KR101796641B1

KR101796641B1 - 페러렐 로봇장치

Info

Publication number: KR101796641B1
Application number: KR1020160038341A
Authority: KR
Inventors: 박경철; 안영재
Original assignee: 주식회사 씨에스메카트로닉스
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-11-10
Also published as: KR20170111967A

Abstract

본 발명에 따르면, 정사각형 또는 직사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 직립 설치되며 상기 작업영역(R)의 중앙을 향하는 내측에는 상하로 연장된 레일(111)이 각각 형성된 네 개의 수직프레임(110); 각 수직프레임(110)의 상부와 하부에 이격배치된 두 롤러(131,132) 사이에 끼움결합되어 회전하는 구동벨트(121) 및, 상기 구동벨트(121)에 회전력을 제공하는 구동모터(122)를 포함하는 구동부(120); 상기 구동벨트(121)의 일측에 체결된 상태로 상기 레일(111)을 따라 승강 이동하는 슬라이더(141)와, 상기 작업영역(R) 내에 수평배치되는 이펙터(142) 및, 각 슬라이더(141)와 이펙터(142) 사이에 직선으로 연결되는 링크프레임(143)을 포함하는 이동부(140); 및 사용자입력신호에 따라 각 구동모터(122)를 개별적으로 구동제어하여 상기 작업영역(R) 내에서 상기 이펙터(142)를 수평상태로 위치이동시키는 제어부;를 포함하는 페러렐 로봇장치를 개시한다.

Description

페러렐 로봇장치{PARALLEL ROBOT APPARATUS}

본 발명은 페러렐 로봇장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그립퍼, 진공픽업기 및 용접기 등의 작업장치를 일정 작업공간 내에서 평행하게 위치이동시키는데 사용되는 페러렐 로봇장치에 관한 것이다.

일반적으로 반복적인 작업이 수행되는 자동화 생산라인에서는 페러렐 로봇장치가 이용된다. 도 1에는 종래의 페러렐 로봇장치의 구성이 개시되어 있다.

도 1을 참고하면 종래의 페러렐 로봇장치(10)는 삼각형의 작업영역이 갖는 각 모서리마다 직립 설치되는 수직프레임에 지지되어 중앙의 일정높이에 수평배치되는 베이스(11) 및, 상기 베이스(11)와 이펙터 사이에 연결되어 구동모터(12)의 회전력을 전달받아 접철각도가 조절되도록 장착되는 3쌍의 로봇암으로 이루어졌다.

여기서, 각 로봇암은 베이스(11) 상에 연결되어 구동모터(12)에 의해 각도가 조절되는 제1암(30) 및, 유니버셜링크(20)에 의해 제1암(30)의 단부에 회동가능하게 결합되며 단부는 이펙터의 둘레에 결합되는 제2암(40)으로 구성되었다.

또한, 상기 이펙터를 작업영역 내에서 평행하게 위치이동시키기 위해서는 각 구동모터(12)를 개별적으로 구동제어하여 각 로봇암의 접철각을 동기화되도록 조절함으로써 이펙터를 x축, y축 및 z축 상으로 이동시킬 수 있었다.

그러나, 종래의 페러렐 로봇장치는 이동제어를 위해 관절구조를 갖는 각 로봇암의 접철각을 조절해야 하기 때문에 출력이 높은 구동모터를 이용하여야 하고 관절움직임을 세밀하게 조절하기 위해서는 구동모터에 고가의 정밀감속기가 장착되어야 하기 때문에 제조비용 및 설치비용이 증가하고 구동제어가 복잡해지는 문제점이 있었다.

더욱이, 도면에서와 같이 장치의 하중을 지지하는 3개의 수직프레임은 삼각구조로 직립설치되므로, 컨베이어 상에서 이송되는 물품을 작업하도록 장치가 설치되는 경우 컨베이어를 두 개의 수직프레임 사이로 관통시켜 배치하면 나머지 하나의 수직프레임과의 간섭으로 설치구조에 많은 제한이 따르면, 간섭을 피하기 위해서는 각 수직프레임들간의 간격을 벌려야 하기 때문에 장치의 규모가 지나치게 커질 수 밖에 없으며 그럼에도 불구하고 작업영역은 협소한 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2015-0077699호(2015.07.08), 델타로봇용 유니버셜 링크

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 고출력의 구동모터나 정밀감속기를 이용하지 않고서도 작업장치가 설치된 이펙터를 고속으로 평행 이동시킬 수 있으며 구조가 간소하고 제어가 간단하여 제조비용 및 설치비용을 대폭 절감할 수 있고 컨베이어의 배치에 제약을 주지 않으면서도 상대적으로 넓은 작업영역을 확보할 수 있는 구조로 구비된 페러렐 로봇장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 페러렐 로봇장치는, 정사각형 또는 직사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 직립 설치되며 상기 작업영역(R)의 중앙을 향하는 내측에는 상하로 연장된 레일(111)이 각각 형성된 네 개의 수직프레임(110); 각 수직프레임(110)의 상부와 하부에 이격배치된 두 롤러(131,132) 사이에 끼움결합되어 회전하는 구동벨트(121) 및, 상기 구동벨트(121)에 회전력을 제공하는 구동모터(122)를 포함하는 구동부(120); 상기 구동벨트(121)의 일측에 체결된 상태로 상기 레일(111)을 따라 승강 이동하는 슬라이더(141)와, 상기 작업영역(R) 내에 수평배치되는 이펙터(142) 및, 각 슬라이더(141)와 이펙터(142) 사이에 직선으로 연결되는 링크프레임(143)을 포함하는 이동부(140); 및 사용자입력신호에 따라 각 구동모터(122)를 개별적으로 구동제어하여 상기 작업영역(R) 내에서 상기 이펙터(142)를 수평상태로 위치이동시키는 제어부;를 포함한다.

여기서, 상기 슬라이더(141)의 양측에는 측방으로 돌출된 구형상의 슬라이더연결볼(144)이 배치되고, 상기 이펙터(142)에는 각 수직프레임(110)과 대향하는 변부마다 양측방으로 각각 돌출된 구형상의 이펙터연결볼(145)이 배치되며, 상기 이동부(140)는 각 수직프레임(110)별로 두 개의 링크프레임(143)이 쌍을 이루어 상기 이펙터(142)의 각 변부와 각 슬라이더(141)에 연결되되, 각 링크프레임(143)은 양단에 구름홈(144a,144b)이 각각 형성되어 일단의 구름홈(144a)은 상기 슬라이더연결볼(144)에 회전가능하게 연결되고 타단의 구름홈(144b)은 상기 이펙터연결볼(145)에 회전가능하게 연결될 수 있다.

또한, 상기 수직프레임(110)의 내측면 상에서 기설정된 슬라이더(141)의 초기구동위치에 근접배치되며, 상기 초기구동위치로 이동한 슬라이더(141)를 감지하여 상기 제어부로 감지신호를 출력하는 센서부(170);를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 구동부(120)로부터 각 구동모터(122)가 회전한 엔코더값을 입력받아 각 슬라이더(141)의 승강 이동거리를 산출하고, 상기 엔코더값과 산출된 승강 이동거리값을 기준으로 각 슬라이더(141)가 설정된 위치로 이동하도록 각 구동모터(122)를 개별적으로 회전제어할 수 있다.

또한, 상기 슬라이더(141)의 초기구동위치는 상기 수직프레임(110)의 내측면에 형성된 레일(111)의 상단위치이고, 상기 제어부는, 상기 센서부(170)로부터 감지신호가 입력되면 상기 슬라이더(141)가 초기구동위치로 이동한 것으로 판단하며, 동시에 상기 구동모터(122)의 회전을 정지시켜 슬라이더(141)가 레일(111)로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 수직프레임(110)의 내측면 상에 배치되어 상기 구동벨트(121)의 일측을 측방으로 가압하며 회전하는 텐션롤러(160);를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부(120)는, 상기 수직프레임(110) 상에서 상하로 이격배치된 구동롤러(131) 및 종동롤러(132)와, 베어링을 매게로 상기 종동롤러(132)를 회전가능하게 지지하며 일측에는 암나사산이 형성된 나사공(134)이 형성된 승강블럭(133)과, 상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 승강블럭(133)의 측방을 지지하여 승강이동을 가이드하는 가이드프레임(135)과, 상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 나사공(134)과 대응되는 위치에 통공(137)이 관통형성된 고정프레임(136) 및 상기 통공(137)을 관통하여 상기 나사공(134)에 단부가 삽입되며 둘레에는 상기 암나사산과 치합되는 수나사산이 형성되어 회전방향에 따라 상기 승강블럭(133)을 승강시키는 조절나사(139)를 포함하는 텐션조절부(130)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 이펙터(142)의 하부에 수평배치되며 수직축선을 중심으로 회전하는 제1회전프레임(181)과, 상기 이펙터(142)의 일측에 고정설치되어 상기 제1회전프레임(181)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제1모터(182)와, 상기 제1회전프레임(181)의 일측에 직립배치되며 수평축선을 중심으로 회전하는 제2회전프레임(183)과, 상기 제1회전프레임(181)의 일측에 고정설치되어 상기 제2회전프레임(183)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제2모터(184) 및, 상기 제2회전프레임(183)의 일측에 장착되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 설정된 동작을 수행하는 작업기(185)를 포함하는 작업장치부(180);를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 페러렐 로봇장치에 의하면,

첫째, 구동벨트(121)를 회전시켜 각 수직프레임(110) 상에 배치된 슬라이더(141)를 승강시키는 것만으로 이펙터(142)와 직선으로 연결된 링크프레임(143)의 상하 각도를 조절하여 이펙터(142)를 평행하게 x축, y축, z축으로 자유롭게 위치이동시킬 수 있으므로, 로봇암의 관절을 접철해야 하는 종래기술과 비교하여 고출력의 구동모터나 정밀감속기를 이용하지 않고서도 이펙터(142)에 설치된 작업장치부(180)를 원하는 위치로 고속이동시킬 수 있으며, 이에 따라 장치의 구조를 간소화하고 제어가 간단하여 제조비용 및 설치비용을 대폭 절감할 수 있다.

둘째, 사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 네 개의 수직프레임(110)이 직립 설치된 사각 구조로 이루어지므로, 종래의 수직프레임이 삼각구조로 직립설치되는 것과 비교하여 컨베이어(10)가 각 수직프레임(110) 사이를 관통한 형태로 간섭이나 제약없이 용이하게 배치될 수 있으며 장치의 규모에 비하여 상대적으로 넓은 작업영역(R)을 확보할 수 있다.

셋째, 상기 수직프레임(110)의 내측면 상에서 기설정된 슬라이더(141)의 초기구동위치에는 센서부(170)가 근접배치되어 상기 초기구동위치로 이동한 슬라이더(141)를 감지하여 제어부로 감지신호를 출력하며, 상기 제어부는 구동모터(122)가 회전한 엔코더값을 입력받아 각 슬라이더(141)의 승강 이동거리를 산출하고, 상기 엔코더값과 산출된 승강 이동거리값을 기준으로 각 슬라이더(141)가 설정된 위치로 이동하도록 각 구동모터(122)를 개별적으로 회전제어하므로 고가의 고속감속기없이도 수평상태로 평행이동하는 이펙터(142)를 보다 정밀하게 위치 조절할 수 있다.

넷째, 상기 슬라이더(141)의 초기구동위치가 수직프레임(110)의 내측면에 형성된 레일(111)의 상단위치에 설정된 경우, 상기 제어부는 센서부(170)로부터 감지신호가 입력되면 슬라이더(141)가 초기구동위치로 이동한 것으로 판단하며, 동시에 구동모터(122)의 회전을 정지시킴으로써 소음이나 진동을 발생시키는 스토퍼의 구성없이도 슬라이더(141)가 레일(111)로부터 이탈하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

다섯째, 상기 수직프레임(110)의 내측면 상에는 슬라이더(141)를 승강이동시키는 구동벨트(121)의 일측을 측방으로 가압하며 회전하는 텐션롤러(160)가 배치되므로, 구동벨트(121)가 헐거워져 구동롤러(131)나 종동롤러(132)로부터 의도하지 않게 분리되는 것을 방지할 수 있으며 회전하는 구동벨트(121)의 진동을 최소화할 수 있다.

여섯째, 상기 구동벨트(121)의 일측을 지지하며 회전하는 종동롤러(132)를 나사조절방식으로 승강시켜 종동롤러(132)와 대향배치된 구동롤러(131) 사이의 이격거리를 조절할 수 있으므로 상기 구동벨트(121)의 텐션을 미세 조절할 수 있으며 텐션조절 방식이 간소해지는 장점을 제공한다.

일곱째, 상기 이펙터(142)에 장착되는 작업장치부(180)의 경우 제1모터(182)의 회전력으로 수직축선을 중심으로 회전하고 제2모터(184)의 회전력으로 수평축선을 중심으로 회전하여 일측에 장착된 작업기(185)를 요구되는 작업방향으로 지향시킬 수 있으므로 다양한 작업을 수행할 수 있는 여건을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 페러렐 로봇장치의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치의 구성을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직프레임에 설치된 주요 구성을 나타낸 측면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동부의 구성을 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치가 컨베이어를 중심으로 다양한 사각구조로 설치된 상태를 나타낸 개략도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작업장치부의 구성을 나타낸 개략도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치(100)는, 고출력의 구동모터나 정밀감속기를 이용하지 않고서도 작업장치부(180)가 설치된 이펙터(142)를 고속으로 평행 이동시킬 수 있으며 구조가 간소하고 제어가 간단하여 제조비용 및 설치비용을 대폭 절감할 수 있고 컨베이어(10)의 배치에 제약을 주지 않으면서도 상대적으로 넓은 작업영역을 확보할 수 있는 구조로 구비된 로봇장치로서, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 네 개의 수직프레임(110), 구동부(120), 이동부(140) 및 제어부를 포함하여 구비된다.

먼저, 상기 네 개의 수직프레임(110)은 페러렐 로봇장치(100)의 골조를 형성하는 프레임구조물로서, 정사각형 또는 직사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 직립 설치되며 상기 작업영역(R)의 중앙을 향하는 내측에는 상하로 연장된 레일(111)이 각각 형성된다.

여기서, 상부에는 수평배치되어 각 수직프레임(110)의 상단을 연결하는 상판(114)이 체결되고 하부에는 수평배치되어 각 수직프레임(110)의 하단을 연결하는 베이스판(112)이 체결된 구조를 예시하였으나, 상기 수직프레임(110)은 설치장소의 바닥면이 견고할 경우 베이스판(112)없이 바닥면에 직접 고정장착될 수 있으며, 이에 따라 충분한 지지력을 제공받을 경우 상기 상판(114) 역시 생략될 수 있다.

또한, 도면에서와 같이 상기 레일(111)은 각 수직프레임(110)마다 내측에 두 개가 측방으로 일정간격 이격되어 나란하게 상하로 연장배치되면서 이동부(140)의 슬라이더(141)를 보다 안정적으로 지지할 수 있으며, 상기 베이스판(112)의 하부에는 페러렐 로봇장치(100)를 일정 높이에 배치시키기 위한 지지다리(113)가 배치될 수 있다.

상기 구동부(120)는 페러렐 로봇장치(100)가 동작하는데 필요한 구동력을 제공하는 구동수단으로서, 각 수직프레임(110)의 상부와 하부에 이격배치된 구동롤러(131) 및 종동롤러(132) 사이에 끼움결합되어 회전하는 구동벨트(121) 및, 상기 구동벨트(121)에 회전력을 제공하는 구동모터(122)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 구동벨트(121)를 대신하여 동력전달수단으로서 체인이나 와이어를 이용할 수도 있으나, 고속회전 및 정밀제어를 위해 내측에 톱니홈이 형성된 벨트를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 구동부(120)는 직립배치되어 구동롤러(131)와 동심으로 축연결되며 소정의 지름을 갖는 회전판(138a)과 상기 구동모터(122)와 회전판(138a) 사이에 끼움결합되는 감속벨트(138b)를 더 포함하여 구비되며, 상기 회전판(138b)이 갖는 지름의 크기를 조절하여 모터감속비를 원하는대로 조절할 수 있다.

더불어, 상기 수직프레임(110)의 내측면 상에는 슬라이더(141)를 승강이동시키는 구동벨트(121)의 일측을 측방으로 가압하며 회전하는 텐션롤러(160,161)가 배치되므로, 구동벨트(121)가 헐거워져 구동롤러(131)나 종동롤러(132)로부터 의도하지 않게 분리되는 것을 방지할 수 있으며 회전하는 구동벨트(121)의 진동을 최소화할 수 있다.

그리고, 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이 상기 구동부(120)는, 베어링을 매게로 상기 종동롤러(132)를 회전가능하게 지지하며 일측에는 암나사산이 형성된 나사공(134)이 형성된 승강블럭(133)과, 상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 승강블럭(133)의 측방을 지지하여 승강이동을 가이드하는 가이드프레임(135)과, 상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 나사공(134)과 대응되는 위치에 통공(137)이 관통형성된 고정프레임(136) 및, 상기 통공(137)을 관통하여 상기 나사공(134)에 단부가 삽입되며 둘레에는 상기 암나사산과 치합되는 수나사산이 형성되어 회전방향에 따라 상기 승강블럭(133)을 승강시키는 조절나사(139)를 포함하는 텐션조절부(130)를 더 포함하여 구비될 수 있다.

이와 같이, 텐션조절부(130)를 이용하여 상기 구동벨트(121)의 일측을 지지하며 회전하는 종동롤러(132)를 나사조절방식으로 승강시켜 종동롤러(132)와 대향배치된 구동롤러(131) 사이의 이격거리를 조절할 수 있으므로 상기 구동벨트(121)의 텐션을 미세 조절할 수 있으며 텐션조절 방식이 간소해지는 장점을 제공한다.

상기 이동부(140)는, 작업장치부(180)를 지지하며 각 구동모터(122)의 회전력에 따라 승강하는 슬라이더(141)의 승강동작을 이펙터(142)를 평행 이동시키기 위한 동작으로 변환하기 위한 프레임 구조물로서, 상기 구동벨트(121)의 일측에 체결된 상태로 레일(111)을 따라 승강이동하는 슬라이더(141)와, 상기 작업영역(R) 내에 수평배치되는 이펙터(142) 및, 각 슬라이더(141)와 이펙터(142) 사이에 직선으로 연결되는 링크프레임(143)을 포함하여 구비된다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이더(141)의 양측에는 측방으로 돌출된 구형상의 슬라이더연결볼(144)이 배치되고, 상기 이펙터(142)에는 각 수직프레임(110)과 대향하는 변부마다 양측방으로 각각 돌출된 구형상의 이펙터연결볼(145)이 배치되며, 상기 이동부(140)는 각 수직프레임(110)별로 두 개의 링크프레임(143)이 쌍을 이루어 상기 이펙터(142)의 각 변부와 각 슬라이더(141)에 연결되되, 각 링크프레임(143)은 양단에 구름홈(144a,144b)이 각각 형성되어 일단의 구름홈(144a)은 상기 슬라이더연결볼(144)에 회전가능하게 연결되고 타단의 구름홈(144b)은 상기 이펙터연결볼(145)에 회전가능하게 연결됨으로써 회전자유도를 얻을 수 있다.

상기 제어부는 미도시된 조작부의 사용자입력신호에 따라 각 구동모터(122)를 개별적으로 구동제어하는 제어수단으로서, 상기 작업영역(R) 내에서 이펙터(142)를 수평상태로 평행 위치이동시킨다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서부(170)를 통해 슬라이더(141)의 초기구동위치를 감지할 수 있으며 이를 이용하여 각 구동모터(122)를 회전제어할 수도 있다.

이를 위해, 상기 센서부(170)는 수직프레임(110)의 내측면 상에서 기설정된 슬라이더(141)의 초기구동위치에 배치되고 상기 초기구동위치로 이동한 슬라이더(141)를 감지하여 상기 제어부로 감지신호를 출력하는 센서부(170);를 더 포함하며,

또한, 상기 제어부는, 구동부(120)로부터 각 구동모터(122)가 회전한 엔코더값을 입력받아 각 슬라이더(141)의 승강 이동거리를 산출하고, 상기 엔코더값과 산출된 승강 이동거리값을 기준으로 각 슬라이더(141)가 설정된 위치로 이동하도록 각 구동모터(122)를 개별적으로 회전제어할 수 있다. 따라서, 고가의 고속감속기없이도 수평상태로 평행이동하는 이펙터(142)를 보다 정밀하게 위치 조절할 수 있다.

더불어, 상기 슬라이더(141)의 초기구동위치는 수직프레임(110)의 내측면에 형성된 레일(111)의 상단위치이고, 상기 제어부는 센서부(170)로부터 감지신호가 입력되면 슬라이더(141)가 초기구동위치로 이동한 것으로 판단하며, 동시에 구동모터(122)의 회전을 정지시킴으로써 소음이나 진동을 발생시키는 스토퍼의 구성없이도 슬라이더(141)가 레일(111)로부터 이탈하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

그리고, 상기 센서부(170)는 슬라이더(141)의 접근을 감지함에 있어서, 적외선, 초음파, 광센서 등과 같이 다양한 감지방식을 이용할 수 있으며, 수직프레임(110)의 일측에 배치되어 슬라이더(141)의 바디 자체를 감지하거나 도 3에 도시된 바와 같이 슬라이더(141)의 일측에 배치된 감지체(146)를 감지하는 방식으로 동작될 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치(100)는 이펙터(142)에 설치되는 작업기(185)를 다양한 방향을 지향할 수 있도록 설치된 작업장치부(180)를 더 포함하여 구비될 수 있다.

이러한 작업장치부(180)는, 상기 이펙터(142)의 하부에 수평배치되며 수직축선을 중심으로 회전하는 제1회전프레임(181)과, 상기 이펙터(142)의 일측에 고정설치되어 상기 제1회전프레임(181)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제1모터(182)와, 상기 제1회전프레임(181)의 일측에 직립배치되며 수평축선을 중심으로 회전하는 제2회전프레임(183)과, 상기 제1회전프레임(181)의 일측에 고정설치되어 상기 제2회전프레임(183)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제2모터(184) 및, 상기 제2회전프레임(183)의 일측에 장착되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 설정된 동작을 수행하는 작업기(185)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 작업기(185)는 그립퍼, 진공픽업기 및 용접기 등과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치(100)가 설치된 생산라인의 작업내용에 따라 다양한 장치가 이용될 수 있다.

이와 같이, 상기 이펙터(142)에 장착되는 작업장치부(180)의 경우 제1모터(182)의 회전력으로 수직축선을 중심으로 회전하고 제2모터(184)의 회전력으로 수평축선을 중심으로 회전하여 일측에 장착된 작업기(185)를 요구되는 작업방향으로 지향시킬 수 있으므로 다양한 작업을 수행할 수 있는 여건을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페러렐 로봇장치(100)의 각 구성 및 기능에 의해, 구동벨트(121)를 회전시켜 각 수직프레임(110) 상에 배치된 슬라이더(141)를 승강시키는 것만으로 이펙터(142)와 직선으로 연결된 링크프레임(143)의 상하 각도를 조절하여 이펙터(142)를 평행하게 위치이동시킬 수 있으므로, 로봇암의 관절을 접철해야 하는 종래기술과 비교하여 고출력의 구동모터나 정밀감속기를 이용하지 않고서도 이펙터(142)에 설치된 작업장치부(180)를 원하는 위치로 고속이동시킬 수 있으며, 이에 따라 장치의 구조를 간소화하고 제어가 간단하여 제조비용 및 설치비용을 대폭 절감할 수 있다.

또한, 정사각형 또는 직사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 네 개의 수직프레임(110)이 직립 설치된 사각 구조로 이루어지므로, 종래의 수직프레임이 삼각구조로 직립설치되는 것과 비교하여 도 5에 도시된 바와 같이 컨베이어(10)가 각 수직프레임(110) 사이를 관통한 형태로 간섭이나 제약없이 용이하게 배치될 수 있으며 장치의 규모에 비하여 상대적으로 넓은 작업영역(R)을 확보할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100...페러렐 로봇장치 110...수직프레임
111...레일 120...구동부
121...구동벨트 122...구동모터
130...텐션조절부 140...이동부
160...텐션롤러 170...센서부
180...작업장치부 181...작업기

Claims

정사각형 또는 직사각형의 작업영역(R)이 갖는 각 모서리마다 직립 설치되며 상기 작업영역(R)의 중앙을 향하는 내측에는 상하로 연장된 레일(111)이 각각 형성된 네 개의 수직프레임(110);
각 수직프레임(110)의 상부와 하부에 이격배치된 두 롤러(131,132) 사이에 끼움결합되어 회전하는 구동벨트(121) 및, 상기 구동벨트(121)에 회전력을 제공하는 구동모터(122)를 포함하는 구동부(120);
상기 구동벨트(121)의 일측에 체결된 상태로 상기 레일(111)을 따라 승강 이동하는 슬라이더(141)와, 상기 작업영역(R) 내에 수평배치되는 이펙터(142) 및, 각 슬라이더(141)와 이펙터(142) 사이에 직선으로 연결되는 링크프레임(143)을 포함하는 이동부(140); 및
사용자입력신호에 따라 각 구동모터(122)를 개별적으로 구동제어하여 상기 작업영역(R) 내에서 상기 이펙터(142)를 수평상태로 위치이동시키는 제어부;를 포함하며,
상기 슬라이더(141)의 양측에는 측방으로 돌출된 구형상의 슬라이더연결볼(144)이 배치되고,
상기 이펙터(142)에는 각 수직프레임(110)과 대향하는 변부마다 양측방으로 각각 돌출된 구형상의 이펙터연결볼(145)이 배치되며,
상기 이동부(140)는 각 수직프레임(110)별로 두 개의 링크프레임(143)이 쌍을 이루어 상기 이펙터(142)의 각 변부와 각 슬라이더(141)에 연결되되, 각 링크프레임(143)은 양단에 구름홈(144a,144b)이 각각 형성되어 일단의 구름홈(144a)은 상기 슬라이더연결볼(144)에 회전가능하게 연결되고 타단의 구름홈(144b)은 상기 이펙터연결볼(145)에 회전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하며,
상기 수직프레임(110)의 내측면 상에서 기설정된 슬라이더(141)의 초기구동위치에 근접배치되며, 상기 초기구동위치로 이동한 슬라이더(141)를 감지하여 상기 제어부로 감지신호를 출력하는 센서부(170);를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 구동부(120)로부터 각 구동모터(122)가 회전한 엔코더값을 입력받아 각 슬라이더(141)의 승강 이동거리를 산출하고, 상기 엔코더값과 산출된 승강 이동거리값을 기준으로 각 슬라이더(141)가 설정된 위치로 이동하도록 각 구동모터(122)를 개별적으로 회전제어하는 것을 특징으로 하며,
상기 슬라이더(141)의 초기구동위치는 상기 수직프레임(110)의 내측면에 형성된 레일(111)의 상단위치이고,
상기 제어부는, 상기 센서부(170)로부터 감지신호가 입력되면 상기 슬라이더(141)가 초기구동위치로 이동한 것으로 판단하며, 동시에 상기 구동모터(122)의 회전을 정지시켜 슬라이더(141)가 레일(111)로부터 이탈하는 것을 방지하며,
상기 수직프레임(110)의 내측면 상에 배치되어 상기 구동벨트(121)의 일측을 측방으로 가압하며 회전하는 텐션롤러(160);를 더 포함하며,
상기 구동부(120)는,
상기 수직프레임(110) 상에서 상하로 이격배치된 구동롤러(131) 및 종동롤러(132)와,
베어링을 매게로 상기 종동롤러(132)를 회전가능하게 지지하며 일측에는 암나사산이 형성된 나사공(134)이 형성된 승강블럭(133)과,
상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 승강블럭(133)의 측방을 지지하여 승강이동을 가이드하는 가이드프레임(135)과,
상기 수직프레임(110)에 고정설치되며 상기 나사공(134)과 대응되는 위치에 통공(137)이 관통형성된 고정프레임(136) 및,
상기 통공(137)을 관통하여 상기 나사공(134)에 단부가 삽입되며 둘레에는 상기 암나사산과 치합되는 수나사산이 형성되어 회전방향에 따라 상기 승강블럭(133)을 승강시키는 조절나사(139)를 포함하는 텐션조절부(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페러렐 로봇장치.
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제 1항에 있어서,
상기 이펙터(142)의 하부에 수평배치되며 수직축선을 중심으로 회전하는 제1회전프레임(181)과,
상기 이펙터(142)의 일측에 고정설치되어 상기 제1회전프레임(181)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제1모터(182)와,
상기 제1회전프레임(181)의 일측에 직립배치되며 수평축선을 중심으로 회전하는 제2회전프레임(183)과,
상기 제1회전프레임(181)의 일측에 고정설치되어 상기 제2회전프레임(183)이 회전하는데 필요한 회전력을 제공하는 제2모터(184) 및,
상기 제2회전프레임(183)의 일측에 장착되어 상기 제어부의 제어신호에 따라 설정된 동작을 수행하는 작업기(185)를 포함하는 작업장치부(180);를 더 포함하는 페러렐 로봇장치.