KR100462975B1 - 산업용로봇의관절기구 - Google Patents

Abstract

암(1)과 안쪽에 마련한 구부림 구동축(2)의 선단외주에 마련한 스프라인 톱니(2A)와, 제1의 산기어(21)의 내주에 마련되어 스프라인 톱니(2A)와 맞물리는 스프라인 홈(2B)과 선회구동축(3)의 선단외주에 마련된 스프라인 톱니(3A)와 한쪽단 내주에 스프라인 톱니(3A)와 맞물리는 스프라인홈(3B)을 마련하고, 다른쪽단 외주에 제2의 산기어(31)를 고정하고 있는 중공 원통형상의 중간축(30)과, 중간축(30)의 한쪽단을 제1의 산기어(21)의 안쪽에 지지하는 베어링(301)과, 중간축(30)의 다른쪽단을 고정기어 상자(45)에 지지하는 베어링(22)(24)을 갖춘 것이다.

Description

산업용 로봇의 관절기구

본 발명은 산업용 로봇의 암의 선단 등에 마련된 구부림 동작 및 선회 동작의 2축 동작을 행하는 관절기구에 관한 것이다.

종래 산업용 로봇은 예를들어 도 2에 도시하는 바와 같이 베이스(A)에 제1의 암(B)의 한쪽단을 회동할 수 있도록 지지하고, 제1의 암(B)의 다른 쪽 단에는 제2의 암(C)의 한쪽단을 회동할 수 있도록 지지하며, 다른쪽 단에는 제2의 암(C)의 긴 쪽 방향의 축에 직교하는 축의 둘레에 회동하여 구부림 동작을 행함과 동시에 긴쪽 방향의 축 둘레에 선회할 수 있는 선회동작을 행하는 관절기구(D)를 마련하고 있다. 관절기구(D)에는 파지장치나 가공장치로 이루어지는 엔드 이펙터(end effector)(E)를 부착하고, 여러 가지 모양을 하면서 작업을 행하도록 하고 있다.

이와 같은 산업용 로봇의 암의 선단에 마련된 구부림 및 선회의 2축동작을 행하는 관절기구(D)는 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이 구성된 것이 개시되어 있다(예를들어 일본국 특개소 63-185595호 공보).

즉 부호 1은 중공 원통형상의 암, 부호 11은 암(1)의 선단에 마련된 고정기어상자, 부호 2는 암(1)의 안쪽에 베어링(12)을 통해 지지된 중공 원통형상의 구부림 구동축으로서, 선단부분에 스프라인 톱니(2A)를 마련하고 있다. 부호 21은 내주에 구부림 구동축(2)의 스프라인 톱니(2A)와 맞물리는 스프라인 홈(2B)을 마련한 제1의 산(傘)기어로서 고정기어 상자(11)와의 사이에 마련되 베어링(22)에 의해 지지되고, 베어링(22)은 베어링 축받이통(22a) 및 너트(22b)에 의해 암(1) 및 제1의 산기어(21)에 각각 고정되어 있다.

부호 3은 구부림 구동축(2)의 안쪽에 베어링(23)을 통해 지지된 선회구동축으로서 선단부분에 스프라인 톱니(3A)를 마련하고 있다. 부호 31은 선회구동축(3)의 스프라인 톱니(3A)와 맞물리는 스프라인 홈을 마련한 제2의 산기어로서 고정기어상자(11)와의 사이에 베어링 축받이통(32)이나 너트(33)에 의해 고정된 베어링(24)에 의해 지지되어 있다.

부호 4는 고정부(41)가 고정기어 상자(11)에 고정된 구부림 구동감속기어로서, 구부림 구동축(2)의 축방향과 직교하는 축을 중심으로 하여 입력축(42) 및 출력부재(43)가 같은 축으로 회전하도록 하고 있다. 입력축(42)에는 제1의 산기어(21)와 맞물리는 제3의 산기어(44)가 고정되고, 출력부재(43)에는 가동기어상자(45)가 고정되어 있다.

부호 5는 구부림 감속기(4)의 출력부재(43)와 같은 축으로 회전하고, 제2의 산기어(31)와 맞물리는 제1의 중간산 기어로서 같은 축에 평기어(51)를 고정하고 있고, 암(1)에 고정된 하우징(13)을 통해 베어링(14)에 의해 지지되어 있다. 부호 15는 가동기어 상자(45)를 하우징(13)에 구부림 동작이 가능하도록 지지하는 베어링이다. 부호 6은 제1의 중간산기어와 평행하게 베어링(46)을 통해 가동기어상자(45)에 지지되어 있는 제2의 중간산기어로서, 평기어(51)에 맞물리는 평기어(61)를 고정하고 있다. 부호 7은 선회감속기로서, 입력축(71)이 선회구동축(3)과 동심(同心)이 되도록 고정부(72)를 가동기어 상자(45)에 고정하고 있다. 입력축(71)에는 제2의 중간산기어(6)와 맞물리는 제4의 산기어(73)를 고정하고 있고, 출력부재(74)에는 엔드 이펙터(8)를 고정하고 있다.

그러나, 상기 종래 기술에서는 제2의 산기어(31)는 고정기어 상자(11)에 베어링(24)에 의해 편지(片持) 구조로 지지되고, 또한 선회구동축(3)과 제2의 산기어(31)는 선회구동축(3)의 스프라인 톱니(3A)와 제2의 산기어(31)의 스프라인홈(3B)과의 맞물림에 의해 선회구동축(3)에서 제2의 산기어(31)에 토오크가 전달되므로 선회구동축(3)과 제2의 산기어(31) 사이에는 지름방향의 간극이 발생한다.

그 때문에 제2의 산기어(31)의 지지부분의 강성이 저하하고, 진동이나 소음이 발생하거나 전달효율이 낮아지는 문제가 있었다.

또한, 고정기어 상자(11) 안에서 제2의 산기어(31)를 편지구조로 지지할 때에 강성을 저하시키지 않도록 하기 위해 슬리브나 너트 등 많은 베어링 고정부품을 필요로 하고, 원가를 낮출 수 없다는 문제가 있었다.

또, 선회구동축(3)을 구부림 구동축(2)의 안쪽에 베어링(23)을 통해 지지하도록 하고 있기 때문에 구부림 구동축(2)을 암(1)의 안쪽에 베어링(12)으로 지지하여, 구부림 구동축(2)의 강성을 높일 필요가 있고 베어링의 수가 많아진다는 문제가 있었다.

또한, 제1의 산기어(21)는 베어링 축받이통(22a) 및 너트(22b)에 의해 암(1) 및 제1의 산기어(21)에 각각 고정되어 있는 베어링(22)에 의해 지지되기 때문에 편지구조가 되며 또한 부품개수가 많아진다는 문제가 있었다.

도 1은 본 발명의 실시예를 도시하는 정단면도.

도 2는 산업용 로봇의 측면도.

도 3은 종래예를 도시하는 정면도.

따라서, 본 발명은 진동이나 소음을 줄이고 또한 조립공정수 및 부품수를 줄일 수 있는 산업용 로봇의 관절기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 실현하기 위해 본 발명에 따른 산업용 로봇의 관절기구는 중공 원통형상의 암과, 상기 암의 선단에 겹합된 고정기어 상자와, 상기 암의 안쪽에 마련되며 또한 베어링을 통해 상기 고정기어 상자에 의해 지지된 중공 원통형상의 구부림 구동축과, 상기 구부림 구동축의 선단부에 마련한 스프라인 톱니와, 안쪽에서 상기 스프라인 톱니와 맞물리는 스프라인 홈을 마련한 제1의 산기어와, 상기 구부림 구동축의 안쪽에 마련된 선회구동축과, 상기 선회구동축에 의해 구동되고 또한 상기 고정기어 상자 안에 배치된 제2의 산기어와, 고정부가 상기 고정기어 상자에 고정되고 또한 상기 구부림 구동축의 축과 직교하는 축을 중심으로 하여 회전할 수 있는 입력축 및 출력부재를 마련한 구부림 구동감속기와, 상기 구부림 구동감속기의 입력축에 고정되며 또한 상기 제1의 산기어와 맞물리는 제3의 산기어와, 상기 구부림 구동감속기와 같은 축으로 회전하도록 상기 암에 고정된 하우징을 통해 베어링으로 지지되고, 또한 상기 제2의 산기어와 맞물리는 제1의 중간산기어와, 상기 구부림 구동감속기의 출력부재에 고정되고 또한 구부림 동작이 가능하도록 상기 하우징에 의해 지지되어 있는 가동기어 상자와, 상기 제1의 중간산기어와 평행하게 베어링을 통해 상기 가동기어 상자에 의해 지지되고 또한 토오크 전달수단을 통해 상기 제1의 중간산 기어와 결합된 제2의 중간산 기어와, 상기 가동기어 상자에 고정된 선회감속기와, 상기 선회감속기의 입력축에 고정되어 상기 제2의 중간산기어와 맞물리는 제4의 산기어를 갖춘 산업용 로봇의 관절기구에 있어서,

상기 선회구동축의 선단외주에 마련된 스프라인 톱니와, 한쪽단 내주에 상기 선회구동축의 스프라인 톱니와 맞물리는 스프라인홈을 마련하고 또한 다른 쪽 외주에 상기 제2의 산기어를 고정하고 있는 중공 원통형상의 중간축과, 상기 중간축의 한쪽단을 상기 제1의 산기어의 안쪽에서 지지하는 베어링과, 상기 중간축의 다른쪽 단을 고정기어 상자에 지지하는 베어링을 갖춘 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직한 구성으로서, 상기 제1의 산기어는 상기 중간축과 상기 중간축의 한쪽 단을 상기 제1의 산기어의 안쪽에서 지지하는 베어링을 통해 상기 중간축의 다른쪽 단을 지지하는 베어링과 상기 제1의 산기어의 외주를 상기 고정기어 상자에 지지하는 베어링에 의해 형성된 걸쳐지는 구조로 지지되어 있다.

또한, 바람직한 구성으로서, 상기 고정기어 상자는 상기 암과 일체로 형성되어 있다.

또한, 바람직한 구성으로서, 상기 선회구동 감속기는 상기 선회구동축과 오프셋트 되어 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 관절기구를 도시하는 정단면도이다. 또한 산업용 로봇 전체의 구성은 종래예에서 설명한 도 2에 도시하는 구성과 대략 동일하다.

도면에 있어서, 부호 1은 중공 원통형상의 암, 부호 11은 암(1)의 선단에 마련된 고정기어 상자, 부호 2는 암(1)의 안쪽에 마련된 중공 원통형상의 구부림 구동축으로서 선단부근의 외주에 스프라인 톱니(2A)를 마련하고 있다. 부호 21은 내주에 구부림 구동축(2)의 스프라인 톱니(2A)와 맞물리는 스프라인홈(2B)을 마련한 도 1의 산기어로서, 고정기어 상자(11)와의 사이에 마련된 베어링(22)에 의해 지지되어 있다. 부호 3은 구부림 구동축(2) 안쪽에 마련된 선회구동축으로서 선단부근의 외주에 스프라인 톱니(3A)를 마련하고 있다.

부호 30은 중공 원통형상의 중간축으로서, 내주에 스프라인톱니(3A)와 맞물리는 스프라인홈(3B)을 마련하고 있고, 중간축(30)의 한쪽단은 제1의 산기어(21)와의 사이에 마련된 베어링(301)에 의해 지지되고, 다른쪽 단은 고정기어 상자(11)와의 사이에 마련된 베어링(24)에 의해 지지되며, 베어링(24)은 너트(25)에 의해 진동이 발생하지 않을 정도의 간극으로 조정되어 고정된다. 부호 31은 중간축(30)의 다른쪽 단에 고정되어 있는 제2의 산기어이다.

따라서, 중간축(30)에 고정된 제2의 산기어(31)는 베어링(301)과 베어링(24)에 의해 걸쳐지는 구조로 지지된다.

또한, 베어링(22)(301)(24)은 너트(25)에 의해 베어링(24)을 가압하는 것으로 예비압이 부여되기 때문에 강성이 높은 지지구조가 되므로 제1의 산기어(21)는 실질적으로 베어링(22)과 베어링(24)에 의해 걸쳐지는 구조와 같은 효과로 지지된다.

부호 4는 고정부(41)가 고정기어 상자(11)에 고정된 구부림 구동감속기로서 구부림 구동축(2)의 축과 직교하는 축을 중심으로 하여 입력축(42) 및 출력부재(43)가 같은 축으로 회전하도록 하고 있다. 입력축(42)에는 제1의 산기어(21)와 맞물리는 제3의 산기어(44)가 고정되고, 출력부재(43)에는 가동기어상자(45)가 고정되어 있다.

그 밖의 구성은 도 3에 도시된 종래예와 동일한 구성이며, 부호 5는 구부림 감속기(4)의 출력부재(43)와 같은 축으로 회전하고, 제2의 산기어(31)와 맞물리는 제1의 중간산기어로서, 같은 축에 평기어(51)를 고정하고 있고, 암(1)에 고정된 하우징(13)을 통해 베어링(14)에 의해 지지되어 있다. 부호 15는 가동기어 상자(45)를 하우징(13)에 구부림 동작이 가능하도록 지지하는 베어링이다.

부호 6은 제1의 중간산기어와 평행하게 베어링(46)을 통해 가동기어 상자(45)에 지지되어 있는 제2의 중간산기어로서, 평기어(51)에 맞물리는 평기어(61)를 고정하고 있다.

부호 7은 선회감속기이며 입력축(71)이 선회구동축(3)과 동심이 되도록 가동기어상자(45)에 고정부(72)가 고정되어 있다. 입력축(71)에는 제2의 중간 산기어(6)와 맞물리는 제4의 산기어(73)가 고정하고 있고, 출력부재(74)에는 엔드 이펙터(8)를 고정하고 있다.

이와 같이 본 발명은 구부림 구동축(2)과 제1의 산기어(21)와는 스프라인 기구에 의해 결합되고, 선회구동축(3)과 제2의 산기어(31)는 선회구동축(3)과 스프라인기구에 의해 결합되어 있는 중간축(30)을 통해 결합하고 있는 구성을 갖추고 있다.

따라서, 제2의 산기어(31)는 중간축(30)을 통해 베어링(24)과 베어링(301)에 의해 걸쳐지는 구조로 지지되고 또한 스프라인 기구의 결합부분의 간극에 관계없이 지지되므로 제2의 산기어(31)의 지지구조는 극히 강성을 높게할 수 있으며 진동을 억제하기 위해 베어링을 많이 이용할 필요가 없고, 베어링관계의 부품수를 줄일 수 있다.

또, 제1의 산기어(21)는 실질적으로 베어링(22)과 베어링(24)에 의해 걸쳐지는 구조와 같은 효과로 지지되므로 마찬가지로 제1의 산기어(21)의 지지구조는 극히 강성을 높게할 수 있고, 진동을 억제하기 위해 베어링을 많이 이용할 필요가 없으며 베어링 관계의 부품수를 줄일 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 암(1)과 고정기어 상자(11)는 다른 부품으로 구성한 예에 대해 설명했지만 선회구동축(3)이 제1의 산기어(21)의 안쪽으로 베어링(301)에 의해 지지되는 중간축(30)에 스프라인 기구에 의해 결합되고, 구부림 구동축(2)은 직접 선회구동축(3)을 지지할 필요가 없어 암(1)과 구부림 구동축 사이의 베어링을 제거할 수 있다. 따라서 제1의 산기어(21)나 제2의 산기어(31)는 고정기어 상자(11)의 선단부에서만 조립이 가능하고, 기어상자(11)를 암(1)에 일체로 형성할 수 있으며 또한 부품수를 줄일 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 선회구동감속기(7)의 입력축(71)이 선회구동축(3)과 같은 축이 되도록 구성한 예에 대해 설명했지만 선회구동감속기(7)의 입력축(71)과 선회구동축(3)이 같은 축이 아닌 오프셋트 한 상태로 구성해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 구부림 구동축에서 구부림 구동감속기에 토오크를 전달하는 기구 중간에 있는 제1의 산기어 및 선회구동축에서 선회구동감속기에 토오크를 전달하는 기구 중간에 있는 제2의 산기어는 중간축을 통해서 2개의 베어링에 의해 걸쳐지는 구조로 지지되고, 또한 스프라인 기구의 결합부분의 간극에 관계없이 지지되어 제1의 산기어 및 제2의 산기어의 지지구조는 극히 강성을 높게 할 수 있어서 진동이나 소음을 줄일 수 있으며 동시에 조립공정수 및 부품수를 저감할 수 있는 산업용 로봇의 관절기구를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 산업용 로봇, 특히 다관절 로봇의 관절부의 기구에 유용하다.

Claims (5)

1. 중공원통형상의 암과, 상기 암의 선단에 겹합된 고정기어 상자와, 상기 암의 안쪽에 마련되며 또한 베어링을 통해 상기 고정기어 상자에 의해 지지된 중공 원통 형상의 구부림 구동축과, 상기 구부림 구동축의 선단부에 마련한 스프라인 톱니와, 안쪽에서 상기 스프라인 톱니와 맞물리는 스프라인홈을 마련한 제1의 산기어와, 상기 구부림 구동축의 안쪽에 마련된 선회구동축과, 상기 선회구동축에 의해 구동되고 또한 상기 고정기어 상자 안에 배치된 제2의 산기어와, 고정부가 상기 고정기어 상자에 고정되고 또한 상기 구부림 구동축의 축과 직교하는 축을 중심으로 하여 회전할 수 있는 입력축 및 출력부재를 마련한 구부림 구동감속기와, 상기 구부림 구동감속기의 입력축에 고정되며 또한 상기 제1의 산기어와 맞물리는 제3의 산기어와, 상기 구부림 구동감속기와 같은 축으로 회전하도록 상기 암에 고정된 하우징을 통해 베어링으로 지지되고, 또한 상기 제2의 산기어와 맞물리는 제1의 중간산기어와, 상기 구부림 구동감속기의 출력부재에 고정되고 또한 구부림 동작이 가능하도록 상기 하우징에 의해 지지되어 있는 가동기어 상자와, 상기 제1의 중간산기어와 평행하게 베어링을 통해 상기 가동기어 상자에 의해 지지되고 또한 토오크 전달수단을 통해 상기 제1의 중간산 기어와 결합된 제2의 중간산 기어와, 상기 가동기어 상자에 고정된 선회감속기와, 상기 선회감속기의 입력축에 고정되어 상기 제2의 중간산기어와 맞물리는 제4의 산기어를 갖춘 산업용 로봇의 관절기구에 있어서,

   상기 선회구동축의 선단외주에 마련된 스프라인 톱니와, 한쪽단 내주에 상기 선회구동축의 스프라인 톱니와 맞물리는 스프라인홈을 마련하고 또한 다른 쪽 외주에 상기 제2의 산기어를 고정하고 있는 중공 원통형상의 중간축과, 상기 중간축의 한쪽단을 상기 제1의 산기어의 안쪽에서 지지하는 베어링과, 상기 중간축의 다른쪽 단을 고정기어 상자에 지지하는 베어링을 갖춘 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 관절기구.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1의 산기어는 상기 중간축과 상기 중간축의 한쪽 단을 상기 제1의 산기어의 안쪽에서 지지하는 베어링을 통해 상기 중간축의 다른쪽 단을 지지하는 베어링과 상기 제1의 산기어의 외주를 상기 고정기어 상자에 지지하는 베어링에 의해 형성된 걸쳐지는 구조로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 관절기구.
3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,

   상기 고정기어 상자는 상기 암과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 관절기구.
4. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,

   상기 선회구동 감속기는 상기 선회구동축과 오프셋트 되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 관절기구.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 선회구동 감속기는 상기 선회구동축과 오프셋트 되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 관절기구.