KR100563413B1

KR100563413B1 - 수평면에서 이동 가능한 다관절 아암을 갖는 로봇

Info

Publication number: KR100563413B1
Application number: KR1019990029701A
Authority: KR
Inventors: 와카이즈미키요시; 스즈키신지; 사카시타요시히토; 노자와가쓰아키
Original assignee: 자노메 미싱 고교가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2006-03-22
Also published as: TW480211B; JP2000042953A; KR20000011887A; DE19934965A1; US6199444B1

Abstract

본 발명은 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇에 관한 것으로, 특히 로봇본체와, 수직방향가이드 및 미끄럼부재를 통하여 로봇본체가 수직방향으로 승강할 수 있는 원통형기대와, 상기 로봇본체에 회전가능하게 설치된 수직방향 나사축과, 상기 나사축에 일단부가 결합되고 그 타단은 상기 원통형 기대에 고착된 승강부재와, 로봇본체에 설치되어 수직방향 나사축을 회전시켜 상기 원통형 기대를 상기 수직방향 나사축을 따라 승강시키는 제1구동모터와, 제1아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 원통형 기대에 일단부가 연결된 제1아암 및 제2아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 그 일단부가 상기 제1아암의 대향 단부에 연결된 제2아암으로 구성된 다관절 아암을 갖는 로봇에 관한 것으로서, 고정밀도로 원통형 기대를 구동시킬 수 있고 또 이 원통형 기대에 제1아암, 제2아암 구동용 모터를 수납하여 전체적으로 적은 출력의 구동원으로 구동시킬 수 있어 소형화를 도모할 수 있는 로봇에 관한 것이다.

Description

수평면에서 이동 가능한 다관절 아암을 갖는 로봇 {Robot having Multi-Joint Arms movable in Horizontal Plane}

도 1은 본 발명 수평면에서 이동 가능한 다관절 아암을 갖는 로봇의 일부 절개

사시도,

도 2는 본 발명의 종단 측면도,

도 3은 본 발명의 횡단 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 로봇본체 2: 원통형 기대(機臺)

3: 수직방향가이드 4: 미끄럼부재

5: 제1구동모터(원통형 기대용 모터 ) 6: 나사축

8: 승강부재 9: 제1아암

10: 제2아암 11: R축

12: 제2구동모터(제1아암용 모터) 17: 제3구동모터(제2아암용 모터)

18: 제4구동모터(R축용 모터) 25: 모터 드라이버

본 발명은 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직방향으로 승강할 수 있는 원통형 기대가 설치된 로봇본체와, 제1아암과 제2아암이 최소출력의 구동원으로 수평면에서 각각 회전운동할 수 있도록 설치되어 있는 원통형 기대로 구성된 콤팩트하고 소형화된 로봇에 관한 것이다.

지금까지 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇은 일반적으로 제1아암이 수평면에서 구동모터에 의하여 회전운동 할 수 있도록 로봇본체에 제1아암의 일단부가 연결되어 있고, 제2아암이 수평면에서 구동모터에 의하여 회전운동 할 수 있도록 제1아암의 대향 단부에 그 일단부가 연결되어 있으며, 제2아암의 자유 단부에는 자세제어용 R축과 R축 구동용 모터가 함께 설치되어 있었다.

이런 형태의 종래 로봇은 구동력을 크게 하려면 모터의 크기와 용량도 대형화되어야 하고 결국 중량이 무거워지므로, 무겁고 큰 구동 모터를 지지하기 위하여 제1아암과 제2아암이 크고 튼튼하게 설계되어야만 한다.

또한 이런 형태의 종래 수평 다관절 로봇은, 완전하게 일체화되지 못했는데, 다시 말하면 제어부는 로봇본체와 분리되어 있는 것이다. 이는 종래의 수평 다관절 로봇이 구동원으로써 AC 서보모터를 사용하고 있으므로 일체화시키는 경우 장치 전체가 너무 커지게 되어 실용적인 면에서 문제를 유발하게 되기 때문이다.

이와 같은 실정을 감안하여 본 발명은 수평면에서 각각 회전운동 할 수 있는 제1아암과 제2아암, 및 고정밀도로 또한 구동원의 최소출력으로써 수직방향으로 움직이는 승강 기대로 구성된 기계적으로 콤팩트하고 소형화된 로봇을 제공하고자 한다. 또 본 발명은 구동원으로서 소형화된 구동모터에 의해 작동되는 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 제어부로서 모터 구동부를 별도의 부재로 하지 않고 일체화한 로봇을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 과제이다.

따라서 본 발명자는 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 로봇본체와, 이 로봇본체에 수직방향 가이드와 미끄럼 부재에 의하여 승강할 수 있는 원통형 기대와, 이 로봇본체에 설치되어 원통형 기대용 모터의 구동으로 회동할 수 있게 된 수직방향으로 설치된 동작나사와, 이 동작나사에 결합하여 승강할 수 있고, 그 일단이 상기 원통형 기대에 고착되어 있는 승강부재와, 제1아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 상기 원통형 기대에 일단부가 연결된 제1아암 및 제2아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 일단부가 제1아암의 대향 단부에 연결된 제2아암으로 구성되고, 원통형 기대는 로봇본체 내에 설치된 모터에 의하여 고정밀도로 구동되며, 제1아암, 제2아암은 원통형 기대 내에 설치된 구동모터에 의해 최소출력의 구동원으로 작동되는 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇을 고안하게 되었다.

이하 본 발명의 실시형태를 도면에 의해 상세하게 설명한다.

부호 (1)은 로봇본체로서, 이 로봇본체(1)의 전면에 원통형 기대(2)가 승강할 수 있도록 설치되어 있다.

구체적으로는 상기 로봇본체(1)의 전면에는 수직방향가이드(3)가 고착되어 있고, 원통형 기대(2)의 후면측에 고착된 미끄럼부재(4)가 수직방향가이드(3)에 걸어 맞추어져 상기 원통형 기대(2)가 로봇본체(1)에 대해 상하방향으로 미끄럼 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 또 수직방향가이드(3)와 미끄럼부재(4)는 미끄럼 이동기구를 구성하며, 그 사이에 볼이 회전하도록 하여 아주 평활하게 미끄럼 이동이 일어나도록 구성되어 있다. 또 로봇본체(1) 내에는 원통형 기대(2) 승강용 모터(5)가 내장되어 있고, 이 원통형 기대용 모터(5)의 구동으로 회전하는 나사축(6)의 상하가 상기 로봇본체(1)의 축받이 부분에 지지되어 있다.

구체적으로는 상기 원통형 기대용 모터(5)에 설치된 구동풀리(5a)와 나사축

(6)의 상단에 고착된 종동(從動)풀리(6a)와의 사이에 벨트(7)가 걸려 있고, 상기 나사축(6)의 중간에는 승강부재(8)의 일단이 나사 결합되어 있고, 그 타단은 원통형 기대(2)에 고착되어 있다. 또 상기 나사축(6)에는 나사의 주위를 볼이 회전하도록 되어 있어 평활한 회전이 이루어지도록 구성되어 있다.

원통형 기대(2)의 전면에는 수평면을 회전이동 할 수 있도록 제1아암(9)이 연결되어 있고, 제2아암(10)이 수평면을 회전이동 할 수 있도록 제1아암(9)의 대향 단부에 제2아암(10)의 일단부가 연결되어 있으며, 이 제2아암(10)의 자유단부에 자세제어 R축(11)이 설치되어 있다. 자세제어 R축(11)은 축을 중심으로 회전한 다.

구체적으로는 원통형 기대(2)의 상하방향 중간부분에 수평면 위를 회전이동 할 수 있는 제1아암(9)이 설치되어 있고, 원통형 기대(2)의 상부에 설치된 제1아암용 모터(12)에 의한 구동을 감속기(13)를 통하여 이 감속기(13)의 구동축이 상기 제1아암(9)의 기부에 고착되도록 하였다.

이로 인하여 상기 제1아암용 모터(12)가 구동하여 제1아암(9)이 기부를 중심으로 수평면 위를 이동할 수 있게 된다.

상기 제1아암(9) 및 제2아암(10)의 구체적인 구성으로는, 상기 제1아암(9)의 기부측(축받침측)과 선단측(자유단부측)에 축방향이 수직방향이고, 기부측 풀리

(14)와 선단측 풀리(15)가 수평면상을 회전 가능하게 각각 설치되어 있다.

이로 인하여 기부측 풀리(14)는 부동위치에서 회전가능하도록 구성되어 있고, 선단측 풀리(15)는 제2아암(10)에 축방향으로 연결되어 있다. 또한 각 풀리의 직경은 동일하고, 상기 선단측 풀리(15)의 하측에는 제2아암(10)의 기부가 고착되어 있고 수평면을 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 기부측 풀리(14)와 선단측 풀리(15)와의 사이에는 스텐레스 박판으로 된 스틸벨트(16)가 걸려 있다.

구체적으로는 이 스틸벨트(16)를 양단부 벨트 본체로 하여 2본으로 하고, 이 2본을 기부측 풀리(14)와 선단측 풀리(15)가 평면적으로 각각 역방향이 되도록 설치되고, 상기 양단부 벨트 본체의 양단 및 중간 부위는 판부재로 서로 끼워져 고정되고 또 그 중간의 판부재 부분에서 스틸벨트(16)가 긴장하도록 연결시킨다.

제2아암용 모터(17)는 상기 원통형 기대(2)의 내부에 제1아암(9)의 아래에 설치되어 있는데, 상기 기부측 풀리(14)를 적당하게 회전 구동함으로써 선단측 풀리(15)를 회전시켜서 제2아암(10)이 제1아암(9)의 바깥쪽을 회전이동 할 수 있도록 되어 있다.

상기 R축(11) 구동용 모터(18)도 상기 원통형 기대(2)의 내부 하측에 설치되어 있고, 제1아암(9)과 동기로 움직이는 부가 아암(19) 내의 한 쌍의 대향 풀리(20), (20) 에 감겨져 있는 스틸벨트(21), 또한 제2아암(10)내의 한 쌍의 대향 풀리(22), (22) 에 감겨져 있는 스틸벨트(23)를 통하여 상기 R축(11)이 구동가능하도록 설치되어 있다.

상기 스틸벨트(21)에는 텐션용 풀리(24)가 압력조정 가능하게 설치되어 있고, 이와 같이 하여 R축(11)은 R축용 모터(18)에 의해서 자세 제어를 받을 수 있게 구동하도록 설치되어 있다. 원통형 기대용 모터(5), 제1아암용 모터(12), 제2아암용 모터(17), R축용 모터(18)등은 모두 스텝핑 모터로 구성되어 있다. 또 로봇본체(1) 내에는 각 모터의 제어부로서 모터 드라이버(25)가 수납되어 있다.

이와 같이 모터 드라이버(25)는 소형으로 로봇본체(1) 내에 콤팩트하게 일체화할 수 있게 된다. 또한 로봇본체(1)에 밸런스용 코일스프링(26)을 설치한다. 밸런스용 코일스프링(26)은 로봇본체(1)의 저부에 일단부가 고정되어 있고, 그 대향 단부는 브라켓(27)에 연결되어 있으며, 브라??(27)의 일단부는 원통형 기대(2)에 고정되어 있으며 대향 단부는 로봇본체(1) 쪽으로 향하고 있다. 밸런스용 코일스프링(26)은 로봇본체의 상단 부분에 설치된 풀리(28)에 감겨져 설치된다. 밸런스용 코일스프링(26)은 원통형 기대용 모터(5)의 출력에 연결되었을 때 원통형 기대(2)의 중량이 거의 제로가 되도록 한다. 이로 인해 원통형 기대용 모터(5)가 소형화, 소용량화 될 수 있다. 또 로봇본체(1)와 원통형 기대(2) 사이에 굴곡할 수 있는 굴곡 자재형 케이싱(29)을 설치하여 모터등의 제어 배선을 수납하여 서로 꼬이지 않도록 구성한다.

상기 수직방향가이드(3)는 로봇본체(1)의 측부에 고착하고 미끄럼부재(4)는 원통형 기대(2)에 고착시키나, 승강이 자재하면 수직방향가이드(3)를 원통형 기대

(2)에 고착시키고 미끄럼부재(4)가 로봇본체(1)에 고착되게 해도 되며 실시의 형태에는 제한을 받지 않는다.

본 발명의 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇은 구동원의 최소출력으로써 움직이는 승강 기대로 구성되어 기계적으로 콤팩트하고 소형화될 수 있으며 고정밀도로 동작제어를 할 수 있으며, 또한 제어부로서 모터 구동부를 별도의 부재로 하지 않고 일체화한 로봇을 제공할 수 있다.

Claims

로봇본체와, 수직방향가이드 및 미끄럼부재를 통하여 수직방향으로 승강할 수 있는 원통형 기대와, 상기 로봇본체에 회전가능하게 설치된 수직방향 나사축과, 상기 나사축에 일단부가 결합되고 그 타단은 상기 원통형 기대에 고착된 승강부재와, 로봇본체에 설치되어 수직방향 나사축을 회전시켜 상기 원통형 기대를 상기 수직방향 나사축을 따라 승강시키는 제1구동모터와, 제1아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 원통형 기대에 일단부가 연결된 제1아암 및 제2아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 그 일단부가 상기 제1아암의 대향 단부에 연결된 제2아암과, 상기 원통형 기대 내에 설치된 제1아암 구동용 제2구동모터와, 상기 원통형 기대 내에 설치된 제2아암 구동용 제3구동모터와, 제2아암의 자유 단부에 회전가능하게 설치된 자세 제어 R축과, 상기 원통형 기대 내에 설치된 상기 자세 제어 R축 회전 구동용의 제4구동모터로 구성된 것을 특징으로 하는 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇.
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청구항 1, 2 및 3 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 구동모터가 모두 스텝핑모터임을 특징으로 하는 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇.
청구항 1에 있어서, 로봇본체에 설치되어 제1구동모터의 출력에 연결되었을 때, 상기 원통형 기대의 중량을 거의 제로까지 감소시키는 밸런스용 코일스프링을 추가로 가지는 것을 특징으로 하는 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇.
로봇본체와, 수직방향가이드 및 미끄럼부재를 통하여 수직방향으로 승강할 수 있는 원통형 기대와, 상기 로봇본체에 회전가능하게 설치된 수직방향 나사축과, 상기 나사축에 일단부가 결합되고 그 타단은 상기 원통형 기대에 고착된 승강부재와, 로봇본체에 설치되어 수직방향 나사축을 회전시켜서 상기 원통형 기대를 상기 수직방향 나사축을 따라서 승강시키는 제1구동모터와, 제1아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 원통형 기대에 일단부가 연결된 제1아암과, 원통형 기대 내에 설치된 제1아암 구동용 제2구동모터와, 제2아암이 수평면에서 회전이동 할 수 있도록 그 일단부가 상기 제1아암의 대향 단부에 연결된 제2아암과, 원통형 기대 내에 설치된 제2아암 구동용 제3구동모터와, 제2아암의 자유 단부에 회전가능하게 설치된 자세 제어 R축과, 원통형 기대 내에 설치된 자세 제어 R축 회전 구동용의 제4구동모터로 구성된 수평면에서 이동가능한 다관절 아암을 갖는 로봇.