KR100765665B1 - 평행 링크 기구 및 산업용 로봇 - Google Patents

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마사토시 오노
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 평행 링크 기구는 제 1 아암, 제 2 아암, 제 1 보조 링크, 제 2 보조 링크 및 구동 모터를 구비한다. 제 1 아암의 기단부에는 제 1 회전 축심을 갖는 통형상의 연결축이 마련되어 있고, 제 1 아암의 기단부는 그 연결축을 거쳐서 고정 베이스에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 2 아암의 선단부는 가동 베이스에 회전 가능하게 연결되어 있고, 제 2 아암의 기단부는 전달 기구와 연결된 연결부를 거쳐서 제 1 아암의 선단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 1 보조 링크는 제 1 아암, 연결부 및 고정 베이스와 함께 제 1 평행 링크를 구성하고, 제 2 보조 링크는 제 2 아암, 연결부 및 가동 베이스와 함께 제 2 평행 링크를 구성한다. 구동 모터는 제 1 및 제 2 아암을 회동시키기 위해 전달 기구를 구동한다. 구동 모터는 제 2 회전 축심을 갖는 모터 축을 구비한다. 제 1 아암이 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 때에 구동 모터가 제 1 아암과 함께 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 수 있도록, 구동 모터는 제 2 회전 축심이 제 1 회전 축심으로부터 연결축의 직경 방향에 있어서 치우친 상태로 제 1 아암과 연결축 중 어느 한쪽에 고정되어 있다.

Description

평행 링크 기구 및 산업용 로봇{PARALLEL LINK MECHANISM AND INDUSTRIAL ROBOT}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 산업용 로봇을 도시하는 측면도,
도 2는 도 1의 산업용 로봇을 도시하는 단면도,
도 3은 도 1의 산업용 로봇을 도시하는 확대 단면도,
도 4는 도 1의 산업용 로봇에 마련된 파동 치차 감속기를 도시하는 확대 단면도,
도 5는 도 1의 산업용 로봇의 동작을 도시한 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1 : 산업용 로봇 2 : 고정 베이스
3 : 제 1 아암 4 : 베어링
5 : 제 1 연결축 6, 7 : 플랜지
8 : 지지 부재 9 : 고정부
10 : 구동 모터 11 : 모터 축
20 : 파동 치차 감속기 30 : 제 2 아암
40 : 가동 베이스 50 : 연결 베이스
본 발명은 평행 링크 기구 및 산업용 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 로봇은 빠른 동작 속도와, 높은 처리 정밀도와, 생산 현장에 따른 높은 크린(clean) 레벨이 요구된다. 특히, 최근 이러한 산업용 로봇은 특수 가스나 약품을 사용하는 특수한 환경 아래에서 가동하는 것이 희망되고 있다. 예를 들면, 스칼라(scalar)형 로봇의 상하 축 기구로서, 직동축으로 볼 나사를 사용하는 기구가 알려져 있다. 이 종류의 기구는 아암 내부로부터의 발진이나 그리스(grease)의 비산을 막기 위해서, 보호 부재로서 쟈바라(bellows)를 갖는다. 상하 축 기구는 쟈바라가 수축함으로써, 동작 속도와 처리 정밀도를 유지하면서, 높은 크린 레벨을 확보할 수 있다.
그러나, 상하 축 기구의 내부에서는, 쟈바라가 수축 할 때에, 압력이 변동해서 발진이나 그리스의 비산이 야기된다. 그 때문에, 쟈바라를 구비한 상하 축 기구는 높은 크린 레벨을 유지하기에 어려움이 있었다. 또한, 쟈바라를 구비한 상하 축 기구는 쟈바라의 기계적 내구성을 확보하는 관점으로부터 쟈바라의 소재가 한정되기 때문에, 특수한 환경 아래에서 가동하기 어려운 것이었다.
이에, 산업용 로봇의 상하 축 기구로서, 상기 쟈바라를 필요로 하지 않는 평행 링크 기구를 이용하는 기구가 있다. 일본 특허공개 제 2002-326181 호 공보에 있어서, 제 1 아암은 고정 베이스와 연결 베이스에 연결되고, 제 2 아암은 연결 베이스와 가동 베이스에 연결된다. 고정 베이스에는 구동 모터가 탑재되고, 평기어가 연결 베이스의 내부에 내장된다. 구동 모터는 감속기를 거쳐서 평기어를 회전 구동하고, 평기어는 2개의 아암에 회전력을 전달해서 가동 베이스를 상하 이동시킨다.
그러나, 일본 특허공개 제 2002-326181 호 공보의 기구에서는 구동원인 구동 모터가 고정 베이스에 고정되어 있다. 그 때문에, 산업용 로봇을 조립할 때에, 구동 모터의 회전 축심과 아암 회전 축심을 일치시키지 않으면 안 된다. 이것은 산업용 로봇의 조립 작업을 번잡하게 한다.
또한, 산업용 로봇이 높은 크린 레벨을 유지하기 위해서, 케이블류는 고정 베이스나 각 아암의 내부에 배치된다. 산업용 로봇에서는 이러한 내부 배선을 가능하게 하기 위해서, 구동 모터로서 중공 모터가 사용되고 있다. 이것은 산업용 로봇의 사이즈의 대형화를 초래한다.
본 발명은 전술한 상기 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것이며, 그 목적은 구동 모터로서 중공 모터를 사용하지 않아도 용이하게 내부 배선을 구성 할 수 있는 부착이 용이한 평행 링크 기구 및 조립이 용이한 산업용 로봇을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 태양에서는, 제 1 아암, 제 2 아암, 제 1 보조 링크, 제 2 보조 링크 및 구동 모터를 구비하는 평행 링크 기구가 제공된다. 제 1 아암은 기단부 및 선단부를 갖고, 제 1 아암의 기단부에는 제 1 회전 축심을 갖는 통형상의 연결축이 마련되어 있고, 제 1 아암의 기단부는 그 연결축을 거쳐서 고정 베이스에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 2 아암은 기단부 및 선단부를 갖고, 제 2 아암의 선단부는 가동 베이스에 회전 가능하게 연결되며, 제 2 아암의 기단부는 전달 기구와 연결된 연결부를 거쳐서 상기 제 1 아암의 선단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 1 보조 링크는 제 1 아암, 연결부 및 고정 베이스와 함께 제 1 평행 링크를 구성하고, 제 2 보조 링크는 제 2 아암, 연결부 및 가동 베이스와 함께 제 2 평행 링크를 구성한다. 구동 모터는 제 1 아암 및 제 2 아암을 회동시키기 위해 전달 기구를 구동한다. 구동 모터는 제 2 회전 축심을 갖는 모터 축을 구비한다. 제 1 아암이 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 때에 구동 모터가 제 1 아암과 함께 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 수 있도록, 구동 모터는 제 2 회전 축심이 제 1 회전 축심으로부터 연결축의 직경 방향에 있어서 치우친 상태로 제 1 아암과 연결축 중 어느 한쪽에 고정되어 있다.
본 발명의 다른 태양에서는 제 1 평행 링크, 제 2 평행 링크, 제 1 출력축, 제 2 출력축, 통형상의 연결축 및 고정부를 구비하는 산업용 로봇이 제공된다. 제 1 평행 링크는 고정 베이스, 연결 베이스, 제 1 아암 및 제 1 보조 링크를 구비한다. 제 1 아암은 고정 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖는다. 제 1 보조 링크는 고정 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖고 제 1 아암과 평행하게 배치된다. 제 2 평행 링크는 상기 연결 베이스, 가동 베이스, 제 2 아암 및 제 2 보조 링크를 구비한다. 제 2 아암은 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 가동 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖는다. 제 2 보조 링크는 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 가동 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖는다. 제 1 출력축은 제 1 아암의 선단부에 마련되고, 구동 모터의 구동력을 변환하여 연결 베이스로 출력한다. 제 2 출력축은 제 1 아암의 선단부에 마련되고, 구동 모터의 구동력을 변환하여 제 2 아암으로 출력한다. 연결축은 제 1 아암의 기단부에 마련되고, 제 1 아암을 고정 베이스에 회전 가능하게 연결한다. 제 1 아암은 제 1 회전 축심을 중심으로 회동한다. 구동 모터는 제 2 회전 축심을 갖는 모터 축을 구비한다. 고정부는 제 2 회전 축심이 제 1 회전 축심으로부터 연결축의 직경 방향에 있어서 치우친 상태로 구동 모터를 제 1 아암 또는 연결축 중 어느 한쪽에 고정한다.
이하, 본 발명을 구체화한 일 실시형태를 도 1 내지 도 5에 따라 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 산업용 로봇(1)은 마루면(B)에 고정된 대략 직방체 형상의 고정 베이스(2)를 갖는다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 고정 베이스(2)는 베어링(4)에 의해 회동 가능하게 지지된 원통형의 제 1 연결축(5)을 구비하고 있다. 제 1 연결축(5)에는 제 1 아암(3)의 기단부가 연결되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 아암(3)의 기단부에는 제 1 연결축(5)이 마련되어 있으며, 동 기단부 는 그 제 1 연결축(5)을 거쳐서 고정 베이스(2)에 연결되어 있다. 제 1 아암(3)의 기단부에는 제 1 아암(3)의 내측과 외측 사이를 연통하는 연통 구멍(3H)이 형성되어 있다. 연통 구멍(3H)의 외측 주연에는 고정 볼트(B1)에 의해 상기 제 1 연결축(5)이 고착되어 있다. 제 1 연결축(5)과 제 1 아암(3)의 연결 부분은 도시하지 않은 오링에 의해 밀봉되어 있다. 제 1 아암(3)은 제 1 아암 커버(3a)를 구비하고, 이 제 1 아암 커버(3a)는 제 1 아암(3)의 내부에 밀폐된 공간을 형성하고 있다.
제 1 아암(3)은 제 1 연결축(5)[연통 구멍(3H)]의 중심 축선(L1)(제 1 회전 축심)을 중심으로 회전한다. 제 1 아암(3)이 중심 축선(L1)을 중심으로 회전할 때, 고정 베이스(2)와 제 1 아암(3)의 내부 공간은 각각 밀폐 상태로 유지된다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 연통 구멍(3H)의 내측 주연에는 원판 형상의 플랜지(6)가 연결 고정되어 있다. 플랜지(6)의 외경은 제 1 아암(3)의 연통 구멍(3H)[제 1 연결축(5)]의 내경보다도 작게 형성되어 있다. 플랜지(6)의 중앙부에는 베어링 구멍(6a)이 형성되어 있고, 그 베어링 구멍(6a)에는 베어링(7)이 배설되어 있다.
플랜지(6)의 도 3에 있어서의 위쪽은 고정 볼트(B2)에 의해 연통 구멍(3H)의 내측 주연 중 도 3에 있어서의 상부에 고착되어 있다. 그 때문에, 베어링 구멍(6a)의 중심 축선(M1)(제 2 회전 축심)은 제 1 연결축(5)의 중심 축선(L1)(제 1 회전 축심)에 대하여 도 3에 있어서의 위쪽으로 치우쳐 있다. 플랜지(6)는 중심 축선(M1)의 치우친만큼, 연통 구멍(3H)[제 1 연결축(5)의 중공부]의 일부를 폐색하 고, 이로써 고정 베이스(2)의 내부 공간과 제 1 아암(3)의 내부 공간 사이를 연통하는 공간(S)이 형성되어 있다. 플랜지(6)는 제 1 아암(3)이 중심 축선(L1)을 중심으로 회동할 때에, 중심 축선(L1)을 중심으로 제 1 아암(3)과 함께 회동한다. 그 때문에, 연통 구멍(3H) 및 제 1 연결축(5)의 중공부의 공간(S)은 유지된다.
플랜지(6)의 고정 베이스(2)측에는 지지 부재(8)가 일체 형성되어 있다. 지지 부재(8)는 제 1 연결축(5)의 내측의 중공부를 관통해서 고정 베이스(2)의 내부 공간에까지 연기되어 있다. 지지 부재(8)의 고정 베이스(2) 측에는 고정부(9)가 일체 형성되어 있다. 고정부(9)에는 구동 모터(10)가 고정 설치되어 있다. 구동 모터(10)의 모터 축(11)은 플랜지(6)의 베어링 구멍(6a)을 관통하여, 제 1 아암(3)의 내부 공간에까지 연기되어 있다. 모터 축(11)의 선단부에는 연결 구동 부재를 구성하는 풀리(P1)가 연결되어 있다.
모터 축(11)은 베어링(7)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 모터 축(11)의 중심 축선은 베어링 구멍(6a)의 중심 축선(M1)과 일치하고 있다. 따라서, 구동 모터(10)의 모터 축(11)은 제 1 연결축(5)의 중심 축선(L1)에 대하여 도 3에 있어서의 위쪽으로 치우쳐 있다. 구동 모터(10)는 모터 축(11)의 치우친만큼 연통 구멍(3H)[제 1 연결축(5)의 중공부]의 일부를 폐색하고, 이로써 고정 베이스(2)의 내부 공간과 제 1 아암(3)의 내부 공간 사이를 연통하는 공간(S)이 형성되어 있다.
구동 모터(10)는 제 1 아암(3)이 중심 축선(L1)을 중심으로 회동할 때에, 중심 축선(L1)을 중심으로 제 1 아암(3)과 함께 회동한다. 그 때문에, 연통 구 멍(3H) 및 제 1 연결축(5)의 중공부의 공간(S)은 유지된다.
이렇게 고정 베이스(2)와 제 1 아암(3) 사이에는 넓은 중공의 통로가 유지된다. 그 때문에, 구동 모터(10)로서 중공 모터를 사용하지 않아도 배선이나 배관을 고정 베이스(2)와 제 1 아암(3) 사이로 끌고 다닐 수 있다.
또한, 이 구동 모터(10)의 위치는 제 1 아암(3)의 위치만에 의해, 일의적으로 규정된다. 그 때문에, 모터 축(11)을 중심 축선(L1) 위로 배치시킬 필요가 없다. 즉, 구동 모터(10)의 모터 축(11)과 제 1 아암(3)의 회전 중심을 합치는 작업을 필요로 하지 않는다. 따라서, 산업용 로봇(1)의 용이한 조립이 가능하다.
또한, 구동 모터(10)는 제 1 연결축(5)의 중공부를 관통하는 모터 축(11)을 통해서 제 1 연결축(5)에 고정되어 있다. 이 때문에, 모터 축(11)을 고정 베이스(2)의 내부 공간 혹은 제 1 아암의 내부 공간에 배치시켰을 경우와 비교하여, 모터 축(11)의 길이만큼, 중심 축선(L1) 방향에 있어서의 산업용 로봇(1)의 치형부 수를 적게 할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 아암(3)의 상단부에는 전달 기구로서의 파동 치차 감속기(20)가 배설되어 있다. 파동 치차 감속기(20)의 본체 커버(K)는 연결 볼트(B3)에 의해 제 1 아암(3)에 연결 고정되어 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 파동 치차 감속기(20)는 원통형의 입력축(21)을 구비하고, 그 입력축(21)에는 연결 구동 부재를 구성하는 풀리(P2)가 연결되어 있다. 풀리(P2)는 모터 축(11)에 연결된 풀리(P1)와 도시하지 않은 벨트를 거쳐서 구동 연결되어 있어, 구동 모터(10)의 회전력을 전달한다.
입력축(21)에는 웨이브 제너레이터(22)가 배설되어 있다. 웨이브 제너레이터(22)는 입력축(21)에 고착된 타원 형상의 캠부(22a)와, 캠부(22a)의 외주의 좌우로 각각 마련된 제 1 볼 베아링(22b) 및 제 2 볼 베아링(22c)을 갖고 있다. 제 1 및 제 2 볼 베아링(22b, 22c)의 내륜은 입력축(21)이 중심 축선(L2)을 중심으로 회전할 때에, 중심 축선(L2)을 중심으로 하여 캠부(22a)와 일체로 회전한다.
제 1 볼 베아링(22b)의 외륜에는 제 1 플렉스 스플라인(flex spline)(24)이 배설되어 있다. 제 1 플렉스 스플라인(24)은 대략 컵 형상으로 형성되어 있고, 그 개구부는 금속 탄성체로 구성되어 있다. 제 1 플렉스 스플라인(24)의 개구부의 내주면은 제 1 볼 베아링(22b)의 외륜에 접촉하고 있다. 입력축(21)[캠부(22a)]이 중심 축선(L2)을 중심으로 회전할 때, 제 1 플렉스 스플라인(24)의 개구부는 캠부(22a)의 외주면에 따라 타원형상으로 탄성변형한다. 제 1 플렉스 스플라인(24)의 개구부의 외주면에는 치형부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 제 1 플렉스 스플라인(24)의 기초부(24a)에는 도시하지 않은 연결 볼트에 의해 제 1 출력축(27)이 고착되어 있다. 제 1 출력축(27)은 입력축(21)에 회전 가능하게 지지되어 있으며, 중심 축선(L2)을 중심으로 회전한다.
제 2 볼 베아링(22c)의 외륜에는, 제 2 플렉스 스플라인(25)이 배설되어 있다. 제 2 플렉스 스플라인(25)은 대략 실크 해트(silk hat) 형상으로 형성되어 있고, 그 통부는 금속 탄성체로 구성되어 있다. 제 2 플렉스 스플라인(25)의 통부의 내주면은 제 2 볼 베아링(22c)의 외륜에 접촉하고 있다. 입력축(21)[캠부(22a)]이 중심 축선(L2)을 중심으로 회전할 때, 제 2 플렉스 스플라인(25)의 통부는 캠 부(22a)의 외주면에 따라 타원 형상으로 탄성 변형한다. 이 제 2 플렉스 스플라인(25)의 통부의 외주면에는 치형부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 제 2 플렉스 스플라인(25)의 플랜지부(25a)는 고정 볼트(B4)에 의해 본체 커버(K)에 고착되어 있다.
제 1 및 제 2 플렉스 스플라인(24, 25)의 외측에는 원통형의 원형 스플라인(26)이 배설되어 있다. 원형 스플라인(26)의 외측에는 도시하지 않은 연결 볼트에 의해 제 2 출력축(28)이 연결되어 있다. 제 2 출력축(28)은 제 1 출력축(27)의 외측에 배설된 베어링(29)에 의해, 제 1 출력축(27)에 회동 가능하게 지지되어 있다. 제 2 출력축(28)은 원형 스플라인(26)이 회전할 때에 중심 축선(L2)을 중심으로 회동한다.
원형 스플라인(26)의 내주에는, 제 1 플렉스 스플라인(24)과 맞물리는 좌측 치형부(26a) 및 제 2 플렉스 스플라인(25)과 맞물리는 우측 치형부(26b)가 형성되어 있다. 좌측 치형부(26a)는 제 1 플렉스 스플라인(24)의 치형부 수보다 많은 수의 치형부를 갖고, 캠부(22a)의 장경 방향으로만 제 1 플렉스 스플라인(24)과 맞물린다. 우측 치형부(26b)는 제 2 플렉스 스플라인(25)의 치형부 수보다 많은 수의 치형부를 갖고, 캠부(22a)의 장경 방향으로만 제 2 플렉스 스플라인(25)과 맞물린다.
좌측 치형부(26a)의 각 치형부는 입력축(21)이 우회전으로 1회전 할 때에, 좌측 치형부(26a)의 치형부 수가 제 1 플렉스 스플라인(24)의 치형부 수보다 많은 만큼, 각각 교합하는 제 1 플렉스 스플라인(24)의 치형부의 위치를 좌회전으로 상 대 이동시킨다. 즉, 원형 스플라인(26)은 입력축(21)이 회전할 때에, 입력축(21)의 회전 방향의 역 방향에 따라, 제 1 출력축(27)을 제 1 플렉스 스플라인(24)에 대하여 상대적으로 회전한다. 이 원형 스플라인(26)은 좌측 치형부(26a)의 치형부 수와 제 1 플렉스 스플라인(24)의 치형부 수의 차에 대응하는 감속비로 제 1 출력축(27)을 회전한다.
우측 치형부(26b)의 각 치형부는 입력축(21)이 우회전으로 1회전 할 때에, 우측 치형부(26b)의 치형부 수가 제 2 플렉스 스플라인(25)의 치형부 수보다 많은 만큼, 각각 교합하는 제 2 플렉스 스플라인(25)의 치형부의 위치를 좌회전으로 상대 이동시킨다. 즉, 원형 스플라인(26)은 입력축(21)이 회전할 때에, 입력축(21)의 회전 방향의 역 방향에 따라, 제 2 출력축(28)을 제 2 플렉스 스플라인(25)[제 1 아암(3)] 대하여 상대적으로 회전한다. 이 원형 스플라인(26)은 우측 치형부(26b)의 치형부 수와 제 2 플렉스 스플라인(25)의 치형부 수의 차에 대응하는 감속비로 제 2 출력축(28)을 회전한다.
즉, 입력축(21)의 회전은 제 1 플렉스 스플라인(24)과 원형 스플라인(26)의 좌측 치형부(26a)에 의해, 역 방향으로 변환 및 감속되고 나서 제 1 출력축(27)에 전달된다. 입력축(21)의 회전은 또한, 제 2 플렉스 스플라인(25)과 원형 스플라인(26)의 우측 치형부(26b)에 의해, 역 방향으로 변환 및 감속되고 나서 제 2 출력축(28)에 전달된다.
입력축(21)에 대한 제 1 출력축(27)의 감속비와 입력축(21)에 대한 제 2 출력축(28)의 감속비의 비는 제 1 및 제 2 플렉스 스플라인(24, 25)의 치형부 수, 좌 측 치형부(26a)의 치형부 수, 우측 치형부(26b)의 치형부 수를 변경함으로써 변경 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 입력축(21)에 대한 제 1 출력축(27)의 감속비와 입력축(21)에 대한 제 2 출력축(28)의 감속비의 비가 2:1이 되도록, 각 치형부 수가 설정되어 있다. 즉, 본 실시형태의 제 2 출력축(28)은 제 1 출력축(27)의 회전 각도의 2배의 회전 각도로 제 1 출력축(27)과 같은 방향으로 회전한다.
제 2 출력축(28)에는 제 2 아암(30)의 하단부가 연결되어 있다. 상세하게는, 제 2 아암(30)은 그 하단의 통형부(30b)가 제 2 출력축(28)의 외주를 덮도록 연결 볼트(B5)에 의해 제 2 출력축(28)에 고착되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 2 아암(30)의 상단부에는 대략 상자 형상으로 형성된 가동 베이스(40)가 연결되어 있다. 가동 베이스(40)는 베어링(42)에 의해 회전 가능하게 지지된 원통형의 제 2 연결축(43)을 구비하고 있다. 제 2 아암(30)의 상단부에는 연통 구멍(30H)이 형성되어 있고, 제 2 연결축(43)은 그 연통 구멍(30H)의 외측 주연에 대하여 고정 볼트(B6)에 의해 고착되어 있다. 제 2 아암(30)은 가동 베이스(40)에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 제 2 연결축(43)의 중심 축선(L3)을 중심으로 회전한다. 제 2 연결축(43) 및 제 2 아암(30)은 중공 구조로 되어 있다. 제 2 아암(30)은 제 2 아암 커버(30a)에 의해 밀폐되어 있다. 제 2 연결축(43)과 제 2 아암(30)과의 연결 부분은 도시하지 않은 오링 등에 의해 밀봉되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 파동 치차 감속기(20)의 제 1 출력축(27)에는 제 2 아암(30)보다 외측(도 2에 있어서 좌측)에 마련된 연결 베이스(50)가 고착되 어 있다. 연결 베이스(50)는 컵 형상의 연결부(51)와, 연결부(51)에 고착된 연장부(52)로 구성되어 있다. 연결부(51)는 연결 볼트(B7)에 의해 제 1 출력축(27)에 연결 고정되어 있다. 연결부(51)의 중심에는 관통 구멍(51H)이 형성되고, 상기 파동 치차 감속기(20)의 입력축(21)의 내부 공간과 연통한다. 또한, 연결부(51)에는 관통 구멍(51H)으로부터 제 2 아암(30) 측으로 연기되는 연통부(50a)가 형성되어 있고, 이것이 입력축(21)의 내부 공간과 제 2 아암(30)의 내부 공간을 연통한다. 연결부(51)는 연결부 커버(51a)를 구비하고, 이것은 입력축(21)과 제 2 아암(30) 사이의 공간을 밀폐한다.
즉, 산업용 로봇(1)은 고정 베이스(2), 제 1 연결축(5), 제 1 아암(3), 파동 치차 감속기(20), 연통부(50a), 제 2 아암(30), 제 2 연결축(43)의 내부 공간을 경유해서 가동 베이스(40)까지를 연통하는 공간(통로)을 갖고 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 고정 베이스(2)와 가동 베이스(40) 사이의 배선·배관(60)은 그 기단이 고정 베이스(2)내의 배선 기판(W)이나 밸브(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이 공간(통로)을 이용해서 각부로 끌어 회전시키고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 연결 베이스(50)의 연장부(52)에는 하측 연장편(52a)과 상측 연장편(52b)이 연장 형성되어 있다.
하측 연장편(52a)에는 제 1 보조 링크(55)의 상단부가 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 1 보조 링크(55)의 하단부는 고정 베이스(2)의 연장 프레임부(2a)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 아암(3)의 하측 연결점과 제 1 보조 링크(55)의 하측 연결점을 맺는 선을 제 1 평행선(R1)으로 하고, 제 1 아암(3)의 상측 연결점과 제 1 보조 링크의 상측 연결점을 맺는 선을 제 2 평행선(R2)으로 한다. 이들 제 1 아암(3), 제 1 보조 링크(55), 제 1 평행선(R1) 및 제 2 평행선(R2)은 각각 평행 사변형의 각 변을 구성한다. 또한, 제 1 아암(3), 제 1 보조 링크(55), 고정 베이스(2) 및 연결 베이스(50)은 제 1 평행선(R1)이 부동의 제 1 평행 링크 기구(R10)를 구성한다.
상측 연장편(52b)에는 제 2 보조 링크(56)의 하단부가 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 2 보조 링크(56)의 상단부는 가동 베이스(40)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 아암(30)의 하측 연결점과 제 2 보조 링크(56)의 하측 연결점을 맺는 선을 제 3 평행선(R3)으로 하고, 제 2 아암(30)의 상측 연결점과 제 2 보조 링크(56)의 상측 연결점을 맺는 선을 제 4 평행선(R4)으로 한다. 이들 제 2 아암(30), 제 2 보조 링크(56), 제 3 평행선(R3), 제 4 평행선(R4)은 각각 평행 사변형의 각 변을 구성한다. 또한, 제 2 아암(30), 제 2 보조 링크(56), 연결 베이스(50) 및 가동 베이스(40)는 제 2 평행 링크 기구(R20)를 구성한다.
가동 베이스(40)의 상부에는 로봇 아암 기구(61)가 구비되어 있다. 로봇 아암 기구(61)는 제 1 수평 아암(62) 및 제 1 관절축(63)을 구비하고 있다. 제 1 수평 아암(62)은 제 1 관절축(63)을 중심으로 회전한다. 제 1 수평 아암(62)의 선단부에는 제 2 관절축(64) 및 제 2 수평 아암(65)이 마련된다. 제 2 수평 아암(65)은 제 2 관절축(64)을 중심으로 회전한다. 제 2 수평 아암(65)의 선단부에는 작업 축(66)이 회전 가능하게 마련되어 있다. 작업 축(66)에는 핸드 장치의 엔드 이펙 터(end effector; 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
다음으로, 상기 한 바와 같이 구성되는 산업용 로봇(1)의 작용에 있어서 설명한다. 상세하게는, 가동 베이스(40)가 도 5의 실선으로 도시하는 위치로부터 동 도면의 2점 쇄선으로 도시하는 위치로 이동할 경우에 대해서 설명한다.
우선, 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)을 회전시키기 위해서, 구동 모터(10)를 구동하고, 풀리(P1, P2)를 거쳐서 파동 치차 감속기(20)의 입력축(21)을 좌회전으로 회전시킨다. 그러면, 제 1 출력축(27)은 제 1 플렉스 스플라인(24) 및 원형 스플라인(26)의 좌측 치형부(26a)에 의해, 입력축(21)과는 반대 방향의 우회전으로 회전한다. 제 1 출력축(27)은 그 회전에 의해 각도(θa)를 제어한다.
제 2 출력축(28)은 제 2 플렉스 스플라인(25) 및 원형 스플라인(26)에 의해 입력축(21)과는 반대 방향의 우회전으로 회전한다. 제 2 출력축(28)은 그 회전에 의해 각도(θb)를 제어한다.
제 1 출력축(27)이 우회전으로 회전할 때, 제 1 평행 링크 기구(R10)는 제 1 평행선(R1)에 관한 제 2 평행선(R2)의 평행 자세를 유지한다. 즉, 제 1 평행 링크 기구(R10)는 연결 베이스(50)의 수평선(D1)을 마루면(B)에 대하여 평행하게 유지하면서 제 1 아암(3)과 제 1 보조 링크(55)를 회전하고, 연결 베이스(50)를 실선의 위치로부터 2점 쇄선의 위치(도 5에 있어서 좌측위쪽)에까지 이동시킨다.
제 1 출력축(27)이 우회전으로 회전할 때, 제 2 출력축(28)은 제 1 출력축(27)의 회전 각도의 2배의 회전 각도로 우회전[제 1 출력축(27)의 회전 방향과 같은 방향]으로 회전한다. 즉, 제 2 출력축(28)은 각도(θa)가 회전 각도(θ)만큼 커질 때, 각도(θb)를 회전 각도(2θ)만큼 크게 하고, 각도(θc)를 회전 각도(θ)만큼 크게 한다. 즉, 제 2 출력축(28)은 각도(θa)와 각도(θc)를 항상 같은 각도로 한다.
제 1 출력축(27)이 우회전으로 회전할 때, 제 2 평행 링크 기구(R20)는 제 3 평행선(R3)에 관한 제 4 평행선(R4)의 평행 상태를 유지한다. 즉, 제 2 평행 링크 기구(R20)는 가동 베이스(40)의 자세를 수평으로 유지하면서 제 2 아암(30)과 제 2 보조 링크(56)를 회전하고, 가동 베이스(40)를 연직선(C1)상의 실선의 위치로부터 2점 쇄선의 위치까지 상승시킨다.
반대로, 가동 베이스(40)를 2점 쇄선의 위치로부터 실선의 위치로 하강시킬 경우에는, 파동 치차 감속기(20)의 입력축(21)을 우회전시킨다.
또한, 상기 실시 형태는 이하의 태양으로 변경해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 구동 모터(10)를 제 1 아암(3)에 고착했지만, 예를 들면 구동 모터(10)를 제 1 연결축(5)에 고착하도록 해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 제 1 연결축(5)을 고정 베이스(2)에 회전 가능하게 연결하고, 그 제 1 연결축(5)에 제 1 아암(3)을 고착하도록 했지만, 제 1 아암(3)과 제 1 연결축(5)을 일체로 하여 제 1 아암(3)으로 하여도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 제 1 출력축(27)은 파동 치차 감속기(20)의 내측의 출력축이며, 제 2 출력축(28)은 파동 치차 감속기(20)의 외측의 출력축이지만, 이 에 한정되지 않는다. 예를 들면 내측의 출력축이 제 2 출력축(28)의 역할을 하고, 외측의 출력축이 제 1 출력축(27)의 역할을 해도 좋다. 이 경우, 제 1 출력축(27)에 제 2 아암(30)의 하단부를, 제 2 출력축(28)에 연결 베이스(50)를 연결하도록 한다. 또한, 연결 베이스(50)를, 제 1 아암(3)의 상단부와 제 2 아암(30)의 하단부의 사이에 설치하도록 한다. 이에 의해, 연결 베이스(50)의 연통부(50a)를 생략 할 수 있다. 그 때문에, 연결 베이스(50)의 구조를 보다 단순하게 할 수 있다. 또한, 이 경우 파동 치차 감속기(20)의 입력축(21)에 대한 제 1 출력축(27)의 감속비와 입력축(21)에 대한 제 2 출력축(28)의 감속비의 비를 1:2로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가동 베이스(40)를 연직선(C1)위로 직선적으로 이동시킬 수 있다.
입력축(21)에 대한 제 1 출력축(27)의 감속비와 입력축(21)에 대한 제 2 출력축(28)의 감속비의 비는 반드시 2:1이 아니어도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 제 1 출력축(27)과 제 2 출력축(28)을 동심원 형상이 되도록 배설했지만, 제 1 출력축(27)과 제 2 출력축(28)은 동심원 형상으로 배설되지 않아도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 파동 치차 감속기(20)를 제 1 아암(3)의 상단부에 설치하도록 했지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 설치하는 방법을 역으로 하여 제 2 아암(30)의 하단부에 파동 치차 감속기(20)를 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 파동 치차 감속기(20)의 제 1 출력축(27)에 연결 베이스(50)를 연결하고, 제 2 출력축(28)에 제 1 아암(3)의 상단부를 연결한다.
상기 실시 형태에서는, 전달 기구로서 1입력 2출력의 파동 치차 감속기(20)을 채용했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 배선·배관(60)을 내부 배선 할 수 있도록 배치한 베벨기어 등을 사용해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 평행 링크 기구[제 1 아암(3), 제 2 아암(30), 제 1 보조 링크(55), 제 2 보조 링크(56), 연결 베이스(50) 및 파동 치차 감속기(20)]를 연직선(C1) 위로 연기되도록 설치했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 평행 링크 기구는 수평으로 설치되어도 좋다.
다음으로, 본 실시형태의 효과를 이하에 기재한다.
(1) 본 실시형태에 의하면, 제 1 아암(3), 제 1 연결축(5), 연결 베이스(50)의 연통부(50a), 제 2 아암(30), 제 2 연결축(43) 및 가동 베이스(40)는 모두 중공 구조이다. 그리고, 구동 모터(10)의 모터 축(11)은 제 1 연결축(5)의 중심 축선(L1)으로부터 제 1 연결축(5)의 직경 방향으로 치우쳐 있다.
따라서, 구동 모터(10)는 모터 축(11)을 제 1 연결축(5)의 직경 방향으로 치우친만큼, 중공 직경이 큰 제 1 연결축(5)에, 보다 넓은 빈 공간[공간(S)]을 형성시킬 수 있다. 즉, 고정 베이스(2)와 가동 베이스(40) 사이에, 보다 넓은 중공의 통로를 형성 할 수 있고, 이 중공의 통로에, 로봇 아암 기구(61)의 배선·배관(60) 및 구동 모터(10)의 배선 등을 끌고 다닐 수 있다.
그 때문에, 구동 모터(10)로서 중공 모터를 사용할 필요가 없고, 슬리브 등 을 설치할 필요도 없다. 이로써, 부품점수를 저감할 수 있고, 산업용 로봇(1)을 소형화 할 수 있다. 또한, 산업용 로봇(1)을 조립할 때에, 구동 모터(10)의 모터 축(11)과 제 1 아암(3)의 회전 중심을 합치는 작업을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 산업용 로봇(1)의 용이한 조립이 가능해진다.
(2) 배선·배관(60)이 산업용 로봇(1)의 내부로 거두어 들여질 수 있기 때문에, 케이블 배선용 보조 아암을 마련할 필요가 없다. 그 때문에, 부품점수를 저감할 수 있고, 산업용 로봇(1)을 경량화할 수 있다. 더욱이, 배선·배관(60)이 외부로 노출하지 않기 때문에, 평행 링크 기구[제 1 평행 링크 기구(R10) 및 제 2 평행 링크 기구(R20)]나 로봇 아암 기구(61)의 움직임이, 배선·배관(60)에 의해 제약 받지 않는다. 또한, 작업중의 배선·배관(60)에 의한 바람소리를 억제시킬 수 있다.
(3) 본 실시형태에 의하면, 연통 구멍(3H)의 일측 테두리에, 구동 모터(10)를 지지하는 플랜지(6)를 고착하고, 구동 모터(10)를 고정 베이스(2) 내에 배치했다. 이로써, 구동 모터(10)를 파동 치차 감속기(20)에 직접 설치했을 경우와 비교하여, 각 아암의 회동에의 구동 모터(10)의 중량의 영향을 작게 할 수 있고, 구동 모터(10)의 부하를 경감 할 수 있다.
(4) 본 실시형태에 의하면, 전달 기구로서, 1개의 입력축(21)과 2개의 출력축[제 1 및 제 2 출력축(27, 28)]을 갖는 파동 치차 감속기(20)를 채용했다. 따라서, 구동 모터(10)를 구동해서 입력축(21)을 회전시킴으로써, 제 1 출력축(27) 및 제 2 출력축(28)을 회전시키고, 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)을 회전시킬 수 있 다. 즉, 파동 치차 감속기(20)의 제 1 출력축(27) 및 제 2 출력축(28)에 각각 연결 베이스(50) 및 제 2 아암(30)을 설치하는 것만으로, 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)을 회전시킬 수 있다. 이로써, 산업용 로봇(1)의 조립은 더욱 용이화 한다. 또한, 파동 치차 감속기(20)에는 큰 직경의 중공부를 형성하는 것이 가능하기 때문에, 그 중공부에 배선·배관(60)을 용이하게 끌고 다닐 수 있다.
(5) 본 실시형태에 의하면, 제 1 아암(3)의 선단부, 제 1 출력축(27)의 축심, 제 2 출력축(29)의 축심, 제 2 아암(30)의 기단부가 동일 직선 상에 배설되어 있다. 즉, 제 1 출력축(27)과 제 2 출력축(28)이 동심원 형상으로 배치되어 있다. 이에 의해, 파동 치차 감속기(20)의 사이즈를 축 방향으로 짧게 할 수 있다. 그 때문에, 평기어 등을 사용하는 경우에 비해 전달 기구를 소형화 할 수 있다.
(6) 본 실시형태에 의하면, 연결 베이스(50)를 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)의 가장 외측(도 2에 있어서 좌측)에 배치했다. 이에 의해, 파동 치차 감속기(20)로부터의 출력을 연결 베이스(50) 및 제 2 아암(30)에 정확하게 전달할 수 있다. 그 때문에, 파동 치차 감속기(20)의 출력(감속비)의 선택성을 향상할 수 있다.
(7) 본 실시형태에 의하면, 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)을 각각 제 1 아암 커버(3a) 및 제 2 아암 커버(30a)로 밀폐했다. 또한, 제 1 아암(3)과 제 1 연결축(5)의 연결 부분, 제 2 아암(30)과 제 2 연결축(43)의 연결 부분, 연결 베이스(50)와 제 2 아암(30)의 연결 부분을 각각 오링이나 밀봉 부재(57)에 의해 밀봉 하도록 했다. 따라서, 산업용 로봇(1)의 밀봉성을 높일 수 있고, 제 1 아암(3) 및 제 2 아암(30)의 내부로부터의 발진이나 그리스의 비산을 보다 확실하게 억제시킬 수 있다. 그 때문에, 산업용 로봇(1)을 크린-룸 등 여러 특수한 환경 하에서 가동시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 기단부 및 선단부를 갖는 제 1 아암으로서, 제 1 아암의 기단부에는 제 1 회전 축심을 갖는 통형상의 연결축이 마련되어 있고, 제 1 아암의 기단부는 그 연결축을 거쳐서 고정 베이스에 회전 가능하게 연결되어 있는, 상기 제 1 아암과,
    기단부 및 선단부를 갖는 제 2 아암으로서, 제 2 아암의 선단부는 가동 베이스에 회전 가능하게 연결되고, 제 2 아암의 기단부는 전달 기구와 연결된 연결부를 거쳐서 상기 제 1 아암의 선단부에 회전 가능하게 연결되어 있는, 상기 제 2 아암과,
    제 1 보조 링크로서, 제 1 보조 링크는 상기 제 1 아암, 상기 연결부 및 상기 고정 베이스와 함께 제 1 평행 링크를 구성하는, 상기 제 1 보조 링크와,
    제 2 보조 링크로서, 제 2 보조 링크는 상기 제 2 아암, 상기 연결부 및 상기 가동 베이스와 함께 제 2 평행 링크를 구성하는, 상기 제 2 보조 링크와,
    상기 제 1 아암 및 상기 제 2 아암을 회동시키기 위해 상기 전달 기구를 구동하는 구동 모터로서, 구동 모터는 제 2 회전 축심을 갖는 모터 축을 구비하고, 상기 제 1 아암이 상기 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 때에 상기 구동 모터가 상기 제 1 아암과 함께 상기 제 1 회전 축심을 중심으로 회동할 수 있도록, 상기 구동 모터는 상기 제 2 회전 축심이 상기 제 1 회전 축심으로부터 상기 연결축의 직경 방향에 있어서 치우친 상태로 상기 제 1 아암과 상기 연결축 중 어느 한쪽에 고정되어 있는, 상기 구동 모터를 구비하는 것 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모터는 상기 연결축의 내측을 통해서 상기 제 1 아암과 상기 연결축 중 어느 한쪽에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 아암, 상기 제 2 아암, 상기 고정 베이스 및 상기 가동 베이스는 중공 구조를 갖는 것을 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달 기구는 입력축, 제 1 출력축 및 제 2 출력축을 갖는 파동 치차 감속기인 것을 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 출력축과 상기 제 2 출력축은 동심원 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파동 치차 감속기의 제 1 출력축은 상기 연결부에 의해 일부가 구성되는 연결 베이스에 연결되어 있으며,
    상기 파동 치차 감속기의 제 2 출력축은 상기 제 2 아암의 기단부에 연결되어 있으며,
    상기 파동 치차 감속기에 있어서, 상기 입력축에 대한 상기 제 1 출력축의 감속비와 상기 입력축에 대한 상기 제 2 출력축의 감속비의 비는 2:1인 것을 특징으로 하는
    평행 링크 기구.
  7. 고정 베이스와, 연결 베이스와, 상기 고정 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 상기 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖는 제 1 아암과, 상기 고정 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 상기 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖고, 상기 제 1 아암과 평행하게 배치되는 제 1 보조 링크를 구비하는 제 1 평행 링크와,
    상기 연결 베이스와, 가동 베이스와, 상기 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 상기 가동 베이스에 회동 가능하게 연결된 선단부를 갖는 제 2 아암과, 상기 연결 베이스에 회동 가능하게 연결된 기단부 및 상기 가동 베이스에 회 동 가능하게 연결된 선단부를 갖는 제 2 보조 링크를 구비하는 제 2 평행 링크와,
    상기 제 1 아암의 선단부에 마련되고, 구동 모터의 구동력을 변환해서 상기 연결 베이스에 출력하는 제 1 출력축과,
    상기 제 1 아암의 선단부에 마련되고, 상기 구동 모터의 구동력을 변환해서 상기 제 2 아암에 출력하는 제 2 출력축과,
    상기 제 1 아암의 기단부에 마련되고, 상기 제 1 아암을 상기 고정 베이스에 회전 가능하게 연결하는 통형상의 연결축과,
    고정부로서, 상기 제 1 아암은 제 1 회전 축심을 중심으로 회동하고, 상기 구동 모터는 제 2 회전 축심을 갖는 모터 축을 구비하며, 고정부는 제 2 회전 축심이 제 1 회전 축심으로부터 상기 연결축의 직경 방향에 있어서 치우친 상태로 상기 구동 모터를 상기 제 1 아암 또는 상기 연결축 중 어느 한쪽에 고정하는, 상기 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    산업용 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 아암의 선단부와, 상기 제 2 아암의 기단부와, 상기 제 1 출력축의 축심과, 상기 제 2 출력축의 축심은 동일 직선 상에 배치되며,
    산업용 로봇은 상기 구동 모터의 구동력을 입력으로서 받는 입력축을 갖는 전달 기구를 더 구비하고, 상기 입력축에 대한 상기 제 1 출력축의 감속비와 상기 입력축에 대한 상기 제 2 출력축의 감속비의 비는 2:1인 것을 특징으로 하는
    산업용 로봇.
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