KR101013864B1 - 병렬 로봇용 다단 신축 포드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬 로봇용 다단 신축 포드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 로봇의 작업 영역을 확대하기 위하여 포드(pod)의 신장율을 확대시킨 다단 신축 포드에 관한 것이다.

이는 텔레스코픽 방식과 다단 슬라이딩 방식의 장점을 혼합 적용하여 자력으로 압축/신장할 수 있는 다단 신축 구조로 구성되어 신장율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 실제 작업 영역이 확대되므로 7축의 이송축 캐리어를 사용하여 작업 영역을 확대할 필요가 없게 된다.

또한, 차체 조립 공장의 컨베이어 상에 탑재하여 차체를 승강시켜 작업자의 편의를 향상할 수 있으며, SUV 차량의 자동 테일 게이트의 공압 또는 전동 실린더를 대체할 수 있다.

병렬 로봇, 포드, 신장율, 볼 스크류, 스플라인, 다단 신축

Description

병렬 로봇용 다단 신축 포드{Multistage transformation pod for parallel robot}

본 발명은 병렬 로봇용 다단 신축 포드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 로봇의 작업 영역을 확대하기 위하여 포드(pod)의 신장율을 확대시킨 다단 신축 포드에 관한 것이다.

일반적으로 병렬 로봇은 6개의 다리의 신장과 압축을 제어하여 6축의 자유도를 구현하는 로봇으로서, 다양한 구조의 병렬 로봇이 제작되고 있다.

도 1은 종래 병렬 로봇의 일실시예를 도시한 외부 사시도이고, 도 2는 종래 병렬 로봇을 차체 사이드 용접에 적용한 도면이다.

이러한 병렬 로봇은 6축 다관절 로봇에 비하여 축 방향으로 견디는 힘이 크고, 정밀도가 높은 장점이 있으나, 후술하는 작업 영역의 부족으로 인하여 매우 제한적으로 사용되는 문제가 있다.

도 3a와 도 3b는 종래 병렬 로봇의 포드의 압축/신장 동작을 각각 도시한 개 략도이고, 도 4는 종래 병렬 로봇의 실제 작업 영역을 나타낸 개략도이며, 도 4a는 종래 7축 캐리어를 사용하여 작업 영역을 확대한 도면이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 기존 병렬 로봇의 포드는 모터(10)의 회전력을 풀리(11)를 통해 볼 스크류(21)로 전달하면 볼 너트(22)가 상하이동(혹은 전후진)하여 신장 및 압축 운동을 하도록 구성된다.

그러나, 이러한 기존 병렬 로봇은 볼 스크류의 길이와 포드 몸체의 자체 길이로 인하여 포드 압축 시의 길이에 비해 신장 시의 길이가 2배를 넘을 수 없으며, 볼 스크류 양단의 지지 구조를 고려하면 신장율이 약 1.5배 정도에 불과한 한계가 있다. 그리고 이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이, 실제로 사용할 수 있는 병렬 로봇의 작업 영역이 기계적으로 도달할 수 있는 최대 범위에 비해 매우 협소해지는 문제가 있다.

또한, 종래 병렬 로봇은 제한된 작업 영역으로 인하여 스폿 용접 로봇으로 활용할 경우 도 4a와 같이 7축의 이송축 캐리어를 사용하여 작업 영역을 확대해야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 기존 병렬 로봇의 포드 구조를 다단으로 신축 가능하게 구성하되 모터의 회전력을 그대로 전달하고 하중을 지지할 수 있도록 볼 스크류에 스플라인 구조를 적용하여 자력으로 신축할 수 있는 병렬 로봇용 다단 신축 포드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 동력 공급을 위한 서보 모터와,

상기 서보 모터가 장착된 하우징에 설치되어 동력을 전달하는 동력전달부와,

상기 하우징에 고정되는 1단 다리 내부에서 상기 동력전달부에 연결되어 회전운동하는 1단 볼 스크류와, 상기 1단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 1단 볼 너트와, 상기 1단 볼 너트 하단에 장착되어 상기 1단 볼 스크류를 가이드하는 2단 볼 스크류 지지 베어링과, 상기 2단 볼 스크류 지지 베어링에 고정되는 1단 연장 브라켓과, 2단 다리를 가이드하는 1단 리니어 부싱이 내설되고 상기 1단 다리의 하단에 연결되는 1단 연결 브라켓과,

상기 1단 연장 브라켓에 고정되어 1단 다리 내부에서 전진/후진하는 2단 다리와, 상기 1단 볼 스크류가 삽설되는 중공의 2단 볼 스크류와, 상기 2단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 2단 볼 너트와, 상기 2단 볼 너트의 하단에 연결되어 3단 볼 스크류를 가이드하는 3단 볼 스크류 지지지 베어링과, 상기 3단 볼 스크류 지지 베어링에 고정되는 2단 연장 브라켓과, 상기 2단 다리의 하단에 고정되고 3단 다리를 가이드하는 2단 리니어 부싱이 내설되는 2단 연결 브라켓과,

상기 2단 연장 브라켓에 고정되는 3단 다리와, 상기 2단 볼 스크류가 삽설되는 중공의 3단 볼 스크류와, 상기 3단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 3단 볼 너트와, 끝단에 포드 지지점을 구비하며 상기 3단 볼 너트에 고정되어 3단 리니어 부싱을 관통하는 4단 다리와, 상기 3단 다리의 하단에 고정되고 3단 리니어 부싱이 내설되는 3단 연결 브라켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 로봇용 다단 신축 포드를 제공한다.

바람직하게, 상기 1단 볼 스크류와 2단 볼 스크류의 하단부 외주면에 스플라인이 형성되고, 상기 2단 볼 스크류와 3단 볼 스크류의 내주면에 스플라인이 형성되어 치합 구성되는 것을 특징으로 하며,

또한 바람직하게, 상기 동력전달부는 상기 서보 모터의 축에 연결되는 구동풀리와, 상기 구동풀리의 회전력을 전달하는 타이밍벨트와, 상기 타이밍벨트를 통해 회전력을 전달받는 종동풀리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 하우징에 고정되어 1단 볼 너트의 임의의 회전을 방지하는 1단 가이드와, 상기 2단 다리의 상단에 고정되어 2단 볼 너트의 임의의 회전을 방지하는 2단 가이드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다단 신축 포드는 텔레스코픽 방식과 다단 슬라이딩 방식의 장점을 혼합 적용하여 자력으로 압축/신장할 수 있는 다단 신축 구조로 구성되어 신장율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 실제 작업 영역이 확대되므로 7축의 이송축 캐리어를 사용하여 작업 영역을 확대할 필요가 없게 된다.

또한, 차체 조립 공장의 컨베이어 상에 탑재하여 차체를 승강시켜 작업자의 편의를 향상할 수 있으며, SUV 차량의 자동 테일 게이트의 공압 또는 전동 실린더 를 대체할 수 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 텔레스코픽 방식과 다단 슬라이딩 방식을 절충 적용하여 병렬 로봇의 포드를 다단으로 신장/압축되는 구조로 구성하여 획기적으로 향상된 신장율을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 병렬 로봇용 다단 신축 포드를 압축 상태로 도시한 개략적인 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 병렬 로봇용 다단 신축 포드의 신장 상태를 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 병렬 로봇용 다단 신축 포드의 일실시예는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 동력 생성을 위한 서보 모터(100)와, 동력을 공급하여 전달하는 동력전달부와, 전달된 동력을 이용하여 신장/압축되는 동작부로 구성된다.

상기 동력전달부는 상기 서보 모터(100)의 축에 연결되어 회전력을 전달하는 구동풀리(111)와, 상기 구동풀리(111)의 회전력을 전달하는 타이밍벨트(112)로 연결되어 동력을 전달받는 종동풀리(113)로 구성되어 상단에 포드지지점(114)이 구비된 하우징 내부에 장착된다.

본 발명에 따른 일실시예에서 상기 동작부는 4단 신축 구조로 구성되어 신축 및 압축된다.

이를 위하여 상기 동작부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)에 고정되는 원통형의 1단 다리 하단에 1단 연결 브라켓(124)이 고정되고, 상기 1단 연결 브라켓(124) 내측으로 1단 리니어 부싱(126)이 설치되어 내설되는 2단 다리(130)의 동작을 안내한다. 상기 종동풀리(113)에 연결된 1단 볼 스크류(121)는 지지 베어링(115)에 의해 안내되며 회전하고 1단 볼 너트(122)와 체결된다. 상기 1단 볼 너트(122)의 하단에 2단 볼 스크류(131)의 회전 및 전후진 동작을 가이드하는 2단 볼 스크류 지지 베어링(137)이 장착되고, 이 지지 베어링(137)의 상단에 1단 연장 브라켓(123)이 설치된다.

그리고, 상기 하우징(110) 하단에 1단 가이드(125)가 1단 볼 너트(122)의 임의의 회전을 방지하기 위하여 고정설치되며, 상기 1단 볼 스크류(121)의 하단 외주면에는 치합을 위한 스플라인이 성형된다.

상기 1단 볼 너트(122)의 하단에 구성된 2단 볼 스크류(131)는 중공형으로 내주면에 1단 볼 스크류(121)와의 치합을 위한 스플라인이 성형되고, 그 하단 외주면에는 3단 볼 스크류와(141)의 치합을 위한 스플라인이 성형되며, 2단 볼 너트(132)와 체결구성된다. 상기 2단 볼 너트(132)의 하단에는 3단 볼 스크류(141)의 회전 및 전후진 동작을 가이드하는 3단 볼 스크류 지지 베어링(147)이 장착되고, 이 지지 베어링(147)의 상단에는 2단 연장 브라켓(133)이 설치된다.

상기 2단 연장 브라켓(133)에는 3단 다리(140)가 고정되고, 2단 다리(130)에 연결된 2단 연결 브라켓(134)의 내주면에는 3단 다리(140)의 전후진 동작을 가이드하는 2단 리니어 부싱(136)이 설치된다. 그리고, 상기 2단 다리(130)의 상단에 고정되는 2단 가이드(135)가 2단 볼 너트(132)의 임의의 회전을 방지하도록 설치된다.

상기 2단 볼 너트(132)의 하단에 구성된 3단 볼 스크류(141)도 중공형으로 내주면에 2단 볼 스크류(131)와의 치합을 위한 스플라인이 성형되며, 3단 볼 너트(142)와 체결구성된다. 상기 3단 볼 너트(142)의 하단에는 포드 지지점(154)이 구비된 4단 다리(150)가 고정되고, 3단 다리(140)의 하단에는 3단 연결 브라켓(144)이 연결되며, 상기 3단 연결 브라켓(144)에는 4단 다리(150)의 전후진 동작을 가이드하기 위한 3단 리니어 부싱(146)이 내설된다.

상기 3단 연결 브라켓(144)의 상단에는 3단 볼 너트(142)의 임의의 회전을 방지하기 위한 3단 가이드(145)가 설치된다.

상기 실시예는 4단 신축 구조로 구성되었으나, 각 단에서 볼 스크류의 직경은 점점 커지고 다리의 직경은 점점 작아지는 점을 고려하여 설계한다면 볼 스크류와 볼 너트 등 각 구조물을 연결하여 5단 이상의 신축 구조로 구성하는 것이 가능하다.

또한, 각 볼 스크류 지지 베어링은 볼 베어링이나 스러스트 베어링 등으로 구성할 수 있으며, 스플라인 구조 대신 캠롤러 등을 사용하여 회전력을 전달하도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 서보 모터(100)와 1단 볼 스크류(121)를 커플링을 사용하여 직접 연결하여 구성하는 것도 가능하다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일실시 예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 하우징(110)에 고정된 서보 모터(100)가 회전하면, 회전력이 구동풀리(111)와 타이밍벨트(112), 종동풀리(113)를 거쳐 1단 볼 스크류(121)에 전달되어 1단 볼 스크류(121)가 회전하게 된다.

이러한 동력 전달에 의한 1단 볼 스크류(121)의 회전 방향에 따라 1단 볼 너트(122)의 전진/후진(혹은 상승/하강)을 제어할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 1단 볼 스크류(121)가 반시계 방향으로 회전하면 1단 볼 너트(122)가 전진하게 되는데, 상기 1단 볼 너트(122)의 전진으로 2단 볼 스크류(131)가 전진하게 된다.

이때, 스플라인 구조로 인해 1단 볼 스크류(121)의 회전력이 2단 볼 스크류(131)로 그대로 전달되어 2단 볼 스크류(131)가 반시계 방향으로 회전하게 되고 이에 따라 2단 볼 너트(132)가 전진하게 된다.

그럼, 상기 2단 볼 너트(132)가 전진하면서 3단 볼 스크류(141)를 전진시키게 되고, 스플라인 구조로 인해 2단 볼 스크류(131)의 회전력이 3단 볼 스크류(141)로 그대로 전달되어 3단 볼 스크류(141)가 반시계 방향으로 회전하게 된다.

이에 따라 3단 볼 너트(142)가 전진하고 상기 3단 볼 너트(142)에 고정된 4단 다리(150)가 전진하게 되어 도 6과 같은 상태로 신장이 완료된다.

상기와 같은 작동상태는 각각의 볼 스크류들이 반시계 방향으로 회전함에 따른 운동으로 병렬 로봇의 다리가 신장되며, 이는 각각의 리니어 부싱과 볼 스크류 지지 베어링이 만나는 지점까지 진행된다.

상기 서보 모터(100)가 상기와 반대로 회전하여 1단 볼 스크류(121)를 시계 방향으로 회전시키면 상기와 반대로 도 5와 같은 압축 상태가 될 수 있다.

종래 병렬 로봇의 다리 신장율과 본 발명에 따른 병렬 로봇의 다리 신장율을 측정하여 비교해보면 아래 표 1과 같이 본 발명에 따른 병렬 로봇의 다리 신장율이 약 1.9배로 종래 병렬 로봇의 다리 신장율 약 1.5배보다 향상되어 동일 설치 면적에서 획기적으로 향상된 신장율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 병렬 로봇의 일실시예를 도시한 외부 사시도

도 2는 종래 병렬 로봇을 차체 사이드 용접에 적용한 도면

도 3a와 도 3b는 종래 병렬 로봇의 포드의 압축/신장 동작을 각각 도시한 개략도

도 4는 종래 병렬 로봇의 실제 작업 영역을 나타낸 개략도

도 4a는 종래 7축 캐리어를 사용하여 작업 영역을 확대한 도면

도 5는 본 발명에 따른 병렬 로봇용 다단 신축 포드를 압축 상태로 도시한 개략적인 구성도

도 6은 본 발명에 따른 병렬 로봇용 다단 신축 포드의 신장 상태를 도시한 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 서보 모터 110 : 하우징

111 : 구동풀리 112 : 타이밍 벨트

113 : 종동풀리 120 : 1단 다리

121 : 1단 볼 스크류 122 : 1단 볼 너트

123 : 1단 연장 브라켓 124 : 1단 연결 브라켓

125 : 1단 가이드 126 : 1단 리니어 부싱

130 : 2단 다리 131 : 2단 볼 스크류

132 : 2단 볼 너트 133 : 2단 연장 브라켓

134 : 2단 연결 브라켓 135 : 2단 가이드

136 : 2단 리니어 부싱 137 : 2단 볼 스크류 지지 베어링

Claims (4)

1. 동력 공급을 위한 서보 모터와,

   상기 서보 모터가 장착된 하우징에 설치되어 동력을 전달하는 동력전달부와,

   상기 하우징에 고정되는 1단 다리 내부에서 상기 동력전달부에 연결되어 회전운동하는 1단 볼 스크류와, 상기 1단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 1단 볼 너트와, 상기 1단 볼 너트 하단에 장착되어 상기 1단 볼 스크류를 가이드하는 2단 볼 스크류 지지 베어링과, 상기 2단 볼 스크류 지지 베어링에 고정되는 1단 연장 브라켓과, 2단 다리를 가이드하는 1단 리니어 부싱이 내설되고 상기 1단 다리의 하단에 연결되는 1단 연결 브라켓과,

   상기 1단 연장 브라켓에 고정되어 1단 다리 내부에서 전진/후진하는 2단 다리와, 상기 1단 볼 스크류가 삽설되는 중공의 2단 볼 스크류와, 상기 2단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 2단 볼 너트와, 상기 2단 볼 너트의 하단에 연결되어 3단 볼 스크류를 가이드하는 3단 볼 스크류 지지지 베어링과, 상기 3단 볼 스크류 지지 베어링에 고정되는 2단 연장 브라켓과, 상기 2단 다리의 하단에 고정되고 3단 다리를 가이드하는 2단 리니어 부싱이 내설되는 2단 연결 브라켓과,

   상기 2단 연장 브라켓에 고정되는 3단 다리와, 상기 2단 볼 스크류가 삽설되는 중공의 3단 볼 스크류와, 상기 3단 볼 스크류에 체결되어 전진/후진하는 3단 볼 너트와, 끝단에 포드 지지점을 구비하며 상기 3단 볼 너트에 고정되어 3단 리니어 부싱을 관통하는 4단 다리와, 상기 3단 다리의 하단에 고정되고 3단 리니어 부싱이 내설되는 3단 연결 브라켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 로봇용 다단 신축 포드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 1단 볼 스크류와 2단 볼 스크류의 하단부 외주면에 스플라인이 형성되고, 상기 2단 볼 스크류와 3단 볼 스크류의 내주면에 스플라인이 형성되어 치합 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 로봇용 다단 신축 포드.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 동력전달부는 상기 서보 모터의 축에 연결되는 구동풀리와, 상기 구동풀리의 회전력을 전달하는 타이밍벨트와, 상기 타이밍벨트를 통해 회전력을 전달받는 종동풀리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 로봇용 다단 신축 포드.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 하우징에 고정되어 1단 볼 너트의 임의의 회전을 방지하는 1단 가이드와, 상기 2단 다리의 상단에 고정되어 2단 볼 너트의 임의의 회전을 방지하는 2단 가이드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 로봇용 다단 신축 포드.

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