KR101910011B1

KR101910011B1 - 다관절 로봇 조립체

Info

Publication number: KR101910011B1
Application number: KR1020170056414A
Authority: KR
Inventors: 김도영
Original assignee: 주식회사 알엠시스
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2018-10-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 다관절 로봇 조립체는 다관절 로봇이 모듈 형태로 결합되는 제1 프레임, 상기 다관절 로봇에 연동되어 작업반경을 확장하도록, 상기 제1 프레임과 연결되어 상기 다관절 로봇을 승하강 이동시키는 이동모듈, 상기 이동모듈을 지지하는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임은 일면에 상기 다관절 로봇이 결합되는 다각형 판 형상의 베이스를 구비하고, 상기 이동모듈은 상기 베이스의 승하강을 안내하는 적어도 한쌍의 가이드부와 상기 베이스의 하강시 하중을 탄성적으로 지지하도록 형성되는 적어도 한쌍의 완충유닛부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

다관절 로봇 조립체{THE MULTI-AXIS-ROBOT ASSEMBLY}

본 발명의 일 실시 예들은 기존의 6축 관절 로봇의 관절모듈 추가 없이 작업반경을 확장시킬 수 있어, 다품종 소량 제품 및 소품종 대량 제품작업에 모두 적용시킬 수 있는 다관절 로봇 조립체에 관한 것이다.

다관절 로봇은, 6축 수직 다관절 로봇의 선단부에 엔드 이펙터로서으로 작업 툴을 장착하여, 공간 내의 임의의 위치에서 임의의 자세를 취할 수 있어 무인 작업을 가능하게 한다.

이렇게 공간 내에서 임의의 자세를 취하기 위해서는, 공간 내에 위치를 나타내는 X, Y, Z좌표의 3개 자유도와, 경사 각도를 나타내는 롤링(rolling, X축 회전), 피칭(pitching, Y축 회전), 요잉(yawing, Z축 회전)의 3개 자유도를 합해, 6개의 자유도가 필요하다. 이를 확보하기 위해 다관절 로봇은 6개의 관절을 갖고 있는 경우가 많다.

이러한 다관절 용접 로봇은 반복적이고 위험한 작업을 높은 정밀도와 높은 생산성으로 실현하는데, 차량 또는 철도차량의 제조라인에서 다관절 로봇을 적용하는 경우에는, 차량 양측에, 고정되거나 레일 안내에 의한 이동이 가능한 복수의 다관절 로봇이 나열되어 작업 레시피에 의거하여 소정의 작업 지점에 소정의 작업 조건을 만족시키는 작업을 하게 된다.

그런데, 이러한 다관절 로봇의 구성은 특정 상품에 대한 대량 생산이나, 전용 제조라인에 적용함에는 적합하나, 소량 다품좀 생산 제품에 사용되는 경우에, 제품에 적용될 다관절 로봇의 높이가 적합하지 않아 작업 영역의 위치를 재설정하기 위한 제조라인을 재구성해야 한다.

예컨대, 다관절 로봇의 고정된 높이가 일정 이상 낮을 경우, 다관절 로봇과 가까운 위치의 작업이나 소품종 제품, 예를 들면 자동차 부품에 대한 작업은 용이하게 처리할 수 있는 반면에, 다관절 로봇으로부터 멀리 떨어진 위치의 작업이나 대품종 제품, 예를 들면 철도 부품에 대한 작업은 적합하지 않을 수 있다.

마찬가지로, 다관절 로봇의 고정된 높이가 일정 이상 높을 경우, 다관절 로봇으로부터 멀리 떨어진 위치의 작업은 유리한 반면, 다관절 로봇과 가까운 위치의 작업은 적합하지 않을 수 있다.

결국, 다관절 로봇의 고정된 높이로 인하여 로봇을 소량 다품종 생산 제품들을 생산할 때, 제품마다 로봇을 교체, 관절 추가에 따른 하중증가, 모터 교체 및 프로그래밍 교체하거나 로봇을 높은 지지대로 옮기는 등의 제조라인을 재구성하고, 이로 인해 제조 비용이 높아지고, 제품가격에도 반영되어 경쟁력 저하로 이어질 수 있다.

이에 따라, 제조라인의 재구성 없이 특정 제품 생산뿐만 아니라 소량 다품종 생산이 가능한 다관절 로봇이 요구되고 있다.

본 발명의 일 목적은, 기존의 6축 관절 로봇의 관절 추가 없이 작업반경을 확장시킬 수 있어, 다품종 소량 제품 및 소품종 대량 제품에 모두 적용시킬 수 있는 다관절 로봇 조립체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 6축 관절 로봇의 움직임과 승하강의 움직임을 동시에 동작시킬 수 있어 종래의 6축 관절 로봇을 이용한 작업속도를 빠르게할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다관절 로봇이 작업 중이면서, 동시에 제1 프레임이 승하강 이동될 때, 발생될 수 있는 제1축, 제1축과 교차하는 제2축, 제1 및 제2축과 교차하는 제3축의 움직임을 제한할 수 있어, 작업반경이 확장될 때에도, 세부공정을 용이하게 처리할 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다관절 로봇 조립체는 다관절 로봇이 모듈 형태로 결합되는 제1 프레임, 상기 다관절 로봇에 연동되어 작업반경을 확장하도록, 상기 제1 프레임과 연결되어 상기 다관절 로봇을 승하강 이동시키는 이동모듈, 상기 이동모듈을 지지하는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임은 일면에 상기 다관절 로봇이 결합되는 다각형 판 형상의 베이스를 구비하고, 상기 이동모듈은 상기 베이스의 승하강을 안내하는 적어도 한쌍의 가이드부와 상기 베이스의 하강시 하중을 탄성적으로 지지하도록 형성되는 적어도 한쌍의 완충유닛부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 가이드부는, 내부 면에 레일이 형성되는 적어도 한쌍의 가이드 및 각 레일과 마주한 상기 제2 프레임에 설치되는 롤러부를 포함하고, 상기 한 쌍의 가이드는, 상기 제1 프레임의 중심부를 기준으로 대각되는 방향에 각각 위치하고, 상기 완충유닛의 수와 대응되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 완충유닛부는, 상기 제1 프레임에 형성된 제1 유닛, 상기 제2 프레임에 형성된 제2 유닛 및 일측이 상기 제1 프레임의 완충홀을 통해 상기 제1 유닛과 연결되고, 타측이 상기 제2 유닛과 연결되는 완충부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 이동모듈은, 일측이 상기 제1 프레임과 결합되고, 타측이 상기 제2 프레임 내부에 형성된 연통홀을 따라 승하강 이동하도록 형성되는 랙피니언부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 적어도 한쌍의 가이드는, 일측이 상기 제1 프레임과 결합되어 상기 제1 프레임이 승하강 이동됨에 따라 승하강 이동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 적어도 한쌍의 가이드는, 일측이 상기 제2 프레임과 결합되어 상기 승하강로를 형성하고, 상기 제1 프레임이 이동될 때, 상기 승하강로에 따라 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연통홀은, 상기 제2 프레임의 각 모서리 측의 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연통홀은, 상기 제2 프레임의 중심 측의 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 다관절 로봇 조립체는 기존의 6축 관절 로봇의 관절 추가 없이 작업반경을 확장시킬 수 있어, 다품종 소량 제품 및 소품종 대량 제품에 모두 적용시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 6축 관절 로봇의 움직임과 승하강의 움직임을 동시에 동작시킬 수 있어 종래의 6축 관절 로봇을 이용한 작업 속도보다 빠르게 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다관절 로봇이 작업 중이면서, 동시에 제1 프레임이 승하강 이동될 때, 발생될 수 있는 제1축, 제1축과 교차하는 제2축, 제1 및 제2축과 교차하는 3축의 움직임을 제한할 수 있어, 작업반경이 확장될 때에도, 세부공정을 용이하게 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 다관절 로봇 조립체의 개략도이고, 도2는 도 1의 세부구성들을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 다관절 로봇 조립체의 개략도이고, 도 4는 도 3의 세부구성들을 설명하기 위한 도이다.
도 5 및 도 6은 작업반경에 따른 다관절 로봇 조립체의 승하강 동작의 실시 예이다.

이하, 본 발명에 관련된 다관절 로봇 조립체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 다관절 로봇 조립체의 개략도이고, 도2는 도 1의 세부구성들을 설명하기 위한 도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 다관절 로봇 조립체(1000)는 제1 프레임(100), 이동모듈(200) 및 제2 프레임(300)을 포함할 수 있다.

먼저, 제1 프레임(100)은 다관절 로봇(10)이 모듈 형태로 결합될 수 있다.

여기서, 다관절 로봇(10)은 6축의 관절을 갖는 로봇일 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 프레임(100)은 다관절 로봇(10)과 결합되기 위하여, 일면에 다관절 로봇(10)이 결합 또는 탈부착되는 다각형 판 형상의 베이스(101)를 구비할 수 있다.

이때, 제1 프레임(100)의 타면에는 적어도 한쌍의 가이드부(210)의 적어도 한쌍의 가이드(211)와 랙피니언부(230)를 포함하는 이동모듈(200)과 고정 결합되거나 연결될 수 있다.

또한, 제1 프레임(100)은 후술할 완충유닛부(220)와 연결되기 위한 완충홀(103)이 다관절 로봇(10)을 기준으로 대각으로 형성될 수 있다.

다음으로, 이동모듈(200)은 다관절 로봇(10)에 연동되어 작업반경을 확장하도록, 제1 프레임(100)과 연결되어 다관절 로봇(10)을 승하강 이동시킬 수 있다.

실시예에 따라, 이동모듈(200)은 베이스(101)의 승하강을 안내하는 적어도 한쌍의 가이드부(210)와 베이스(101)의 하강시 하중을 탄성적으로 지지하도록 형성되는 적어도 한쌍의 완충유닛부(220)를 구비할 수 있다.

보다 구체적으로, 적어도 한쌍의 가이드부(210)는 내부 면에 레일이 형성되는 적어도 한쌍의 가이드(211)와 각 레일과 마주한 제2 프레임(300)에 설치되는 롤러부(213)를 포함할 수 있다.

여기서, 적어도 한쌍의 가이드(211)는 제1 프레임(100)의 중심부를 기준으로 대각되는 방향에 각각 위치하고, 완충유닛부(200)의 수와 대응되게 형성될 수 있다.

이때, 적어도 한쌍의 가이드(211)는, 일측이 제1 프레임(100)과 결합되어 상기 제1 프레임(100)이 승하강 이동됨에 따라 승하강 이동될 수 있다.

또한, 적어도 한쌍의 완충유닛부(220)는 제1 프레임(100)에 형성되는 제1 유닛(221), 제2 프레임(300)에 형성되는 제2 유닛(223) 및 일측이 제1 프레임(100)의 완충홀(103)을 통해 제1 유닛(221)과 연결되고, 타측이 제2 유닛(223)과 연결될 수 있는 완충부(225)를 포함할 수 있다.

즉, 적어도 한쌍의 가이드부(210)와 적어도 한쌍의 완충유닛부(220)는 다관절 로봇(10)이 작업 중이면서, 동시에 제1 프레임(100)이 승하강 이동될 때, 발생될 수 있는 제1축, 제1축과 교차하는 제2축, 제1 및 제2축과 교차하는 3축의 움직임을 제한할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이동모듈(200)은, 일측이 제1 프레임(100)과 결합되고, 타측이 제2 프레임(300) 내부에 형성된 연통홀(310)을 따라 승하강 이동하도록 형성되는 랙피니언부(230)를 포함할 수 있다.

이때, 연통홀(310)은, 제2 프레임(300)의 각 모서리 측의 내부에 형성될 수 있다.

한편, 이동모듈(200)은 제2 프레임(300)에 배치되고, 제1 프레임(100)의 하부에 연결된 랙피니언부(230)에 물림되어 제1 프레임(100)을 승하강 이동시키도록 랙피니언부(230)를 구동하는 구동모터부(240)를 포함할 수 있다.

여기서, 구동모터부(240)는 제2 프레임(300)의 상부 중심 측에 위치하여 구동력을 발생시키는 구동부(241), 구동부(241)로부터 구동력을 전달받아 구동력의 회전방향을 랙피니언부(230)의 구동방향으로 전환시키는 전환부(243)를 포함할 수 있다.

다음으로, 제2 프레임(300)은 이동모듈(200)을 지지할 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 프레임(300)은 이동모듈(200)의 각 구성들을 지지하기 위하여 지면에 대향되도록 형성된 수평프레임(320)과 수평프레임(320)을 지지하는 수직프레임(330)을 포함할 수 있다.

이때, 수직프레임(330)은 제2 프레임(300)의 각 모서리 측에 형성되고, 수직프레임 상부 측에 위치한 랙피니언부(230)의 랙 연결봉(231)이 승하강 이동되도록 내부에 연통홀(310)이 형성될 수 있다.

이에 따라, 다관절 로봇 조립체(1000)는 다관절 로봇(10)의 개별적인 움직임과 별도로 제1 프레임(100)의 승하강의 움직임을 동시에 동작시킬 수 있어 종래의 6축 관절 로봇을 이용한 작업속도보다 빠르게 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관련된 다관절 로봇 조립체의 개략도이고, 도 4는 도 3의 세부구성들을 설명하기 위한 도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2에서 상술된 동일한 기능의 구성들의 설명은 생략한다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 이동모듈부(200)는 일측이 제2 프레임(300)과 고정 결합되어 승하강로(250)를 형성하는 적어도 한쌍의 가이드부(210)와 랙피니언부(230)가 연통홀(310)을 따라 승하강 이동되도록 내부에 연통홀(310)이 형성되고, 제2 프레임(300)의 중심 측에 형성되는 제2 수직프레임(330)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 적어도 한쌍의 가이드부(210)는 제1 프레임(100)이 일정 높이 이상 승강됨을 제한하기 위한 제한가이드(217)를 포함하고, 제2 수직프레임(330)은 제2 프레임(300)의 중심 측에서 구동모터부(240)의 하중을 지면으로부터 지지하기 위한 프레임일 수 있다.

여기서, 구동모터부(240)는 구동부(241), 전환부(243)가 일체화되어 제2 프레임(300)의 중심 측에 형성되는 제2 수직프레임(330)에 지지되는 모터를 의미할 수 있다.

또한, 이동모듈부(200)는 제1 프레임(100)과 제2 프레임(200)의 모서리 측에 위치하고, 적어도 한쌍의 가이드부(210)의 수와 대응되게 형성되는 완충유닛부(220)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 완충유닛부(220)는 제1 유닛(221), 제2 유닛(223) 완충부(225)를 포함하고, 제2 유닛(223)은 제2 프레임(300)의 모서리 측 하부에 형성된 지면플레이트(340)에 형성될 수 있다. 즉, 완충유닛부(220)는 제2 프레임(300)의 모서리 측 각각 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 프레임(100)은 완충유닛부(220)와 연결되기 위한 완충홀(103)이 각각의 모서리에 형성될 수 있다.

이때, 수직프레임(330)은 제2 프레임(300)의 중심 측에 형성되고, 랙피니언부(230)의 랙 기어봉(231)이 연통홀(310)을 따라 승하강 이동되도록 내부에 연통홀(310)이 형성될 수 있다.

즉, 다관절 로봇 조립체(1000)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(200)에 배치된 이동모듈부(200)를 통해 제1 프레임(100)을 승하강시켜 다관절 로봇(10)의 작업반경을 종래의 고정된 6축 로봇의 작업반경에 비해 확장시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 작업반경에 따른 다관절 로봇 조립체의 승하강 동작의 실시 예이다.

본 발명의 실시예에 따른 다관절 로봇 조립체(1000)는 도 5에 도시된 바와 같이, 작업 해야할 제품의 작업반경이 종래의 최소 작업반경보다 가까울 경우, 제2 프레임(200)에 배치된 이동모듈부(200)를 통해 제1 프레임(100)을 하강시켜 다관절 로봇(10)의 작업반경을 줄일 수 있다.

또한, 다관절 로봇 조립체(1000)는 도 6에 도시된 바와 같이, 작업 해야할 제품의 작업반경이 종래의 최대 작업반경보다 떨어진 경우, 제2 프레임(200)에 배치된 이동모듈부(200)를 통해 제1 프레임(100)을 승강시켜 다관절 로봇(10)의 작업반경을 늘릴 수 있다.

이에 따라, 다관절 로봇 조립체(1000)는 다관절 로봇(10) 예컨대, 종래의 6축 관절 로봇의 관절모듈 추가 없이 작업반경을 확장시킬 수 있어, 다품종 소량 제품 및 소품종 대량 제품에 모두 적용시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 설명된 다관절 로봇 조립체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10: 다관절 로봇
100: 제1 프레임
101: 베이스면
103: 완충홀
200: 이동모듈
210: 적어도 한쌍의 가이드부
211: 적어도 한쌍의 가이드
213: 롤러부
220: 적어도 한쌍의 완충유닛부
221: 제1 유닛
223: 제2 유닛
225: 완충부
230: 랙피니언부
231: 랙 기어봉
240: 구동모터부
250: 승하강로
300: 제2 프레임
310: 연통홀
1000: 다관절 로봇 조립체

Claims

다관절 로봇이 모듈 형태로 결합되는 제1 프레임;
상기 다관절 로봇에 연동되어 작업반경을 확장하도록, 상기 제1 프레임과 연결되어 상기 다관절 로봇을 승하강 이동시키는 이동모듈; 및
상기 이동모듈을 지지하고, 일면에 구동모터부가 형성되는 제2 프레임을 포함하고,
상기 제1 프레임은 일면에 상기 다관절 로봇이 결합되는 사각판 형상의 베이스를 구비하고,
상기 이동모듈은 상기 베이스의 각 모서리 마다 형성되어 상기 베이스와 상기 제2 프레임을 서로 연결하는 부재를 포함하고,
상기 이동모듈은 상기 베이스의 승하강을 안내하는 한쌍의 가이드부와 상기 베이스의 하중을 탄성적으로 지지하도록 형성되는 한쌍의 완충유닛부를 구비하고,
상기 한쌍의 가이드부는 제1 대각방향으로 서로 이격되어 상기 베이스와 상기 제2 프레임을 연결하고,
상기 한쌍의 완충유닛부는 상기 제1 대각방향에 교차하는 제2 대각방향으로 서로 이격되어 상기 베이스와 상기 제2 프레임을 연결하고,
상기 완충유닛부는 각각,
상기 제1 프레임의 상면에 결합된 제1 유닛;
상기 제2 프레임에 결합된 제2 유닛; 및
일측이 상기 제1 프레임을 관통하여 형성된 완충홀을 통해 상기 제1 유닛에 힌지 연결되고, 타측이 상기 제2 유닛에 힌지 연결되는 완충부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
제1항에 있어서, 상기 가이드부는,
내부 면에 레일이 형성되는 적어도 한쌍의 가이드; 및
각 레일과 마주한 상기 제2 프레임에 설치되는 롤러부를 포함하고,
상기 한 쌍의 가이드는, 상기 제1 프레임의 중심부를 기준으로 대각되는 방향에 각각 위치하고, 상기 완충유닛의 수와 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
삭제
제1항에 있어서, 상기 이동모듈은,
일측이 상기 제1 프레임과 결합되고, 타측이 상기 제2 프레임 내부에 형성된 연통홀을 따라 승하강 이동하도록 형성되는 랙피니언부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
제2항에 있어서, 상기 적어도 한쌍의 가이드는,
일측이 상기 제1 프레임과 결합되어 상기 제1 프레임이 승하강 이동됨에 따라 승하강 이동되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
제2항에 있어서, 상기 적어도 한쌍의 가이드는,
일측이 상기 제2 프레임과 결합되어 승하강로를 형성하고, 상기 제1 프레임이 이동될 때, 상기 승하강로에 따라 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
제4항에 있어서, 상기 연통홀은,
상기 제2 프레임의 각 모서리 측의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.
제4항에 있어서, 상기 연통홀은,
상기 제2 프레임의 중심 측의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 조립체.