KR100417028B1 - 로봇장치 - Google Patents

Abstract

로봇장치는 산업용 로봇의 운동을 구동시키기 위한 복수의 구동수단 (1) 을 구비한 산업용 로봇과, 산업용 로봇의 구동수단의 제어 및 구동을 위한 제어장치를 포함한다. 각각의 구동수단 (1) 은 전기구동모터 (2) 및 감속장치 (3) 를 포함한다. 각각의 제어장치는 정류기 (6) 와 구동모터 (2) 의 각각에 제공된 구동장치 (7) 를 포함하며, 구동수단 (1) 에 연결된 하나 이상의 구동장치 (7) 는 구동수단에 인접한 머니퓨레이터 상에 설치된다.

Description

로봇장치{ROBOT EQUIPMENT}

본 발명은, 머니퓰레이터 (manipulator) 의 운동을 구동시키기 위해 하나 이상의 전기 구동모터를 구비하는 복수의 구동수단을 가지는 머니퓰레이터와, 머니퓰레이터의 구동수단을 구동 및 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 이 제어장치가 정류기, 및 각 구동수단에 설치된 구동장치를 포함하도록 되어 있는 로봇장치에 관한 것이다.

머니퓰레이터, 예를 들어 산업용 로봇은, 베이스 플레이트에 설치된 발 (foot) 에 회전가능하게 설치되고 스탠드에 대하여 회전가능한 제 1 로봇팔을 지지하는 스탠드를 갖는다. 상기 팔의 외측 단부에, 제 2 로봇팔이 회전가능하게 축 연결된다. 상기 제 2 팔은 종축선에 대해 회전가능하고, 공구부착장치를 구비하고 제 2 팔에 대해 2 도의 자유도로 회전가능한 로봇손을 그 외단에서 지지한다. 전술한 로봇팔과 손의 운동을 달성하기 위하여, 구동수단이 각 축선에 설치된다. 상기 구동수단 각각은, 예를 들어 로터에 영구자석을 구비한 인버터 공급 동기 모터 (inverter-fed synchronous motor) 인 모터와 높은 기어비를 갖춘 감속 기어 (reduction gear) 를 포함한다.

전술한 종류의 산업용 로봇의 전원공급 및 제어는 각 구동 유니트에 제공된 정류기 및 구동장치를 포함하는 제어장치를 통해 이루어진다. 정류기는 3상 선간전압을 구동장치에 공급되는 직류전류로 전환시킨다. 구동장치는 제어장치로부터의 신호에 의해 제어되고, 이에 의해서 직류전류를 로봇의 구동모터를 구동시키기 위한 가변교류로 변환시킨다. 가변교류의 주파수 범위는 0 - 400 Hz 이내가 바람직하다. 교류는 직류를 초핑 (chopping) 함으로써 생성되고, 따라서 가변길이와 극성을 갖는 펄스들로 형성된 펄스 열 (pulse train) 을 생성하며, 상기 펄스 열의 목적은 정현 (正弦) 교류를 모방하는 것이다. 소위 스위칭 (switching) 에 의한 직류로부터 교류로의 변환시에, 고주파 (MHz) 과도전류 (transient) 가 생성되어 이 과도전류가 기본 주파수에 더해진다. 상기 과도전류는 케이블의 전자파 방출을 야기시키며, 이것이 다른 장치를 교란시킬 수 있다.

종래 기술에 따른 산업용 로봇에 대한 구동시스템의 원리가 제 1 도의 회로도에 도시된다. 자체의 교류모터 (2a-2f) 및 감속 기어 (3a-3f) 를 각각 포함하는 여섯 개의 구동수단 (1a-1f) 은 머니퓰레이터 상에 위치한다. 모터 (2) 는 제어 캐비닛에 배열된 별개의 구동장치 (5a-5f) 에 긴 도선에 의해 각기 연결된다. 직류를 제어 가능한 가변교류로 변환시키는 목적을 갖는 구동장치 (5) 는 모든 구동장치에 공용이면서 제어 캐비닛 내에 놓이는 정류기 (6) 로부터 직류를 공급받는다.

정류기 및 구동장치를 구비한 제어장치는, 로봇의 운전 범위 밖에 설치된 제어 캐비닛에 일반적으로 내장된다. 로봇을 구동하기 위하여, 각각의 구동유니트에 필요한 많은 도선들이 있는 다선 (多線) 케이블이 제어 캐비닛과 로봇 사이에 제공된다. 케이블은 로봇의 발에 연결되고, 일반적으로 이 연결된 지점으로부터 스탠드 및 제 2 팔에 놓이는 다른 구동수단 쪽으로 분기된다. 여섯 개의 교류모터들 각각은 세 개의 도선이 필요하고, 이는 케이블이 18 개의 도선을 포함하는 것을 의미한다. 이런 전력 전달에서의 하나의 문제는 도선의 전체길이가 상당히 길고, 따라서 비싸다는데 있다. 또 다른 문제는, 긴 도선이 고주파 전자파의 방사를 증가시키고, 이것이 교란의 위험을 또한 증가시키는데 있다.

구동장치는 부하시 강한 열을 발생시킨다. 구동장치들 각각은 많은 전자부품을 포함하며, 이들은 상당히 높은 온도에서 손상될 수 있다. 따라서, 구동장치는 냉각되어야 한다. 또한, 구동장치가 캐비닛 내에 위치될 경우의 부가적인 문제는, 그 캐비닛 내에 냉각장치가 설치되어야 하는데 있다.

본 발명의 목적은 전술한 결점을 없앤, 산업로봇용 전력공급 시스템을 달성하는데 있다. 전력공급 시스템은 교란 전자파의 방사를 제한하고 케이블의 양을 줄일 것이다. 또한, 전력공급 시스템은 구동장치의 효과적인 냉각을 포함할 것이다. 이것은 구동장치를 로봇 상에 위치시킴으로써 달성되며, 이때 구동장치는 바람직하게 각각의 개별 구동수단에 인접하게 위치된다. 구동장치는, 그 구동장치로부터 발생된 열이 로봇 구조체에 전달되어, 대류에 의해 주변공기에 전달되도록 로봇 상에 설치된다. 로봇 상에 위치한 구동장치는, 제어 캐비닛 내의 정류기로부터 하나의 공통 전력 케이블만을 경유하여 직류를 공급받는다. 선택적으로는, 정류기가 로봇 상에 또한 설치될 수 있는데, 이 경우에는 3 상 네트워크로부터의 교류에 의한 전류공급을 로봇에 직접 연결될 수 있다. 구동장치와 구동수단 사이에 설치된 전력 케이블은 대단히 짧을 것이며, 이것은 교란 전자파의 방사를 크게 제한할 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명할 것이다.

제 2 도에 따른 회로도는 본 발명에 따른 산업로봇용 구동시스템을 도시한다. 모터 (2) 및 감속 기어 (3) 를 제 1 도에 따라 도시된 여섯 개의 구동수단 각각과 관련하여, 구동장치 (7a - 7f) 가 로봇에 부착된다. 구동장치 모두에 공통인 정류기 (6) 가 제어 캐비닛 내에 위치하며, 여기에서 이선 (二線) 전원 케이블만이 구동장치들에 직류전류를 공동으로 공급한다. 각각의 구동축을 위한 모터 및 구동장치 사이에는, 짧은 삼선 (三線) 전원케이블만이 연결되며, 이것이 교란 전자파의 방사 (放射) 를 크게 줄인다. 정류기는 로봇에 균일하게 위치될 수 있으며, 이 경우 주 (main) 케이블이 정류기에 직접 연결될 수 있다.

공지된 구동장치 (5) 와 동일한 목적을 갖는 구동장치 (7) 는 로봇 구조로부터 양호한 열전도 및 대류에 의해 효과적인 냉각을 얻을 목적으로 로봇 상에 부착된다. 구동장치의 저운전 온도에 기인하여 작은 공간을 필요로 하는 전자 구성요소들을 선택하는 것이 가능하기 때문에, 구동장치를 수납하는데 필요한 공간은 기존 구동장치에 비하여 작아질 수 있다. 구성요소를 적절하게 선택하고 냉각플랜지를 없앰으로써, 약 60 x 60 x 40 mm³의 구동장치를 수납하는 공간이 얻어진다.

제 3 도에 도시된 산업용 로봇은 장착 베이스에 고정된 로봇발 (11) 에 회전 가능하게 축연결된 스탠드 (10) 를 구비하며, 스탠드는 스탠드 (10) 에 설치된 구동수단 (도시되지 않음) 의 도움으로 수직 축선 (A) 을 중심으로 스윙 운동할 수 있다. 제 1 로봇팔 (12) 은 축선 (B) 을 중심으로 스탠드 (10) 에 선회 가능하게 축연결되고 두 개의 균형스프링 (13a, 13b) 에 의해 균형 잡히며, 이 스프링은 스탠드 (10) 와 제 1 팔 (12) 상단 사이에 관절식으로 설치된다. 제 1 팔 (12) 의 하단은, 스탠드 (10) 와 일체로서 모터 (도시되지 않음) 와 감속 기어 (3b) 를 포함하는 구동수단 (1b) 에 연결되고, 감속 기어에는 구동장치 (도시되지 않음) 가 부착된다. 상기 팔 (12) 의 상단에는, 제 2 로봇팔 (14) 이 축선 (C) 에 대해 선회 가능하게 축연결된다. 상기 팔 (14) 의 선회운동은 평행링크 (15) 에 의해 수행되며, 평행링크의 하단은, 스탠드와 일체로서 모터 (2c) 및 감속 기어 (3c) 를 포함하는 구동수단 (1c) 에 연결되고, 감속 기어에는 구동장치 (7c) 가 부착된다.

제 2 로봇팔 (14) 은 축선 (C) 에 대해 회전 가능한 후방부 (14a) 와, 상기후방부에 축연결되고 팔의 종축선 (D) 을 중심으로 회전가능한 관 (管) 모양의 전방부 (14b) 를 포함한다. 팔 전방부의 외측 단부는 축선 (E)을 중심으로 회전 가능한 손목부 (16) 를 포함하는 손목과, 손목부 (16) 의 종축선 (F) 을 중심으로 회전 가능한 회전디스크 (17) 형태인 공구부착부로 구성된다. 로봇부위 (14b, 16, 17) 의 회전을 위하여, 세 개의 구동수단이 제 2 로봇팔의 후방부 (14a) 에 설치된다. 제 2 로봇팔 (14) 에 설치된 구동수단의 각각은 모터 및 감속 기어와, 구동수단에 부착된 구동장치를 포함한다. 축선 (D) 에 대해 팔 (14b) 을 구동시키기 위한, 모터 (2d), 감속 기어 (3d) 및 구동장치 (7d) 만이 도면에 표시되어 있다.

제 1 팔 (12) 을 축선 (B) 을 중심으로 구동시키기 위해 설치된 구동장치 (7c) 는, 운동을 달성하기 위해 제공된 감속 기어 (3c) 상에 부착된다. 이러한 위치선정을 통해서, 로봇 구조체의 열방산 뿐 아니라, 기어 하우징 내에 봉입된 오일의 열전도성도 이용할 수 있다. 따라서, 구동장치에서 발생된 열을 기어 하우징의 전체 한계표면에 신속하게 전달할 수 있다. 열은, 기어 하우징의 외면으로부터 대류에 의해 주변공기에 전달된다.

제 2 팔의 후방부 (14a) 에 설치된 구동수단은 낮은 동력을 가지며, 따라서 관련 구동장치는 낮은 열을 발생시킨다. 제 2 팔 (14) 의 전방부 (14b) 를 축선 (D) 을 중심으로 구동시키기 위한 구동장치 (7d) 는, 운동을 달성하기 위한 모터 (2d) 상에 직접 부착된다. 모터의 케이싱을 경유하여 로봇 구조체에 열을 전달함으로써 충분한 열방산이 이루어지며, 따라서 과잉열은 모터 케이싱 및 로봇 구조체의 양쪽에서 대류에 의해 주변공기에 전달된다.

본 발명의 유리한 개선은, 공통의 정류기를, 각각의 구동장치 또는 구동장치의 일군에 제공되는 소형의 정류기로 대체하는데 있다. 상기 소형의 정류기는 구동장치에 인접하여 위치된다. 이러한 위치선정에 의해, 정류기가 로봇 구조체를 통하여 충분히 냉각되는 것이 또한 가능하다.

제 1 도는 종래 기술에 따른 구동시스템을 도시한 회로도.

제 2 도는 본 발명에 따른 구동시스템을 도시한 회로도.

제 3 도는 본 발명에 따른 산업용 로봇을 도시한 구성도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 구동수단 2 : 구동모터

3 : 감속 기어 6 : 정류기

7 : 구동장치 14 : 제 2 로봇팔

14a : 후방부 14b : 전방부

A, B, C, D, E, F : 축선

Claims (4)

1. 하나 이상의 전기 구동 모터 (2) 를 각각 구비하여 머니퓰레이터의 운동을 구동시키기 위한 복수의 구동수단 (1) 을 갖는 머니퓰레이터를 포함하고, 또한, 이 머니퓰레이터의 각 구동수단 (1) 을 구동 및 제어하기 위한 제어장치를 추가로 포함하며, 이 제어장치가 각 구동 모터 (2) 에 설치된 구동장치 (7) 를 포함하고, 각 구동수단 (1) 이, 추가로, 구동 모터 (2) 에 각각 작동연결된 기어 (3) 를 포함하도록 되어 있는 로봇장치에 있어서,

   상기 구동장치 (7) 의 각각은, 머니퓰레이터 상에 장착되고 또한 상기 구동모터 (2) 에 인접하여 상기 기어 (3) 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 로봇장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기어 (3) 는, 상기 구동 장치가 장착되는 기어 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동장치는, 열을 머니퓰레이터 구조체에 방산하도록 머니퓰레이터 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 로봇장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 구동장치는, 열을 머니퓰레이터 구조체에 방산하도록 기어 하우징 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 로봇장치.