KR101249982B1 - 리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라이드가 수직 방향으로 이송가능하게 설치되는 경우 구동벨트의 끊어짐에 대한 브레이크 제동 응답성이 높아 리니어 로봇을 안전하게 보호할 수 있고, 끊어진 구동벨트의 교체를 안전하게 수행할 수 있도록 한 리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 메인 베이스와, 베인 베이스에 설치된 선형 모션 가이드에 연결되어 수직 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 설치된 슬라이드와, 슬라이드와 볼 스크류 결합되어 상기 메인 베이스에 정역 회전가능하게 설치된 볼 스크류 축과, 볼 스크류 축을 회전 구동시키기 위한 서보모터와, 서보모터의 회전력을 볼 스크류 축에 전달하는 구동벨트를 구비한 리니어 로봇의 슬라이드 구동장치에 있어서, 상기 볼 스크류 축에 고정 결합되어 일체로 정역 회전되는 래치 기어와; 일단이 상기 래치 기어의 일측에 피봇 결합되어 있고 타단이 상기 구동벨트에 지지되어 있고, 일 개소에 래치 기어의 치형과 이맞물림하는 역회전방지용 걸림치형을 갖는 래치 암과; 상기 래치 암을 상기 래치 기어측으로 회전시키는 회전력을 제공하여 상기 구동벨트가 끊어지는 경우 래치 암을 회전시켜 역회전방지용 걸림치형이 래치 기어에 이맞물림시키는 스프링수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치{Automatic break device for safety at the time cut off driving belt of linear robot}

본 발명은 리니어 로봇의 슬라이드를 구동시키는 데 사용되는 구동벨트의 끊어짐시 작동되는 제동장치에 관한 것으로, 특히 슬라이드가 수직 방향으로 이송가능하게 설치되는 경우 구동벨트 끊어짐에 대한 브레이크 제동에 대한 응답성이 높고, 끊어진 구동벨트 교체를 안전하게 수행할 수 있도록 한 리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치에 관한 것이다.

리니어 로봇은 예를 들면 LCD, PDP, 핸드폰, 반도체 등의 클린룸(clean room) 등과 같이 복잡하고 정밀한 작업을 요하는 곳에서 주로 직선 운동을 필요로 하는 장치에 사용되고 있다.

따라서 리니어 로봇은 직선 운동을 하는 슬라이드가 구비되고, 슬라이드는 메인 베이스의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 이때 슬라이드는 선형 모션 가이드를 통해 메인 베이스에 설치된다. 또한 슬라이드는 볼 스크류 축의 회전 방향에 따라 메인 베이스의 높이 방향으로 승강 이송하도록 설치되는 경우가 있다. 이때 볼 스크류 축을 회전 구동시키기 위한 서보모터가 구비되고, 서보 모터의 회전력은 구동벨트를 통해 볼 스크류 축에 전달된다.

따라서 종래 슬라이드가 수직 방향으로 이동하도록 설치된 리니어 로봇의 경우 서보 모터의 회전 방향에 따라 구동벨트가 회전 운동을 하여 볼 스크류 축이 정역 회전하고, 이에 연동하여 슬라이드가 상하로 승강 이송운동을 하게 된다. 이때 슬라이드가 상승 중 또는 하강 중에 급작히 구동벨트가 끊어질 경우 볼 스크류 축이 무부하 상태가 되고, 이로 인해 슬라이드의 자중에 의해 볼 스크류 축이 스스로 회전하여 슬라이드가 자유 낙하를 하게 되어 리니어 로봇의 파손과 함께 기계 정밀도를 해하게 되는 문제를 야기시킨다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 슬라이드가 수직 방향으로 이송가능하게 설치되는 경우 구동벨트의 끊어짐에 대한 브레이크 제동 응답성이 높아 리니어 로봇을 안전하게 보호할 수 있고, 끊어진 구동벨트의 교체를 안전하게 수행할 수 있도록 한 리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

메인 베이스와, 베인 베이스에 설치된 선형 모션 가이드에 연결되어 수직 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 설치된 슬라이드와, 슬라이드와 볼 스크류 결합되어 상기 메인 베이스에 정역 회전가능하게 설치된 볼 스크류 축과, 볼 스크류 축을 회전 구동시키기 위한 서보모터와, 서보모터의 회전력을 볼 스크류 축에 전달하는 구동벨트를 구비한 리니어 로봇의 슬라이드 구동장치에 있어서,

상기 볼 스크류 축에 고정 결합되어 일체로 정역 회전되는 래치 기어와;

일단이 상기 래치 기어의 일측에 피봇 결합되어 있고 타단이 상기 구동벨트에 지지되어 있고, 일 개소에 래치 기어의 치형과 이맞물림하는 역회전방지용 걸림치형을 갖는 래치 암과;

상기 래치 암을 상기 래치 기어측으로 회전시키는 회전력을 제공하여 상기 구동벨트가 끊어지는 경우 래치 암을 회전시켜 역회전방지용 걸림치형이 래치 기어에 이맞물림시키는 스프링수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면,

상기 래치 암의 타단에 고정된 베어링 축과, 베어링 축에 결합되어 상기 구동벨트와 구름 운동으로 접촉하는 구름 베어링이 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면,

상기 메인 베이스의 하부에 설치되어 상기 서보 모터가 장착되는 모터 플레이트와;

상기 모터 플레이트에 설치된 구동벨트 끊김 감지센서와;

상기 래치 암에 장착되어 구동벨트의 끊김시 상기 구동벨트 끊김 감지센서로 이동하여 구동벨트 끊김 감지신호를 발생시키는 센서 도그가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면,

스프링수단은 일단이 래치 암의 타단에 연결되고 타단이 상기 메인 베이스의 하부에 설치된 모터 플레이트에 연결된 인장스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면,

구동벨트 끊김 감지신호의 발생시 상기 볼 스크류 축을 수동으로 회전 정지시키기 위한 장치로서,

상기 볼 스크류 축에 삽입되어 메인 베이스의 상면에 고정 장착되고, 상기 볼 스크류 축이 삽입되는 내경을 축소시킬 수 있는 슬릿을 갖는 브레이크 조우와;

상기 브레이크 조우에 결합되어 회전 방향에 따라 슬릿의 폭을 조절하여 볼 스크류 축을 제동시키는 브레이크 스크류와;

상기 브레이크 스크류에 일단이 연결되어 회전 조임력을 발생시키기 위한 클램프 레버가 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 슬라이드가 상승 중 또는 하강 중에 갑자기 서보모터의 동력 절단을 매개하는 구동벨트가 끊어지게 되면, 래치 암이 래치 기어에 치형 결합되어 볼 스크류 축의 회전을 즉시 정지시킨다. 따라서 볼 스크류 축에 연결된 슬라이드의 자중에 의한 자유 낙하가 방지되어 이송계 및 슬라이드에 연결되는 각종 로봇 장치와 기구의 안전한 보호가 가능하게 되어 기계 정밀도를 유지할 수 있다.

또한 클램프 레버의 조작만으로 볼 스크류 축의 수동 정지 및 해제를 이룰 수 있어 구동벨트의 안전한 교체 수리가 가능하고, 구동벨트 끊김 감지센서로부터 구동벨트 끊김 감지신호가 발생되어 구동벨트의 교체 수리를 신속히 할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치가 적용된 리니어 로봇의 정면도.
도 2는 도 1의 하부측 확대도.
도 3은 도 1의 상부측 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치의 작동 전 동작상태도.
도 5는 본 발명에 따른 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치의 작동 후동작상태도.
도 6은 본 발명에 적용되는 볼 스크류 축의 잠금장치를 나타낸 평면도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1 내지 도 3에서와 같이 리니어 로봇은 메인 베이스(10)를 구비한다. 메인 베이스(10)에는 한 쌍의 선형 모션 가이드(12)가 설치된다. 선형 모션 가이드(12)는 메인 베이스(10)에 길이 방향으로 장착된 가이드 레일(12a)과 가이드 레일(12a)에 슬라이딩 이동가능하게 결합되어 있는 레일 블록(12b)으로 구성되어 있다.

레일 블록(12b)에는 슬라이드(14)가 장착되어 있다. 따라서 슬라이드(14)는 가이드 레일(12a)을 따라 길이 방향으로 수직하게 상하로 이동가능하게 설치된다. 슬라이드(14)는 볼 스크류 축(16)의 회전 방향에 따라 메인 베이스(10)의 높이 방향으로 승강 이송 운동하게 되어 있다. 볼 스크류 축(16)은 메인 베이스(10)에 수직축(Z축) 방향으로 입설되어 상,하부측 베어링(15a,15b)에 의해 지지되어 있다. 슬라이드(14)는 볼 스크류 축(16)과 볼 너트(17)를 통해 볼 스크류 결합되어 있다. 슬라이드(14)에는 로봇 암 등의 각종 장치들이 설치된다.

볼 스크류 축(16)을 회전 구동시키기 위한 서보모터(18)가 구비된다. 서보모터(18)는 메인 베이스(10)의 하단에 장착된 모터 플레이트(11)의 일측에 수직으로 입설되어 있다. 서보모터(18)의 출력단(18a)에는 구동풀리(19)가 고정 결합되어 있고, 구동 풀리(19)는 구동벨트(20)를 통하여 종동 풀리(21)와 연결되어 있고, 종동 풀리(21)는 볼 스크류 축(16)의 하단에 고정 결합되어 있다. 본 실시 예에서 구동벨트(20)는 타이밍 벨트로 구성하였으나 본 발명은 구동벨트가 평벨트, V벨트로 구성되어 있는 경우에도 적용이 가능함은 물론이다.

따라서 서보 모터(18)의 회전 방향에 따라 구동벨트(20)가 회전 운동을 하여 볼 스크류 축(16)이 정역 회전하고, 이에 연동하여 슬라이드(14)가 Z축 방향을 따라 승강 이송운동을 하게 된다. 이때 본 발명은 슬라이드(14)가 상방에 위치한 상태에서 급작히 구동벨트(20)가 끊어질 경우 볼 스크류 축(16)의 회전을 정지시켜 슬라이드(14)가 자중에 의해 낙하하는 것을 방지하는 안전 제동장치가 설치된다.

안전 제동장치는 도 4 및 도 5와 같이 래치 기어(30), 래치 암(32) 및 래치암 스프링(40)으로 구성되어 있다. 도 4는 본 발명에 따른 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치의 작동 전 동작상태도이고, 도 5는 본 발명에 따른 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치의 작동 후동작상태도를 나타낸다.

래치 기어(30)는 볼 스크류 축(16)의 하단부에 고정 결합되어 일체로 정역 회전된다. 래치 기어(30)는 종동 풀리(21)의 일측에 위치하여 볼 스크류 축(16)에 키이 결합되어 있다. 래치 기어(30)는 외주면에 다수 개의 치형을 갖고 있다.

래치 암(32)은 일단이 래치 기어(30)의 일측에 피봇축(31)으로 피봇 결합되어 있고 타단이 구동벨트(20)에 지지되어 있다. 래치 암(32)은 일 개소에 래치 기어(30)의 치형과 이맞물림하는 역회전방지용 걸림치형(32a)을 갖고 있다. 여기서 래치 암(32)의 타단을 구동벨트(20)와 구름 접촉을 시키기 위해 베어링 축(34)과 구름 베어링(36)이 설치된다. 이때 베어링 축(34)의 일단은 래치 암(32)의 타단에 나사 결합으로 고정되고, 구름 베어링(36)은 베어링 축(34)의 타단에 구동벨트(20)와 구름 운동으로 접촉하도록 설치된다.

래치암 스프링(40)은 래치 암(32)을 래치 기어(30)측으로 회전시키는 회전력을 제공한다. 이때 구동벨트(20)가 끊어지는 경우 래치암 스프링(40)의 인장력으로 래치 암(32)을 피봇축(31)에서 회전시켜 역회전방지용 걸림치형(32a)이 래치 기어(30)에 이맞물림시키는 기능을 수행한다.

본 실시 예에서 래치암 스프링(40)은 일단이 래치 암(32)의 타단에 연결되고 타단이 모터 플레이트(11)에 연결된 인장스프링으로 구성되어 있다. 그러나 본 발명은 래치 암 스프링(40)의 위치에 따라 압축스프링을 사용할 수도 있으며, 토션 스프링 등으로 구성할 수도 있다.

따라서 도 4와 같이 구동벨트(20)가 끊어지기 이전에는 구름 베어링(36)이 구동벨트(20)에 지지되어 있어 래치 암(32)이 구동벨트(20)의 직선 구간과 나란한 상태를 유지하고 있게 된다. 이때 래치암 스프링(40)은 래치 암(32)을 래치 기어(30)측으로 회전시키는 스프링력을 발휘하고 있으나 구동벨트(20)가 이를 억제하여 래치 암(32)측 역회전방지용 걸림치형(32a)과 래치 기어(30)측 치형이 서로 분리되어 있어 래치 기어(30)는 볼 스크류 축(16)의 회전 방향에 따라 연동하여 정역회전한다.

한편, 본 발명은 도 5와 같이 구동벨트(20)가 끊어질 경우 이를 감지하기 위해 서보 모터(18)가 장착되는 모터 플레이트(11)에 설치된 구동벨트 끊김 감지센서(50)와, 래치 암(32)에 장착되어 구동벨트(20)의 끊김시 구동벨트 끊김 감지센서(50)로 이동하여 구동벨트 끊김 감지신호를 발생시키는 센서 도그(52)가 더 설치될 수 있다. 여기서 구동벨트 끊김 감지센서(50)는 스위칭 센서, 광 센서, 근접 센서 등등이 될 수 있다.

한편, 본 발명은 구동벨트 끊김 감지센서(50)로부터 구동벨트 끊김 감지신호의 발생시 볼 스크류 축(16)을 수동으로 회전 정지시키기 위한 장치로서, 도 3 및 도 6과 같이 브레이크 조우(62), 브레이크 스크류(64) 및 클램프 레버(66)가 구성된다.

브레이크 조우(62)는 볼 스크류 축(16)의 상단부에 삽입되어 메인 베이스(10)의 상면에 고정 장착된다. 브레이크 조우(62)는 볼 스크류 축(16)이 삽입되는 내경(62b)을 축소시킬 수 있는 절개된 슬릿(62a)을 갖는다.

브레이크 스크류(64)는 브레이크 조우(62)에 결합되어 회전 방향에 따라 슬릿(62a)의 폭을 조절하여 볼 스크류 축(16)의 회전을 정지시킨다. 이때 브레이크 스크류(64)는 선단에 나사가 형성되어 브레이크 조우(62)의 나사구멍(62c)에 나사 결합된다. 따라서 브레이크 스크류(64)는 나사구멍(62c)에 나사 결합되는 량에 따라 슬릿(62a)의 폭을 조절하여 내경(62b)의 크기를 확대 및 축소시킨다.

클램프 레버(66)는 브레이크 스크류(64)의 후단에 연결되어 회전 조임력을 발생시키기 위한 것이다. 따라서 클램프 레버(66)는 회전력을 발생시킬 수 있는 형태이면 족하므로 본 실시 예의 형태에 제한되는 것은 아니다.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 설명한다.

먼저, 구동벨트(20)가 끊어지기 이전에는 도 2 및 도 4와 같이 서보모터(18)의 구동 방향에 따라 구동벨트(20)의 동력 전달에 의해 볼 스크류 축(16)이 정역 회전하여 슬라이드(14)가 승강 이송운동을 하게된다.

이때 안전 제동장치측을 살펴 보면, 구름 베어링(36)이 구동벨트(20)에 지지되어 있어 래치 암(32)이 구동벨트(20)의 직선 구간과 나란한 상태를 유지하고 있게 된다. 이때 래치암 스프링(40)은 래치 암(32)을 래치 기어(30)측으로 회전시키는 인장력을 발휘하고 있으나 구동벨트(20)가 이를 억제하여 래치 암(32)측 역회전방지용 걸림치형(32a)과 래치 기어(30)측 치형이 서로 분리되어 있어 래치 기어(30)는 볼 스크류 축(16)의 회전 방향에 따라 연동하여 정역회전이 일어나게 된다.

이같이 슬라이드(14)가 정상적으로 승강 이동하고 있는 상태에서 슬라이드(14)가 도 3과 같이 메인 베이스(10)의 상부측에 위치하고 있을 때 갑자기 구동벨트(20)가 끊어지면, 구동벨트(20)가 구름 베어링(36)을 지지하고 있는 힘이 제거된다.

따라서 도 5와 같이 래치암 스프링(40)의 인장력을 받고 있던 래치 암(32)이 피봇 축(31)을 중심으로 회전하여 역회전방지용 걸림치형(32a)과 래치 기어(30)측 치형(30a)이 서로 물림하게 된다. 이와 동시에 스크류 축(16)의 회전이 억제되어 슬라이드(14)는 해당 위치에서 멈춤된다. 이같이 구동벨트(20)가 끊어지는 경우 슬라이드(14)가 즉시 정지되어 각종 기계 장치가 보호된다.

이같이 래치 암(32)이 슬라이드(14)의 자유 낙하를 방지함과 동시에 센서 도그(52)가 구동벨트 끊김 감지센서(50)에 접근하여 구동벨트 끊김을 즉시 감지하게 된다.

이후 끊어진 구동벨트(20)를 교체 수리하기 전에 볼 스크류 축(16)을 수동으로 회전 정지시키기 위해 클램프 레버(66)를 잡고 브레이크 스크류(64)를 회전시켜 브레이크 조우(62)로 볼 스크류 축(16)이 회전하지 못하도록 멈춤 유지시킨다.

이후 구동벨트(20)의 교체 수리가 완료되면, 다시 래치암(32)을 원위치시키고 브레이크 조우(62)를 풀림 조작하여 볼 스크류 축(16)이 회전 구동할 수도 있도록 한다.

이와 같이 본 발명은 슬라이드(14)가 상승 중 또는 하강 중에 갑자기 서보모터(18)의 동력 절단을 매개하는 구동벨트(20)가 끊어지게 되면, 래치 암(32)이 래치 기어(30)에 치형 결합되어 볼 스크류 축(30)의 회전을 정지시킨다.

따라서 볼 스크류 축(30)에 연결된 슬라이드(14)의 자중에 의한 자유 낙하가 방지되어 이송계 및 슬라이드(14)에 연결되는 각종 로봇 장치와 기구의 안전한 보호가 가능하게 되고 기계 정밀도를 유지할 수 있다.

또한 클램프 레버(66)의 조작만으로 볼 스크류 축(30)의 수동 정지 및 해제를 이룰 수 있어 구동벨트(20)의 안전한 교체 수리가 가능한다. 또한 구동벨트 끊김 감지센서(50)로부터 구동벨트 끊김 감지신호의 발생되어 구동벨트(20)의 교체 수리를 신속히 할 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다.

10: 메인 베이스
11: 모터 플레이트
12: 선형 모션 가이드
14: 슬라이드
16: 볼 스크류 축
19: 구동풀리
20: 구동벨트
21: 종동 풀리
30: 래치 기어
32: 래치 암
36: 구름 베어링
40: 래치암 스프링
50: 구동벨트 끊김 감지센서
52: 센서 도그
62: 브레이크 조우
64: 브레이크 스크류
66: 클램프 레버

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 메인 베이스(10)와, 베인 베이스(10)에 설치된 선형 모션 가이드(12)에 연결되어 수직 방향으로 슬라이딩 이동가능하게 설치된 슬라이드(14)와, 슬라이드(14)와 볼 스크류 결합되어 상기 메인 베이스(10)에 정역 회전가능하게 설치된 볼 스크류 축(16)과, 볼 스크류 축(16)을 회전 구동시키기 위한 서보모터(18)와, 서보모터(18)의 회전력을 볼 스크류 축(16)에 전달하는 구동벨트(20)를 구비한 리니어 로봇의 슬라이드 구동장치에 있어서,
   상기 볼 스크류 축(16)에 고정 결합되어 일체로 정역 회전되는 래치 기어(30)와; 일단이 상기 래치 기어(30)의 일측에 피봇 결합되어 있고 타단이 상기 구동벨트(20)에 지지되어 있고, 일 개소에 래치 기어(30)의 치형과 이맞물림하는 역회전방지용 걸림치형(32a)을 갖는 래치 암(32)과; 상기 래치 암(32)을 상기 래치 기어(30)측으로 회전시키는 회전력을 제공하여 상기 구동벨트(20)가 끊어지는 경우 래치 암(32)을 회전시켜 역회전방지용 걸림치형(32a)이 래치 기어(30)에 이맞물림시키는 스프링수단과; 상기 메인 베이스(10)의 하부에 설치되어 상기 서보 모터(18)가 장착되는 모터 플레이트(11)와; 상기 모터 플레이트(11)에 설치된 구동벨트 끊김 감지센서(50)와; 상기 래치 암(32)에 장착되어 구동벨트(20)의 끊김시 상기 구동벨트 끊김 감지센서(50)로 이동하여 구동벨트 끊김 감지신호를 발생시키는 센서 도그(52);를 포함하며,
   구동벨트 끊김 감지신호의 발생시 상기 볼 스크류 축(16)을 수동으로 회전 정지시키기 위한 장치로서,
   상기 볼 스크류 축(16)에 삽입되어 메인 베이스(10)의 상면에 고정 장착되고, 상기 볼 스크류 축(16)이 삽입되는 내경을 축소시킬 수 있는 슬릿(62a)을 갖는 브레이크 조우(62)와;
   상기 브레이크 조우(62)에 결합되어 회전 방향에 따라 슬릿(62a)의 폭을 조절하여 볼 스크류 축(16)을 제동시키는 브레이크 스크류(64)와;
   상기 브레이크 스크류(64)에 일단이 연결되어 회전 조임력을 발생시키기 위한 클램프 레버(66)가 포함된 것을 특징으로 하는 리니어 로봇의 구동벨트 끊김 안전을 위한 자동 제동장치.

Images