KR101340867B1 - 병렬형 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 병렬형 로봇에는, 베이스: 상기 베이스에 지지되는 적어도 세 개의 링크; 상기 세 개의 링크의 일단부에 연결되는 이팩터; 및 상기 베이스 측에 지지되고, 상기 적어도 세 개의 링크의 타단부를 진퇴시키는 리니어 모터가 포함될 수 있다. 본 발명에 따르면 병렬형 로봇이 신속하게 동작하여 사용효율을 높일 수 있고, 정확한 위치로의 이동이라는 효과를 달성할 수 있다.

Description

병렬형 로봇{PARALLEL ROBOT}

본 발명은 병렬형 로봇에 관한 것이다.

병렬형 로봇은 병렬로 세 개 이상 마련되는 링크의 병렬동작으로 부품을 신속하게 잡고서 이동할 수 있는 장치이다.

병렬형 로봇은 미국특허 4976582를 그 원천특허로 하고 있는 것으로서, 현재 그 특허는 기간이 만료된 상태이다. 상기 병렬형 로봇에 대한 기본개념은 상기 미국특허 4976582에 제시된 바가 있고, 세 개의 링크를 이용하여 제품의 포장 덮게 웨이퍼의 이송 등을 신속히 할 수 있는 등의 역할을 수행할 수 있다.

이와 다른 형태로서 대한민국특허 10-1023671호에는 네 개의 링크를 이용하여 보다 신속하고 정확하게 동작되는 병렬형 로봇이 소개된 바가 있다. 상기 대한민국특허에 따르면 네 개의 링크를 운동시켜서 이팩터가 자체적인 회전이 가능하도록 하는 동작을 만들어 낼 수 있다.

설명되는 바와 같은 병렬형 로봇은, 신속한 동작, 가능한 한 무거운 물건의 이송, 정확한 이송위치확보 등이 중요한 기술적 장점이다.

상기되는 기술에 따르면, 킬로그램 단위의 무거운 물건을 신속하게 이송하는 기능을 수행할 수는 있으나, 그에 따른 정확도를 확보하기 위하여 이송에 어느 정도의 시간이 소요되는 단점이 있다. 이와 같이 시간이 소요되는 주된 이유는 링크를 구동시키는 모터에 감속기를 개재하여 링크의 이동속도를 제어하기 때문이고, 중량을 지지하기 위하여 천천히 움직여야 하기 때문이다.

본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 제안되는 것으로서, 이동속도를 극대화할 수 있고, 이로써 로봇의 성능을 향상시킬 수 있는 병렬형 로봇을 제안하는 것으로 목적으로 한다.

또한, 병렬형 로봇의 이송속도는 물론이고 정확한 위치로의 이동이라는 효과를 얻어낼 수 있는 병렬형 로봇을 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하는 본 발명에 따른 병렬형 로봇에는, 베이스; 상기 베이스에 지지되는 적어도 세 개의 링크; 상기 세 개의 링크의 일단부에 연결되는 이팩터; 및 상기 베이스 측에 지지되고, 상기 적어도 세 개의 링크의 타단부를 진퇴시키는 리니어 구동원가 포함된다.

또한, 상기 리니어 구동원에는 진퇴부재가 마련되고, 상기 진퇴부재가 상기 적어도 세 개의 링크의 일단부를 진퇴시키는 것을 특징으로 하고, 여기서, 상기 진퇴부재는 상기 베이스를 중심으로 안팎으로 진퇴동작한다.

또한, 상기 적어도 세 개의 링크는 상기 베이스에 회전가능하게 지지된다.

다른 측면에 따른 본 발명의 병렬형 로봇에는, 베이스; 상기 베이스에 지지되는 적어도 세 개의 링크; 상기 세 개의 링크의 일단부에 연결되는 이팩터; 및 상기 적어도 세 개의 링크의 타단부에 연결되는 리니어 구동원가 포함되고, 상기 리니어 구동원에서 일방향으로 움직이는 진퇴부재는 상기 베이스의 중심을 기준으로 방사방향으로 진퇴운동한다. 여기서, 상기 리니어 구동원는 리니어 모터 또는 리니어 전자 솔레노이드 또는 리니어 엑츄에이터일 수 있다.

상기되는 본 발명에 따르면 병렬형 로봇이 신속하게 동작하여 사용효율을 높일 수 있고, 정확한 위치로의 이동이라는 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 병렬형 로봇의 사시도.
도 2는 실시예에 따른 병렬형 로봇의 측면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한, 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 실시예에 따른 병렬형 로봇의 사시도이다. 이하의 설명에서 상기 링크를 포함하는 부품은 세 개 이상이 설치되어 있다. 이에 특별한 다른 내용에 대한 설명이 없는 한, 어느 하나의 링크와 관련되는 구성에 대해서만 설명을 하지만 그에 대한 설명은 다른 링크들에 대해서도 마찬가지로 적용된다.

도 1을 참조하면, 외부에 고정되는 고정부를 제공할 수 있고, 병렬형 로봇의 각 부품이 안착되는 베이스(1)와, 상기 베이스(1)에서 일측으로 연장되어 나오는 적어도 세 개의 링크(10)와, 상기 링크(10)의 일단부가 체결되고 별도의 공구가 장착될 수 있는 이팩터(2)가 제공된다.

간단하게 병렬형 로봇의 동작을 설명한다. 상기 베이스(1)의 어느 지점에 지지된 상태에서 상기 링크(10)가 실선 화살표로 지시되는 바와 같이 움직인다. 상기 링크(10)가 움직이는 상태에서 링크(10)의 선단부가 모여있는 이팩터(2)는 링크(10)의 단부에서 세 개 링크의 동작에 의해 구속되어 움직이게 된다. 따라서, 이팩터(2)는 링크(10)에 의해서 구속되는 동작상태를 제공하게 되고, 각각의 링크(10)의 운동을 서로 달리함으로써, 작업자가 원하는 위치로 상기 이팩터를 이동시킬 수 있다.

본 실시예에서의 일 특징으로서, 상기 링크를 동작시키는 구동원은 리니어 모터(3)가 사용된다. 상기 리니어 모터는 고속성, 직접구동, 정숙성, 유지보수의 간편성 등으로 인하여 각광을 받고 있는 구동원이다.

상기 리니어 모터를 중심으로 하여 병렬형 로봇의 동작을 더 구체적으로 설명한다. 리니어 모터에 마련되는 진퇴부재(31)가 전후방향(베이스를 중심으로 안팎의 방향)으로 이동한다. 상기 진퇴부재(31)는 회전기구(9)에 의해서 회전가능한 방식으로 링크(10)에 연결되어 있다. 따라서, 진퇴부재(31)는 구동링크(4)의 단부를 진퇴시키게 된다. 구동링크(4)는 회전중심대(8)를 중심점으로 하여 회전운동할 수 있다. 상기 구동링크(4)의 단부는 수동링크(5a)(5b)와 유니버셜 조인트(6a)(6b)로 연결된다. 따라서, 구동링크(4)가 회전운동하게 되면, 수동링크(5a)(5b)도 그에 따라서 회전운동한다. 상기 수동링크(5a)(5b)의 단부는 이팩터(2)에 유니버셜 조인(7a)(7b)로 연결된다. 상기되는 과정을 거쳐서 상기 리니어 모터(3)의 구동력은 이팩터(2)로 전달된다. 상기 이팩터(2)에는 한 쌍의 수동링크(5a)(5b)가 한 조를 이루는 세 조의 수동링크 쌍이 연결되어있다. 따라서, 세 쌍의 수동링크의 연결에 의해서 이팩터(2)는 정하여진 위치로 안내될 수 있게 된다.

여기서, 유니버셜 조인트로 연결되는 방식에 의해서 이팩터가 3차원의 이동을 하더라도 안정되게 이를 안내할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

상기 리니어 모터 교류기에는 대추력의 특성을 갖는 리니어 유도 모터(LIM: Linear Induction Motor), 고속운송이 가능한 리니어 동기 모터(LSM: Linear Synchronous Motor), 개루프 위치 서보용 리니어 펄스 모터(LPM: Linear Pulse Motor) 등이 속한다. 직류기에는 고정밀도 위치 결정 특성의 리니어 직류 모터(LDM: Linear Direct-current Motor)가 사용될 수 있을 것이다. 상기 리니어의 모터의 종류는 병렬형 로봇이 적용되는 사용처에 따라서 다르게 사용될 수 있을 것이다.

바람직하게, 고속운동이 가능한 리니어 동기 모터를 사용할 수 있다. 이로써, 리니어 모터를 사용하여 신속하게 링크를 운동시킴으로써, 보다 신속하게 부품을 이동시킬 수 있는 작용상의 효과를 높일 수 있다. 아울러서, 정확한 위치제어가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

또 다른 형태로서, 리니어 전자 솔레노이드(LES)가 사용될 수도 있는데, 이와 같은 경우에는 미리 정하여진 두 지점 사이를 이팩터가 왕복하는 것이 중요하게 고려되는 기술사상의 경우에 바람직하게 적용될 수 있을 것이다. 한편, 리니어 모터와 함께 리니어 엑츄에이터가 사용될 수도 있다. 리니어 액츄에이터의 작동방식으로는, 기계식 리니어 액츄에이터, 공압 리니어 액츄에이터, 유압 리니어 액츄에이터, 압전 리니어 액츄에이터, 전기기계식 리니어 액츄에이터, 텔리스코픽 선형 리니어 액츄에이터 등과 같은 다양한 구동방식의 엑츄에이터가 사용될 수 있다.

여기서, 공압 및 유압 리니어 실린더는, 속도는 중요하지 않더라도 무거운 물체에 대한 안정적인 이동이 중요하게 고려되는 경우에 바람직하게 적용될 수 있을 것이다.

상기 리니어 모터, 리니어 전자 솔레노이드, 및 리니어 액츄에이터는, 진퇴부재를 전후방향으로 운동시키고, 진퇴부재는 구동링크의 단부가 전후방향으로 움직이게 한다. 다시 말하면, 종래 기술에서 구동링크가 회전운동하도록 하는 것과는 달리, 선형운동을 하도록 함으로써, 신속한 응답속도, 감속기의 불필요에 의한 가격절감, 간단한 구성에 의한 고장방지의 효과를 달성할 수 있게 된다. 상기 리니어 모터, 리니어 전자 솔레노이드, 및 리니어 액츄에이터 및 선형운동을 제공하는 다양한 구동원을 통칭하여, 리니어 구동원이라고 이름할 수 있다.

실시예에 따른 리니어 구동원을 사용하는 경우에는 별도의 감속기가 없고, 리니어 모터의 구동단이 직접 링크에 연결되므로, 신속하고 정확하게 병렬형 로봇을 구동시킬 수 있게 된다.

도 2는 실시예에 따른 병렬형 로봇의 측면도이다.

도 2를 참조하여 병렬형 로봇의 운동을 예시적으로 설명한다. 베이스의 어느 일측에 마련되는 리니어 모터(3)가 도면을 기준으로 구동링크(4)의 상단부를 베이스(1)의 중심을 기준으로 할 때 바깥쪽으로 민다. 이때 리니어 모터로는 고속운동이 가능한 리니어 동기 모터를 사용할 수 있을 것이다. 어느 하나의 상기 리니어 모터(3)의 구동단이 바깥쪽으로 밀리면, 연결되어 있는 구동링크(4)는 펼쳐지게 된다. 이 동작과 함께, 대응되는 다른 쪽의 리니어 모터(3)의 구동단이 안쪽으로 이동하면 이팩터(2)는 도 2를 기준으로 할 때 오른쪽으로 이동하게 된다. 이 작용은 도 2의 제시되는 점선 화살표의 이동을 볼 때 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 물론 나머지 하나의 리니어 모터(3)의 동작도 영향을 미쳐서 삼차원 공간상의 정하여진 위치로 이팩터(2)가 이동될 수 있는 것은 용이하게 이해될 수 있다. 한편, 상기 다른 쪽의 리니어 모터(3)의 구동단이 바깥쪽으로 이동하면, 링크의 미는 작용에 의해서 이팩터(2)는 하측으로 이동하게 될 수도 있다. 한편, 회전중심대(8)를 중심으로 할 때, 구동링크(4)의 상측부의 길이(L2)와 하측부의 길이(L1)를 조정함으로써 동작되는 길이, 리니어 모터에 가하여야 하는 힘을 조절할 수 있을 것이다.

설명되는 바와 같은 각 리니어 모터 및 그에 연결되어 동작되는 링크의 동작에 의해서 이팩터가 삼차원 공간의 어느 지점으로 이동될 수 있을 것이다.

자세하게 설명되어 있지는 않으나, 이팩터에는 공구가 설치되어 반도체를 잡거나 이동시키는 작업을 수행할 수 있을 것이다.

상기되는 발명에 따르면, 리니어 모터의 신속한 동작, 리니어 모터의 정확한 동작에 의해서 이팩터(2)의 이동동작에 대한 신속성을 확보할 수 있고, 정확한 삼차원 상의 이동이라는 목적을 달성할 수도 있다.

본 발명의 사상은 이하의 다른 실시예를 포함할 수도 있다.

예를 들어, 링크의 수는 네 개를 제안하고 있지만, 그에 한정되지 아니하고, 링크는 네 개를 적용할 수도 있다. 도시되어 있지는 않지만, 베이스와 이팩터를 직접 연결하는 기능축을 더 사용하여 이팩터에 부착될 공구의 기능상의 효과를 달성할 수도 있을 것이다. 위와 같은 다른 실시예에 있어서도 리니어 모터를 사용하여 신속하고 정확한 위치로 이팩터를 이송시킬 수 있는 것은 충분히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 장치는 비교적 무게는 작지만 이송의 정확도가 요구되는, 반도체이송로봇, 전자부품조립로봇과 같은 로봇장치의 경우에 바람직하게 적용될 수 있을 것이다. 이는 별도의 감속기가 요구되지 않는 리니어 모터를 사용함에도, 큰 하중에 대한 이송이 요구되지 않는 경우에 더욱 바람직하게 적용될 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면 종래 수작업에 의존하였던 반도체 조립라인에 편리하게 적용될 수 있을 것이다.

2: 이팩터
3: 리니어모터
4: 구동링크

Claims (6)

1. 베이스;
   상기 베이스에 지지되는 적어도 세 개의 링크;
   상기 세 개의 링크의 일단부에 연결되는 이팩터;
   상기 베이스 측에 지지되고, 상기 적어도 세 개의 링크의 타단부를 진퇴시키는 리니어 구동원;
   상기 리니어 구동원에 마련되는 진퇴부재; 및
   상기 베이스에 마련되며, 상기 링크를 고정하는 회전중심대;
   를 포함하고,
   상기 진퇴부재는 상기 리니어 구동원에서 일방향으로 움직이면서 상기 베이스의 중심을 기준으로 방사방향으로 진퇴운동하여 상기 적어도 세 개의 링크의 일단부를 진퇴시키며,
   상기 회전중심대를 중심으로 상기 링크의 상측부의 길이 및 하측부의 길이를 조정하여 동작되는 길이 및 리니어 모터에 가하여야 하는 힘을 조절하는 것을 특징으로 하는 병렬형 로봇.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 진퇴부재는 상기 베이스를 중심으로 안팎으로 진퇴동작하는 병렬형 로봇.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 세 개의 링크는 상기 베이스에 회전가능하게 지지되는 병렬형 로봇.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 리니어 구동원은, 리니어 모터 또는 리니어 액츄에이터, 리니어 전자 솔레노이드 중의 어느 하나인 병렬형 로봇.

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