KR100444337B1 - 로봇,로봇아암링크및전기신호전달용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 양태에 따라 제공된 로봇(20)은 견부 조인트(34)를 직접 구동시키는 견부 모터(70), 엘보우 조인트(36)를 직접 구동시키는 엘보우 모터(50), 엘보우 모터에 의해 구동되는 제1 단부 작동체 구동 풀리(106), 그리고 이 제1 단부 작동체 구동 풀리(106)에 연결된 제2 단부 작동체 구동 풀리(120)를 구비하며, 상기 제1 단부 작동체 구동 풀리의 직경과 제2 단부 작동체 구동 풀리(120)의 직경은 1:2의 비율을 갖는다.

Description

로봇, 로봇 아암 링크 및 전기 신호 전달용 장치

소재 처리 로봇은 집적 회로, 평탄한 패널 디스플레이 장치, 및 기타 정밀제품의 자동화 제조 공정에 사용되고 있다. 이들 제품 중 상당수는 반도체 웨이퍼와 같이 극히 깨지기 쉽고 고가인 소재를 제조 공정 동안에 거의 청정한 공간에서 처리할 것이 요구되고 있다. 반도체 제조시, 원재료 및 제조 과정 중에 있는 소재는 극도로 청결하게 유지되어야 하며, 소재에 에칭되는 회로도가 매우 미세하기 때문에(예컨대, 0.18 내지 10㎛), 미세한 입자에 의해서도 오염되어 완성된 회로가 작동하지 않을 수 있다. 그러므로, 청정실 내에서는, 밀봉된 초청정(ultra-clean) 상태의 로봇을 사용하여 소재를 정확하고 부드럽게 그리고 정밀하게 이동시킴으로써, 사람에 의한 접촉이나 처리로 인해 발생할 수 있는 소재의 오염이나 손상을 방지하고 있다. 그러나, 그러한 로봇이 금속 입자를 발생시키거나 화학 물질을 누설하거나, 또는 웨이퍼나 다른 기판을 오염시킬 수 있는 다른 물질을 생성시켜서는 안된다.

더욱이, 로봇은 다양한 제조 공정을 수행하기 위해 공간 내에서 특정 지점으로 정확하게 이동할 필요가 있다. 웨이퍼, 평탄한 패널 및 기타 기판들은 극히 깨지기 쉽고 고가이기 때문에, 로봇의 모든 동작은 부드러우면서도 정확하여야 한다. 로봇의 기계 부품간 "백래쉬(backlash)", 즉 간극은 로봇의 정확한 동작을 보장하고 로봇에 있는 물품의 손상을 방지하도록 최소화되어야 한다.

또한, 일부 제조 공정은 진공 상태에서 수행되거나, 또는 위험한 화학물을 필요로 한다. 따라서, 로봇은 진공 상태에 적합하고, 사람에게 유해한 진공 환경과 부식 환경에서 소재를 처리할 수 있어야 한다.

따라서, 당업계에서는, 신뢰성있고, 백래쉬가 없거나 최소의 상태에서 작동하고, 입자 발생에 대해 완전히 밀봉되어 있으며, 진공 상태에 적합한 초청정 소재처리 로봇에 대한 필요성이 절실하다.

본 발명은 일반적으로 소재 처리 로봇에 관한 것으로, 특히 로봇의 직접 구동 아암 링크 및 말단 작동체에 관한 것이다.

도 1은 로봇의 사시도.

도 2는 로봇 베이스의 측면 분해 사시도.

도 3은 로봇 아암의 측면 분해 사시도.

도 4는 부분적으로 연장된 위치에 있는 로봇 아암의 평면도.

도 5는 거의 완전히 연장된 위치에 있는 로봇 아암의 평면도.

도 6은 회전 로봇 조인트를 연결하는 유체 시일의 측단면도.

도 7은 여과기를 설치한 로봇 아암 링크의 측단면도.

도 8은 회전 로봇 조인트를 통해 신호를 전달하는 방법을 개략적으로 도시한 측면도.

도 9는 회전 로봇 조인트를 통해 신호를 전달하는 다른 방법을 개략적으로 도시한 평면도.

도 10은 도 9에 도시된 신호를 전달하는 방법을 도시하는 부분 측단면도.

도 11은 완전히 연장된 위치의 로봇 아암을 도시하는 측단면도.

전체적으로 말해서, 본 발명의 한 양태에 따르면, 견부 조인트를 직접 구동시키는 견부 모터, 엘보우 조인트를 직접 구동시키는 엘보우 모터, 엘보우 모터에 의해 구동되는 제1 단부 작동체 구동 풀리, 제1 단부 작동체 구동 풀리에 연결된 제2 단부 작동체 구동 풀리를 구비하며, 제1 단부 작동체 풀리의 직경과 제2 단부 작동체 풀리의 직경의 비율이 1:2인 로봇이 제공된다.

이러한 양태에 있어서의 특징으로는 엘보우 모터에 의해 구동되는 제1 엘보우 구동 풀리와, 제1 엘보우 구동 풀리에 연결되어 이것에 의해 구동되는 제2 엘보우 구동 풀리를 포함하고, 제1 및 제2 엘보우 구동 풀리는 동일한 직경을 가지며, 제1 단부 작동체 구동 풀리는 제2 엘보우 구동 풀리에 연결되어 이것에 의해 구동되며, 견부 모터는 아암 링크를 구동시키며, 엘보우 구동 풀리는 아암 링크에 장착되고 엘보우 구동 모터와 견부 모터는 하우징 내에 동심으로 장착되며, 하우징 내에서부터 아암 링크까지의 신호 교류를 위한 슬립-링 조립체를 포함하며, 슬립-링 조립체는 하우징에 부착된 고정 부재와 아암 링크에 부착된 가동(可動) 부재를 구비하며, 아암 링크는 하우징을 중심으로 회전 가능하며, 각각의 풀리는 유체 시일 (seal)에 의해 결합되며, 각각의 유체 시일은 자성 유체 시일이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전부 모터; 유체 시일에 의해 견부 모터에 연결된 제1 아암 링크; 제2 유체 시일에 의해 제1 아암 링크에 연결된 제2 아암 링크를 구비하는 로봇이 제공된다. 이 양태의 특징으로는, 제3 유체 시일에 의해 제 2 아암 링크에 연결된 관절 조인트를 포함하며; 제1 및 제2 유체 시일이 자성 유체시일을 포함하고; 아암 링크는 시임(seam)을 구비하며; 각각의 시임을 연결하는 고정 시일과; 각 아암 링크의 벽에 있는 입자 여과기를 추가로 구비하고; 제3 유체 시일이 자성 유체 시일을 포함한다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 아암 링크의 벽에 입자 여과기가 있는 로봇 아암 링크를 구비한다. 이 양태의 특징으로는, 상기 여과기가 고밀도 입자 여과기이며; 아암 링크가 시임에서 연결되는 폐쇄벽과 시임 내의 고정 시일을 추가로 구비하며; 아암 링크가 진공 상태에 적합하다는 점이다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 전도성 슬립-링 조립체를 구비하고 회전 로봇 조인트를 통해 전기 신호를 전달하는 장치를 제공하며, 전도성 슬립-링 조립체는 상기 조인트의 고정 링크에 고착된 고정 부재와 상기 조인트의 가동 링크에 고착된 가동 부재를 구비한다. 이 양태의 특징으로는, 고정 부재에 연결된 제1 신호 케이블과 가동 부재에 연결된 제2 신호 케이블을 포함하고 있다는 점과 고정 부재 및 가동 부재가 회전 가능하고 전도성을 갖도록 연결되어 있다는 점이다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 회전 로봇 조인트를 통해 전기 신호를 전달하는 장치를 제공하며, 상기 조인트는 외부 실린더와, 이 외부 실린더에 동심으로 장착되는 내부 실린더를 구비하며, 상기 장치는 내부 실린더에 내측단, 외부 실린더내에서 내부 실린더 둘레에 권취된 케이블 본체, 외부 실린더를 통해 연장하는 외측단을 구비하는 케이블을 포함한다.

본 명세서의 도면에서, 다른 도면에 있는 동일한 도면 부호는 동일 구조를 가리킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇(20)은 측방으로 자유롭게 움직이는 사람의 팔을 모방한 구조로 되어 있다. 로봇(20)은 가동 아암(24)이 부착된 베이스(22)를 구비한다. 아암(24)은 하부 아암 링크(26), 상부 아암 링크(28), 및 핸드 또는 단부 작동체(30)를 포함한다. 하부 아암 링크(26)는 회전 가능한 견부 조인트(32)에서 베이스(22)에 연결되며; 상부 아암 링크(28)는 회전 가능한 엘보우(34)에 의해 하부 아암 링크(26)에 연결되고; 단부 작동체(30)는 회전 가능한 관절(36)에 의해 상부 아암 링크(28)에 연결된다.

베이스(22)는 회전 가능한 다수의 샤프트를 구동시키는 모터를 포함한다.

하나의 회전 가능한 샤프트는 하부 아암 링크(26)에 연결되어 견부 조인트 (32)의 회전을 제어한다. 다른 샤프트는 풀리에 의해 상부 아암 링크(28)에 연결되어 엘보우(34)의 회전을 제어한다. 단부 작동체(30)의 회전을 제어하는 풀리는 엘보우(34) 내에 존재한다. 이 구성에서, 마이크로 컴퓨터와 같은 외부 제어기의 제어하에서 모터는 아암(24)을 작동시켜 견부 조인트(32)가 회전되도록 하거나, 또는 단부 작동체(30)가 그 견부 조인트(32)나 로봇의 중심축에 대해 반경 방향 내측 또는 외측으로 운동하도록 한다. 이 특정 영역에서는 단부 작동체의 반경 방향 이동만을 필요로 하며; 단부 작동체는 로봇 베이스의 중심으로부터 연장하는 반경을 따라 외부 작업 스테이션이나 기타의 위치로 이동하도록 항시 정렬되어 있다.

단부 작동체(30)는 관절(36)을 중심으로 회전 가능한 중앙 플레이트(38)를 구비한다. 관절(36)에서 반경 방향 외측으로는 한 쌍의 단부 작동체 블레이드(140)가 연장한다. 각 블레이드의 인접 단부(142)는 중앙 플레이트(38)에 결합된다. 각각의 블레이드(140)는 반도체 웨이퍼, 평탄한 패널 디스플레이 장치, 기판과 같은 물체나 기타의 물체를 들어올려 이동시킬 수 있다. 따라서, 단부 작동체(30)는 당업계에서 "양날식" 단부 작동체로 공지된 타입의 단부 작동체이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 베이스(20)는 엘보우 모터(50)와 견부 모터 (70)를 둘러싸서 보호하는 원통형의 모터 하우징(40)을 구비한다. 엘보우 모터(50)는 로봇의 베이스에 부착된 바닥 플레이트(52)상에 안치(安置)된다. 엘보우 구동 샤프트(62)는 엘보우 모터(50)에 연결되어 있다. 자동 안내용 플래그(homing flag)(54)는 모터와 샤프트가 안착 위치에 도달되었음을 감지하는 소정의 통로를 제공한다. 슬립-링 조립체(56)가 슬립-링 설치부(58)와 샤프트 조립체(60)에 부착되어, 제어 신호가 조립체를 통과할수 있도록 되어 있다. 상기의 장치가 조립되면, 엘보우 구동 샤프트(62)가 하우징(40)을 통과해서 상방으로 돌출하여 도 3에 도시된 바와 같이 제1 엘보우 구동 풀리(90)에 연결된다.

견부 모터(70)는 하우징(40) 내에서 엘보우 모터(50) 바로 위쪽으로 설치되며, 샤프트(62)가 통과하는 커다란 중심 구멍을 구비한다. 견부 구동 샤프트(82)는 자동 안내용 플래그(74)와 샤프트 조립체(72)에 의해 견부 모터(70)에 연결되며;샤프트 조립체(72)와 견부 샤프트(82)는 엘보우 샤프트(62)가 통과되도록 내부로 연장하는 커다란 구멍(80)을 구비한다. 견부 구동 볼 베어링(76)은 샤프트들(60 및 82) 사이에서 미끄러지면서 샤프트(62)를 지지한다. 내부의 자성 유체 동적 로터리 시일(magnetic fluid dynamic rotary seal)(404)도 역시 샤프트들(60 및 82) 사이에서 미끄러진다. 따라서, 견부 모터(70)는 하부 아암 링크(26)를 직접 구동시켜 로봇(20)의 중심에 대해 회전되도록 한다.

하우징(40)의 상부 림(42)에는 공급 통로(78)가 부착되어 벨로우즈와 외부의 자성 유체 동적 로터리 시일(4O5)을 위한 밀봉면을 제공한다. 외부 시일(405)은 내부 시일(404)을 따라 견부 조인트에 대한 입자 장벽과 진공 압력차 장벽을 제공한다. 조립된 하우징(40)은 z-축 모터와 볼 스크류에 의해 z-축 방향에서 상하로 구동되며, 밀봉된 외부 하우징 내에 봉입되어 입자 혹은 오염물의 침입 및 누설이 방지된다.

도 3에는 직동식 로봇 아암(24)이 분해된 형태로 도시되어 있다. 상기 아암 (24)이 도 2에 도시된 로봇 베이스에 조립되는 경우, 스플래쉬 가드(92)가 견부 샤프트(82)상에 안치된다. 제1 엘보우 구동 풀리(90)는 엘보우 구동 샤프트(62)상에 안치된다. 제1 엘보우 구동 풀리(90)는 구동 테이프(96)에 의해 제2 엘보우 구동 풀리(94)에 연결된다. 제2 엘보우 구동 풀리(94)는 중앙에 원형의 공동(95)이 형성된 대략 원통 형상이며, 하부 아암 링크(26)의 엘보우 구멍(29) 내에 설치된다. 볼 베어링(104)은 제2 엘보우 구동 풀리(94) 안쪽의 엘보우 구멍(29) 안으로 장착된다. 볼 베어링(104)의 외부 회전 레이스는 제2 엘보우 구동 풀리(94)와 베어링 클램프(108) 사이에 구속된다. 볼 베어링(104)의 내부 회전 레이스는 상부 엘보우 풀리(106)와 하부 아암 링크(26)의 엘보우 단부의 원형 보스(110) 사이에 구속된다.

제1 및 제2 엘보우 구동 풀리의 직경은 거의 동일하고, 즉 1:1의 비율을 갖는다. 구동 테이프(96)는 제1 엘보우 구동 풀리 및 제2 엘보우 구동 풀리(90, 94) 중 하나의 둘레에 일단부(98)가 권취되어 핀(100)에 의해 적소에 각각 유지되는 금속-점탄성의 적층 밴드 또는 금속 밴드로 이루어진다. 밴드의 장력 조절기(150)는 밴드의 장력 조절을 가능케한다. 밴드의 장력치는 구멍(152)을 통해 측정 공구를 삽입함으로써 측정될 수 있다. 각 밴드의 타단부는 반대쪽 풀리에 핀으로 고정된다. 각 밴드의 제1 단부(98)는 제1 엘보우 구동 풀리 및 제2 엘보우 구동 풀리 (90,94)의 원주를 약 320°정도 권취하고 있다.

상부 아암 링크(28)는 베어링 클램프(108)에 부착되어 있어서, 제2 엘보우 구동 풀리(94)와 함께 회전한다. 이 구성에서, 제1 엘보우 구동 풀리(90)의 원 운동은 구동 테이프(96)상에 직접적으로 작용하여, 제2 엘보우 구동 풀리(94)와 상부 아암 링크(28)를 회전시킨다.

견부 커버(102)는 제1 엘보우 구동 풀리(90)와 견부 조인트를 둘러싸서 보호하므로 오염물의 침입 또는 조인트로부터 입자의 누설을 방지한다.

도 11을 참조하면, 상부 엘보우 풀리(106)는 베어링 클램프(108)와 상부 아암 링크(28)의 엘보우 단부(126)의 대응하는 구멍(112)을 통해 연장된다. 상부 엘보우 풀리(106)에는 한 쌍의 단부 작동체 구동 테이프(114)가 부착되어 상기 구동 테이프(96)와 관련하여 전술한 방식으로 핀에 의해 샤프트상의 적소에 유지된다.

단부 작동체 구동 풀리(120)는 상부 아암 링크(28)의 관절 단부에 배치된다.

단부 작동체 구동 풀리(120)는 원통형의 원형 공동(401)이 형성된 거의 원통 형상(도 3 참조)이다. 단부 작동체 풀리(120)는 구동 테이프(114)에 의해 상부 구동 풀리(106)에 연결된다. 상부 엘보우 풀리(106)의 직경은 단부 작동체 풀리(120)의 직경의 1/2로서, 풀리(106,120)의 직경은 1:2의 비율을 갖는다.

볼 베어링(130)은 단부 작동체 구동 풀리(120)의 공동(401) 내에 배치된다. 볼 베어링(130)의 외부 레이스는 단부 작동체 구동 풀리(120)와 외부 베어링 클램프(136) 사이에 구속된다. 볼 베어링(130)의 내부 회전 레이스는 내부 베어링 클램프(132)와 상부 아암 링크(28)의 관절 단부의 원형 보스(122)와의 사이에 구속된다.

상부 아암 링크 커버(134)는 아암 링크(28)를 가로질러 연장하여 풀리와 그 풀리 내의 구동 테이프를 덮음으로써 그 풀리와 구동 테이프를 입자가 누설되지 않게 밀봉하고 오염물의 침입으로부터 보호한다. 단부 작동체(30)에는 클램프 플레이트(138)가 부착되어 그 단부 작동체(30)를 풀리에 유지시킨다.

선택적으로, 자성 유체 로터리 시일(402)이 하부 아암 링크(26)와 제2 엘보우 풀리(94) 사이에 설치될 수도 있다. 이로 인해 엘보우 조인트(34)를 밀봉하여 입자 또는 오염물의 침입 또는 누설을 방지할 수 있다. 유사하게는, 선택적인 자성 유체 동적 로터리 시일(403)이 상부 아암 링크(28)와 단부 작동체 구동 풀리(120) 사이에 설치되어 관절 조인트(36)를 밀봉할 수 있다.

하부 아암 링크(26)의 길이는 상부 아암 링크(28)의 길이와 동일하며, 이때그 "길이"라 함은 조인트와 각 아암 링크의 어느 한쪽 단부 사이의 거리를 지칭한다. 이 구성에서, 견부 모터(70)는 견부 조인트에 직접 연결된다. 엘보우 모터(50)는 견부 조인트의 풀리(90)에 부착되며, 그 풀리는 엘보우 조인트에 있는 다른 풀리(94)와 1:1의 비율로 구동된다. 그러므로, 견부 모터가 정지 상태일 때 엘보우 모터의 일회전은 엘보우 조인트의 일회전을 야기한다.

또한, 상부 아암 링크의 단부 작동체 구동 풀리(120)는 단부 작동체를 상부 아암 링크에 대해 회전 이동하도록 구동시킨다. 단부 작동체 구동 풀리(120)의 직경은 상부 엘보우 구동 풀리(106)의 직경의 2배이다. 이 구성에서, 견부 모터와 엘보우 모터가 서로 반대 방향으로 동일 속도로 구동되는 경우, 단부 작동체는 반경 방향으로 연장하여, 즉 반경 방향으로 연장하는 직선을 따라 구동됨으로써, 단부 작동체의 중심축은 언제나 견부 축과 교차하게 된다. 견부 모터와 엘보우 모터가 동일 방향과 동일 속도로 구동되면, 상부 링크(28)는 하부 아암 링크(26)에 대해 고정되고, 아암(24) 전체는 견부 조인트를 중심으로 회전할 것이다.

도 4 및 도 5는 선형의 반경 방향 연장부가 어떻게 작동되는 지를 보여준다.

도 4에서, 로봇 아암(24)은 부분적으로 후퇴된 상태에서 도시되어 있는 반면, 도 5의 아암(24)은 완전히 연장된 상태로 도시되어 있다. 견부 모터와 엘보우 모터가 반대 방향으로 동일 속도로 구동되는 경우, 다수의 동시 다발적인 동작이 발생한다. 견부 조인트(22)가 회전하면, 하부 아암 링크(26)가 도 5에 도시된 위치로 반시계 방향으로 이동한다. 동시에, 엘보우 조인트(34)는 반대 방향, 즉 시계 방향으로 동일 속도로 회전하여, 상부 아암 링크(28)가 하부 아암 링크(26)에 대해시계 방향으로 회전한다. 또한, 단부 작동체는 상부 아암 링크(28)에 대해 반시계 방향으로 다른 링크들 속도의 절반 속도로 회전한다. 이 방식에서, 단부 작동체는 반경선(150)을 따라 외측으로 이동함으로써, 단부 작동체는 언제나 그 반경선(150)과 정렬 상태로 유지된다. 이 선형 이동은 도 4 및 도 5에 도시된 위치 간 이동시, 링크(26 및 28)에 의해 형성된 각도(A)가 링크(28)와 단부 작동체(30)에 의해 형성된 각도(B)에 비해 2배의 비율로 예각이 됨을 인식함으로써 얻어진다. 이러한 2:1 비율의 각도 변화는 단부 작동체 구동 풀리(120) 대 상부 엘보우 풀리(106)의 2:1 비율을 이용함으로써 달성된다.

이 장치는 로봇 및/또는 아암 링크 내에서 기어 감속 및/또는 타이밍 벨트를 사용하는 종래의 메카니즘에 의해 발생되는 백래쉬가 방지되는 직접 구동 메카니즘을 제공한다. 대형의 직접 구동 모터를 사용함으로써, 베이스에 전동 장치를 필요로 하지 않으며 구동 트레인이 단순화된다. 구동 메카니즘은 높은 신뢰도를 가지며 견고하다. 무(無)부러시 서보 모터를 사용하여 신뢰도를 높일 수 있다.

이 시스템에서, 견부, 엘보우, 관절을 비롯하여 각각의 동적 아암 조인트는 자성 유체 시일로도 알려진 자성 유체 동적 로터리 시일, 또는 그에 상응하는 유체회전 시일에 의해 밀봉된다. 도 6은 상부 아암 링크(200)와 하부 아암 링크(210)의 밀봉된 동적 조인트를 예시한다. 회전 샤프트(7)는 상부 링크(200)를 구동시키는 하부 아암 링크(210)의 모터(406)로부터 연장된다. 상부 링크(200)가 하부 링크 (210) 위에서 회전할 수 있도록 미소 간극(220)이 2개의 링크를 분리시킨다. 진공 로봇에서, 그러한 간극(220)은 진공 상태하에 있지만 링크(200,210)의 내부는 대기압 상태에 있다. 그러므로, 샤프트(7)와 하부 링크(210)의 벽 사이의 조인트는 로터리 시일(5)에 의해 밀봉되어 공기가 링크를 빠져나가지 않도록 하여야 한다. 또한, 모터(406)나 링크 요소로부터의 입자가 초청정의 진공 환경 내로 유입되지 않도록 하기 위해 소정의 시일을 필요로 한다.

밀봉 유닛(5)은 샤프트(7)를 둘러싸는 하우징(12)과, 볼 베어링(14)을 포함한다. 중공의 아암 링크 내부는 외부의 진공 환경으로부터 완전히 밀봉되며, 거의 대기압으로 유지될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 자기 유체 또는 "자성 유체" 동적 로터리 시일에서, 자기 유체(18)의 링이 가동 샤프트(7)와 고정 하우징(12) 사이의 간극을 채워준다. 자기 유체(18)는 강력한 자석(16)에 의해 적소에 유지됨으로써, 샤프트(7)가 회전되도록 하면서 부식성 물질의 침입에 대해 보호하고 입자 형태의 오염물의 배출을 방지하면서 상기 간극을 밀봉하게 된다. 상기 액체(유체)는 모터와 풀리에 의해 소정의 잔류 진동이 야기될 때 점성 항력을 통해 감쇠 효과도 갖는다.

고정 시일은 각각의 중공 아암 링크(26,28)의 내부로(또는 내부로부터) 가스 또는 입자의 누설을 방지하는 데 사용된다. 예를 들면, 고정식 0-링 시일이 커버 플레이트(102) 주위에 사용될 수 있다. 이와 달리, 미국 캘리포니아 멘로 파크 소재의 베리언 코포레이션(Varian Corporation)에서 시판 중인 CONFLAT 플랜지 시일과 같은 플랜지 시일이 아암 링크를 형성하는 박판 금속에서의 시임을 밀봉하는데 사용된다.

과거에는, 로봇 내에 입자들을 함유하지 않고 오염물의 유입을 방지하고자청정한 제조 설비 및 비유체 시일을 사용하였었다. 그러나, 동적 아암 조인트에 자성 유체 시일을 사용하는 것은 상당한 장점을 제공한다. 로봇 링크 내에 발생되는 어떠한 미립자도 청정한 환경으로 빠져나갈 수 없다. 로봇 외부의 어떠한 부식성 물질도 로봇의 내부 부품으로 침입할 수 없다. 또한, 진공하에 사용되는 경우, 상기 내부 부품은 유체 시일이 대기압 장벽을 제공하기 때문에 진공 상태에 적합한 부품일 필요는 없다. 전술한 구성으로부터, 모든 회전 조인트에서의 동적 시일과 아암 링크에서 시임이나 간극을 갖는 그 외의 모든 위치에서의 고정 시일이 얻어진다.

전술한 로봇은 완전 밀봉되지만, 소정의 선택적인 실시예는 배출구를 갖는 아암 링크를 사용한다. 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 아암 링크 (26,28)에는 고밀도의 금속 또는 세라믹 여과기(170,172)가 아암 링크 또는 아암 "통"의 바닥 벽(26')에 설치된다. 상기 여과기는 아암 링크로부터 입자의 출입을 방지하는 견고한 장벽을 제공한다. 또한, 여과기는 아암 링크 사이에 미소 압력차가 존재하는 것을 보장함으로써 링크(26,28) 사이의 동적 조인트에 얇은 일단식 (single-stage)의 자성 유체 배제 시일(5)을 사용하는 것이 가능해진다. 이것은 상당한 장점을 제공한다. 예를 들면, 모든 아암 조인트, 특히 관절 조인트를 보다 얇게 제조할 수 있다. 또한, 모든 조인트 베어링이 자성 유체 시일에 의한 직접적인 화학적 침식으로부터 보호된다. 여과기는 링크 내부의 입자로부터의 오염을 감소시키거나 제거한다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 슬립-링 조립체(56)는 모터(50)와 샤프트 조립체(60) 사이에 연결된다. 도 8은 아암 링크와 같은 회전 요소로부터 로봇 베이스와 같은 고정 요소로 전기 신호를 전달하기 위해 슬립-링 조립체를 사용하는 일반적인 방식을 예시한다. 도 8은 고정 베이스 하우징(40)과 가동 아암 링크(26)를 구비한 로봇(20)을 예시한다. 슬립-링 조립체(56)는 링크(26)의 회전 중심선상에서 베이스 하우징 내에 장착된다. 아암 링크(26)의 내부를 따라 제어 케이블 (256)이 연장되며, 케이블의 신호를 베이스 하우징의 전기 부품에 연결하는 것이 요망된다. 케이블(256)은 진공 장벽(254)을 통과하여 슬립-링 조립체(56)의 회전부재(250)에 기계적으로 부착됨과 동시에 전기적으로 연결된다. 슬립-링 조립체의 고정 부재(252)는 로봇 베이스(41)에 장착된다. 슬립-링은 고정 요소(252)의 상부면 (258)상에 접촉하는 동심의 링 접촉부와 회전 부재(250)상에 대응하는 와이퍼 (wiper)를 구비한다. 회전 부재가 회전하면, 상기 와이퍼들은 링 접촉부를 가로질러 닦아냄으로써, 회전 가능한 전도성 경로를 제공한다. 따라서, 아암 링크(26)는 와이어가 감기거나 과도하게 굴곡되고, 비틀리며, 베이스에 와이어가 권취되는 염려 없이 회전될 수 있다.

수은 슬립-링 조립체와 같은 다른 형태의 슬립-링이 사용될 수도 있다.

도 9 및 도 10은 회전 로봇 조인트를 통해 전기 신호를 공급하는 다른 방식을 예시한다. 도 9 및 도 10은 고정 실린더(300) 내에서 회전하는 샤프트나 풀리와 같이 회전하는 내부 실린더(310)에 동심으로 장착된 상부 아암 링크 등의 외부고정 실린더(300)를 예시한다. 내부 실린더(310)는 모터나 다른 기구로 하방 연장하는 샤프트(330)에 의해 구동된다. 리본 케이블(320)은 고정 실린더(300)의 외부로부터고정 실린더(300)의 구멍(340)을 통해 연장한다. 고정 실린더(300) 내에서 케이블 (320)은 내부 실린더(310) 둘레의 코일(360)에 느슨하게 배치된다. 코일(360)은 케이블을 약 3바퀴 정도 회전시켜 형성된다. 케이블(320)의 말단부(350)는 내부 실린더(310)의 구멍(370)을 통과한다. 케이블(320)의 말단부(350) 및 근접 단부(380)는 회로나 센서에 연결된다.

케이블(320)은 가요성의 회선이거나, 또는 내마모성을 갖고 진공 친화적인 기타의 적합한 배선 설비일 수 있다.

이 구성에서, 샤프트(330)는 케이블(320)을 통한 신호의 흐름에 영향을 미치지 않고 자유롭게 여러 번 회전할 수 있다. 케이블(320)은 샤프트가 회전할 때 실질적으로 이동되지 않으면서 어느 정도는 간단히 만곡된다. 케이블(320)은 샤프트가 여러 번 회전될 수 있도록 충분히 길게 제조된다. 따라서, 이 구성은 케이블 (320)을 너무 조여지지 않게 권취함으로써 배선 설비나 케이블(320)의 수명을 연장시킨다. 360°이상의 원호를 통한 회전 능력은 320°이하의 회전으로 제한되는 로봇에 대해 상당한 장점이 있다. 완전-회전 로봇은 특정의 작업 스테이션에서 짧은 경로를 취할 수 있기도 하다.

이 구성은 견부, 엘보우, 관절을 비롯하여 로봇의 어떤 회전 조인트에도 사용될 수 있다.

기타의 선택적인 실시예들은 청구된 본 발명의 범위 내에 존재한다.

Claims (22)

1. 베이스와,

   견부 조인트에 의해 상기 베이스에 연결된 회전 가능한 제1 링크와,

   엘보우 조인트에 의해 상기 제1 링크에 연결된 회전 가능한 제2 링크와,

   관절 조인트에 의해 상기 제2 링크에 연결된 단부 작동체와,

   상기 베이스 내에 배치되어 제1 링크를 견부 조인트를 중심으로 회전시키는 견부 모터와,

   상기 견부 모터로부터 연장되어 제1 링크에 회전되지 않게 고정된 견부 구동 샤프트와,

   상기 베이스 내에 배치되어 제2 링크를 엘보우 조인트를 중심으로 회전시키는 엘보우 모터와,

   상기 엘보우 조인트 내에 배치되어 상기 제1 링크에 회전되지 않게 결합된 제1 풀리와,

   상기 관절 조인트 내에 배치되어 단부 작동체에 고정되고 제1 구동 밴드에 의해 제1 풀리에 결합된 제2 풀리

   를 구비하며, 상기 제1 풀리의 직경과 제2 풀리의 직경은 1:2의 비율 관계를 가져서 상기 단부 작동체가 견부 조인트에 대해 반경 방향 정렬을 유지하도록 구속되는 것인 로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 견부 조인트 내에 배치되는 제3 풀리와,

   상기 엘보우 모터로부터 연장되어 상기 제3 풀리에 고정된 엘보우 구동 샤프트와,

   상기 엘보우 조인트 내에 배치되어 제2 링크에 고정되고, 제2 구동 밴드에 의해 제3 풀리에 직접 결합되어 이 제3 풀리에 의해 구동되는 제4 풀리를 더 구비하며, 상기 제3 풀리와 제4 풀리의 직경은 동일한 것인 로봇.
3. 제2항에 있어서, 상기 견부 모터는 아암 링크를 구동하며, 상기 엘보우 풀리는 상기 아암 링크에 장착되는 것인 로봇.
4. 제3항에 있어서, 상기 엘보우 모터 및 견부 모터는 베이스 하우징에 동심으로 장착되는 것인 로봇.
5. 제4항에 있어서, 하우징 내에서 아암 링크로 신호를 전달하기 위한 슬립-링조립체를 더 구비하는 것인 로봇.
6. 제5항에 있어서, 상기 슬립-링 조립체는 하우징에 부착된 고정 부재와, 아암 링크에 부착된 가동 부재를 구비하며, 상기 아암 링크는 상기 하우징을 중심으로 회전 가능한 것인 로봇.
7. 제2항에 있어서, 각각의 조인트는 유체 시일에 의해 밀봉되는 것인 로봇.
8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 유체 시일은 자성 유체 시일인 것인 로봇.
9. 견부 모터와;

   견부 조인트에 의해 상기 견부 모터에 연결된 제1 아암 링크와;

   엘보우 조인트에 의해 상기 제1 아암 링크에 연결된 제2 아암 링크

   를 포함하며, 상기 견부 조인트는 제1 유체 시일에 의해 밀봉되고, 상기 엘보우 조인트는 제2 유체 시일에 의해 밀봉되는 것인 로봇.
10. 제9항에 있어서, 관절 조인트에 의해 상기 제2 아암 링크에 연결된 단부 작동체를 더 구비하며, 상기 관절 조인트는 제3 유체 시일에 의해 밀봉되는 것인 로봇.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 유체 시일 및 제2 유체 시일은 자성 유체 시일을 포함하는 것인 로봇.
12. 제9항에 있어서, 상기 아암 링크는 시임을 포함하며, 그 각각의 시임을 결합하는 고정 시일을 더 포함하는 것인 로봇.
13. 제9항에 있어서, 각각의 아암 링크의 벽에 입자 여과기를 더 구비하는 것인 로봇.
14. 제10항에 있어서, 상기 제3 유체 시일은 자성 유체 시일을 포함하는 것인 로봇.
15. 아암 링크의 벽에 입자 여과기를 구비하는 것인 로봇 아암 링크.
16. 제15항에 있어서, 상기 입자 여과기는 고밀도 입자 여과기인 것인 로봇 아암 링크.
17. 제15항에 있어서, 시임에 연결된 폐쇄벽과, 시임의 고정 시일을 더 구비하는 것인 로봇 아암 링크.
18. 제15항에 있어서, 상기 아암 링크는 진공 친화적인 것인 로봇 아암 링크.
19. 회전 로봇 조인트를 통한 전기 신호 전달용 장치로서, 상기 조인트의 고정 링크에 부착된 고정 부재와 상기 조인트의 가동 링크에 부착된 가동 부재를 구비하는 전도성의 슬립-링 조립체를 포함하는 것인 전기 신호 전달용 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 고정 부재에 연결된 제1 신호 케이블과, 상기 가동 부재에 연결된 제2 신호 케이블을 더 구비하며, 상기 고정 부재 및 가동 부재는 회전 가능하고 전도성을 갖도록 연결되는 것인 전기 신호 전달용 장치.
21. 회전 로봇 조인트를 통한 전기 신호 전달용 장치로서, 상기 조인트는 외부 실린더와 이 외부 실린더에 동심으로 장착된 내부 실린더를 구비하며, 상기 내부 실린더에 내측 단부, 상기 외부 실린더 내에서 상기 내부 실린더 둘레에 권취된 케이블 본체, 그리고 상기 외부 실린더를 통해 연장하는 외측 단부를 구비하는 케이블을 포함하는 것인 전기 신호 전달용 장치.
22. 제6항에 있어서, 상기 슬립-링 조립체는 상기 하우징에 부착된 고정 부재와, 제1 링크에 부착된 가동 부재를 구비함으로써, 상기 제1 링크가 하우징을 중심으로 회전 가능한 것인 로봇.