해 있고, 회전축 모터(7), 회전축 감속기(6) 및 볼스플라인(2)의 외륜(13)에 고정된 하부 고정대(15)와 중간 고정대(16), 상부 커버(17), 바깥 커버(22)등이 한꺼번에 볼스플라인(2)을 중심으로 회전운동을 하게 된다.로봇의 상하직동운동은 중간 고정대(16)에 설치된 상하직동축 모터(12)의 동력이 풀리(9)와 풀리(11)을 연결하는 상하 직동축 벨트(10)를 통해 볼스크류너트(8)에 전달되어 일어난다. 이때, 볼스크류너트(8)는 볼스크류(1)를 따라 회전하면서 직동운동을 하게 되며, 이 직동운동은 볼스크류너트(8)의 외륜(14)이 고정된 중간 고정대(16)와 중간 고정대(16)와 연결된 하부 고정대(15), 회전축 모터(7), 볼 스플라인(2), 그리고 상부 커버(17), 바깥 커버(22) 및 로봇 팔(31,32)등을 한꺼번에 상하운동을 하게 한다.

로봇의 팔 운동은 팔회전축 모터(23)의 동력이 팔회전축 감속기(24)에 전달되어 감속기 출력측에 있는 풀리(25) 연결된 로봇 제1팔(31)은 팔 벨트(26)와 연결되어 동력을 전달하며, 이 전달동력은 풀리(27), 풀리(28)를 각각 거쳐 벨트(29)를 움직이게 함으로써 로봇 제2팔(32)이 동작하게 된다.

상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용범위는 상기한 실시 예들에 한정되는 것은 아니며 동일사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능하다.

본 발명은 하나의 볼스크류축 상에서 로봇 몸통의 회전운동과 직동운동을 할 수 있는 구조이다. 로봇 몸통의 회전축과 직동축이 동축상에 있음으로서 종래의 원통좌표계 로봇의 부품수(약100품)보다 부품수를 30%이상 감소시킴으로써, 구조가 간단하고, 차지하는 공간이 작은 원통좌표계형 로봇을 구성할 수 있다. 로봇 몸체의 바깥 커버가 회전 및 직동운동을 하고, 로봇 팔이 커버 상부에 있는 구조로서 청정용 및 방수형 로봇 구성이 가능하며, 로봇 팔의 모듈화가 가능한 구조로 되어 있어 조립, 유지와 보수가 편리하다.

Claims

원통좌표계 로봇에 있어서,

베이스와;

상기 베이스의 중앙에 한쪽 끝이 고정된 볼 스크류와;

상기 볼스크류에 끼워맞춤된 볼스플라인을 중심으로 몸체가 회전하는 회동수단과;

상기 볼스크류에 끼워맞춤된 너트의 회전에 의해 로봇의 몸체가 직동 운동을 하는 직동수단으로 이루어진 정밀 로봇.
제 1항에 있어서, 상기 회동수단은,

볼스플라인의 외륜에 고정된 고정대에 설치된 모터와 모터에 연결된 풀리 및 볼스플라인의 풀리에 의해 볼스플라인에 동력이 전달되어, 볼스플라인을 중심으로 볼스프라인 외륜에 고정된 고정대와 상기 고정대에 설치된 모터와 로봇 몸통이 회전하도록 구성되어 있는 구조.
제1항에 있어서, 상기 직동수단은,

볼스크류너트의 외륜에 고정된 고정대에 설치된 모터와, 이 모터의 출력축 풀리 및 볼스크류너트의 풀리를 연결하는 벨트가 연동하여 볼스크류가 회전하면 직동운동하도록 구성되어 있는 구조.
제1항에 있어서, 볼스플라인의 외륜이 고정된 고정대와 볼스크류 너트의 외륜이 고정된 고정대와 상부 커버가 지지바로 고정되어 함께 회동 운동과 직동운동이 이루어지는 구조.
제1항에 있어서, 로봇의 팔과 팔 구동수단을 부착시킬 수 있도록 모듈화된 로봇팔 구조를 더 포함하는 정밀 로봇.