KR101235871B1 - 직선 및 회전 운동 병행장치 - Google Patents

직선 및 회전 운동 병행장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직선 및 회전운동 병행장치를 제공한다. 상기 직선 및 회전운동 병행장치는 제 1 모터의 동력을 전달하는 제 1 동력전달부재와, 상기 제 1 동력전달부재에 연결되어 볼스플라인을 직선이동시키는 이동부재로 구비된 직선운동부와; 제 2 모터의 동력을 전달하는 제 2 동력전달부재와, 상기 제 2 동력전달부재로부터 받은 동력을 감속시키는 감속기와, 상기 감속기의 감속된 회전력으로 상기 볼스플라인을 회전시키는 회전부재로 구비된 회전운동부와; 상기 감속기에 연결되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지하는 검지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 직선 및 회전운동 병행장치에 따르면, 제 2 모터의 회전력을 볼스플라인에 전달하는 최종단이 높은 강성 및 높은 위치 정확도를 가지는 감속기가 위치됨에 따라 볼스플라인의 위치 결정 정확도를 높이고, 상기 감속기에 검지부가 구비되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지할 수 있어 회전운동의 정밀도를 확보하는 효과가 있다.

Description

직선 및 회전 운동 병행장치{LINEAR AND ROTATIONAL MOTION APPARATUS}
본 발명은 직선 및 회전 운동 병행장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 회전에 대한 위치 결정 정확도를 높이고, 위치 오차량을 검지하여 직선 및 회전 운동의 정밀도를 확보할 수 있도록 하는 직선 및 회전 운동 병행장치에 관한 것이다.
일반적으로, 볼나사와 볼스플라인을 사용하는 기구는 구동 샤프트를 직선 및회전 운동 병행이 가능한 기구의 일 예로 알려져 있다.
이러한, 볼나사/볼스플라인 기구가 설치된 직선 및 회전 운동 병행 장치는 직선 운동을 하기 위한 직선 운동부와, 회전 운동을 하기 위한 회전 운동부로 구분된다.
도 1에 도시한 바와 같이 상기 직선 운동부(10)는 제 1 모터(11)와, 상기 제 1 모터(11)의 회전력을 전달하는 제 1 벨트풀리(12)와, 상기 제 1 벨트풀리(12)에 연결되어 볼스플라인(25)을 이송시키기 위한 볼나사(14) 및 가이드 요크(16), 볼나사(14)와 가이드 요크(16)를 연결하는 볼나사 너트(15) 그리고 이 기구들을 지지하고 선형성을 보정하기 위한 지지 샤프트(17)를 포함한다.
여기서, 상기 볼나사(14)는 양단이 지지 베어링(18a,18b)을 통해 회전 가능하게 지지되고, 상기 볼나사(14)에 맞물리는 볼나사 너트(15)는 외측이 상기 가이드 요크(16)에 고정된다.
또한, 상기 지지 샤프트(17)는 베어링(18c,18d)에 의해 양단이 고정되고 볼부시(19)에 의해 가이드 요크(16)와 연결된다. 그리고, 상기 가이드 요크(16)는 볼스플라인(25)의 일단에 베어링과 너트에 의해 연결된다.
즉, 제 1 모터(11)가 구동되면, 제 1 모터(11)의 회전력이 제 1 벨트풀리(12)를 통해 볼나사(14)를 회전시키고, 상기 볼나사와(14) 맞물리는 볼나사 너트(15)는 상기 가이드 요크(16)에 고정되어 있기 때문에 가이드 요크(16)와 이에 연결된 볼스플라인(25)을 왕복 직선 운동시킨다.
한편, 상기 회전 운동부(20)는 제 2 모터(21)와, 상기 제 2 모터(21)의 회전을 감속하는 감속기(22)와, 상기 감속기(22)의 감속 회전력을 전달하는 제 2 벨트풀리(23)와 상기 제 2 벨트풀리(23)로부터 제 2 모터의 회전력을 전달받는 볼스플라인 너트(24)와, 상기 볼스플라인 너트(24)와 일체로 회전되는 볼스플라인(25)을 포함한다.
여기서, 제 2 벨트풀리(23)의 구동축 풀리(23a)는 감속기(22)의 샤프트(22a)에 연결되고, 종동축 풀리(23b)는 볼스플라인 너트(24)의 일단에 연결되며, 상기 볼스플라인 너트(24)는 볼스플라인(25)과 연결된다. 그리고, 상기 볼스플라인 너트(24)는 베어링과 외부를 덮는 하우징(26)에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 하우징(26)은 고정프레임에 고정된다.
즉, 상기 회전 운동부(20)는 상기 제 2 모터(21)가 구동되면, 제 2 모터(21)의 회전력이 감속기(22)에 의해 감속되어 제 2 벨트풀리(23)를 통해 볼스플라인 너트(24)에 전달되고, 상기 볼스플라인 너트(24)가 회전되면 이와 일체로 볼스플라인(25)이 회전된다.
따라서, 상기 직선 운동부(10)와 회전 운동부(20)는 각각의 제 1, 제 2 모터(11,21)의 출력 회전에 의해 상대운동을 한다.
이와 같은 종래의 회전 운동부(20)는 제 2 모터(21)의 회전력이 감속기(22)에 의해 감속된 후에 제 2 벨트풀리(23)를 통해 볼스플라인(25)에 전달되는 구조로 되어 있기 때문에 상기 회전력의 최종단은 제 2 벨트풀리(23)가 된다.
그러나, 상기 제 2 벨트풀리(23)는 기어 배열과 같은 다른 기구와 비교하여 위치 결정 정확도가 낮고, 벨트의 강성 또한 낮다. 따라서, 큰 관성 부하가 작용하는 경우에 볼스플라인(25)의 위치 결정 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 회전에 대한 위치 결정 정확도를 높이고, 위치 오차량을 검지하여 회전 운동의 정밀도를 확보할 수 있도록 하는 직선 및 회전운동 병행장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직선 및 회전 운동 병행장치는 제 1 모터의 동력을 전달하는 제 1 동력전달부재와, 상기 제 1 동력전달부재에 연결되어 볼스플라인을 직선이동시키는 이동부재로 구비된 직선운동부; 제 2 모터의 동력을 전달하는 제 2 동력전달부재와, 상기 제 2 동력전달부재로부터 받은 동력을 감속시키는 감속기와, 상기 감속기의 감속된 회전력으로 상기 볼스플라인을 회전시키는 회전부재로 구비된 회전운동부; 상기 감속기의 검지된 회전수와, 제 2 모터의 회전수를 비교하여 회전운동부의 동작상태를 감시하는 검지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지부는 상기 감속기의 샤프트에 연결된 출력측 기어와, 상기 출력측 기어와 맞물리는 검지용 기어와, 상기 검지용 기어의 회전수를 검지하는 검지 인코더로 이루어진다.
상기 검지용 기어는 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어가 상,하 포개져 구비되고, 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어를 관통하는 홈이 형성되며, 상기 홈에서 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어를 연결하는 스프링이 구비되되, 상기 스프링은 복원력이 유발되도록 비틀려 연결되어 상기 출력측 기어의 회전 방향에 따라 스프링의 복원력으로 기어의 백래쉬를 제거하도록 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 검지 인코더에 검지된 회전수는 제 2 모터의 회전이 감속기의 감속비에 의하여 감속된 회전수와 검지용 기어의 잇수비에 의한 것이다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 동력전달부재는 벨트풀리로 이루어진다.
그리고, 상기 이동부재는 상기 제 1 동력전달부재에 연결되고 양단이 지지 베어링을 통해 회전가능하게 구비되는 볼나사와, 상기 볼나사에 맞물려 좌,우 이동하는 볼나사 너트와, 상기 볼나사 너트와 볼스플라인을 연결시키는 가이드요크와, 상기 볼나사 너트에 연결되어 상기 볼나사를 지지하고 선형성을 보정하는 지지샤프트로 구비된다.
또한, 상기 회전부재는 상기 감속기의 샤프트에 연결되어 감속기의 감속된 회전력을 전달하는 플랜지와, 상기 플랜지에 연결되어 상기 감속기의 감속된 회전력을 볼스플라인에 전달하는 볼스플라인 너트로 구비된다.
이와 같이 본 발명의 직선 및 회전운동 병행장치에 따르면, 제 2 모터의 회전력을 볼스플라인에 전달하는 최종단이 높은 강성 및 높은 위치 정확도를 가지는 감속기가 위치됨에 따라 볼스플라인의 위치 결정 정확도를 높이고, 상기 감속기에 검지부가 구비되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지할 수 있어 회전운동의 정밀도를 확보하는 효과가 있다.
또한, 상기 검지부는 직선 및 회전운동의 동작 상태를 감시하는 안전장치의 역할을 함으로써 동작의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 직선 및 회전 운동 병행장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 직선 및 회전 운동 병행장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 직선 및 회전 운동 병행장치에서 검지부를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 직선 및 회전 운동 병행장치를 상세히 설명하도록 한다.
도 2 에 도시한 바와 같이 본 발명은 직선 및 회전 운동 병행장치는 직선 운동부(100)와, 회전 운동부(200)와, 검지부(300)로 이루어진다.
먼저, 상기 직선 운동부(100)는 제 1 모터(110)와, 상기 제 1 모터의 동력을 전달하는 제 1 동력전달부재(120)와, 상기 제 1 동력전달부재에 연결되어 볼스플라인(250)을 직선이동시키는 이동부재(130)로 구비된다.
여기서, 상기 제 1 동력전달부재(120)는 벨트풀리로 이루어진다.
상기 이동부재(130)는 상기 제 1 모터(110)의 축에 제 1 동력전달부재(120)가 연결되고, 상기 제 1 동력전달부재(120)에 회전가능하게 구비되는 볼나사(131)와, 상기 볼나사(131)에 맞물려 좌,우 이동하는 볼나사 너트(132)와, 상기 볼나사 너트(132)와 볼스플라인(250)을 연결시키는 가이드 요크(133)와, 상기 볼나사 너트(132)에 연결되어 상기 볼나사(131)를 지지하고 선형성을 보정하는 지지샤프트(134)로 구비된다.
따라서, 상기 직선운동부(100)는 제 1 모터(110)가 구동되면, 제 1 모터(110)의 회전력이 제 1 동력전달부재(120)를 통해 볼나사(131)를 회전시키고, 상기 볼나사(131)와 맞물리는 볼나사 너트(132)는 상기 가이드 요크(133)에 고정되어 있기 때문에 상기 가이드 요크(133)와 이에 연결된 볼스플라인(250)을 왕복 직선 운동시킨다.
상기 회전운동부(200)는 제 2 모터(210)와, 상기 제 2 모터(210)의 동력을 전달하는 제 2 동력전달부재(220)와, 상기 제 2 동력전달부재(220)로부터 받은 동력을 감속시키는 감속기(230)와, 상기 감속기(230)의 감속된 회전력으로 상기 볼스플라인(250)을 회전시키는 회전부재(240)로 구비된다.
여기서, 상기 회전부재(240)는 상기 감속기(230)의 샤프트에 연결되어 감속기(230)의 감속된 회전력을 전달하는 플랜지(241)와, 상기 플랜지(241)에 연결되어 상기 감속기(230)의 감속된 회전력을 볼스플라인(250)에 전달하는 볼스플라인 너트(242)로 구비된다.
그리고, 상기 감속기(230)는 상기 제 2 모터(210)의 회전력을 볼스플라인(250)에 전달하는 최종단에 위치한다.
따라서, 큰 관성 부하가 작용하는 경우에도 높은 강성 및 높은 위치 정확도를 가지는 감속기(230)가 볼스플라인(250)에 최종적으로 회전력을 전달함으로 볼스플라인(250)의 위치 결정 정확도를 높이게 된다.
도 2, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 검지부(300)는 상기 감속기(230)의 출력단 샤프트에 볼트(231)로 연결되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지한다.
상기 검지부(300)는 상기 감속기의 출력단 샤프트에 연결된 출력측 기어(310)와, 상기 출력측 기어(310)와 맞물리는 검지용 기어(320)와, 상기 검지용 기어(320)의 회전수를 검지하는 검지 인코더(330)로 구비된다.
상기 검지용 기어(320)는 감속된 회전을 잇수비에 따라 감속 또는 증속 회전시키고, 상기 검지용 기어(320)와 연결된 검지용 인코더(330)는 검지용 기어(320)의 회전수를 검지하게 된다.
여기서, 상기 검지용 인코더(330)에 검지된 회전수는 제 2 모터(210)의 회전이 감속기(230)의 감속비에 의하여 감속된 회전수와 기어의 잇수비에 의한 것이다. 따라서, 상기 검지용 인코더(330)에 검지된 회전수와 상기 제 2 모터(210)의 회전수를 비교하여 회전운동부(200)의 정밀도를 검지할 수 있게 된다.
이때, 상기 정밀도 범위의 선정량에 따라 회전운동부(200)의 동작 및 오작동 여부를 결정할 수도 있게 된다.
이에 더하여 상기 회전운동부(200)는 위치결정도가 중요하므로 기구들의 배치와 연결뿐만 아니라 검지부(300)의 정밀도도 중요한 요소가 된다. 그러나, 기어는 백래쉬에 의해 소정의 위치 오차를 가지고 있으므로 정밀한 위치 결정을 위해서는 백래쉬를 제거해 주어야 한다.
따라서, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 검지용 기어(320)는 제 1 검지용 기어(321)와 제 2 검지용 기어(322)가 상,하 포개져 구비되고, 제 1 검지용 기어(321)와 제 2 검지용 기어(322)를 관통하는 홈(323)이 형성되며, 상기 홈(323)에는 제 1 검지용 기어(321)와 제 2 검지용 기어(322)를 연결하는 스프링(324)이 구비된다.
이때, 상기 제 1 검지용 기어(321)와 제 2 검지용 기어(322)에 소정의 회전량을 부가하여 스프링(324)의 복원력을 유발시킨 후, 출력측 기어(310)와 연결시킨다. 그러면, 상기 출력측 기어(310)에 연결된 제 1 검지용 기어(321)와 제 2 검지용 기어(322)는 기어의 백래쉬 양에 따라 비틀려 연결된다. 또한, 출력측 기어(310)의 회전방향에 따라 스프링(324) 복원력에 의해 기어의 백래쉬를 제거하게 된다.
이와 같이 본 발명은 제 2 모터(210)의 회전력을 볼스플라인(250)에 전달하는 최종단이 높은 강성 및 높은 위치 정확도를 가지는 감속기(230)가 위치됨에 따라 볼스플라인(250)의 위치 결정 정확도를 높이고, 상기 감속기(230)에 검지부(300)가 구비되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지할 수 있어 회전운동의 정밀도를 확보하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.
따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 상기 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다
100: 직선운동부 110: 제 1 모터
120: 제 1 동력전달부재 130: 이동부재
200: 회전운동부 210: 제 2 모터
220: 제 2 동력전달부재 230: 감속기
240: 회전부재 250: 볼스플라인
300: 검지부 310: 출력측 기어
320: 검지용 기어 321: 제 1 검지용 기어
322: 제 2 검지용 기어 323: 홈
324: 스프링 330: 검지 인코더

Claims (7)

  1. 제 1 모터의 동력을 전달하는 제 1 동력전달부재와, 상기 제 1 동력전달부재에 연결되어 볼스플라인을 직선이동시키는 이동부재로 구비된 직선운동부;
    제 2 모터의 동력을 전달하는 제 2 동력전달부재와, 상기 제 2 동력전달부재로부터 받은 동력을 감속시키는 감속기와, 상기 감속기의 감속된 회전력으로 상기 볼스플라인을 회전시키는 회전부재로 구비된 회전운동부;
    상기 감속기에 연결되어 회전에 대한 위치 오차량을 검지하는 검지부;를 포함하고,
    상기 검지부는 상기 감속기의 샤프트에 연결된 출력측 기어와, 상기 출력측 기어와 맞물리는 검지용 기어와, 상기 검지용 기어의 회전수를 검지하는 검지 인코더로 구비되며,
    상기 검지용 기어는 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어가 상,하 포개져 구비되고, 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어를 관통하는 홈이 형성되며, 상기 홈에서 제 1 검지용 기어와 제 2 검지용 기어를 연결하는 스프링이 구비되되, 상기 스프링은 복원력이 유발되도록 비틀려 연결되어 상기 출력측 기어의 회전 방향에 따라 스프링의 복원력으로 기어의 백래쉬를 제거하는 것을 특징으로 하는 직선 및 회전운동의 정밀도를 확보하는 직선 및 회전운동 병행장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 검지 인코더에 검지된 회전수는 제 2 모터의 회전이 감속기의 감속비에 의하여 감속된 회전수와 검지용 기어의 잇수비에 의한 것인 것을 특징으로 하는 직선 및 회전운동의 정밀도를 확보하는 직선 및 회전운동 병행장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 동력전달부재는 벨트풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 직선 및 회전운동의 정밀도를 확보하는 직선 및 회전운동 병행장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이동부재는 상기 제 1 동력전달부재에 연결되고 양단이 지지 베어링을 통해 회전가능하게 구비되는 볼나사와, 상기 볼나사에 맞물려 좌,우 이동하는 볼나사 너트와, 상기 볼나사 너트와 볼스플라인을 연결시키는 가이드요크와, 상기 볼나사 너트에 연결되어 상기 볼나사를 지지하고 선형성을 보정하는 지지샤프트로 구비되는 것을 특징으로 하는 직선 및 회전운동의 정밀도를 확보하는 직선 및 회전운동 병행장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 회전부재는 상기 감속기의 샤프트에 연결되어 감속기의 감속된 회전력을 전달하는 플랜지와, 상기 플랜지에 연결되어 상기 감속기의 감속된 회전력을 볼스플라인에 전달하는 볼스플라인 너트로 구비되는 것을 특징으로 하는 직선 및 회전운동의 정밀도를 확보하는 직선 및 회전운동 병행장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63163063A (ja) * 1986-12-26 1988-07-06 Res Dev Corp Of Japan 産業用ロボットの手首用２自由度駆動機構
JPH07208573A (ja) * 1994-01-24 1995-08-11 Yamagata Casio Co Ltd 作業軸及びこれを用いた移載ヘッド
JP2005094864A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Ricoh Co Ltd 画像形成装置

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