KR101690633B1 - 엔드 이펙터 교환용 로봇식 교환장치 - Google Patents

엔드 이펙터 교환용 로봇식 교환장치 Download PDF

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첸-밍 웡
밍-셔우 류
얀-슌 후앙
얀-? 후앙
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하이윈 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 로봇식 교환장치로, 주로 제1 연결 유닛과 제2 연결 유닛을 포함하며, 제2 연결 유닛의 내부에는 다수개의 이동 부재 및 다수개의 탄성 부재가 설치되어 있고, 각각의 이동 부재는 탄성 부재가 1개씩 조합되고, 이에 따라 이동 부재와 탄성 부재 사이의 연동관계에 의해, 제1 연결 유닛과 제2 연결 유닛이 스스로 접합되거나 서로 분리되도록 하여, 엔드 이펙터 교환 기능을 원활하게 달성한다.

Description

엔드 이펙터 교환용 로봇식 교환장치{MECHANICAL END-EFFECTOR CHANGING TOOL}
본 발명은 로봇암에 결합되어 사용되는 엔드 이펙터 교환용 장치에 관한 것으로, 특히 로봇식 교환장치에 관한 것이다.
로봇암은 현재 제조가공업에서 매우 광범위하게 사용되고 있고, 한편으로는 반복성이 높은 작업 흐름을 수동으로 진행함으로 인하여 제품 수율이 감소되는 것을 줄일 수 있고, 다른 한편으로는 열악한 환경조건에서의 수동 작업을 대체할 수 있어, 작업 인원의 건강에 해를 끼치는 것을 방지할 수 있고, 동시에 우수한 가공 정밀도를 유지할 수 있다. 그러나 제조가공 과정에서, 상이한 규격의 가공품을 가공하기 위하여, 로봇암은 반드시 교환장치가 결합되어 상이한 규격의 엔드 이펙터(예를 들면 클램핑 죠, 흡판 또는 드릴 헤드)를 교환해야 한다.
교환장치의 종래 기술로서, 예를 들면 미국특허 제6,073,512호는 수동으로 핸들을 작동시켜, 핸들이 스프로킷(sprocket)을 회전시키도록 하며, 스프로킷이 고정 위치까지 회전하면 삽입핀을 이용하여 스프로킷을 잠금 고정해야 하는데, 이 경우 작동이 불편한 문제가 있을 뿐만 아니라, 삽입핀이 작동 과정에서 부주의로 이탈될 경우, 잠금 기능이 상실된 교환장치는 작업 인원에게 피해를 주기 쉽다. 또 예를 들면 미국특허 제4,708,548호는, 수동으로 내부 캠 링을 회전시키는 방식으로 위치결정 볼의 작동을 제어하며, 위치결정 볼이 오목홈 내에 끼워 걸리면, 제1 유닛, 제2 유닛은 서로 접합되고, 위치결정 볼이 오목홈을 이탈하면, 제1 유닛, 제2 유닛은 분리될 수 있다. 그러나 이러한 종래의 특허의 경우, 제1 유닛, 제2 유닛 사이의 결합 강도가 이상적이지 않아, 이로 인해 결합되는 엔드 이펙터(end-effector)의 무게와 규격도 제한을 받게 된다. 마지막으로 예를 들면 미국특허 제2007/0235949호의 경우, 가압 유체를 이용하여 피스톤을 움직여, 피스톤이 스틸 볼을 움직이게 하여 제1 유닛, 제2 유닛 사이의 치합을 완성하고, 제1 유닛, 제2 유닛을 분리하려고 할 경우 반대 방향으로 가압 유체를 입력하여 가압 유체가 피스톤을 움직여 스틸 볼에서 멀어지도록 하면, 이때의 스틸 볼은 스스로 이탈하게 된다. 그러나 이러한 종래의 특허를 보면, 가압 유체를 사용하기 위해, 구조 상에 반드시 별도의 장비(예를 들면, 파이프라인, 저장 배럴 또는 압력 펌프)가 추가되어야 하는데, 이 경우 비용이 증가할 뿐만 아니라, 동시에 전체 기계가 너무 커져 이동 시 불편을 초래할 수 있다.
본 발명의 목적은 로봇암의 엔드 이펙터 결합을 도울 수 있고, 별도의 입력소스가 필요하지 않아, 비용을 줄이고 작업 효율을 높일 수 있는 로봇식 교환장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 베이스, 댐퍼, 제1 연결 유닛 및 제2 연결 유닛을 포함하는 로봇식 교환장치를 제공한다. 상기 댐퍼는 상기 베이스에 설치되어 댐핑 효과를 제공하며; 상기 제1 연결 유닛은 제1 베이스체와 기둥체를 구비하며, 상기 제1 베이스체는 상기 댐퍼 상에 위치시키고, 상기 기둥체는 상기 제1 베이스체의 상단면으로부터 점탄성 댐핑 시트에서 멀어지는 방향으로 연신되고 또한 접합홀이 구비되며; 상기 제2 연결 유닛은 제2 베이스체, 제1 이동 부재, 제1 탄성 부재, 제2 이동 부재, 제2 탄성 부재, 제3 이동 부재, 제3 탄성 부재, 제4 이동 부재 및 제4 탄성 부재를 구비하되, 상기 제2 베이스체는 제1 홈, 제2 홈, 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 구비되며, 상기 제1 홈은 상기 제1 연결 유닛의 기둥체에 끼워지고, 상기 제2 홈은 상기 저면(底面)에서부터 상기 제1 홈의 축방향을 따라 내부로 연신되고, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제2 관통홀의 일단은 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제2 관통홀의 타단은 상기 제2 베이스체의 외주면을 관통하고, 상기 제1 이동 부재는 상기 제2 홈 내에 이동 가능하게 설치되고, 상기 제1 탄성 부재는 상기 제2 홈 내에 설치되고 또한 상기 제1 이동 부재를 아래로 푸시하도록 상기 제1 이동 부재와 푸시 접촉하며, 상기 제2 이동 부재는 상기 제1 연결 유닛의 기둥체의 접합홀에 걸림 결합되도록 상기 제1 관통홀 내에 이동 가능하게 설치되고, 상기 제2 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제2 이동 부재를 상기 제1 연결 유닛의 기둥체로부터 멀어지는 방향으로 푸시하도록 상기 제2 이동 부재와 푸시 접촉하고, 상기 제3 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 이동 가능하게 설치되어, 한편으로는 상기 제1 이동 부재와 걸림 결합될 수 있고, 다른 한편으로는 상기 제1 이동 부재의 가압에 의해 상기 제1 관통홀 내로 후진하며, 상기 제3 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제2 이동 부재, 제3 이동 부재를 서로 멀어지는 방향으로 푸시하도록 상기 제2 이동 부재, 제3 이동 부재 사이에 푸시 접촉하며, 상기 제4 이동 부재는 상기 제2 관통홀 내에 이동 가능하게 설치되고 상기 베이스에 의해 가압되어 상기 제1 이동 부재를 상기 제1 연결 유닛으로부터 멀어지는 방향으로 푸시하고, 상기 제4 탄성 부재는 상기 제2 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제4 이동 부재를 상기 제1 이동 부재로부터 멀어지는 방향으로 푸시하도록 상기 제4 이동 부재와 푸시 접촉한다.
이에 따라, 본 발명의 로봇식 교환장치는 상기 제1 이동 부재, 제2 이동 부재, 제3 이동 부재, 제4 이동 부재 및 상기 제1 탄성 부재, 제2 탄성 부재, 제3 탄성 부재, 제4 탄성 부재 사이의 연동관계를 통해, 상기 제2 연결 유닛이 상기 제1 연결 유닛과 신속하게 접합되도록 하며, 또한 상기 댐퍼에 의한 댐핑 효과를 통해, 상기 제2 연결 유닛이 제1 연결 유닛에서 확실하게 분리되도록 함으로써, 엔드 이펙터를 교환하는 효과에 도달한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 접합홀이 형성된 기둥체를 구비하는 제1 연결 유닛, 및 제2 베이스체, 제1 이동 부재, 제2 이동 부재, 제2 탄성 부재, 제3 이동 부재 및 제3 탄성 부재를 구비하는 제2 연결 유닛을 포함하고, 상기 제2 베이스체는 제1 홈, 제2 홈 및 제1 관통홀이 구비되며, 상기 제2 베이스체는 상기 제1 홈에 의해 분리 가능하게 상기 기둥체에 끼워지고, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 홈 및 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제1 이동 부재는 상기 제2 홈 내에 설치되고 또한 상기 제2 홈을 따라 돌출되거나 상기 제2 홈으로 사라지고, 상기 제2 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제1 관통홀에서 돌출되어 상기 접합홀로 진입 가능하고, 상기 제2 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고, 또한 상기 제2 이동 부재를 움직여 상기 제1 이동 부재를 향하여 이동시키고, 상기 제3 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제1 관통홀에서 돌출되어 상기 제1 이동 부재와 접촉할 수 있고, 상기 제3 탄성 부재는 상기 제2 이동 부재와 제3 이동 부재를 각각 푸시하는 로봇식 교환장치를 제공한다.
따라서, 본 발명의 로봇식 교환장치는 상기 제2 연결 유닛을 통해 상기 제1 연결 유닛과 신속하게 접합되어, 엔드 이펙터를 교환하는 효과에 도달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 제2 연결 유닛의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 사용 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 단면도이며, 주로 제1 이동 부재가 제1 연결 유닛에 접촉된 상태를 보여준다.
도 6은 도 5와 유사하며, 주로 제2 베이스체가 접합 위치에 있는 상태를 보여준다.
도 7은 도 6과 유사하며, 주로 제2 베이스체가 해제 위치에 있는 상태를 보여준다.
도 8은 도 7과 유사하며, 주로 제2 베이스체가 분리 위치에 있는 상태를 보여준다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 단면도이고, 주로 제1 이동 부재가 제1 연결 유닛에 접촉된 상태를 보여준다.
도 10은 도 9와 유사하며, 주로 제2 베이스체가 접합 위치에 있는 상태를 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 로봇식 교환장치(10)는, 베이스(20), 댐퍼(30), 제1 연결 유닛(40) 및 제2 연결 유닛(50)을 포함한다.
베이스(20)는, 하부벽(21), 하부벽(21)의 상측에 위치한 링 벽(22) 및 하부벽(21)과 링 벽(22) 사이에 연결된 3개의 지지레버(23)를 구비하되, 링 벽(22)의 내부 링면에는 내부 플랜지(24)가 구비된다.
댐퍼(30)는 점탄성 댐퍼, 유압 댐퍼 또는 진동 댐퍼를 선택 사용 가능하며, 본 실시예에서는 점탄성 댐퍼(30)(Viscoelastic damper)를 가장 바람직한 실시형태로 하나, 이에 한정되지 않는다. 댐퍼(30)는 상부 지지판(31), 하부 지지판(32) 및 복수의 상부 지지판(31), 하부 지지판(32) 사이에 연결된 점탄성 댐핑 소자(33)를 구비한다. 조립 시, 댐퍼(30)는 하부 지지판(32)에 의해 베이스(20)의 링 벽(22)의 내부 플랜지(24) 상에 위치시킨다.
제1 연결 유닛(40)은 제1 베이스체(41)와 기둥체(42)를 구비하며, 제1 베이스체(41)는 엔드 이펙터(미도시)가 연결되도록 댐퍼(30)의 상부 지지판(31)에 위치시키며, 기둥체(42)는 제1 베이스체(41)의 상단면으로부터 댐퍼(30)에서 멀어지는 방향으로 위로 연신되고, 또한 기둥체(42)의 외주면에는 동일한 간격으로 나열된 4개의 접합홀(43)이 구비된다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 제2 연결 유닛(50)은 제2 베이스체(60), 4개의 제1 이동 부재(70), 4개의 제1 탄성 부재(80), 4개의 제2 이동 부재(90), 4개의 제2 탄성 부재(82), 4개의 제3 이동 부재(93), 4개의 제3 탄성 부재(84), 4개의 제4 이동 부재(96), 4개의 제4 탄성 부재(86)를 구비한다.
제2 베이스체(60)는 주로 로봇암(미도시)에 연결되고, 구조 상에서 제1 홈(61) 및 4개의 제2 홈(62)을 구비하며, 제1 홈(61)은 제2 베이스체(60)의 중앙에 위치하고, 제2 홈(62)은 제2 베이스체(60)의 저면으로부터 제1 홈(61)의 축방향을 따라 내부로 연신되고, 또한 제1 홈(61)을 중심으로 제1 홈(61)의 주변을 둘러싼다. 또한, 제2 베이스체(60)는 4개의 제1 관통홀(63) 및 4개의 제2 관통홀(64)을 더 구비하며, 각각의 제1 관통홀(63)은 제1 홈(61)과 1개의 제2 홈(62) 사이에 연통되어 있고, 또한, 각각의 제1 관통홀(63)의 홀 벽의 양단에는 제1 내측 저지 플랜지(65)가 각각 구비되며, 각각의 제2 관통홀(64)의 일단은 1개의 제2 홈(62)과 연통되고, 각각의 제2 관통홀(64)의 타단은 제2 베이스체(60)의 외주면을 관통하고, 또한, 각각의 제2 관통홀(64)의 홀 벽의 양단에는 제2 내측 저지 플랜지(66)가 각각 구비된다.
제1 이동 부재(70)는 위에서 아래로의 순서로 상부 위치결정홈(71), 상부 위치결정홈(71)에 인접 설치된 제1 푸시접촉부(72), 제1 푸시접촉부(72)에 인접 설치된 하부 위치결정홈(73), 및 하부 위치결정홈(73)에 인접 설치된 제1 피접촉부(74)를 구비한다. 조립 시, 제1 이동 부재(70)는 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62) 내에 관통 설치되고 또한 제2 홈(62) 내에서 상하 이동 가능하다.
제1 탄성 부재(80)는 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62) 내에 설치되고 또한 제2 홈(62)의 단벽(端壁)과 제1 이동 부재(70)의 상단 사이에 푸시 접촉되어, 제1 이동 부재(70)를 아래로 미는 탄력을 제공함으로써, 제1 이동 부재(70)의 제1 피접촉부(74)가 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62) 밖에 위치하도록 한다.
제2 이동 부재(90)은 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63) 내에 설치되고, 또한, 제2 이동 부재(90)는 제1 접합부(91)와 제1 외측 저지 플랜지(92)를 구비하며, 제1 외측 저지 플랜지(92)는 제1 접합부(91)의 일단에 연결된다.
제2 탄성 부재(82)는 제2 이동 부재(90)의 제1 접합부(91)에 끼움 설치되고 또한 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63)의 제1 내측 저지 플랜지(65)와 제2 이동 부재의 제1 외측 저지 플랜지(92) 사이에 푸시 접촉되어, 제2 이동 부재(90)를 제2 베이스체(60)의 제1 홈(61)에서 멀어지는 방향으로 밀어내는 탄력을 제공한다.
제3 이동 부재(93)는 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63) 내에 설치되고, 또한, 제3 이동 부재(93)는 제2 접합부(94)와 제2 외측 저지 플랜지(95)를 구비하며, 제2 외측 저지 플랜지(95)는 제2 접합부(94)의 일단에 연결된다.
제3 탄성 부재(84)는 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63)의 내에 설치되고 또한 제2 이동 부재(90)의 제1 외측 저지 플랜지(92)와 제3 이동 부재(93)의 제2 외측 저지 플랜지(95) 사이에 푸시 접촉되어, 제1 이동 부재(90), 제3 이동 부재(93)를 서로 멀어지는 방향으로 밀어내는 탄력을 제공한다.
제4 이동 부재(96)는 제2 베이스체(60)의 제2 관통홀(64) 내에 설치되고, 또한, 제4 이동 부재(96)의 일단에는 제2 푸시접촉부(97)가 구비되며, 제4 이동 부재(96)의 타단에는 제2 피접촉부(98)와 제2 피접촉부(98)에 인접 설치되는 제3 외측 저지 플랜지(99)가 구비된다.
제4 탄성 부재(86)는 제4 이동 부재(96)에 끼움 설치되고 또한 제2 베이스체(60)의 제2 관통홀(64)의 제2 내측 저지 플랜지(66)와 제4 이동 부재(96)의 제3 외측 저지 플랜지(99) 사이에 푸시 접촉되어, 제4 이동 부재(96)를 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62)에서 멀어지는 방향으로 밀어내는 탄력을 제공함으로써, 제4 이동 부재(96)의 제2 피접촉부(98)가 제2 베이스체(60)의 제2 관통홀(64) 밖에 위치하도록 한다.
실제 조작 시, 먼저 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 제2 연결 유닛(50)은 로봇암의 움직임에 의해 제1 연결 유닛(40)을 향하여 점차 접근하면서, 제2 베이스체(60)의 제1 홈(61)이 점차 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)에 끼워지게 하며, 제2 베이스체(60)가 접근하여 제1 이동 부재(70)의 제1 피접촉부(74)가 제1 연결 유닛(40)의 제1 베이스체(41)의 상단면에 접촉하게 되면, 제1 이동 부재(70)는 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62) 내로 상향 이동한다. 제1 이동 부재(70)가 상향 이동하는 과정에서, 한편으로는 제1 탄성 부재(80)를 압축하여 제1 탄성 부재(80)의 복원력을 축적시키고, 다른 한편으로는 제1 푸시접촉부(72)에 의해 제3 이동 부재(93)의 제2 접합부(94)를 가압하여, 제3 이동 부재(93)가 점차 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63) 내로 후진하도록 하며, 제3 이동 부재(93)가 제1 이동 부재(70)의 제1 푸시접촉부(72)에 의해 가압되는 과정에서, 제3 탄성 부재(84)를 통해 제2 이동 부재(90)를 동기(同步) 가압하여, 제2 이동 부재(90)가 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 방향으로 이동하도록 한다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 제2 베이스체(60)는 접합 위치(P1)에 위치하게 되면, 제2 베이스체(60)의 저면은 제1 연결 유닛(40)의 제1 베이스체(41)의 상단면에 완전히 접촉하여, 제1 이동 부재(70)가 제2 베이스체(60)의 제2 홈(62) 내로 완전히 사라지게 하고, 또한, 제3 이동 부재(93)도 제2 베이스체(60)의 제1 관통홀(63) 내로 완전히 사라진다. 이에 따라, 제3 탄성 부재(84)는 제3 이동 부재(93)에 의해 가압되어 제2 이동 부재(90)를 푸시하여, 제2 이동 부재(90)의 제1 접합부(91)가 푸시 동작에 따라 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 접합홀(43) 내에 걸림 결합되도록 하여, 제2 베이스체(60)와 제1 연결 유닛(40)이 결합되도록 하며, 동일 시간 내에, 제2 이동 부재(90)는 제1 외측 저지 플랜지(92)에 의해 제2 탄성 부재(82)를 압축하여 제2 탄성 부재(82)의 복원력을 축적한다.
제2 베이스체(60)와 제1 연결 유닛(40)을 분리 시, 제2 연결 유닛(50)은 로봇암에 의해 제2 연결 유닛(40)에 대해 아래로 누르는 힘을 인가하고, 제2 연결 유닛(50)이 제1 연결 유닛(40)을 아래로 누르는 과정에서, 한편으로는 각 점탄성 댐핑유닛(33)이 변형되게 하고, 다른 한편으로는 제4 이동 부재(96)의 제2 피접촉부(98)가 베이스(20)의 링 벽(22)에 의해 점차 밀리게 하며, 이때의 제4 이동 부재(96)는 제2 외측 저지 플랜지(95)에 의해 제4 탄성 부재(86)를 압축하여 제4 탄성 부재의 복원력을 축적하며, 동시에 제4 이동 부재(96)는 제2 푸시접촉부(97)에 의해 제1 이동 부재(70)의 제1 피접촉부(74)를 위로 밀어, 제1 이동 부재(70)의 제1 피접촉부(74)가 제1 연결 유닛(40)의 제1 베이스체(41)의 상단면을 점차 이탈하도록 하고, 제2 연결 유닛(50)이 아래로 눌리어 해제 위치(P2)에 도달하면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제3 탄성 부재(84)의 복원력에 의해 제3 이동 부재(93)의 제2 접합부(94)는 제1 이동 부재(70)의 하부 위치결정홈(73) 내에 걸림 결합되고, 이 경우, 제3 이동 부재(93)는 제3 탄성 부재(84)에 대한 추력(推力)을 해제했으므로, 제3 탄성 부재(84)는 따라서 제2 이동 부재(90)에 대한 추력을 해제하며, 이때의 제2 이동 부재(90)는 제2 탄성 부재(82)의 복원력에 의해 제1 접합부(91)가 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 접합홀(43)을 이탈하도록 하며, 이렇게 되면 로봇암은 제2 베이스체(60)를 움직여 제1 연결 유닛(40)을 이탈시킬 수 있다.
제2 베이스체(60)가 제1 연결 유닛(40)을 완전히 이탈하여 분리 위치(P3)에 위치하면, 도 8에서 도시한 바와 같이, 제4 이동 부재(96)는 베이스(20)의 링 벽(22)에 의해 가압되지 않았으므로, 제4 이동 부재(96)는 제4 탄성 부재(86)의 복원력에 의해 제1 이동 부재(70)에서 멀어지는 방향으로 이동하여, 제4 이동 부재(96)로 하여금 제1 이동 부재(70)에 대한 추력을 해제하도록 하며, 이때의 제1 이동 부재(70)는 제1 탄성 부재(80)의 복원력에 의해 아래로 이동하여, 제1 이동 부재(70)의 하부 위치결정홈(73)이 제3 이동 부재(93)의 제2 접합부(94)를 이탈하도록 하며, 제1 이동 부재(70)가 이동하여 상부 위치결정홈(71)에 의해 제3 이동 부재(93)의 제2 접합부(94)에 걸림 결합되기만 하면, 제1 이동 부재(70)는 이동을 정지하여 위치결정을 완성한다.
여기서 보충 설명드릴 부분은, 위치맞춤의 정밀도를 높이기 위하여, 제1 연결 유닛(40)의 제1 베이스체의 상단면에는 위치결정 기둥(44)이 구비되고, 제2 베이스체(60)의 저면에는 위치결정홈(67)이 구비되고, 제2 베이스체(60)가 도 6에서 도시한 바와 같은 접합 위치(P1)에 위치하면, 위치결정홈(67)에 의해 제1 연결 유닛(40)의 위치결정 기둥(44)에 끼움 결합된다. 또한, 제1 탄성 부재(80), 제2 탄성 부재(82), 제3 탄성 부재(84), 제4 탄성 부재(86) 및 점탄성 댐핑 소자(33)는 관계식: K5＞K1＞K3＞K2, 또한 K1＞K4를 만족시키고, 여기서 K1은 제1 탄성 부재(80)의 스프링 상수이고, K2는 제2 탄성 부재(82)의 스프링 상수이고, K3은 제3 탄성 부재(84)의 스프링 상수이고, K4는 제4 탄성 부재(86)의 스프링 상수이고, K5는 점탄성 댐핑 소자(33)의 스프링 상수이다. 상기 관계식에 의해, 제1 이동 부재(70), 제2 이동 부재(90), 제3 이동 부재(93) 및 제4 이동 부재(96)가 제2 베이스체(60)의 작동 과정에서 양호한 연동 관계를 유지하도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 각 점탄성 댐핑 소자(33)가 제1 연결 유닛(40)에 대해 지연 효과를 발생하도록 할 수 있어, 제1 연결 유닛(40)이 제2 베이스체(60)가 완전히 이탈된 후에야 천천히 원위치로 돌아오도록 하여, 엔드 이펙터 교환 기능을 달성하도록 보장한다.
종합하면, 본 발명의 로봇식 교환장치(10)는 다수개의 이동 부재(70, 90, 93, 96)와 이들과 결합된 탄성 부재(80, 82, 84, 86) 사이의 연동 관계를 통해, 제2 베이스체(60)가 제1 연결 유닛(40)과 신속하게 접합 및 해제될 수 있도록 하며, 또한 댐퍼(30)에 의한 댐핑 효과를 통해, 제2 베이스체(60)와 제1 연결 유닛(40)이 확실하게 분리되도록 하여, 엔드 이펙터 교환 목적에 도달한다.
또한, 도 9 내지 도 10을 더 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 하기 구조를 활용하여 제1 연결 유닛(40)과 제2 연결 유닛(50)이 결합되는 효과를 달성하는 것을 보여준다.
여기서, 제1 연결 유닛(40)은 접합홀(43)이 구비된 기둥체(42)를 구비한다.
제2 연결 유닛(50)은, 제2 베이스체(60), 제1 이동 부재(70), 제2 이동 부재(90), 제2 탄성 부재(82), 제3 이동 부재(93) 및 제3 탄성 부재(84)를 구비한다. 제2 베이스체(60)는 제1 홈(61), 제2 홈(62) 및 제1 관통홀(63)을 구비하고, 제2 베이스체(60)는 제1 홈(61)에 의해 기둥체(42)에 분리 가능하게 끼움 설치되고, 제1 관통홀(63)은 제1 홈(61) 및 제2 홈(62)과 연통되고, 제1 이동 부재(70)는 제2 홈(62) 내에 설치되고 또한 제2 홈(62)을 따라 돌출되거나 제2 홈(62)으로 사라지고, 제2 이동 부재(90)는 제1 관통홀(63) 내에 설치되고 또한 제1 관통홀(63)에서 돌출되어 접합홀(43)에 진입할 수 있고, 제2 탄성 부재(82)는 제1 관통홀(63) 내에 설치되고 또한 제2 이동 부재(90)를 움직여 제1 이동 부재(70)를 향해 이동시키고, 제3 이동 부재(93)는 제1 관통홀(63) 내에 설치되고 또한 제1 관통홀(63)에서 돌출되어 제1 이동 부재(70)와 접촉하고, 제3 탄성 부재(84)는 각각 제2 이동 부재(90) 및 제3 이동 부재(93)를 푸시한다.
제2 연결 유닛(50)은 로봇암의 움직임에 의해 제1 연결 유닛(40)을 향하여 점차 접근하면서, 제2 베이스체(60)의 제1 홈(61)이 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)에 점차 끼워지게 하며, 제2 베이스체(60)가 접근하여 제1 이동 부재(70)가 제1 연결 유닛(40)에 접촉하게 되면, 제1 이동 부재(70)는 제2 홈(62) 내로 상향 이동한다. 제1 이동 부재(70)의 상향 이동 과정에서, 제3 이동 부재(93)를 가압하여, 제3 이동 부재(93)가 제1 관통홀(63) 내로 점차 후진하도록 하며 또한 먼저 제3 탄성 부재(84)를 가압한 다음 제2 이동 부재(90)를 가압하고, 제2 탄성 부재(82)가 주는 힘을 극복한 후, 제2 이동 부재(90)를 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 방향으로 이동시킨다.
도 10에서 도시한 바와 같이, 제2 연결 유닛(50)이 제1 연결 유닛(40)에 결합되면, 제1 이동 부재(70)가 제2 홈(62) 내로 완전히 사라지게 되고, 제3 이동 부재(93)는 제1 관통홀(63)로 사라지게 된다. 이렇게 되면, 제3 탄성 부재(84)는 제3 이동 부재(93)에 의해 가압되어 제2 이동 부재(90)를 푸시하여, 제2 이동 부재(90)가 접합홀(43) 내로 돌출되도록 하여, 제2 베이스체(60)가 제1 연결 유닛(40)과 결합되도록 한다.
이렇게 하면, 제2 연결 유닛(50)에 제1 연결 유닛(40)을 결합하는 효과를 달성할 수 있다.
여기서 더 설명드릴 부분은, 본 발명은 로봇암의 엔드 이펙터를 교환하는 로봇식 교환장치의 교환방법도 제공한다는 것이다.
도 5 내지 도 8을 다시 참조하면, 교환장치는 제1 연결 유닛(40)과 제2 연결 유닛(50)을 포함하며, 상기 제1 연결 유닛(40)은 제1 베이스체(41), 및 접합홀(43)이 구비된 기둥체(42)를 구비하며, 제2 연결 유닛(50)은 제2 베이스체(60) 및 제1 이동모듈(A)[예를 들면 제1 이동 부재(70)], 제2 이동모듈(B)[예를 들면 제2 이동 부재(90)와 제3 이동 부재(93)]과 제3 이동모듈(C)[예를 들면 제4 이동 부재(96)]을 구비하며, 상기 제2 이동모듈(B)과 제3 이동모듈(C)의 축심선은 각각 상기 제2 베이스체(60)의 축심선과 수직되고, 상기 제1 이동모듈(A)의 축심선은 상기 제2 베이스체(60)의 축심선과 평행하며 또한 상기 제2 이동모듈(B)과 제3 이동모듈(C) 사이에 배치되며, 상기 교환방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
로봇암이 제2 연결 유닛(50)을 움직여 제1 연결 유닛(40)과 접합시키는 과정에서, 상기 제1 이동모듈(A)은 상기 제1 연결 유닛(40)의 제1 베이스체(41)의 상단면과 접촉하고, 또한 상기 제1 이동모듈(A)을 상기 제2 베이스체(60)의 상단면의 방향으로 이동시켜, 상기 제2 이동모듈(B)로 하여금 상기 제2 베이스체(60)의 축심선 방향으로 이동하도록 하여, 상기 제2 이동모듈(B)을 상기 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 접합홀(43)에 걸림 결합시킨다.
그리고 상기 로봇암이 제2 연결 유닛(50)을 움직여 제1 연결 유닛(40)에서 분리시키는 과정에서, 상기 제2 연결 유닛(50)은 상기 제1 연결 유닛(40)에 대해 아래로 누르는 힘을 가하여, 상기 제3 이동모듈(C)을 상기 제2 베이스체(60)의 축심선 방향으로 이동시키고, 또한 상기 제1 이동모듈(A)을 상기 제2 베이스체(60)의 상단면 방향으로 이동시켜, 상기 제2 이동모듈(B)로 하여금 상기 제2 베이스체(60)의 축심선에서 멀어지는 방향으로 이동하도록 하여, 상기 제2 이동모듈(B)이 상기 제1 연결 유닛(40)의 기둥체(42)의 접합홀(43)을 이탈하도록 한다.
이렇게 로봇암을 보조하여 엔드 이펙터를 교환함으로써, 교환작업 조작비용을 절약하고 교환작업 효율을 높일 수 있다.
10: 로봇식 교환장치
20: 베이스
21: 저벽
22: 링 벽
23: 지지레버
24: 내부 플랜지
30: 댐퍼
31: 상부 지지판
32: 하부 지지판
33: 점탄성 댐핑 소자
40: 제1 연결 유닛
41: 제1 베이스체
42: 기둥체
43: 접합홀
44: 위치결정 기둥
50: 제2 연결 유닛
60: 제2 베이스체
61: 제1 홈
62: 제2 홈
63: 제1 관통홀
64: 제2 관통홀
65: 제1 내측 저지 플랜지
66: 제2 내측 저지 플랜지
67: 위치결정홈
70: 제1 이동 부재
71: 상부 위치결정홈
72: 제1 푸시접촉부
73: 하부 위치결정홈
74: 제1 피접촉부
80: 제1 탄성 부재
82: 제2 탄성 부재
84: 제3 탄성 부재
86: 제4 탄성 부재
90: 제2 이동 부재
91: 제1 접합부
92: 제1 외측 저지 플랜지
93: 제3 이동 부재
94: 제2 접합부
95: 제2 외측 저지 플랜지
96: 제4 이동 부재
97: 제2 푸시접촉부
98: 제2 피접촉부
99: 제3 외측 저지 플랜지
P1: 접합 위치
P2: 해제 위치
P3: 분리 위치
A: 제1 이동모듈
B: 제2 이동모듈
C: 제3 이동모듈

Claims (10)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 설치되는 댐퍼;
    상기 댐퍼 상에 위치시키는 제1 베이스체와 접합홀이 형성된 기둥체를 구비하는 제1 연결 유닛; 및
    제2 베이스체, 제1 이동 부재, 제1 탄성 부재, 제2 이동 부재, 제2 탄성 부재, 제3 이동 부재, 제3 탄성 부재, 제4 이동 부재 및 제4 탄성 부재를 구비하는 제2 연결 유닛
    을 포함하고,
    상기 제2 베이스체는 제1 홈, 제2 홈, 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 구비하며, 상기 제2 베이스체는 상기 제1 홈에 의해 분리 가능하게 상기 기둥체에 끼워지고, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 홈과 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제2 관통홀은 상기 제2 홈과 상기 제2 베이스체의 외주면과 연통되고, 상기 제1 이동 부재는 상기 제2 홈 내에 설치되며 또한 분리 가능하게 상기 제1 베이스체와 접촉하며, 상기 제1 탄성 부재는 상기 제2 홈 내에 설치되고 또한 상기 제1 이동 부재와 푸시 접촉하며, 상기 제2 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 분리 가능하게 상기 기둥체의 접합홀 내에 끼워지고, 상기 제2 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되며 또한 상기 제2 이동 부재와 푸시 접촉하며, 상기 제3 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 분리 가능하게 상기 제1 이동 부재와 걸림 결합되고, 상기 제3 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제2 이동 부재, 제3 이동 부재 사이에 푸시 접촉하며, 상기 제4 이동 부재는 상기 제2 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 베이스에 의해 가압되어 상기 제1 이동 부재를 푸시하며, 상기 제4 탄성 부재는 상기 제2 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제4 이동 부재를 움직여 상기 제2 베이스체 외주면으로 이동시키는,
    로봇식 교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스는 내부 플랜지를 구비하며, 상기 댐퍼는 상부 지지판, 하부 지지판 및 다수의 댐핑 소자를 구비하며, 상기 상부 지지판은 상기 제1 연결 유닛의 제1 베이스체를 지지하고, 상기 하부 지지판은 상기 베이스체의 내부 플랜지에 접촉하며, 상기 다수의 댐핑 소자는 상기 상부 지지판과 하부 지지판 사이에 연결되는, 로봇식 교환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재, 상기 제2 탄성 부재, 상기 제3 탄성 부재, 상기 제4 탄성 부재 및 각각의 상기 댐핑 소자는 관계식: K5＞K1＞K3＞K2, 또한 K1＞K4을 만족시키며, 여기서, 상기 K1은 상기 제1 탄성 부재의 스프링 상수이고, 상기 K2는 상기 제2 탄성 부재의 스프링 상수이고, 상기 K3은 상기 제3 탄성 부재의 스프링 상수이고, 상기 K4는 상기 제4 탄성 부재의 스프링 상수이고, 상기 K5는 각각의 상기 댐핑 소자의 스프링 상수인, 로봇식 교환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이동 부재는 제1 푸시접촉부와 제1 피접촉부를 구비하며, 상기 제2 베이스체가 접합 위치에 위치하면, 상기 제2 베이스체의 제1 홈은 상기 제1 연결 유닛의 기둥체에 끼워지고, 또한 상기 제1 이동 부재의 제1 피접촉부는 상기 제1 연결 유닛의 제1 베이스체의 상단면에 접촉되며, 또한 상기 제1 이동 부재의 제1 푸시접촉부는 상기 제3 이동 부재를 상기 제1 관통홀 내로 가압하여, 상기 제2 이동 부재가 상기 제3 이동 부재의 이동 및 상기 제3 탄성 부재의 탄력에 의해 상기 제1 연결 유닛의 기둥체의 접합홀 내에 걸림 결합되도록 하는, 로봇식 교환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스는 링 벽을 구비하며, 내부 플랜지는 상기 링 벽의 내측 링 면에 설치되고, 상기 제1 이동 부재는 상기 제1 피접촉부와 인접 설치된 하부 위치결정홈을 구비하고, 상기 제4 이동 부재는 제2 푸시접촉부와 제2 피접촉부를 구비하며, 상기 제2 베이스체가 해제 위치에 위치하면, 상기 제4 이동 부재의 제2 피접촉부는 상기 베이스의 링 벽에 의해 가압되고, 또한 상기 제4 이동 부재의 제2 푸시접촉부는 상기 제1 이동 부재의 제1 피접촉부로 하여금 상기 제1 연결 유닛의 제1 베이스체의 상단면을 이탈하도록 푸시하여, 상기 제3 이동 부재가 상기 제1 이동 부재의 이동 및 상기 제3 탄성 부재의 탄성에 의해 상기 제1 이동 부재의 하부 위치결정홈 내에 걸림 결합될 수 있도록 하고, 또한 상기 제2 이동 부재가 상기 제3 이동 부재의 이동 및 상기 제2 탄성 부재의 탄력에 의해 상기 제1 연결 유닛의 기둥체의 결합 홀로부터 이탈될 수 있도록 하는, 로봇식 교환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 이동 부재는 상기 제1 푸시접촉부에 인접 설치되는 상부 위치결정홈을 구비하며, 상기 제2 베이스체가 분리 위치에 위치하면, 상기 제2 베이스체의 제1 홈은 상기 제1 연결 유닛의 기둥체를 이탈하고, 또한 상기 제1 이동 부재의 제1 피접촉부는 상기 제2 베이스체의 제2 홈 밖에 위치하여, 상기 제2 이동 부재로 하여금 상기 제2 탄성 부재의 탄력에 의해 상기 제2 베이스체의 제1 관통홀 내로 후진하도록 하며, 또한 상기 제3 이동 부재로 하여금 상기 제2 이동 부재의 이동 및 상기 제2 탄성 부재의 탄력에 의해 상기 제1 이동 부재의 상부 위치결정홈 내에 걸림 결합되도록 하는, 로봇식 교환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 유닛의 제1 베이스체의 상단면은 위치결정 기둥체를 구비하며, 상기 제2 베이스체의 저면은 상기 제1 연결 유닛의 위치결정 기둥체에 끼움 결합되는 위치결정홈을 구비하는, 로봇식 교환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 점탄성 댐퍼, 유압 댐퍼 또는 진동 댐퍼인, 로봇식 교환장치.
  9. 접합 홀이 형성된 기둥체를 구비하는 제1 연결 유닛; 및
    제2 베이스체, 제1 이동 부재, 제2 이동 부재, 제2 탄성 부재, 제3 이동 부재 및 제3 탄성 부재를 구비하는 제2 연결 유닛
    을 포함하고,
    상기 제2 베이스체는 제1 홈, 제2 홈 및 제1 관통홀을 구비하며, 상기 제2 베이스체는 상기 제1 홈에 의해 상기 기둥체에 분리 가능하게 끼워지고, 상기 제1 관통홀은 상기 제1 홈과 상기 제2 홈과 연통되고, 상기 제1 이동 부재는 상기 제2 홈 내에 설치되고 또한 상기 제2 홈을 따라 돌출되거나 상기 제2 홈으로 사라지고, 상기 제2 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 제1 관통홀에서 돌출되어 접합홀로 진입 가능하고, 상기 제2 탄성 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제2 이동 부재를 움직여 상기 제1 이동 부재를 향해 이동시키고, 상기 제3 이동 부재는 상기 제1 관통홀 내에 설치되고 또한 상기 제1 관통홀에서 돌출되어 상기 제1 이동 부재와 접촉할 수 있고, 상기 제3 탄성 부재는 상기 제2 이동 부재와 상기 제3 이동 부재를 각각 푸시하는,
    로봇식 교환장치.
  10. 로봇암의 엔드 이펙터 교환에 사용되며, 제1 연결 유닛과 제2 연결 유닛을 포함하고, 상기 제1 연결 유닛은 제1 베이스체와 접합홀이 구비된 기둥체를 구비하며, 상기 제2 연결 유닛은 제2 베이스체 및 제1 이동모듈, 제2 이동모듈 및 제3 이동모듈을 구비하며, 상기 제2 이동모듈 및 제3 이동모듈의 축심선은 각각 상기 제2 베이스체의 축심선과 수직되며, 상기 제1 이동모듈의 축심선은 상기 제2 베이스체의 축심선과 평행되며 또한 상기 제2 이동모듈 및 제3 이동모듈 사이에 배치되는 로봇식 교환장치를 사용하여 로봇암의 엔드 이펙터를 교환하는 방법에 있어서,
    상기 로봇암이 상기 제2 연결 유닛을 움직여 상기 제1 연결 유닛과 접합시키는 과정에서, 상기 제1 이동모듈은 상기 제1 연결 유닛의 제1 베이스체의 상단면에 접촉하며, 상기 제1 이동모듈을 상기 제2 베이스체의 상단면 방향으로 이동시켜, 상기 제2 이동모듈로 하여금 상기 제2 베이스체의 축심선 방향으로 이동하도록 하여, 상기 제2 이동모듈을 상기 제1 연결 유닛의 기둥체의 접합홀에 걸림 결합시키는 단계; 및
    상기 로봇암이 상기 제2 연결 유닛을 움직여 상기 제1 연결 유닛에서 분리시키는 과정에서, 상기 제2 연결 유닛은 상기 제1 연결 유닛에 대해 아래로 누르는 힘을 가하여, 상기 제3 이동모듈을 상기 제2 베이스체의 축심선 방향으로 이동시키고, 또한 상기 제1 이동모듈을 상기 제2 베이스체의 상단면 방향으로 이동시켜, 상기 제2 이동모듈로 하여금 상기 제2 베이스체의 축심선에서 멀어지는 방향으로 이동하도록 하여, 상기 제2 이동모듈을 상기 제1 연결 유닛의 기둥체의 접합홀에서 이탈시키는 단계
    를 포함하는 로봇식 교환장치를 사용하여 로봇암의 엔드 이펙터를 교환하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR930012213A (ko) * 1991-12-11 1993-07-20 강진구 조립로보트의 헤드 및 핸드(Head ＆ Hend) 교환장치

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