KR101395618B1 - 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치 - Google Patents

스카라 로봇용 구동축 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 있어서, 구동기어에 회전력을 인가하는 구동수단;과, 스카라 로봇의 작업툴이 설치되는 구동축; 및, 상기 구동축에 설치되어 구동기어와 맞물리는 시저스기어;를 포함하며, 상기 시저스기어는 메인기어와 서포트기어로 구성되고, 상기 메인기어와 서포트기어의 이 사이에 구동기어의 이가 맞물리는 것을 특징으로 한다.

Description

스카라 로봇용 구동축 동력전달장치 {DRIVING SHAFT POWER TRANSMISSION DEVICE FOR SCARA ROBOT}
본 발명은 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성 증가로 부하 관성에 대한 응답성과 정밀도 향상시킬 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 관한 것이다.
일반적으로, 부품 조립 라인 등에서는 자동화를 위해 스카라 로봇을 사용한다. 상기 스카라(SCARA)는 셀렉티브 컴프라이언스 어셈블리 로봇 아암(Selective Compliance Assembly Robot Arm)의 약자로서 수직방향의 강성이 크고 수평방향의 컴플라이언스(강성의 역수)가 큰 구조를 갖는 스윙 아암형의 로봇을 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이 스카라 로봇은 베이스(50)와, 상기한 베이스(50)에 제1축(51)으로 연결되어 회전 자재하는 제1아암(52)과, 상기한 제1아암(52)에 제2축(53)으로 연결되어 회전되는 제2아암(54)과, 상기한 제2아암(54)에 승강 및 회전 가능하게 설치되어 있는 엔드 이펙터(55)가 승강되는 중심인 제3축(56)과, 상기한 엔드 이펙터(55)가 회전되는 중심인 제4축(57)으로 구성되어 있다.
상기와 같은 스카라 로봇(SCARA ROBOT)의 제4축(이하 '구동축'이라 함)은 벨트를 매개로 구동모터와 연결되어 회전력을 전달받아 회전한다.
그러나 벨트로 회전력을 전달받는 경우, 로스트 모션(Lost Motion)을 큰 폭으로 줄여서 장기간 고정밀도를 유지할 수 없고, 벨트의 끊어짐, 마모, 열화 등의 문제가 발생하므로, 잦은 정기 보수 및 점검이 필요하다.
첨부도면 중 도 2는 종래 구동축(10)과 구동수단(20) 사이에서 벨트(30)를 이용한 동력전달 구조를 나타낸 것으로, 장력 조절 볼트(40)를 이용해 구동수단(20)을 구동축(10)과 멀어지는 방향으로 잡아당겨 벨트(30)의 장력을 유지하도록 하는 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 구동수단(30)에 결합된 구동풀리(22)와 구동축(10)에 결합된 종동풀리(12)를 연결하는 벨트(30)의 일측에서 아이들러(42)가 벨트(30)를 가압하여 장력을 유지하도록 하는 구조를 나타낸 것이다.
상기와 같이 벨트를 이용한 동력전달구조는 벨트의 장력 조절을 위한 추가 부품들을 관리하여야 하고, 벨트의 변형으로 인한 잦은 유지보수가 필요하다. 또한, 장치의 양산시 협소한 공간에서 벨트의 장력, 사행 관리에 따른 생산성의 불리함과 같은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스카라 로봇의 작업툴이 설치되는 구동축과 구동수단의 사이에서 기어를 이용하여 동력을 전달하므로 종래와 같이 벨트의 장력을 유지하기 위한 부품을 사용하지 않아도 될 뿐만 아니라, 유지보수에 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치를 제공함에 있다.
또한, 기어요소로서 시저스기어를 적용하여 기어를 이용한 동력전달과정에서 백래쉬가 발생하는 것을 방지하고, 시저스기어의 메인기어와 서포트기어의 사이에 디유 부시를 배치하여 별도의 윤활처리를 하지 않아도 되는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치를 제공함에 있다.
또한, 디유 부시의 플랜지가 메인기어의 링형 안착홈에 안착되도록 함으로써, 디유 부시의 위치가 쉽게 고정될 뿐만 아니라, 편심 운동을 방지할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치를 제공함에 있다.
또한, 메인기어와 서포트기어의 회전과정에서 발생하는 회전저항을 흡수함은 물론 마찰열을 흡수할 수 있으며, 메인기어와 서포트기어의 사이에서 발생하는 진동 또는 충격을 흡수함과 동시에 소음을 방지할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 있어서, 구동기어에 회전력을 인가하는 구동수단;과, 스카라 로봇의 작업툴이 설치되는 구동축; 및, 상기 구동축에 설치되어 구동기어와 맞물리는 시저스기어;를 포함하며, 상기 시저스기어는 메인기어와 서포트기어로 구성되고, 상기 메인기어와 서포트기어의 이 사이에 구동기어의 이가 맞물리는 것을 특징으로 하는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 메인기어와 서포트기어의 사이에는 메인기어의 이와 서포트기어의 이가 각각 구동기어의 이를 향하도록 탄성지지하는 스프링이 개재되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스프링은 복수 마련되고, 시저스기어의 회전중심을 기준으로 원주상에 이격 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인기어와 서포트기어의 사이에는 디유 부시(DU BUSH)가 개재되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인기어는 일면 중앙에 돌출되는 슬리브와, 슬리브의 중앙에 종동축이 삽입되도록 축방향으로 관통되는 제1통공이 마련되고, 상기 서포트기어는 중앙에 상기 슬리브가 관통 삽입되는 제2통공이 마련되며, 상기 메인기어와 서포트기어는 상기 슬리브의 선단부에 체결되는 고정링에 의해 결합상태가 유지되는 이 바람직하다.
또한, 상기 디유 부시는 메인기어와 대향하는 단부에 플랜지가 형성되고, 상기 메인기어에는 상기 플랜지가 안착되는 링형 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 디유 부시의 플랜지는 링형 안착홈의 깊이보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 구동수단과 구동축의 사이에서 기어를 이용하여 동력을 전달하므로 종래와 같이 벨트의 장력을 유지하기 위한 부품을 사용하지 않아도 될 뿐만 아니라, 유지보수에 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치가 제공된다.
또한, 기어요소로서 시저스기어를 적용하여 기어를 이용한 동력전달과정에서 백래쉬가 발생하는 것을 방지하고, 시저스기어의 메인기어와 서포트기어의 사이에 디유 부시를 배치하여 별도의 윤활처리를 하지 않아도 되는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치가 제공된다.
또한, 디유 부시의 플랜지가 메인기어의 링형 안착홈에 안착되도록 함으로써, 디유 부시의 위치가 쉽게 고정될 뿐만 아니라, 편심 운동을 방지할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치가 제공된다.
또한, 메인기어와 서포트기어의 회전과정에서 발생하는 회전저항을 흡수함은 물론 마찰열을 흡수할 수 있으며, 메인기어와 서포트기어의 사이에서 발생하는 진동 또는 충격을 흡수함과 동시에 소음을 방지할 수 있는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치가 제공된다.
도 1은 종래 스카라 로봇의 개략 구성도,
도 2 및 도 3은 종래 스카라 로봇의 동력전달구조를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 사시도,
도 5는 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 분해사시도,
도 6은 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 정단면도,
도 7은 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 평단면도이고,
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선 단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 4는 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 분해사시도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치는 말단부 암에 설치되는 구동수단(110)과, 구동축(120), 그리고 상기 구동축(120)에 설치되어 구동수단(110)으로부터 회전력을 전달받는 시저스기어(130)를 포함하여 구성된다.
상기 구동수단(110)은 전원의 공급에 의해 정,역방향으로 회전력을 제공하는 것으로서, 외주면에 다수의 이가 등간격으로 형성된 구동기어(112)가 구동수단(110)의 회전축에 설치된다.
상기 구동축(120)은 스카라 로봇의 말단부 암에 수직방향으로 승강 및 회전 가능하게 배치되는 것으로, 하단부에는 작업툴이 설치된다.
상기 시저스기어(130)는 메인기어(131), 서포트기어(132), 스프링(133), 디유 부시(134), 고정링(135)을 포함하여 구성된다.
상기 메인기어(131)는 외주면에 기어 이가 등간격으로 형성되어 구동기어(112)와 맞물리는 기어몸체와, 상기 기어몸체의 일면 중앙에 축방향으로 돌출 형성되는 슬리브(131a)와, 슬리브(131a)의 중앙에 종동축이 삽입되도록 축방향으로 관통되는 제1통공(131d)과, 기어몸체와 슬리브(131a)의 연결부위에 형성된 링형 안착홈(131b)과, 일측에 제1지지부(131e)가 형성되어 회전중심을 기준으로 원주상으로 복수 이격되는 제1수용홈(131c)을 포함한다.
상기 서포트기어(132)는 외주면에 기어 이가 등간격으로 형성되어 메인기어(131)와 함께 구동기어(112)에 맞물리는 기어몸체와, 상기 메인기어(131)의 슬리브(131a)가 관통 삽입되는 제2통공(132a)과, 일측에 제2지지부(132c)가 형성되어 상기 제1수용홈(131c)에 대응하는 위치에 각각 형성되는 제2수용홈(132b)을 포함한다.
상기 스프링(133)은 메인기어(131)의 제1수용홈(131c)과 서포트기어(132)의 제2수용홈(132b) 연결부분에 각각 배치되어 일단부가 제1수용홈(131c)의 제1지지부(131e)에 지지되고 타단부가 제2수용홈(132b)의 제2지지부(132c)에 지지되는 것으로, 스프링(133)에 의해 메인기어(131) 또는 서포트기어(132)의 이와 구동기어(112)의 이가 서로 밀착된 상태가 탄력적으로 유지되므로 정,역방향 구동에 대하여 백래쉬(Back lash)를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 동력전달과정에서 발생하는 소음이 감소한다.
상기 디유 부시(134)(DU Bush)는 윤활제가 불필요한 '완전 무급유 베어링'으로 저마찰 계수 내마모성을 갖는 4불화 에틸렌 수지(PTFE; Poly Tetra Fluoro Ethylene) 재질로 이루어지며, 메인기어(131)의 슬리브(131a) 외측면에 결합된 상태에서 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 사이에 개재되는 것으로, 일단부에 형성된 플랜지(134a)가 메인기어(131)의 링형 안착홈(131b)에 안착된다. 특히, 상기 디유 부시(134)의 플랜지(134a)의 두께는 메인기어(131)의 링형 안착홈(131b)의 깊이보다 두껍게 형성하여, 서포트기어(132)가 디유 부시(134)에만 지지된 상태로 메인기어(131)로부터 회전하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 고정링(135)은 슬리브(131a)의 선단부에 체결되어 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 결합상태가 유지되도록 하는 것으로, 'C형 고정링(135)'으로 이루어질 수 있으며, 상기 고정링(135)의 결합을 위해 슬리브(131a)의 선단부 외주면에 고정홈이 형성되는 것이 바람직하다.
지금부터는 상술한 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 6은 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 정단면도이고, 도 7은 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치의 평단면도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선 단면도이다.
먼저, 도 6과 같이 본 발명 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치는 스카라 로봇의 말단부 암에 설치되어 구동축(120)을 구동하기 위한 것으로서, 암에 설치되는 구동수단(110)과, 구동축(120)이 암의 말단부에 수직방향으로 설치되고, 구동수단(110)이 상기 구동축(120)으로부터 이격된 위치에 구동축(120)과 나란하게 설치되며, 상기 구동수단(110)의 회전축에 설치된 구동기어(112)와 구동축(120)에 설치된 시저스기어(130)가 맞물려 구동수단(110)으로부터 제공되는 회전력이 종동축으로 전달된다.
상기 시저스기어(130)는 메인기어(131)와 서포트기어(132)가 동심을 이루도록 결합된 것으로, 메인기어(131)의 슬리브(131a)의 바깥쪽에 디유 부시(134)가 결합되고, 디유 부시(134)의 바깥쪽에 서포트기어(132)의 제2통공(132a)이 결합되면서 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 사이에 디유 부시(134)가 개재된 상태가 된다.
즉, 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 사이에 디유 부시(134)가 개재된 상태에서, 서포트기어(132)와 메인기어(131)는 디유 부시(134)를 사이에 두고 서로 이격된 상태가 되므로, 메인기어(131)로부터 서포트기어(132)가 회전하는 과정에서 별도의 윤활처리가 불필요하게 된다.
또한, 디유 부시(134)의 플랜지(134a)가 메인기어(131)의 링형 안착홈(131b)에 안착되어 있으므로, 디유 부시(134)의 위치가 쉽게 고정될 뿐만 아니라, 편심 운동이 방지되는 이점을 제공한다.
또한, 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 회전과정에서 발생하는 회전저항을 흡수함은 물론 마찰열을 흡수할 수 있으며, 메인기어(131)와 서포트기어(132)의 사이에서 발생하는 진동 또는 충격을 흡수함과 동시에 소음을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 메인기어(131)의 슬리브(131a) 선단부에 고정링(135)이 결합하면서 메인기어(131)로부터 서포트기어(132)가 임의로 분리되는 것이 방지된다.
한편, 상기 메인기어(131)의 제1수용홈(131c)과 서포트기어(132)의 제2수용홈(132b)의 연결부분에는 각각 스프링(133)이 삽입된 상태에서, 스프링(133)의 양단부가 메인기어(131)와 서포트기어(132)에 각각 지지된다.
즉, 도 7 및 도 8에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 시저스기어(130)는 메인기어(131)와, 상기 메인기어(131)와 동일한 직경을 가지고 메인기어(131)와의 사이에 스프링(133)을 개재하여 결합한 보조기어로 이루어져 있다. 즉, 스프링(133)의 탄성력으로 메인기어(131)의 이와 서포트기어(132)의 이 사이에 구동기어(112)의 이를 끼우는 모양으로 구동기어(112)와 맞물린다.
따라서, 구동기어(112)의 회전력은 구동기어(112)와 맞물린 시저스기어(130)를 통해 구동축(120)으로 전달된다. 특히, 시저스기어(130)는 메인기어(131)의 이와 서포트기어(132)의 이 사이에 구동기어(112)의 이를 끼움으로써 구동기어(112)와의 사이의 백래시 발생을 억제할 수 있다.
상기와 같은 스프링(133)의 탄성작용에 의한 시저스기어(130)의 백래시 억제 작용은 시저스기어(130)의 일반적인 작용에 해당하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:구동수단, 112:구동기어, 120:구동축, 130:시저스기어,
131:메인기어, 131a:슬리브, 131b:링형 안착홈, 131c:제1수용홈,
131d:제1통공, 131e:제1지지부, 132:서포트기어, 132a:제2통공,
132b:제2수용홈, 132c:제2지지부, 133:스프링, 134:디유 부시,
134a:플랜지, 135:고정링

Claims (7)

  1. 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치에 있어서,
    구동기어에 회전력을 인가하는 구동수단;
    스카라 로봇의 작업툴이 설치되는 구동축; 및,
    상기 구동축에 설치되어 구동기어와 맞물리는 시저스기어;를 포함하며,
    상기 시저스기어는 메인기어와 서포트기어로 구성되고, 상기 메인기어와 서포트기어의 이 사이에 구동기어의 이가 맞물리고,
    상기 메인기어와 서포트기어의 사이에는 메인기어의 이와 서포트기어의 이가 각각 구동기어의 이를 향하도록 탄성지지하는 스프링이 개재되고, 상기 메인기어와 서포트기어의 사이에는 디유 부시(DU BUSH)가 개재되며,
    상기 메인기어는 일면 중앙에 돌출되는 슬리브와, 슬리브의 중앙에 종동축이 삽입되도록 축방향으로 관통되는 제1통공이 마련되고, 상기 서포트기어는 중앙에 상기 슬리브가 관통 삽입되는 제2통공이 마련되며, 상기 메인기어와 서포트기어는 상기 슬리브의 선단부에 체결되는 고정링에 의해 결합상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스프링은 복수 마련되고, 시저스기어의 회전중심을 기준으로 원주상에 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 디유 부시는 메인기어와 대향하는 단부에 플랜지가 형성되고,
    상기 메인기어에는 상기 플랜지가 안착되는 링형 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 디유 부시의 플랜지는 링형 안착홈의 깊이보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 스카라 로봇용 구동축 동력전달장치.
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