KR101060835B1 - 다중작업이 가능한 산업용 로봇의 회전핑거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 로봇의 회전핑거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇의 포어암 내주면의 스핀들이 형성된 부위에 슬립링을 장착함으로써 고정체인 포어암에서 회전체인 회전핑거 내부로 전력이 공급되도록 하고, 전원이 전달되어지는 회전핑거 내부의 실린더는 솔레노이드 밸브 일체형을 사용하면서, 로터리하우징에서 로터리샤프트내의 실린더로 연결되는 공기통로를 1개만 사용하고, 센서의 신호를 받아서 PLC로 보내는 입출력 무선 디바이스에도 전력이 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

산업용 로봇의 회전핑거를 상기와 같이 형성함으로써 회전핑거의 실린더와 연결되는 공기통로는 하나만으로도 사용이 가능하기 때문에, 구조가 단순해져서 하나의 회전핑거에 다수의 실린더를 설치하여 사용할 수 있으며, 무선 디바이스 서버도 슬립링을 통해 지속적으로 전력을 공급받기 때문에 기존의 회전핑거에서와 같이 배터리를 교환해 줘야 하는 불편함이 해소되어, 부수적인 인력이 필요하지 않으며 공정작업이 끊어짐이 없으며 하나의 핑거로 동시에 여러가지 작업을 할 수 있게 된다.

로봇, 회전핑거, 슬립링, 공기통로, 무선디바이스

Description

다중작업이 가능한 산업용 로봇의 회전핑거{IT IS POSSIBLE THAT MULTITUDE OPERATION FOR ROTARY FINGER OF INDUSTRIAL ROBOT}

본 발명은 각종 산업의 전반에 걸쳐서 다양하게 사용되고 있는 산업용 로봇에 있어서, 사람의 팔에 해당하는 포어암에 체결되어 각종 공정에서 세밀한 작업을 수행하는 회전 핑거에 관한 것이다.

본 발명은 로봇에 관한 것이다.

'로봇'이란 '팔과 손을 가지고 인간에게 프로그램 되어져서 여러 가지 연속 동작이나 운반 작업을 하고, 처음부터 결정된 방법으로 자기의 운동을 조절하여 움직일 수 있는 기계' 라고 말할 수 있다.

'로봇(Robot)'이라는 말은 체코어의 'Robota'에서 나온 말로 ’강제적 노동’ 또는 ‘노예’라는 뜻이다.

1920 년 체코의 극작가 카렐 차펙이 발표한 희곡 '로섬의 만능로봇'(R.U.R, Rossum's Universal Robot)에서 처음 사용되었는데, 이 희곡 R.U.R의 내용은 "인간의 지나친 과학문명과 기술의 발달이 인류를 멸망시킬지도 모른다는 경고의 메시지"를 담고 있습니다.

로봇은 형태와 쓰임새로 나누어 볼 때 인간형 로봇, 서비스 로봇, 애완형 로봇, 산업용 로봇 등으로 나누어 볼 수 있다.

인간형 로봇(휴먼 로봇)은 사람과 비슷한 외모에 사람처럼 행동하는 로봇을 말한다.

서비스 로봇은 청소로봇, 간호로봇, 웨이터 로봇 등과 같이 인간의 편의를 위해 각종 심부름 등을 시킬 수 있는 로봇을 말한다.

애완형 로봇은 산업이 급속히 발달하면서 사회가 개인화 및 핵가족화 되어 군중속의 고독을 느끼며 바쁘게 살아가는 현대인을 위한 로봇으로, 말 그대로 애완용 동물을 대신하는 로봇을 말한다.

산업용 로봇은 인간을 대신하여 산업 전반에 사용되는 로봇으로, 미국 공업협회는 “다양한 작업을 수행하기 위하여 프로그램된 가변동작을 통해 물체, 부품, 도구 또는 특수 장치 등을 이동시키도록 설계된 재 프로그램이 가능한 다기능의 기계장치”라고 정의하고 있다.

산업용 로봇은 형태로 볼 때, 수직 다관절 로봇, 수평 다관절 로봇, 직교좌표 로봇 등으로 분류할 수 있으며, 우리나라에서 주로 사용되는 분야는 원료를 녹여서 주조기에서 형틀에 맞춰 찍어내도록 하는 다이캐스팅 분야, 용접, 도장, 조립, 로봇이 어떤 물건를 집어서 넣어주고 빼주는 가공을 하는 핸드링 분야, 팔레트에 물건을 쌓도록 하는 팔레타이징 분야, 물류 분야 등이다.

산업용 로봇은 온도, 습도, 소음 등으로 인해 작업환경이 열악하여 사람이 일하기 힘든 현장이나, 원자력 발전소나 탄광의 채탄작업 또는 우주나 심해와 같이 사람이 작업하기에는 극도의 위험성이 있는 곳에 배치되어 인간을 대신하여 임무를 수행한다.

그리고 일반 생산현장에서도 사람이 하기 어려운 극소정밀도 가공작업을 수행하거나, 단순 반복적인 작업에 배치되어 불량률을 최소화하며, 용접이나 도장 등 항상 균일한 숙련도가 필요한 곳에 배치되어 품질의 균일화를 이루고 숙련공의 수급문제와 인력부족 문제를 해결하는 등 산업전반에 걸쳐 각광을 받고 있다.

일반적으로 기성품 산업용 로봇(100)의 몸체는 구동수단을 갖는 다수의 관절과 프레임으로 구성된다.

그 구조를 살펴보면, 베이스(110)의 상단에 수평회전하는 회전플레이트(120)가 형성되고, 회전플레이트(120)에는 수직회전하는 제1관절(125)이 형성되고, 제1관절(125)의 타측에는 업퍼암(130)이 연결되고, 업퍼암(130)의 타측에는 수직회전하는 제2관절(135)이 형성되고, 제2관절(135)의 타측에는 포어암(140)이 형성되어 있다.

본 발명은 산업현장에서 보편적으로 사용되고 있는 상기와 같은 수직 수평의 다관절로봇의 포어암(140)에 체결되어 사람의 손과 같이 각종 세부적인 작업을 수행하는 회전핑거에 관한 것이다.

회전핑거로 공작물을 클램핑 하는 과정은, 로봇이 베이스(110)의 메인포트(115)를 통하여 공기를 받아들여 포어암(140)의 접속포트(142)로 보내고, 포어암(140)의 접속포트(142)에서 연결관(60)을 통하여 로타리하우징(20)에 주입된 후 로터리하우징(20)과 로터리샤프트(30)가 내주면에서 연결되어 형성된 공기통로(31)를 통하여 로터리샤프트(30)로 들어가서 공압실린더에 압력을 가하고, 압력에 의해 팽창되어진 실린더는 푸시로드를 밀고 푸시로드는 조우에 힘을 전달하여 조우가 공작물을 언클램핑하고, 실린더 내부의 공기를 제거하면 푸시로드가 후방으로 압착되면서 조우가 공작물을 클램핑하게 된다.

핑거와 관련된 특허는 출원번호 20-2004-0005404 가 있는데, 핑거의 실린더에 공기를 주입하여 클램핑하는 힘을 늘이려면 실린더의 크기가 커져야 하므로, 그렇게 되면 실린더의 부피가 커지게 되어, 실린더의 크기를 유지하면서 클램핑하는 힘을 늘이기 위하여 공기 대신 유체인 브레이크 오일을 사용하였다.

출원번호 1020020073803 는 핑거의 구동을 공기나 유체가 아닌 케이블을 사용하는 것을 특징으로 하였다.

하지만 이들 기존의 펑거들은 360도 무한정 회전이 불가능하고,

전원이 원활히 공급되지 못하므로 무선 디바이스 서버와 센서를 사용한 정밀 작업을 수행하는데 어려움이 있다.

상기한 바와 같이, 기존의 핑거는 360도 무한정 회전이 불가능하면서 전원공급이 원활히 이루어지지 않아 무선 디바이스 서버에 베터리를 넣어 사용하거나 충전을 하였기 때문에, 공정작업 도중 베터리를 교체하게 되는 일이 발생하여 제품생산에 차질을 빚을 수 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 과제는 회전하는 핑거에 전원을 공급하여 무선 디바이스 서버와 센서와 솔레노이드밸브에 동력을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 과제는

하나의 펑거에 다수의 실린더를 장착하여 사용할 수 있도록 공기통로를 1개만 사용하여 구조를 간단하게 하는 것이다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 우선 핑거에 전력을 공급하기 위하여 포어암 내부 중앙의 스핀들과 접하는 부위에 슬립링을 장착한다.

슬립링이란 회전하는 물체에 전기 또는 신호를 공급하는 장치이다. 고정된 축을 중심으로 회전하는 장비에 전선만으로는 전기와 신호를 공급할 수 없기 때문에 고안된 제품이며 카본슬립링, 브러쉬슬립링, 수은슬립링 등으로 분류되며 용량 및 장착방법에 따라 많은 종류가 있다.

일반적으로 산업용 기계에서 사용하는 공압 또는 유압의 실린더는 솔레노이 드 벨브에 의해서 제어되는데, 솔레노이드(전자석)를 이용하여 핑거를 움직이기에는 솔레노이드의 크기가 너무 커지고, 사용되는 전력 대비 효율도 떨어지므로, 솔레노이드 밸브를 이용한 실린더를 사용한다.

기존의 핑거의 경우 전원을 공급하기가 용이하지 않았지만 본 발명의 회전 핑거는 슬립링을 설치하여 전원을 공급하므로 솔레노이드 밸브를 회전핑거 부위에 직접 설치하고, 하나의 공기통로로 공기를 공급한다.

그리고 슬립링에 의해 무선 디바이스 서버 서버에도 전원이 공급된다.

로터리샤프트 또는 조우하우징 의 일측에 부착되는 무선 디바이스 서버는 실린더의 움직임을 감지하는 센서의 신호를 받아서 메인 PLC 에 넘겨주는 역할을 한다.

메인 PLC 란 산업용 컴퓨터의 일종으로 센서나 스위치 등의 입력신호를 받아 PLC 내부의 프로그램에 따라서 솔레노이드 밸브나 모터를 작동시키는 역할을 한다.

본 발명의 회전핑거를 상기와 같이 구성함으로써, 슬립링에 의해 로봇의 본체에서 회전하는 핑거의 무선 디바이스 서버로 전력이 공급되기 때문에 실린더를 솔레노이드밸브 일체형을 사용할 수 있게 되고, 그럼으로써 하나의 공기통로만 사용하여도 기능을 수행할 수 있기 때문에 내부의 구조가 단순해져서, 회전핑거에 여러개의 실린더를 설치하여 사용하는 것이 가능해진다.

그리고 전력이 회전핑거에 안정적으로 공급되어 공정작업 도중에 무선 디바 이스의 베터리를 충전하거나 교체할 필요가 없다.

이하 본 발명인 산업용 로봇의 회전핑거를 첨부도면 도 1 내지 도 5 을 참조하면서 상세히 설명한다.

일반적으로 산업용 로봇은 참조도면 도 1 에서 도시한 바와 같이, 가장 하단에 베이스(110)가 형성되고, 그 상단에 수평회전하는 회전플레이트(120)가 있고, 회전플레이트(120)에는 수직회전하는 제 1관절(125)이 형성되며, 상기 제 1관절에는 수직회전하는 업퍼암(130)의 일측이 연결되고, 업퍼암(130)의 타측으로는 제 2관절이 연결되며, 엄퍼암(130)의 타측에 형성된 수직회전하는 제 2관절에 포어암이 연결된 구조를 이룬다.

사람에 비유하면, 베이스(110)와 회전플레이트(120)는 몸에 해당하고, 제 1관절(125)과 업퍼암(130)과 제 2관절(135)과 포어암(140)은 팔에 해당하는데, 이들은 각각의 구성형태에 의해 상·하,좌·우 로만 움직인다.

본 발명인 산업용 로봇의 회전핑거(1)는 산업용 로봇의 끝단에 장착되어 사람의 손가락과 같이 공정에 의해 실질적인 작업을 수행하는 부분으로, 작업용도에 따라 다양한 형태의 핑거가 사용된다.

회전핑거(1)는 상기 포어암(140)의 선단 외주면에 원통형 브라켓(10)으로 고정 설치되는 로터리하우징(20)이 있고, 로터리하우징(20)의 외주면에는 상기 포어암(140)의 접속포트(142)의 공기관과 연결되어 압축공기를 공급하고 배출하는 포트(21)가 형성되고, 로터리하우징(20)의 내주면에는 로터리샤프트(30)가 회전가 능하도록 베어링(25)이 형성된다.

포어암(140)이 로터리하우징(20)과 접하는 내주면에 스핀들(145)이 형성되며, 로터리샤프트(30)가 로터리하우징(20) 내에 회전 가능하도록 삽입되면서 일측단이 스핀들(145)과 체결된다.

상기 로터리하우징(20)의 포트(21)와 접하는 로터리샤프트(30)의 외주면에 요홈(33)과 그 양측에 패킹(35)을 형성하고, 상기 요홈(33)은 로터리샤프트(30) 내주면의 공기통로(31)와 연결되고, 상기 공기통로(31)는 로터리하우징(20)의 내주면에서 벗어난 로터리샤프트(30)의 외주면의 포트(22)와 연결되며, 계속 이어져 연결관(60)을 통해 공압실린더(41)의 급배기구(42)와 연결된다.

로터리하우징(20)의 내주면에 회전가능하도록 장착되면서 스핀들(145)과 체결되어 회전핑거가 회전하도록 하는 로터리샤프트(30)의 선단에는 조우하우징(40)이 체결된다.

로터리샤프트(30)가 조우하우징(40)에 공기와 전력과 회전에너지를 전달하는 기능을 한다면, 조우하우징(40)은 전해진 공기와 전력으로 공압실린더를 움직여서 조우가 공작물을 클램핑하도록 한다.

조우하우징(40)의 후미에 형성된 공압실린더(41)는 솔레노이드밸브(70) 일체형이다.

일반적으로 산업용 기계에서 사용하는 실린더(공압 혹은 유압)은 솔레노이드 벨브에 의해서 제어된다. 단순히 솔레노이드(전자석)를 이용하여 핑거를 움직이기에는 솔레노이드의 크기가 너무 커지고, 사용되는 전력 대비 효율도 떨어지므로, 솔레노이드 밸브를 이용한 실린더를 사용한다.

참조도면 도 5에 도시한 바와 같이, 일반 실린더는 전진과 후진을 위해 2개의 공기 포트가 필요하다. A 포트에 공기가 들어가면 실린더가 전진하면서 B포트로 공기가 배출 되고, 반대로 B포트에 공기기 들어가면 실린더가 후진 하면서 A 포트로 공기가 배출된다.

참조도면 3에 도시한 바와 같이, 공압 실린더용 솔레노이드 밸브는 1개의 연결관(60)으로 공기를 받아서, 솔레노이드 밸브(70)에 들어오는 전기 신호에 따라서 A1포트로 실린더에 공기를 내보내고, B1포트로는 공기를 받거나, 반대로 A1포트로 공기를 받고 B1포트로 공기를 내보냄으로써 실린더를 조정한다.

이러한 무선 디바이스 서버에 안정되고 지속적인 전력을 공급하기 위하여 본 발명의 회전 핑거는 슬립링을 설치하여 전원을 공급하므로 솔레노이드 밸브를 회전핑거 부위에 직접 설치하고, 하나의 공기통로로 공기를 공급한다.

공압실린더(41)에 들어온 압축공기의 팽창과 수축에 의해 푸시로드(43)가 밀려지거나 당겨지면서 조우하우징(40)의 걸림홈(44)에 걸린 조우(50)가 공작물을 클램핑하게 된다.

이때, 조우하우징(40)에는 한쌍의 근접센서(46,47)가 장착되고, 근접센서(46,47)는 푸시로드(43)의 외주면에 형성되어 있는 도그(45)를 감지하여 푸시로드(43)의 위치정보를 무선 디바이스 서버(48)로 보낸다.

무선 디바이스 서버(48)는 다시 이러한 정보를 메인 PLC로 보내고, 메인 PLC에서 솔레노이드 밸브를 동작시키게 된다.

이와같이, 고정된 포어암(140)에서 회전하는 핑거로 전력을 안정적으로 보내기 위하여 포어암(140) 선단의 스핀들(145)이 형성된 중앙에 슬립링(147)이 장착되고, 슬립링(147)에 연결되어 이어진 전력선(39)이 무선 디바이스 서버(48)에 연결된다

그리고 무선 디바이스 서버(48)는 솔레노이드 밸브(70)에 전원을 공급한다.

상기와 같이 슬립링(147)이 장착되어 본 발명의 회전핑거에 전력이 안정적으로 공급됨으로 해서 솔레노이드밸브와 일체화된 공압실린더를 사용할 수 있게 되어 공기통로를 1개만 사용할 수 있게 되는 것이다.,

그럼으로 해서 구조가 간단하게 되어서 하나의 핑거에 다수의 실린더를 장착하여 다중작업을 할 수 있다.

도 1은 산업용 로봇의 몸체(베이스~포어암)를 도시한 측면도.

도 2는 공압실린더가 1개 일때의 본 발명의 회전핑거를 도시한 단면도.

도 3은 공압실린더가 다수 일때의 본 발명의 회전핑거를 도시한 단면도.

도 4는 회전핑거에 전력을 공급하는 슬립링을 도시한 사시도 및 단면도.

도 5는 일반적으로 산업용 기계에서 사용하는 실린더의 공기통로를 도시한 단면도.

< 도면 부호의 간단한 설명 >

1 : 회전핑거 , 10 : 브라켓

20 : 로터리하우징 , 21 : 포트

25 : 베어링 , 30 : 로터리샤프트

31 : 공기통로 . 33 : 요홈

35 : 패킹 , 39 : 전력선

40 : 조우하우징 , 41 : 공압실린더

42 : 급배기구 , 43 : 푸시로드

44 : 걸림홈 , 45 : 도그

46,47 : 근접센서 , 48 : 무선 디바이스 서버

50 : 조우 , 60 : 연결관

70 : 솔레노이드밸브 , 100 : 로봇

110 : 베이스 , 115 : 메인포트

120 : 회전플레이트 , 125 : 제1관절

130 : 업퍼암 , 135 : 제2관절

140 : 포어암 , 142 : 접속포트

147 : 슬립링

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 포어암(140) 내주면의 스핀들(145)이 형성된 일측에 슬립링(147)을 장착하여, 로봇의 본체에서 회전하는 핑거로 지속적인 전원이 공급이 되고, 슬립링(147)에 의해 안정된 전원이 공급되어짐으로써, 공압실린더(41)로 솔레노이드밸브(70) 일체형을 사용하는 것을 특징으로 하는 다중작업이 가능한 산업용 로봇의 회전핑거에 있어서,

   공압실린더(41)로 솔레노이드밸브(70) 일체형을 사용함으로써 하나의 공기통로를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중작업이 가능한 산업용 로봇의 회전핑거.
4. 삭제

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