KR101236757B1 - 커버 지지장치 및 이를 갖는 로봇 - Google Patents

Abstract

커버 지지장치를 갖는 로봇이 개시된다. 본 실시 예에 따른 로봇은 베이스와, 베이스의 상측에 연결되는 하나 이상의 암과, 용접을 위한 토치를 갖는 로봇에 있어서, 베이스를 이동시키도록 상기 베이스의 하측에 연결되는 구동부와, 구동부 상부를 덮어 용접 중 비산되는 스패터로부터 구동부를 보호하기 위한 보호커버와, 보호커버가 구동부와 간섭되는 것을 방지하도록 보호커버의 일부분을 지지하여 보호커버의 처짐을 방지하는 커버 지지유닛을 포함한다.

Description

커버 지지장치 및 이를 갖는 로봇{COVER SUPPORTING DEVICE AND ROBOT HAVING THE SAME}

본 발명은 용접 중 비산되는 스패터로부터 베이스 하측의 구동부를 보호할 수 있는 커버를 갖는 로봇에 관한 것이다.

국내의 전반적인 산업 특히 자동차 공업, 조선소 및 중공업 등에 유용하게 사용할 수 있는 로봇이 차지하는 비율은 상당히 증가되고 있다.

이러한 산업의 자동화에 따라 용접 분야에서도 로봇을 이용한 자동화의 물결이 거세지고 있으며 용접 작업에 이용되는 로봇은 그 편리성에 의하여 사용이 증가되고 있는 추세이다.

특히 선박, 대형 유체탱크, 각종 구조물 등에서 금속모재판을 상호 융착하기 위한 각종 다관절 로봇들이 다수 개발되고 이용되고 있다.

다관절 로봇은 용접을 위한 토오치를 갖는 수평 다관절 암이나 수직 다관절 암을 구비하고, 다관절 암은 베이스에 의해 전체가 지지되도록 구비된다.

또한, 베이스는 다관절 로봇의 용접 작업시 높은 자유도를 가질 수 있도록 구동부를 통해 전후, 좌우 또는 상하로 이동하는 로봇들이 이용되고 있다.

이러한 로봇을 이용한 용접 작업 중 와이어의 용융 금속이 용접부 모재에 정상적으로 용착되지 않고 사방으로 튀어 비산되는 스패터(spatter)가 발생하는 경우에는, 베이스 하부에 배치되는 구동부 주위에 스패터가 작은 덩어리의 상태로 일부 녹아 붙어 있게 됨으로써 구동부의 오 작동이 발생할 수 있게 된다.

본 실시 예는 용접 중 발생하는 스패터로부터 베이스 하측의 구동부를 보호할 수 있는 로봇을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 로봇은 베이스(base)와, 상기 베이스의 상측에 연결되는 하나 이상의 암(arm)과, 용접을 위한 토치(torch)를 갖는 로봇에 있어서, 상기 베이스를 이동시키도록 상기 베이스의 하측에 연결되는 구동부와, 용접 스패터(spatter)로부터 상기 구동부를 보호하도록 상기 구동부 상부를 덮는 보호커버와, 상기 보호커버가 상기 구동부와 간섭되는 것을 방지하도록 상기 보호커버의 일부분을 지지하여 상기 보호커버의 처짐을 방지하는 커버 지지유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 상기 베이스를 승강 이동시키기 위한 승강유닛과, 상기 베이스를 전후 및 좌우방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 위한 가이드유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드유닛은 상기 베이스를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키기 위한 xy테이블과, 상기 xy테이블의 슬라이딩 이동을 안내하는 LM 가이드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 승강유닛은 상기 가이드유닛의 하측에 배치되어 상기 가이드유닛을 승강시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 승강유닛은 상기 가이드유닛을 지지하는 승강플레이트와, 상기 승강플레이트를 승강시키기 위한 X링크부재와, 상기 X링크부재를 밀어 올리거나 당겨 내리도록 상기 X링크부재를 구동하는 링크 구동부와, 상기 X링크부재의 하단을 지지하는 지지플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 커버 지지유닛은 상기 베이스에 지지되는 지지부와, 상기 지지부에서 연장되는 하나 이상의 지지로드와, 상기 보호커버의 어느 일부분을 잡도록 상기 하나 이상의 지지로드에 마련된 홀딩부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 홀딩부는 상기 하나 이상의 지지로드에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 커버 지지유닛은 상기 하나 이상의 지지로드가 상하방향으로 회전될 수 있도록 결합시키는 힌지유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 힌지유닛은 상기 하나 이상의 지지로드의 하방향 회전을 제한하는 걸림부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부를 수용하며 상기 로봇의 적어도 일부가 돌출되는 개구부를 갖는 하우징을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 보호커버는 상기 개구부를 덮도록 일단이 상기 베이스에 지지되고 타단은 상기 개구부의 둘레에 지지되는 유연한(flexible) 재질로 형성될 수 있다.

본 실시 예의 로봇은 용접 작업 중 토치로부터 베이스 하측에 위치되어 베이스를 이동시키는 구동부 쪽으로 용융물이 낙하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 구동부 상부를 덮는 보호커버가 처지는 것을 방지하여 보호커버와 구동부 간의 간섭에 따른 구동부의 오작동을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시 예에 따른 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 로봇을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 실시 예에 따른 로봇의 구동부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 로봇의 커버 지지장치의 결합 관계를 나타낸 것이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 로봇의 커버 지지장치의 동작 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 로봇(10)은 베이스(20)와, 베이스(20)의 상측에 연결되는 하나 이상의 암(arm,30)과, 암(30)의 끝 부분에 마련된 용접 토치(torch,40)를 구비한 다관절 로봇으로 구성될 수 있다.

베이스(20)는 로봇(10)의 암(30)을 전체적으로 지지하는 것으로서, 대략 원통 형상으로 이루어지고, 그 내부에는 암(30)을 구동하기 위한 하나 이상의 모터(미도시)가 내장될 수 있다.

암(30)은 용접 작업시 축을 중심으로 회전할 수 있는 수평 다관절 암으로 구성되되, 베이스(20)의 상측에서 회전 가능한 제1암(31)과, 제1암(31) 상에서 회전 가능한 제2암(32)과, 제2암(32)의 선단부에 설치되어 상하 방향으로 승강 가능하는 제3암(33)을 포함할 수 있다.

제1암(31)은 베이스(20)의 내부에 배치된 모터(미도시)에 의해 제1조인트(34)를 중심으로 회동하고, 제2암(32)은 제1암(31)의 선단부에서 제2조인트(35)를 중심으로 회전하고, 제3암(33)은 제2암(32)의 선단부에 설치되는 승강 가이드(36)를 따라 상하로 이동하도록 마련될 수 있다.

또, 암(30)의 내측에는 모터의 구동력을 전달받기 위한 풀리, 벨트, 감속기 등과 같은 동력전달장치가 내장되고, 동력전달장치를 통해 전달되는 동력을 전달받아 암(30)은 구동될 수 있다.

본 실시 예에서는 베이스(20)의 상측에서 이동되는 2개의 수평 암(31,32)과 1개의 수직 암(33)을 개시하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로서 암(30)의 구조는 용도에 따라서 다양하게 설계 변경될 수 있다. 일례로, 하나 이상의 암(30)이 전부 수평 다관절 암으로 구성되거나 수직 다관절 암으로 구성될 수 있다.

용접 토치(40)는 제3암(33)의 끝 부분에서 축을 중심으로 회전되거나 상하 방향으로 요동할 수 있도록 지지될 수 있다.

이러한 용접 토치(40)는 전류 및 가스를 공급하는 케이블(미도시)과 연결되고, 케이블은 와이어 릴(wire reel)과 연결될 수 있다.

한편, 본 실시 예의 로봇(10)은 용접 작업시 높은 자유도를 가질 수 있도록 베이스(20)의 하측에 마련된 구동부(50)를 더 포함할 수 있다.

구동부(50)는 베이스(20)를 전후 및 좌우 방향(x축 및 y축 방향)으로 이동시키기 위한 가이드유닛(60)과, 베이스(20)를 상하 방향(z축 방향)으로 승강 이동시키기 위한 승강유닛(70)을 포함할 수 있다.

가이드유닛(60)은 베이스(20)의 하측을 지지하며 베이스(20)를 전후 방향(x축)으로 이동시키기 위한 x축 테이블(61)과, x축 테이블(61)을 지지하며 x축 테이블(61)을 좌우 방향(y축)으로 이동시키기 위한 y축 테이블(62)을 포함할 수 있다.

이러한 x,y축 테이블(61,62)은 구동부(63,64)에 의해 각각 레일(65,66)을 따라 슬라이딩 이동되는 LM 가이드(61a,62a)를 구비할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 가이드유닛(60)의 일 예로서 x,y축 테이블(61,62)이 LM 가이드(61a,62a)에 의해 전후 및 좌우 방향으로 이동되도록 구성하였으나, 베이스(20)를 x,y축 방향으로 이동시킬 수 있는 것이라면 가이드유닛(60)의 구성요소는 제한되지 않는다.

승강유닛(70)은 가이드유닛(60)의 하측을 지지하는 승강플레이트(71)와, 승강플레이트(71)를 승강시키기 위한 X링크부재(72)와, X링크부재(72)를 구동하기 위한 링크 구동부(73) 및 X링크부재(72)의 하단을 지지하는 지지플레이트(74)를 포함할 수 있다.

X링크부재(72)는 승강플레이트(71)와 지지플레이트(74) 사이에서 교차되어 지지되는 제1링크(72a)와 제2링크(72b)를 구비하고, 그 중도에는 회전축(72c)에 의해 연결되어 회전축(72c)을 중심으로 회전 운동 가능하게 구비될 수 있다.

제1링크(72a)의 일단은 지지플레이트(74)에 회전 운동 가능하게 결합되고, 타단은 승강플레이트(71)에 마련된 가이드슬롯(71a)에 삽입되어 가이드슬롯(71a)을 따라 직선 이동 가능하게 마련될 수 있다.

제2링크(72b)는 일단이 승강플레이트(71)에 회전 운동 가능하게 결합되고, 타단은 지지플레이트(74)에 마련된 가이드슬롯(74a)에 삽입되어 가이드슬롯(74a)을 따라 직선 이동 가능하게 마련될 수 있다.

링크 구동부(73)는 제1링크(72a)를 밀거나 당기기 위한 푸시로드(73a)와, 푸시로드(73a)를 구동하기 위한 실린더(73b)를 포함할 수 있다.

푸시로드(73a)에 의해 제1링크(72a)는 밀어 올려지거나 당겨 내려지게 됨에 따라 X링크부재(72)는 승강플레이트(71)를 상승시키거나 하강시키게 되고, 이에 따라 로봇(10)은 상하 방향으로 이동할 수 있게 된다.

본 실시 예에서는 승강유닛(70)의 일 예로서 링크구조를 통하여 로봇(10)이 승강되도록 구성하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로서 승강유닛(70)은 볼 스크류의 회전에 의해 볼 스크류와 결합된 너트가 상하 운동되는 구조를 승강플레이트에 적용할 수 있음은 당연하다.

한편, 용접 작업이 필요한 작업 장소로의 로봇(10) 이송을 위하여 본 실시 예의 로봇(10)은 이동 가능하게 마련된 하우징(90)에 수납될 수 있다.

하우징(90)은 대략 박스 형태로 구비되고, 그 하단에는 이동을 원활하게 하기 위한 휠(91)이 결합될 수 있다.

하우징(90)의 내부에는 구동부(50)를 수용할 수 있는 공간이 형성되고, 그 바닥에는 구동부(50)의 지지플레이트(74)가 고정 결합될 수 있다. 또, 하우징(90) 내에는 로봇(10)의 구동을 제어하도록 AC 서보 드라이버, 메인 제어기, CPU 보드, 모션 컨트롤러 등과 같은 제어장치(미도시)가 내장될 수 있다.

하우징(90)의 상면에는 구동부(50)에 의해 이동되는 베이스(20)와 간섭되지 않도록 베이스(20)의 이동 범위보다 큰 면적을 갖도록 개방된 개구부(95)가 마련될 수 있다.

이러한 구조를 통하여 용접 토치(40)를 갖는 로봇(10)은 하우징(90)에 수납된 상태로 용접 장소로 이동된 후 구동부(50)에 의해 승강하거나 좌우방향 또는 전후방향으로 이동하면서 용접 대상물에 대하여 용접 작업을 수행하게 된다.

한편, 용접 토치(40)의 불꽃에 의한 용접 작업 중에는 용융금속이 용접부 모재에 정상적으로 용착되지 않고 사방으로 튀어 비산되는 스패터(spatter)가 발생하게 되고, 이러한 스패터는 용접 토치(40)의 하방에 위치되는 구동부(50)에 떨어져 구동부(50)의 오작동을 야기할 수 있게 된다.

이를 방지하도록 본 실시 예의 로봇(10)은 용접 중 비산되는 스패터로부터 구동부(50)를 보호하기 위한 보호커버(80)와, 보호커버(80)의 처짐을 방지하기 위한 커버 지지유닛(100)을 구비할 수 있다.

보호커버(80)는 가죽 등과 같은 플렉서블(flexible) 재질로 형성되어 구동부(50)의 상부를 덮도록 마련될 수 있다.

즉, 보호커버(80)는 개구부(95)의 공간 전체를 덮도록 일단은 베이스(20)의 둘레에 지지되고, 타단은 하우징(90)의 개구부(95)에 지지되어 비산되는 용융금속이 개구부(95)를 통해 구동부(50) 쪽으로 유입되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

한편, 보호커버(80)는 구동부(50)에 의해 이동되는 베이스(20)의 이동 동작에 대한 저항력이 발생되지 않도록 그 면적은 상대적으로 크게 마련되게 되고, 이에 따라 베이스(20)와 개구부(95) 테두리 사이에 위치되는 보호커버(80)의 일부분은 아래 방향으로 처짐이 발생하게 된다.

이러한 보호커버(80)의 처진 부분은 베이스(20)의 하방에 위치되는 구동부(50)와 간섭됨에 따라 구동부(50)의 동작시 구성요소들 사이의 틈새에 보호커버(80)가 끼이게 될 수 있게 된다.

이를 방지하도록 커버 지지유닛(100)은 보호커버(80)가 처지는 부분을 잡도록 마련되어 보호커버(80)의 처짐을 방지하는 기능을 수행한다.

이를 위해 커버 지지유닛(100)은 보호커버(80) 상부의 베이스(20) 둘레에 지지되는 지지부(110)와, 지지부(110)에서 연장 형성되는 지지로드(120)와, 보호커버(80)의 처지는 부분을 잡도록 지지로드(120)의 일측에 마련된 홀딩부(130)를 포함할 수 있다.

지지부(110)는 베이스(20)의 둘레에 밀착 결합되는 링 형태로 구비될 수 있다. 이러한 지지부(110)는 베이스(20)에 용접 결합되어 일체로 형성되거나 별도로 구비되어 베이스(20)에 탈착될 수 있다.

지지로드(120)는 지지부(110)의 반경방향을 따라 소정간격 이격된 위치에서 지지부(110)의 외측 방향을 향해 연장 형성될 수 있다.

본 실시 예에서는 지지로드(120)는 지지부(110)의 반경방향에 대하여 대략 90도 간격으로 배치된 4개를 구비하도록 하였으나, 그 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.

홀딩부(130)는 필요에 따라 보호커버(80)를 잡는 위치가 변경될 수 있도록 지지로드(120)의 길이를 따르는 임의의 위치에서 분리 가능하게 결합되는 집게 형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 구성을 통하여, 도 2에 도시된 바와 같이 커버 지지유닛(100)의 홀딩부(130)는 보호커버(80)의 일부분을 잡은 상태에 있게 되므로 보호커버(80)가 그 자중에 의한 처짐에 의해 베이스(20) 하방에 위치되는 구동부(50)와 간섭되는 것을 방지하게 된다.

한편, 지지로드(120)는 승강유닛(70)에 의한 베이스(20)의 하강시 하우징(90)의 개구부(95) 둘레와 간섭될 수 있고, 이러한 간섭에 의해 커버 지지유닛(100)은 손상될 수 있게 된다.

이를 방지하도록 지지로드(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 지지부(110)에 마련된 힌지유닛(140)을 중심으로 상향 회동 가능하게 구비될 수 있다.

힌지유닛(140)은 지지로드(120)의 끝 부분이 축 결합되기 위한 힌지공(141)이 마련된 힌지 플레이트(142)와, 힌지 플레이트(142)의 하측에서 수평 방향으로 연장되어 지지로드(120)가 하방으로 회전되는 것을 제한하는 걸림부(143)를 구비할 수 있다.

지지로드(120)의 끝 부분에는 힌지 플레이트(142)가 삽입되는 절개홈(121)과, 절개홈(121)의 양측으로 힌지공(141)과 대응하는 한 쌍의 관통홀(123)이 마련될 수 있다.

또한, 지지로드(120)의 끝 부분은 힌지유닛(140)을 중심으로 지지로드(120)가 회전되는 경우 원활한 회전을 위해 원형 형상으로 이루어질 수 있다.

지지로드(120)의 결합시 절개홈(121) 내에는 힌지 플레이트(142)가 삽입되고, 힌지핀(145)은 관통홀(123)과 힌지공(141)을 관통하여 삽입될 수 있다.

이를 통해 지지로드(120)는 힌지핀(145)을 중심으로 상하방향으로 회전하게 되고, 지지로드(120)가 하방으로 회전되는 경우에는 걸림부(143)에 의해 지지로드(120)는 떠 받쳐지게 되므로 수평방향의 아래로 지지로드(120)가 내려가는 것이 제한되게 된다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 베이스(20)가 구동부(50)의 승강유닛(70)에 의해 하강하는 경우 지지로드(120)의 끝 부분이 하우징(90)의 개구부(95) 둘레에 접촉하게 되나, 지지로드(120)는 힌지유닛(140)에 의해 상향 회동하게 되므로 간섭에 따른 파손을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 실시 예에서는 베이스(20) 하측의 구동부(50)가 하우징(90) 내에 수용되고, 베이스(20)는 하우징(90)의 개구부(95) 내측에서 이동되는 로봇을 구성하였으나, 하우징(90)이 구비되지 않는 경우에도 적용될 수 있음을 밝힌다.

이 경우, 로봇(10)은 베이스(20) 하측의 구동부(50)가 외부로 노출되게 되나, 베이스(20) 하측의 구동부(50)는 본 실시예의 커버 지지유닛(100)에 지지되는 보호커버(80)에 의해 전술한 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는 커버 지지유닛(100)은 지지부(110)에 힌지유닛(140)이 마련되도록 하였으나, 힌지유닛(140)이 베이스(20)의 둘레에 마련될 수도 있을 것이다.

또한, 본 실시 예에서는 로봇의 일 예로서, 용접 작업을 위한 로봇을 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 부산물이 낙하될 수 있는 작업에 사용되는 로봇(도장 로봇 등)등에도 적용될 수 있음은 당연하다

이 경우, 토치는 도료를 분사하는 스프레이 건으로 대체될 수 있을 것이다..

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 로봇, 20: 베이스,
30: 암, 40: 토치,
50: 구동부, 60: 가이드유닛,
61: x축 테이블, 62: y축 테이블,
70: 승강유닛, 72: X링크부재,
80: 보호커버, 90: 하우징,
95: 개구부, 100: 커버 지지유닛,
110: 지지부, 120: 지지로드,
130: 홀딩부, 140: 힌지유닛,
143: 걸림부.

Claims (11)

1. 베이스(base)와, 상기 베이스의 상측에 연결되는 하나 이상의 암(arm)과, 용접을 위한 토치(torch)를 갖는 로봇에 있어서,
   상기 베이스를 이동시키도록 상기 베이스의 하측에 연결되는 구동부와,
   용접 스패터(spatter)로부터 상기 구동부를 보호하도록 상기 구동부 상부를 덮는 보호커버와,
   상기 보호커버가 상기 구동부와 간섭되는 것을 방지하도록 상기 보호커버의 일부분을 지지하여 상기 보호커버의 처짐을 방지하는 커버 지지유닛을 포함하는 로봇.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 베이스를 승강 이동시키기 위한 승강유닛과, 상기 베이스를 전후 및 좌우방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키기 위한 가이드유닛을 포함하는 로봇.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 가이드유닛은 상기 베이스를 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키기 위한 xy테이블과, 상기 xy테이블의 슬라이딩 이동을 안내하는 LM 가이드를 포함하는 로봇.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 승강유닛은 상기 가이드유닛의 하측에 배치되어 상기 가이드유닛을 승강시키는 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 승강유닛은 상기 가이드유닛을 지지하는 승강플레이트와, 상기 승강플레이트를 승강시키기 위한 X링크부재와, 상기 X링크부재를 밀어 올리거나 당겨 내리도록 상기 X링크부재를 구동하는 링크 구동부와, 상기 X링크부재의 하단을 지지하는 지지플레이트를 포함하는 로봇..
6. 제 1항에 있어서,
   상기 커버 지지유닛은 상기 베이스에 지지되는 지지부와, 상기 지지부에서 연장되는 하나 이상의 지지로드와, 상기 보호커버의 어느 일부분을 잡도록 상기 하나 이상의 지지로드에 마련된 홀딩부를 포함하는 로봇
7. 제 6항에 있어서,
   상기 홀딩부는 상기 하나 이상의 지지로드에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 커버 지지유닛은 상기 하나 이상의 지지로드가 상하방향으로 회전될 수 있도록 결합시키는 힌지유닛을 더 포함하는 로봇.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 힌지유닛은 상기 하나 이상의 지지로드의 하방향 회전을 제한하는 걸림부를 포함하는 로봇.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부를 수용하며 상기 로봇의 적어도 일부가 돌출되는 개구부를 갖는 하우징을 더 포함하는 로봇.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 보호커버는 상기 개구부를 덮도록 일단이 상기 베이스에 지지되고 타단은 상기 개구부의 둘레에 지지되는 유연한(flexible) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 로봇.

Images