KR100407814B1

KR100407814B1 - 순응 중심 가변형 원격 순응 중심장치

Info

Publication number: KR100407814B1
Application number: KR10-2000-0061408A
Authority: KR
Inventors: 원상철; 이상철
Original assignee: 학교법인 포항공과대학교
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2003-12-01
Also published as: KR20020030536A

Abstract

본 발명은, 순응중심 가변형 원격순응중심장치에 관한 것으로서, 아래판과, 위판과, 상기 아래판과 위판의 사이에 결합되는 복수의 탄성체를 구비하여 이루어지는 원격순응중심장치에 있어서, 순응중심의 위치를 중심축선상에서 조절 가능하도록, 상기 탄성체의 외주면 둘레에 밀착 결합되어 상기 탄성체의 결합된 부분의 탄성변형을 억제하는 탄성조절기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치는, 상기 복수의 탄성체의 외주면상에 탄성조절기를 적절히 가감 결합하여, 각 탄성체의 탄성계수를 조절 가능하게 함으로써 쉽게 순응 중심의 위치를 바꿀 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치에 의하면, 길이가 다른 여러 개의 물체들을 조립할 경우에도, 물체의 길이에 맞는 RCC를 교체할 필요없이, 탄성조절기를 가감 결합하는 것만으로도 손쉽게 작업을 시행할 수 있다. 즉, 조립작업시의 시간과 비용을 절감할 수 있다.

Description

순응중심 가변형 원격순응중심장치{Remote center compliance device with variable center}

본 발명은 로봇 등의 조립기계에 장착되는 원격순응중심장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립기계의 중심축에 있는 순응중심을 수동적 또는 자동적으로 변화시킴으로써 조립장치의 교체없이 다양한 조립작업을 가능하게 해주는 순응중심 가변형 원격순응중심장치에 관한 것이다.

종래, 원격순응중심장치(Remote center compliance system, 이하 RCC장치라고 함)는 로봇 등의 조립장치가 여러 가지 조립작업을 수행할 때 발생하게 되는 조립부품간의 상대적인 위치 오차 및 각도 오차를 흡수하여, 원형 축이나 핀 등의 정밀 조립을 가능하게 한다. RCC장치는 로봇이나 조립기계가 과도한 힘을 받지 않도록 함으로써, 조립과정 중에서 발생할 수 있는 파손 등을 방지할 수 있어, 제품의 생산성을 향상시킨다.

이러한 RCC장치의 구조와 작용에 대해서는 미국 특허 제4,098,001호 등에 상세히 개시되어 있다.

도 1에서와 같이, RCC장치는, 조립부품(A)을 연결하는 아래판(10)과, 로봇 등의 조립기계(1)에 고정되는 위판(20)과, 상기 아래판(10)과 위판(20) 사이에 설치되는 복수의 탄성체(30)를 포함하여 구성되고, 중심 몸체에 설정한 좌표계의 중심 축에서 일정한 거리(P)에 순응중심(Z)이라는 특별한 중심을 가진다. 이 순응중심(Z)은, 이 점에 수평방향의 힘이 가해지면 각도의 변화없이 수평방향으로만 움직이게 하고, 회전모멘트가 가해질 경우는 수평방향 이동이 없이 모멘트의 방향으로 회전만이 일어나도록 하는 점이다.

만약 순응중심(Z)이 RCC장치의 아래판(10)에 의해서 고정된 조립부품(A)의 끝 부분에 위치할 경우에는, 도 1에서와 같이, 조립부품(A)을 구멍(5)에 조립하는과정 중에 수평방향의 위치오차가 존재하면 접촉면의 반작용(R)으로 인해서 순응중심(Z)에 수평방향의 힘이 작용된다. 따라서, RCC장치의 아래판(10)에 고정된 조립부품(A)이, 도 2에서와 같이, 수평방향으로 이동하게 되면서 조립하고자 하는 대상 (3)의 구멍(5)과 같은 필요한 조립 위치에서 원활한 조립작업이 가능해진다.

그런데, 일반적인 RCC장치는 순응중심(Z)의 위치가 고정된 간단한 구조를 가지고 있다. 따라서, 여러 가지의 다양한 길이를 가지는 부품을 조립할 경우는 여러 개의 RCC장치를 사용하여야 할 뿐만 아니라 조립이 가능한 부품(A)의 길이가 제한을 받게되는 단점을 가지고 있다. 즉, 길이가 다른 여러 개의 물체를 조립할 경우에는 물체의 길이에 맞는 RCC장치를 사용하여야 하고 이것은 조립과정 중에서 RCC장치를 바꿔야만 하는 것을 의미한다.

결국, 여러 가지 길이의 물체들을 조립할 경우는 순응중심(Z)의 위치가 다른 여러 개의 RCC장치와, 로봇이나 조립기계에서 RCC장치를 교체할 새로운 장비가 필요할 뿐만 아니라, 교체하는데 필요한 시간 등이 부가되는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, RCC장치의 아래판과 위판 사이에 결합되어 있는 각 탄성체의 일부 외주면상에 밀착 결합되어, 그 결합된 부분의 탄성체가 탄성 변형되지 못하도록 하여 전체적인 탄성계수를 변형시킴으로써, RCC장치의 탄성체를 교체하지 않고도 순응중심의 위치를 바꿀 수 있도록 된 순응중심 가변형 원격순응중심장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 종래의 원격 순응중심 장치에 고정된 물체가 조립대상에 접촉한 경우의 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 원격 순응중심 장치가 수평방향 이동을 한 상태를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 구성 일부를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.

도 5는 도 3에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ선에 의한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.

<도면에 있어서의 주요부호에 대한 설명>

10...아래판 20...위판

30...탄성체 40...탄성조절기

41...제1부재 43...제2부재

45...결합부재 411...위치결정 돌기부

412, 432...플랜지부 413...위치결정 홈부

414, 434...내주면 415, 435...결합구멍

A...조립부품 P...순응중심의 위치

Z...순응중심

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치는, 아래판과, 위판과, 상기 아래판과 위판의 사이에 결합되는 복수의 탄성체를 구비하여 이루어지는 원격순응중심장치에 있어서, 순응중심의 위치를 중심축선상에서 조절 가능하도록, 상기 탄성체의 외주면 둘레에 밀착 결합되어 상기 탄성체의 결합된 부분의 탄성변형을 억제하는 탄성조절기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 탄성조절기는, 상기 탄성체 외주면의 일측에 밀착되는 제1부재와, 상기 탄성체 외주면의 타측에 밀착되며 상기 제1부재와 결합되는 제2부재를 구비하며, 상기 탄성체의 외주면상에 착탈 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성조절기의 상기 제1부재와 제2부재는, 나사에 의해 상호 결합되는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 탄성조절기는, 상기 탄성체의 중심축선을 따라 복수개 배치되며, 상호 인접된 탄성조절기들 중 어느 하나의 탄성조절기에는 다른 하나의 탄성조절기측으로 돌출된 위치결정 돌기부가 마련되고, 상기 인접한 다른 하나의 탄성조절기에는 상기 위치결정 돌기부가 끼워 맞추어지는 위치결정 홈부가 마련되는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 구성과 작용에 대하여 첨부 도면을 참고로 하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 구성 일부를 개략적으로 도시한 분해사시도이며, 도 5는 도 3에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ선에 의한 단면을 나타내는 부분 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 순응중심 가변형 원격순응중심장치는, 아래판(10)과, 위판(20)과, 상기 아래판(10)과 위판(20)사이에 결합되는 복수의 탄성체(30)와, 상기 탄성체(3)의 외주면에 각각 결합되는 탄성조절기(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 아래판(10)과, 위판(20)과, 복수의 탄성체(3)의 구성 및 작용에 대해서는, 이미 선행기술로서 미국특허 제4,098,001호 등에 공지되어 널리 알려져 있는 바, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 탄성체(30)의 재질에 있어서는, 고무만으로도 구성할 수 있고, 고무와 철강재 등의 복수 적층물(Shear Pad)로도 구성할 수 있는데, 본 실시예에서는 복수 적층물을 예로 하여 설명한다.

상기 탄성조절기(40)는, 제1부재(41)와, 상기 제1부재(41)와 함께 한 쌍을이루는 제2부재(43)와, 상기 제1부재(41)와 제2부재(43)를 결합하는 결합부재(45)를 포함하여 구성된다.

상기 제1부재(41)에는, 도면에서와 같이, 위치결합 돌기부(411)와, 위치결합 홈부(413)와, 내주면(414)과, 플랜지부(412)와, 결합구멍 (415)이 형성되어 있다.

상기 위치결합 돌기부(411)는, 상기 탄성체(30)의 중심축선을 따라 상기 제1부재(41)의 일측면의 일단부 외측으로 돌출되도록 형성되며, 상기 위치결합 홈부(413)는, 상기 위치결합 돌기부(411)와 대향되는 타단부의 내측에 상기 위치결합 돌기부(411)의 형상과 대응하는 오목한 형상을 이루고 있다.

상기 내주면(414)은, 상기 제1부재(41)의 타측면에 오목한 곡면을 이루며 형성되고, 상기 탄성체(30)의 외주면상의 일측에 밀착되도록 상기 탄성체(30)의 외경을 수용하는 내경을 가지고 있다.

또, 상기 플랜지부(412)는, 상기 내주면(414)의 곡면이 끝나는 양 단부의 외측으로 각각 연장 형성되며, 상기 제1부재(41)의 몸체와 단을 이루고 있다.

상기 결합구멍(415)은, 상기 플랜지부(412)의 중간부를 각각 관통하여 형성된다.

상기 제2부재(43)는, 플랜지부(432)와, 내주면(434)과, 결합구멍(435)을 포함하여 구성되는데, 상기 제1부재(41)의 플랜지부(412)와, 내주면(414)과, 결합구멍(415)과 각각 대응되는 형상을 하고 있다.

즉, 상기 제2부재(43)는, 상기 제1부재(41)의 위치결합 돌기부(411)와 위치결합 홈부(413)를 제외하고는 상기 제1부재(41)의 각 구성과 동일한 형상을 이룬다.

상기 결합부재(45)는, 도면에 도시된 바와 같이, 볼트와 같은 나사부재로 이루어져, 상기 탄성체(30)를 사이에 두고 상기 제1부재(41)의 결합구멍(415)과 상기 제2부재(43)의 결합구멍(435)을 통하여 상기 제1부재(41)와 상기 제2부재(43)가 상호 착탈 가능하도록 결합한다.

이 결합부재(45)에 의해 상기 제1부재(41)와 제2부재(43)는 상기 탄성체(30)에 그 탄성체(30)를 조이는 상태로 결합되며, 이에 따라 탄성조절기(40)는 상기 탄성체(30)의 외주면상에 고정되게 된다.

본 실시예에서는, 도 4에서와 같이, 상기 결합부재(45)가 상기 제1부재(41)의 결합구멍(415)을 관통하여 상기 제2부재(43)의 결합구멍(435)에 나사결합되도록 상기 제2부재(43)의 결합구멍(435)이 암나사가 형성되어 있는 것으로 예를 들었다.

물론, 상기 제2부재(43)의 결합구멍(435)을 제1부재(41)의 결합구멍(415)과 같은 관통구멍으로 하고, 상기 결합부재(45)인 볼트를 제1부재(41) 및 제2부재(43)의 결합구멍(415, 435)으로 관통시켜, 제2부재(43)의 플랜지부(432)의 후방으로 돌출되어 나온 볼트의 나사부에 별도의 너트(미도시)를 각각 체결하여 상호 결합하여도 무방하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.

일반적으로 RCC장치에 있어서, 순응중심(Z)의 위치(P)(도 1 참조)는, 탄성체 (30)의 탄성계수와, 아래판(10)의 중심과 탄성체(30)의 중심축과의 거리와, 탄성체(30)의 중심축선이 아래판(10) 및 위판(20)의 중심축선에 대해 경사진 각도 등의 함수관계에 의해서 결정된다.

그런데, 일반적인 RCC장치는, 상술한 바와 같이, 상기 함수요소들인 탄성계수, 축간거리, 경사각도 등이 고정됨으로써 순응중심의 위치(P)가 고정되는 간단한 구조를 가지고 있다.

이에 대해 본 발명의 실시예에서는 상기 함수요소 중 탄성체의 탄성계수를 간단히 조정 가능하게 함으로써, 각 탄성체(30)에 적용되는 외부로부터의 응력이 변화하고 이로 인해 순응중심의 위치(P)를 변화시킬 수 있게 되는 것이다.

본 실시예에서 상기 탄성체(30)는, 고무와 같은 탄성체와 강제와셔(Steel Washer)와 같은 강성체가 복수 적층되어 구성된 적층구조물를 예로 하였는 바, 각 탄성체의 탄성계수는 같은 값을 가지는 것으로 된다.

즉, 스프링 역할을 하는 고무의 사이 사이에 강성체인 와셔가 있는 형태가 되어, 그 조합수의 가감에 따라 수평방향 및 수직방향으로 작용되는 강성이 변화하게 되며 결국 탄성체 전체의 탄성계수를 변화시킬 수 있게 되는 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 탄성체(30)의 외주면상에, 중심축상으로 일정 폭을 가지는 제1부재(41)와 제2부재(43)와 결합부재(45)로 구성된 탄성조절기를 밀착 결합시키게 되면, 그 결합된 부분의 탄성체(30)는 외부의 응력에 대해 탄성변형할 수 없게 된다.

이렇게 되면 상기 탄성체(30)는, 탄성조절기(40)를 중심으로 탄성체가 나뉘어 지게 되는 셈이 되고, 전체 탄성체로서의 탄성계수가 변화하게 되는 것이다.

따라서, 탄성조절기(40)를 사용하여 작업을 하다가, 조립물체를 바꿀 필요가 있을 때, 종래의 RCC장치처럼 전체를 교환하거나 할 필요없이, 바꾸고자 하는 조립물체에 맞는 순응중심을 가지도록 탄성조절기(40)의 개수를 가감하여 탄성계수를 조정할 수 있게 되는 것이다.

또한, 여러 경우의 탄성계수의 변화를 위해 상기 탄성조절기(40)를 복수로 배치하여 사용할 수 있다. 이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 기 결합된 하나의 탄성조절기(40)의 제1부재(41)상에 형성된 위치결합 홈부(413)에, 결합할 탄성조절기 (40)의 위치결합 돌기부(413)를 맞춰 끼워 결합하면 상호 인접하는 탄성조절기는 일렬로 정렬 가능하게 된다.

이는 복수의 탄성조절기(40)를 결합하거나 해체할 때 결합부재인 볼트의 조임과 해체작업을 편리하도록 한다.

본 실시예에서는 각각의 탄성체에 각 탄성조절기를 3개씩 설치하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원하는 탄성계수를 얻기 위해 2개 이하, 또는 4개 이상으로 적절하게 가감하여 설치할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 탄성조절기(40)의 결합을 별도의 나사와 같은 결합부재를 이용하였으나, 이 역시 여기에 국한되는 것은 아니고, 원터치식 클램프와 같이 다양하게 변경 사용할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 순응중심 가변형 원격순응중심장치는, 상기 복수의 탄성체의 외주면상에 탄성조절기를 적절히 가감 결합하여, 각 탄성체의 탄성계수를 조절 가능하게 함으로써 쉽게 순응 중심의 위치를 바꿀 수 있다.

Claims

아래판(10)과, 위판(20)과, 상기 아래판(10)과 위판(20)의 사이에 결합되는 복수의 탄성체(30)를 구비하여 이루어지는 원격순응중심장치에 있어서,

순응중심(Z)의 위치를 중심축선상에서 조절 가능하도록, 상기 탄성체(30)의 외주면 둘레에 밀착 결합되어 상기 탄성체(30)의 결합된 부분의 탄성변형을 억제하는 탄성조절기(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 순응중심 가변형 원격순응중심장치.
제1항에 있어서,

상기 탄성조절기(40)는,

상기 탄성체(30) 외주면의 일측에 밀착되는 제1부재(41)와,

상기 탄성체(30) 외주면의 타측에 밀착되며 상기 제1부재(41)와 결합되는 제2부재(43)를 구비하며,

상기 탄성체(30)의 외주면상에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 순응중심 가변형 원격순응중심장치.
제2항에 있어서,

상기 탄성조절기(40)의 상기 제1부재(41)와 제2부재(43)는, 나사(45)에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 순응중심 가변형 원격순응중심장치.
제2항에 있어서,

상기 탄성조절기(40)는,

상기 탄성체(30)의 중심축선을 따라 복수개 배치되며,

상호 인접된 탄성조절기(40)들 중 어느 하나의 탄성조절기(40)에는 다른 하나의 탄성조절기(40)측으로 돌출된 위치결정 돌기부(411)가 마련되고, 상기 인접한 다른 하나의 탄성조절기(40)에는 상기 위치결정 돌기부(411)가 끼워 맞추어지는 위치결정 홈부(413)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가변형 원격순응준심장치.