KR101964253B1

KR101964253B1 - 로봇 핸드 및 로봇

Info

Publication number: KR101964253B1
Application number: KR1020177007727A
Authority: KR
Inventors: 준이치 무라카미
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2019-04-01
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: WO2016063314A1; CN107073720A; CN107073720B; JPWO2016063314A1; KR20170044179A; JP6499669B2

Abstract

로봇 핸드가, 베이스와, 파지조(把持爪)와, 베이스와 파지조를 연결하는 체비쇼프 링크기구와, 베이스에 고정된 하우징과, 베이스 및 하우징 중 적어도 어느 한쪽에 회동 가능하게 지지 되고 체비쇼프 링크기구에 동력을 입력하는 입력축과, 입력축과 평행한 출력축을 가지며, 하우징에 지지 된 모터와, 입력축과 동일 축 상에 배치되고 하우징에 회동 가능하게 지지 된 전동축과, 출력축으로부터 전동축에 동력을 전달하는 동력전달기구와, 전동축과 입력축 사이에 설치된 감속장치를 구비하며, 모터, 전동축 및 감속장치는 동력전달기구에서 바라볼 때 같은 쪽에 설치된다.

Description

로봇 핸드 및 로봇{ROBOT HAND AND ROBOT}

본 발명은 로봇 암의 선단부에 장착되는 엔드 이펙터인 로봇 핸드 및 이것을 구비한 로봇에 관한 것이다.

종래, 산업용 로봇은, 로봇 암의 선단부에 작업에 적합한 엔드 이펙터를 장착하여 사용된다. 엔드 이펙터의 일종으로서, 2개의 핑거를 가지고 워크를 파지하는 로봇 핸드(이른바, '그리퍼')가 알려졌다. 이런 종류의 로봇 핸드로서, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 체비쇼프 링크기구(Chebyshev linkage mechanism)를 이용한 것이, 특허문헌에서 본 출원인에 의해 제안되어 있다.

특허문헌에 기재된 로봇 핸드의 핑거는, 기초대에 지지 되는 기단부를 중심으로 회전 구동되는 원동절과, 기단부가 기초대에 회동 가능하게 연결된 종동절과, 기단부가 원동절의 선단부에 회동 가능하게 연결되고 중간부가 종동절의 선단부에 회동 가능하게 연결된 중간절을 갖춘 체비쇼프 링크기구에 의해 구성되어 있다. 그리고 이 체비쇼프 링크기구의 중간절의 선단부에 손끝부가 설치되어 있고, 이 손끝부의 이동궤적이 체비쇼프 링크기구의 중간절이 취할 수 있는 원주 형태의 이동궤적 중의 직선부와 대응하도록 원동절의 회전범위가 정해져 있다.

국제출원공개공보 WO2010/007795호

상기 특허문헌의 체비쇼프 링크기구를 이용한 로봇 핸드로서 2개의 핑거를 가지는 그리퍼 형태의 것은, 2개의 원동절을 가지며, 각 원동절마다 모터를 구비하고 있다. 2개의 원동절의 회전축은 평행하게 배치되고, 2개의 모터는 원동절이 피벗 지지 된 기초대의 한쪽 편에 집중 배치되어 있다. 일반적으로, 감속장치는 모터와 조합하여 사용되며, 모터와 감속장치는 직렬로(즉, 동일 축 상에) 배치된다. 이러한 모터 및 감속장치를 포함하는 핑거 구동부와 로봇 암의 간섭을 피하기 위해, 로봇 핸드의 가동 범위가 제한된다. 그 때문에, 핑거 구동부는 되도록 이면 작은 것이 바람직하다.

상기 특허문헌의 체비쇼프 링크기구를 이용한 로봇 핸드는, 핑거의 손끝의 스트로크가 고정절의 길이보다도 크기 때문에, 요구되는 손끝의 스트로크에 대하여 핑거를 소형화하는 것이 가능하다. 이와 같이 핑거의 소형화를 실현한 로봇 핸드에서는, 핑거 구동부의 소형화에 의한 로봇 핸드 전체의 추가적인 소형화가 요구되고 있다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 체비쇼프 링크기구를 이용한 로봇 핸드의 추가적인 소형화를 실현하는 것이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 로봇 핸드는, 베이스와, 파지조(把持爪)와, 상기 베이스와 상기 파지조를 연결하는 체비쇼프 링크기구와, 상기 베이스에 고정된 하우징과, 상기 베이스 및 상기 하우징 중 적어도 어느 한쪽에 회동 가능하게 지지 되고 상기 체비쇼프 링크기구에 동력을 입력하는 입력축과, 상기 입력축과 평행한 출력축을 가지고, 상기 하우징에 지지 된 모터와, 상기 입력축과 동일 축 상에 배치되고 상기 하우징에 회동 가능하게 지지 된 전동축과, 상기 출력축으로부터 상기 전동축에 동력을 전달하는 동력전달기구와, 상기 전동축과 상기 입력축 사이에 설치된 감속장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 로봇은, 로봇 암을 가지는 로봇 본체와, 상기 로봇 암의 선단부에 장착된 상기 로봇 핸드와, 상기 로봇 암 및 상기 로봇 핸드의 동작을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 로봇 핸드 및 그것을 구비한 로봇에 의하면, 모터와 감속장치를 병렬로 배치할 수가 있다. 따라서, 모터와 감속장치가 직렬로 배치된 로봇 핸드와 비교하여, 하우징의 크기(특히, 모터의 출력축과 평행한 방향의 크기)를 작게 할 수가 있다. 더 나아가서는, 로봇 핸드의 소형화를 도모할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 로봇 핸드의 추가적인 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 로봇 핸드를 구비한 다관절 로봇의 개략 측면도이다.
도 2는 로봇 핸드의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 손끝이 닫힌 상태의 로봇 핸드의 핑거를 나타내는 도면이다.
도 4는 손끝이 열린 상태의 로봇 핸드의 핑거를 나타내는 도면이다.
도 5는 로봇 핸드의 핑거 구조를 나타내는 도 2의 'V' 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은 핑거 구동부의 구조를 나타내는 도 2의 VI-VI 단면도이다.
도 7은 다관절 로봇의 제어계통의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8의 (A)는 본 실시 형태에 따른 로봇 핸드의 도면이고, 도 8의 (B)는 서보 모터, 감속장치 및 브레이크 장치가 동일 축 상에 배치된 비교 예에 따른 로봇 핸드의 도면이다.
도 9는 일반적인 체비쇼프 링크기구 및 그 움직임을 설명하는 도면이다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 로봇 핸드를 구비한 다관절 로봇(10)의 개략 측면도이다. 도 1에 보인 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다관절 로봇(10)은, 로봇 암(20)을 가지는 로봇 본체(2)와, 로봇 암(20)의 선단부에 장착된 로봇 핸드(1)와, 다관절 로봇(10)의 동작을 주관하는 컨트롤러(3)로 구성되어 있다. 이하, 다관절 로봇(10)의 각 구성요소에 대해 상세하게 설명한다.

우선, 로봇 본체(2)에 대해서 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에 따른 로봇 본체(2)는, 기초대(30)와, 기초대(30)에 지지 된 로봇 암(20)을 구비한다. 로봇 암(20)은, 수직인 팔 선회축(21), 수평인 팔 전후축(22), 수평인 팔 상하축(23), 팔 상하축(23)과 대략 직교하는 손목 회전축(24), 손목 회전축(24)과 대략 직교하는 손목 굽힘축(25), 그리고 손목 굽힘축(25)과 대략 직교하는 손목 비틂 축(26)을 가진다. 즉, 로봇 본체(2)는, 6-축 수직 다관절 형 로봇이다. 단, 본 발명이 적용되는 로봇 본체(2)는 이것에 한정되지 않으며, 로봇 암(20)을 가진다면 족하다. 로봇 본체(2)는, 예를 들면, 6-축 이외의 수직 다관절 형 로봇이나 수평 다관절 형 로봇 등이어도 좋다.

로봇 암(20)은, 기초대(30)에 팔 선회축(21) 주위로 회동 가능하게 연결된 제1 암(31)과, 제1 암(31)의 선단부에 팔 전후축(22) 주위로 회동 가능하게 연결된 제2 암(32)과, 제2 암(32)의 선단부에 팔 상하축(23) 주위로 회동 가능하게 연결된 제3 암(33)과, 제3 암(33)과 손목 회전축(24) 주위로 회동 가능하게 접속된 제4 암(34)과, 제4 암(34)의 선단부에 손목 굽힘축(25) 주위로 회동 가능하게 접속된 손목(35)과, 손목(35)과 손목 비틀기 축(26) 주위로 연결된 핸드 어댑터(36)를 구비한다. 로봇 본체(2)는, 각 축(21~26) 주위로 각 암 요소(31~35)를 회전 구동하는 서보 모터(61~66)(도 7 참조) 등의 구동기구를 더 구비한다.

다음으로, 로봇 핸드(1)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2는 로봇 핸드(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 손끝이 닫힌 상태의 로봇 핸드(1)의 핑거(42)를 나타내는 도면이고, 도 4는 손끝이 열린 상태의 로봇 핸드(1)의 핑거(42)를 나타내는 도면이고, 도 5는 로봇 핸드(1)의 핑거(42)의 구조를 나타내는 도 2의 'V' 방향에서 바라본 도면이며, 도 6은 핑거(42)의 구동부(43)의 구조를 나타내는 도 2의 VI-VI 단면도이다.

도 2 내지 도 6에 보인 바와 같이, 로봇 핸드(1)는, 로봇 본체(2)의 핸드 어댑터(36)에 고정되는 베이스(41)와, 베이스(41)에 지지 된 한 쌍의 핑거(42)와, 한 쌍의 핑거(42)를 구동하는 구동부(43)를 구비한다. 한 쌍의 핑거(42)의 손끝(선단부)에는 각각 파지조(gripping claw)(44)가 장착된다. 파지조(44)의 워크와 접촉하는 부분에는 완충재(45)가 부착된다. 한 쌍의 핑거(42) 중, 한쪽의 핑거(42)는 후술하는 서보 모터(81)로부터 전달된 동력에 의해서 동작하는 주동계(主動系)의 핑거(42A)이고, 반대쪽의 핑거(42)는 주동계의 핑거(42A)로부터 전달된 동력(더욱 상세하게는, 입력축(46)으로부터 종동계 입력축(47)에 전달된 동력)에 의해서 동작하는 종동계(從動系)의 핑거(42B)이다. 본 명세서에서는, 주동계의 핑거(42A)와 종동계의 핑거(42B)를 특별히 구별하지 않을 때는, 핑거(42)라고 표현하는 것으로 한다.

베이스(41)는, 단면 U-자형(도 5 참조)으로 형성되고, 핸드 어댑터(36)에 고정되는 저벽(411)과, 저벽(411)으로부터 기립하는 한 쌍의 측벽(412, 412)을 가진다. 한 쌍의 측벽(412)) 중 한쪽에는, 구동부(43)의 구성요소가 수용되는 하우징(40)이 고정된다. 이 한쪽의 측벽(422)을, 구동부(43)로부터 핑거(42)에 동력을 입력하기 위한 2개의 평행한 입력축(입력축(46) 및 종동계 입력축(47))이 관통하고, 2개의 입력축(46, 47)은 베이스(41) 안으로 돌출된다.

각 핑거(42)는, 체비쇼프 링크기구(5)를 포함하는 링크기구로 구성된다. 바꾸어 말하면, 파지조(44)는, 체비쇼프 링크기구(5)를 포함하는 링크기구를 통해 베이스(41)에 지지 된다.

도 9는 일반적인 체비쇼프 링크기구(5) 및 그 움직임을 설명하는 도면이다. 도 9에 보인 바와 같이, 체비쇼프 링크기구(5)는, 원동절(51), 고정절(50), 종동절(52) 및 중간절(53)의 4개의 절(링크)을 구비한 링크기구이다. 고정절(50)의 기단부에 원동절(51)의 기단부가 회동 가능하게 연결되고, 고정절(50)의 선단부에 종동절(52)의 기단부가 회동 가능하게 연결되며, 중간절(53)의 기단부에 원동절(51)의 선단부가 회동 가능하게 연결되고, 중간절(53)의 중간부에 종동절(52)의 선단부가 회동 가능하게 연결된다. 원동절(51)의 길이를 '1'이라고 하면, 고정절(50)의 길이가 '2', 종동절(52)의 길이가 '2.5', 중간절(53)의 길이가 '5'의 비율로 이루어진다. 상기 구성의 체비쇼프 링크기구(5)에서, 원동절(51)이 기단부를 중심으로 1회전 하는 사이의 중간절(53)의 선단부의 이동궤적(500)은, 어떤 면 내에서 고정절(50)과 평행한 직선부(501)와, 이 직선부 (501)의 끝 부분끼리 연결하는 곡선부(502)로 이루어지는 약 D-자형의 원주 형태이다. 기립 상태의 원동절(51)의 회전 각도를 0°라고 하고, 반시계방향의 회전방향을 정회전 방향이라고 하면, 원동절(51)이 0도에서부터 180도 각도 사이의 회전운동에 대응하는 중간절(53)의 선단부의 이동궤적(500)이 상기 직선부(501)가 된다.

도 2 내지 도 6으로 되돌아가서, 한 쌍의 핑거(42)는 로봇 핸드(1)의 센터를 축으로 하여 대칭(도 2 내지 도 4의 각 지면(紙面)에서 좌우 대칭)으로 구성된다. 이하에서는, 한쪽의 핑거(42)의 구조에 대해 상세하게 설명하고, 반대쪽의 핑거(42)의 구조에 관한 설명은, 대응하는 부재를 동일한 참조부호로 표시하는 것으로써 생략한다.

핑거(42)는, 원동절(51), 종동절(52), 중간절(53), 종동 보조절(54), 중간 보조절(55), 중간 결합절(56) 및 선단부 결합절(57)을 구비한다. 그리고 이들 절(51~57) 및 고정절로서 기능을 하는 베이스(41)에 의해서, 베이스(41)와 파지조(44)를 연결하는 링크기구가 구성된다. 선단부 결합절(57)에는 어댑터 부(57a)가 마련되고, 이 어댑터 부(57a)에 파지조(44)가 도시되지 않은 체결구 등에 의해 착탈 가능하게 고정된다.

원동절(51)의 기단부는 입력축(46)(또는 종동계 입력축(47))에 고정되며, 입력축(46)(또는 종동계 입력축(47))과 일체로 회동한다. 원동절(51)의 선단부는, 중간절(53)의 기단부와 제1 관절축(71)에 의해 회동 가능하게 연결된다. 종동절(52)의 기단부는, 베이스(41)의 한 쌍의 측벽(412)에 회동 가능하게 지지 된 제2 관절축(72)에 고정된다. 종동절(52)의 선단부는, 제3 관절축(73)에 의해서 중간절(53)의 길이방향 중간위치와 회동 가능하게 연결된다. 중간절(53)의 선단부는, 제4 관절축(74)에 의해서 선단부 결합절(57)과 회동 가능하게 연결된다.

입력축(46), 제1 관절축(71), 제2 관절축(72), 제3 관절축(73) 및 제4 관절축(74)의 각 축의 축심의 연장방향은 평행이다. 그리고 입력축(46)과 제1 관절축(71)의 거리를 '1'이라고 할 때, 입력축(46)과 제2 관절축(72)의 거리가 '2'이고, 제1 관절축(71)과 제3 관절축(73)의 거리는 '2.5'이며, 제2 관절축(72)과 제3 관절축(73)의 거리가 '2.5'이고, 제3 관절축(73)과 제4 관절축(74)의 거리가 '2.5'를 이루도록, 각 절의 길이의 비율이 결정된다. 다만, 본 명세서에서 축과 축의 거리는, 엄밀하게는 축심으로부터 축심까지의 거리를 말한다.

상기 구성의 원동절(51), 종동절(52), 중간절(53) 및 고정절로서 기능을 하는 베이스(41)의 일부분에 의해서 체비쇼프 링크기구(5)가 구성된다. 그리고 체비쇼프 링크기구(5)의 중간절(53)의 선단부의 이동범위(이동궤적)가, 체비쇼프 링크기구(5)로서 체비쇼프 링크기구(5)가 취할 수 있는 원주 형태의 이동궤적(500)(도 9 참조) 중의 직선부(501)(도 9 참조)와 대응하도록, 원동절(51)(즉, 입력축(46) 또는 종동계 입력축(47))의 회동범위가 정해진다.

종동 보조절(54)의 기단부는, 입력축(46)과 제2 관절축(72) 사이에서, 베이스(41)의 한 쌍의 측벽(412))에 회동 가능하게 지지 된 제5 관절축(75)에 고정된다. 입력축(46), 제2 관절축(72) 및 제5 관절축(75)은 거의 동일한 직선상에 나란히 늘어서 있다. 이 입력축(46)과 제2 관절축(72)을 잇는 직선을, 설명의 편의상 「기준선(L)」이라고 한다. 종동 보조절(54)의 선단부는, 제6 관절축(76)에 의해서 중간 결합절(56)과 회동 가능하게 연결된다. 중간 결합절(56)은, 제3 관절축(73)에 의해서 종동절(52)과 회동 가능하게 연결된다. 또한, 도 5에 보인 바와 같이, 제3 관절축(73)의 축 방향에서, 종동절(52)의 내측에 중간절(53)이 배치되고, 또한, 중간절(53)의 내측에 중간 결합절(56)이 배치된다. 이렇게 하여, 핑거(42)의 소형화가 도모된다.

상기에서, 제2 관절축(72)과 제5 관절축(75)의 거리와, 제3 관절축(73)과 제6 관절축(76)의 거리가 동일하다. 또한, 제2 관절축(72)과 제3 관절축(73)의 거리와, 제5 관절축(75)과 제6 관절축(76)의 거리가 동일하다. 즉, 종동절(52), 종동 보조절(54), 중간 결합절(56), 그리고 베이스(41)의 일부분에 의해서. 기초부 측의 4-절 평행 링크기구(48)가 구성된다.

중간 보조절(55)의 기단부는, 제6 관절축(76)에 의해서 중간 결합절(56)과 회동 가능하게 연결된다. 또한, 중간 보조절(55)의 선단부는, 제7 관절축(77)에 의해서 선단부 결합절(57)과 회동 가능하게 연결된다. 상기에서, 제3 관절축(73)과 제6 관절축(76)의 거리와, 제4 관절축(74)과 제7 관절축(77)의 거리가 동일하다. 또한, 제3 관절축(73)과 제4 관절축(74)의 거리와, 제6 관절축(76)과 제7 관절축(77)의 거리가 동일하다. 즉, 중간절(53)의 선단부 측, 중간 보조절(55), 중간 결합절(56) 및 선단부 결합절(57)에 의해서, 선단부 측의 4-절 평행 링크기구(49)가 구성된다.

도 6에 보인 바와 같이, 핑거(42)의 구동부(43)는, 서보 모터(81)와, 서보 모터(81)로부터의 동력이 전달되는 출력 기어(82)와, 출력 기어(82)와 맞물린 종동 기어(83)와, 서보 모터(81)로부터 출력 기어(82)까지의 동력전달 경로 상에 설치된 감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)를 구비한다.

서보 모터(81)는, 그 출력축(811)이 2개의 입력축(46, 47)과 평행을 이루도록 배치되어 하우징(40)에 지지 된다. 서보 모터(81)에는, 서보 모터(81)의 회전위치 및 회전속도를 검출하기 위한 검출기(86)가 설치된다. 검출기(86)는, 예를 들면, 로터리 인코더이다. 검출기(86)는, 검출기 케이블(86a)에 의해서 후술하는 컨트롤러(3) 및 서보 앰프(97)와 전기적으로 접속된다.

하우징(40)의 입력축(46)의 연장선상에는, 하우징(40)에 회동 가능하게 지지 된 전동축(90)이 설치된다. 입력축(46)과 전동축(90)은 동일 축 상에 배치되며, 서보 모터(81)의 출력축(811)과 전동축(90)의 각 축심의 연장방향은 평행이다.

서보 모터(81)의 출력축(811)에는 구동 풀리(87)가 끼워 설치되며, 이 구동 풀리(87)와 대응하는 종동 풀리(88)가 전동축(90)에 끼워 설치된다. 구동 풀리(87)와 종동 풀리(88)에는, 무단(無端) 형태의 전동 벨트(89)가 감겨 설치된다. 이러한 풀리(87, 88) 및 전동 벨트(89)에 의해 벨트방식 동력전달기구(8)가 형성되며, 이 동력전달기구(8)에 의해서 서보 모터(81)의 출력이 전동축(90)에 전달된다.

전동축(90)에는, 브레이크 장치(85)가 설치된다. 본 실시 형태에 따른 브레이크 장치(85)는, 코일에 통전하는 것에 의해 발생하는 전자기력으로 동작하는 전자기 브레이크로서, 비 통전 시에 브레이크가 작동하고, 통전 시에 브레이크의 작동이 해제되도록 되어 있다. 이러한 브레이크 장치(85)의 동작에 의해, 로봇 핸드(1)(또는 다관절 로봇(10))의 강제 정지 시 등에 로봇 핸드(1)에 전력 공급이 끊길 경우에도, 로봇 핸드(1)는 워크를 계속 파지하고 있을 수가 있다.

서보 모터(81)로부터 출력 기어(82)로의 동력전달 경로에서, 브레이크 장치(85)의 후단에 감속장치(84)가 설치된다. 더 상세하게는, 전동축(90)과 입력축(46) 사이, 즉, 전동축(90)으로부터 입력축(46)으로의 동력전달 경로 상에 감속장치(84)가 설치된다. 감속장치(84)의 입력부와 전동축(90)이 연결되어, 전동축(90)으로부터 감속장치(84)에 동력이 입력된다. 감속장치(84)의 출력부는 출력 기어(82)와 연결되어, 감속장치(84)에서 감속된 회전 동력이 출력 기어(82)로부터 출력된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 감속장치(84)는, 전동축(90)과 연결된 웨이브 제너레이터(wave generator), 출력 기어(8)와 연결된 플렉시블 스플라인(flexible spline), 하우징(40)에 고정된 서큘러 스플라인(circular spline)으로 이루어지는 파동 기어 장치이다.

감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)와, 서보 모터(81)는, 하우징(40) 내에 병렬로 배치된다. 본 실시 형태에서는, 서보 모터(81)와 검출기(86)를 합친 서보 모터(81)의 축 방향 길이 사이에, 감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)가 배치되어 있다.

출력 기어(82)와 종동 기어(83)는, 모두 하우징(40)에 회전 가능하게 지지 된다. 출력 기어(82)와 종동 기어(83)는 동일 형상의 기어로서, 출력 기어(82)에는 입력축(46)이 일체로 설치되고, 종동 기어(83)에는 종동계 입력축(47)이 일체로 설치된다. 서보 모터(81)로부터 회전 동력이 출력 기어(82)에 전달되어 출력 기어(82)가 회전하면, 이것에 맞물려 있는 종동 기어(83)도 출력 기어(82)와 동일한 회전 각도만큼 반대방향으로 회전한다. 즉, 입력축(46)과 종동계 입력축(47)이 동기(同期) 하여 동일한 회전각도만큼 서로 반대방향으로 회전한다. 이것에 의해, 로봇 핸드(1)의 핑거(42)의 손끝 및 한 쌍의 파지조(44)가 동기를 하여 동일한 양만큼 서로 멀어지는 방향 또는 가까워지는 방향으로 이동한다.

이어서, 컨트롤러(3)에 대해서 설명한다. 도 7은 다관절 로봇(10)의 제어 계통의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에서는, 특히, 로봇 핸드(1)의 제어에 관련된 제어 계통의 구성을 나타내며, 다른 것은 생략하고 있다. 도 7에 보인 바와 같이, 컨트롤러(3)에는, 로봇 본체(2)의 각 축(21~26)을 회전 구동하는 각 서보 모터(61~66)에 구동 전류를 공급하는 서보 앰프(91~96)가 접속되어 있다. 또한, 각 서보 모터(61~66)는, 예를 들면, 인코더 등의 검출기(61a~66a)가 설치되어 있으며, 이 검출기(61a~66a)에서 검출된 서보 모터(61~66)의 회전 위치가 컨트롤러(3)(또는 컨트롤러(3) 및 각 서보 모터(61~66))에 입력된다. 또한, 컨트롤러(3)에는, 로봇 핸드(1)의 서보 모터(81)에 구동 전류를 공급하는 서보 앰프(97)가 접속되어 있다. 이 서보 앰프(97)에는, 검출기(86)에서 검출된 서보 모터(81)의 회전 위치가 컨트롤러(3)(또는 컨트롤러(3) 및 각 서보 모터(61~66))에 입력된다. 또한, 컨트롤러에는, 출력 기어(82), 종동 기어(83), 입력축(46) 및 종동계 입력축(47) 중 어느 하나의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출기(98)가 접속되어 있다. 이 회전 위치 검출기(98)에서 검출된 회전 위치에 의해, 로봇 핸드(1)의 한 쌍의 핑거(42)의 손끝과 한 쌍의 파지조(44)의 위치를 추정할 수 있다.

컨트롤러(3)는, 이른바 '컴퓨터'로서, CPU 등의 연산 처리부, ROM, RAM 등의 기억부를 가지고 있다(모두 도시하지 않음). 기억부에는, 연산 처리부가 실행하는 프로그램, 각종 고정 데이터 등이 기억되어 있다. 연산 처리부는, 외부 장치와 데이터 송수신을 수행한다. 또한, 연산 처리부는, 각종 센서로부터의 검출신호의 입력이나 각 제어 대칭으로의 제어 신호의 출력을 수행한다. 컨트롤러(3)에서는, 기억부에 기억된 프로그램 등의 소프트웨어를 연산 처리부가 읽어내어 실행하는 것에 의해, 다관절 로봇(10)의 동작을 제어하기 위한 처리가 수행된다. 또한, 컨트롤러(3)는 단일의 컴퓨터에 의한 집중 제어에 의해 각 처리를 실행하여도 좋고, 복수의 컴퓨터의 협동에 의한 분산 제어에 의해 각 처리를 실행하여도 좋다. 또한 컨트롤러(3)는, 마이크로 컨트롤러, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 등으로 구성되어도 좋다.

상기 컨트롤러(3)에서 프로그램이 실행되면, 프로그램에 의거하여 로봇 핸드(1)가 목표 위치로 이동하도록, 검출기(61a~66a)에서 검출된 회전 위치에 따라서, 컨트롤러(3)로부터 각 서보 앰프(91~96)에 제어 신호가 출력된다. 각 서보 앰프(91~96)는, 제어 신호에 대응하는 구동 전류를 서보 모터(61~66)에 공급한다. 또한, 프로그램에 의거하여, 한 쌍의 파지조(44)를 접근시켜 워크를 파지하도록 핑거(42)의 손끝을 닫거나(도 3 참조), 한 쌍의 파지조(44)를 벌려서 워크를 놓아주도록 핑거(42)의 손끝을 열거나(도 4 참조) 하도록, 검출기(86) 및 회전 위치 검출기(98)에서 검출된 회전 위치에 기초하여, 컨트롤러(3)로부터 서보 앰프(97)에 제어 신호가 출력된다. 서보 앰프(97)는, 제어 신호에 대응하는 구동 전류를 서보 모터(81)에 공급한다. 이와 같이, 컨트롤러(3)는, 로봇 암(20)과 마찬가지로 한 쌍의 핑거(42)에 대해서도, 한 쌍의 핑거(42)의 위치, 방위, 자세 등을 제어량으로 하여, 목표치에 추종하도록 하는 자동 제어(즉, 서보 제어)를 수행한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 로봇 핸드(1)는, 베이스(41)와, 파지조(44)와, 베이스(41)와 파지조(44)를 연결하는 체비쇼프 링크기구(5)와, 베이스(41)에 고정된 하우징(40)과, 체비쇼프 링크기구(5)에 동력을 입력하는 입력축(46)과, 입력축(46)과 평행한 출력축(811)을 가지는 서보 모터(81)와, 입력축(46)과 동일 축 상에 배치된 전동축(90)과, 출력 축(811)으로부터 전동축(90)에 동력을 전달하는 동력전달기구(8)와, 전동축(90)과 입력축(46) 사이에 설치된 감속장치(84)를 구비하고 있다. 상기에서, 입력축(46)과 전동축(90)은 각각 하우징(40)에 회동 가능하게 지지되고, 서보 모터(81)는 하우징(40)에 지지된다.

상기 구성의 로봇 핸드(1)에서는, 전동축(90) 및 입력축(46)이 서보 모터(81)의 출력축(811)과 평행하게 설치되고, 이 전동축(90) 및 입력축(46)과 동일 축 상에 감속장치(84)가 배치되어 있기 때문에, 서보 모터(81)와 감속장치(84)를 병렬로 배치하는 것이 가능해진다. 도 8의 (A)에는 본 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)를 도시하고 있고, 도 8의 (B)는 서보 모터(81), 감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)가 동일 축 상에 직렬로 배치된 비교 예에 따른 로봇 핸드(101)가 도시되어 있다. 도 8의 (A)와 도 8의 (B)를 비교하면 분명한 바와 같이, 서보 모터(81)와 감속장치(84)가 직렬로 배치된 비교 예에 따른 로봇 핸드(101)의 하우징(40')은, 본 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)의 하우징(40)보다 서보 모터(81)의 축 방향 길이에 대응하는 ΔH 만큼 길어진다. 이와 같이, 비교 예에 따른 로봇 핸드(101)와 비교해서, 본 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)에서는 핑거(42)의 구동부(43)가 수용된 하우징(40)의 크기(특히, 서보 모터(81)의 축 방향과 평행한 방향의 크기)를 작게 할 수가 있다. 로봇 핸드(1)는, 소형화를 도모하여 체비쇼프 링크기구(5)에 의해 구성된 핑거(42)를 구비한 것으로, 위와 같이 구동부(43) 및 그 하우징(40)의 소형화가 가능하다는 것이므로, 로봇 핸드(1) 전체의 추가적인 소형화를 실현할 수가 있다.

또한, 본 실시 형태의 로봇 핸드(1)는, 전술한 주동계의 파지조(44)와 쌍을 이루는 종동계의 파지조(44)와, 종동계의 파지조(44)와 베이스(41)를 연결하는 종동계의 체비쇼프 링크기구(5)와, 종동계의 체비쇼프 링크기구(5)에 동력을 입력하는 입력축(46)과 평행한 종동계의 종동계 입력축(47)과, 입력축(46)으로부터 종동계의 종동계 입력축(47)으로 동력을 전달하는 기어기구(출력 기어(82)와 종동 기어(83))를 더 구비하고 있다.

상기 구성의 로봇 핸드(1)에서는, 1개의 서보 모터(81)에 의해서 2개의 체비쇼프 링크기구(5)(핑거(42))가 구동된다. 이와 같이, 체비쇼프 링크기구(5)(핑거(42))의 개수가 증가하여도 서보 모터(81)의 개수가 변화하지 않기 때문에, 핑거(42)의 구동부(43)를 수용하는 하우징(40)의 대형화를 억제할 수가 있다.

또한, 본 실시 형태의 로봇 핸드(1)는, 전동축(90) 상에 설치된 브레이크 장치(85)를 더 구비하고 있다.

상기 구성의 로봇 핸드(1)에서는, 서보 모터(81)의 출력축(811)과 평행하게 전동축(90)이 설치되고, 이 전동축(90)과 동일 축 상에 감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)가 배치되기 때문에, 서보 모터(81)와 감속장치(84) 및 브레이크 장치(85)를 병렬로 배치하는 것이 가능해진다. 따라서, 비교 예에 따른 로봇 핸드(101)(도 8의 (B) 참조)와 비교하여, 핑거(42)의 구동부(43)를 수용하는 하우징(40)의 크기(특히, 서보 모터(81)의 축 방향과 평행한 방향의 크기)를 작게 할 수가 있다.

또한, 본 실시 형태의 로봇 핸드(1)는, 체비쇼프 링크기구(5)가, 기단부가 입력축(46)(또는 종동계 입력축(47))에 고정된 원동절(51)과, 기단부가 베이스(41)에 회동 가능하게 지지 된 종동절(52)과, 기단부가 원동절(51)의 선단부와 연결되고 중간부가 종동절(52)의 선단부와 연결된 중간절(53)을 구비하고 있다. 이 로봇 핸드(1)는, 종동절(52)을 포함하는 4-절 평행 링크기구(48)를 구성하기 위한, 기단부가 베이스(41)에 회동 가능하게 지지 된 종동 보조절(54) 및 종동절(52)의 선단부와 종동 보조절(54)의 선단부를 연결하는 중간 결합절(56)을 구비하고 있다. 이 로봇 핸드(1)는, 또한, 중간절(53) 및 중간 결합절(56)을 포함하는 4-절 평행 링크기구(49)를 구성하기 위한, 기단부가 중간 결합절(56)과 연결된 중간 보조절(55) 및 중간절(53)의 선단부와 중간 보조절(55)의 선단부를 연결하는 선단부 결합절(57)을 구비하고 있다. 그리고 선단부 결합절(57)에 파지조(44)가 고정되어 있다.

더 나아가서, 본 실시 형태의 로봇 핸드(1)에서는, 체비쇼프 링크기구(5)의 중간절(53)의 선단부가 취할 수 있는 원주 형태의 이동궤적(500)(도 9 참조) 중의 직선부(501)(도 9 참조)가 중간절(53)의 선단부의 이동 범위가 되도록 소정 각도 범위 내에서, 원동절(51)(즉, 입력축(46) 또는 종동계 입력축(47))이 회전한다.

상기 구성의 로봇 핸드(1)에서는, 체비쇼프 링크기구(5)의 작용에 의해, 중간절(53)의 선단부(즉, 핑거(42)의 손끝)는 기준선(L)과의 거리를 일정하게 유지하면서 이동한다. 아울러, 기초부 측의 4-절 평행 링크기구(48) 및 선단부 측의 4-절 평행 링크기구(49)의 작용에 의해, 핑거(42)의 손끝에 위치하는 선단부 결합절(57) 및 그것에 고정된 파지조(44)는, 기준선(L)과 평행하게 이동한다. 상기와 같이, 파지조(44)는, 기준선(L)과의 거리를 일정하게 유지하면서, 기준선(L)과 평행하게 이동할 수가 있다. 이와 같이, 기준선(L)으로부터 파지조(44)의 거리가 변화하지 않기 때문에, 파지조(44)의 위치를 파악하기가 쉽고, 또한, 한 쌍의 파지조(44)에 의한 워크의 파지를 용이하게 수행할 수가 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하였으나, 상기 로봇 핸드(1)의 구성은, 예를 들면, 하기와 같이 변경할 수 있다.

상기 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)에서, 입력축(46) 및 종동계 입력축(47)은 하우징(40)에 지지 되어 있으나, 베이스(41)와 하우징(40) 중 적어도 어느 한쪽에 지지 되어 있어도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)에서, 출력축(811)으로부터 전동축(90)에 동력을 전달하는 동력전달기구(8)는 벨트 방식 동력전달기구이지만, 동력전달기구(8)는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 출력축(811)으로부터 전동축(90)에 동력을 전달하는 동력전달기구(8)로서, 맞물리는 구동 기어와 종동 기어로 이루어지는 기어방식 동력전달기구, 또는 구동 스프로킷 및 종동 스프로킷과 이것들에 감겨진 체인으로 이루어지는 체인방식 동력전달기구가 이용되어도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)에서, 서보 모터(81)와 브레이크 장치(85)가 별도로 설치되어 있다. 단, 서보 모터(81) 및 브레이크 장치(85)에 대신하여, 이러한 기능을 함께 갖춘 브레이크 기능 결합 서보 모터를 서보 모터(81) 대신에 채용하여도 좋다. 이 경우, 전동축(90) 상의 브레이크 장치(85)는 생략된다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)에서, 주동계의 핑거(42A)의 움직임과 동기시켜서 종동계의 핑거(42B)를 동작시키기 위하여, 출력 기어(82)와 그것에 맞물리는 종동 기어(83)로 이루어지는 기어 기구가 설치되어 있다. 이와 같이, 출력 기어(82)와 종동 기어(83)가 직접적으로 맞물려 있는 것이 주동계의 핑거(42A)와 종동계의 핑거(42B)의 동기 오차를 줄이기에 바람직하지만, 출력 기어(82)와 종동 기어(83) 사이에 적어도 하나 이상의 기어가 존재하여도 좋다. 또한, 출력 기어(82)와 종동 기어(83) 사이, 또는 종동 기어(83)와 종동계 입력축(47) 사이에, 클러치 등의 동력 단속 전환기구가 존재하여도 좋다. 이것에 의해, 한쪽의 핑거(42)(주동계의 핑거(42A))만 작동시킬 수가 있다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 로봇 핸드(1)는, 주동계의 핑거(42A)와 종동계의 핑거(42B)를 1개씩 구비하고 있으나, 하나 이상의 종동계의 핑거(42B)를 증가시킬 수도 있다. 예를 들면, 종동계의 핑거(42B)를 1개 추가하여, 3개의 핑거(42)를 가지는 로봇 핸드(1)로 하여도 좋다. 이 경우, 종동계 입력축(47)도 핑거(42)의 개수와 대응시켜 추가하고, 이 종동계 입력축(47)과 일체로 설치된 종동 기어(83)와 출력 기어(82)를 맞물려서 구동부(43)가 구성된다.

1: 로봇 핸드 2: 로봇 본체
3: 컨트롤러 5: 체비쇼프 링크기구
8: 동력전달기구 10: 다관절 로봇
20: 로봇 암 40: 하우징
41: 베이스 42: 핑거
42A: 주동계의 핑거 42B: 종동계의 핑거
43: 구동부 44: 파지조(把持爪)
46: (주동계의) 입력축 47: (종동계의) 입력축
48, 49: 4-절 평행 링크기구 50: 고정절
51: 원동절 52: 종동절
53: 중간절 54: 종동 보조절
55: 중간 보조절 56: 중간 결합절
57: 선단부 결합절 61 ~ 66: 서보 모터
81: 서보 모터 811: 출력축
82: 출력 기어 83: 출력 기어
84: 감속장치 85: 브레이크 장치
86: 검출기 90: 전동축
91 ~ 97: 서보 앰프 98: 회전위치 검출기

Claims

로봇 암의 선단에 장착되는 로봇 핸드로서,
상기 로봇 암의 선단에 장착되는 저벽 및 상기 저벽으로부터 기립하는 한 쌍의 측벽을 갖는 베이스와,
파지조(把持爪)와,
상기 한 쌍의 측벽의 사이에 설치되고, 상기 한 쌍의 측벽에 지지되어 상기 베이스와 상기 파지조를 연결하는 체비쇼프(Chebyshev) 링크기구와,
상기 베이스의 상기 한 쌍의 측벽 중 한쪽에서 상기 측벽을 통하여 상기 체비쇼프 링크기구와 반대측에 고정된 하우징과,
상기 베이스 또는 상기 하우징 또는 이들 모두에 회동 가능하게 지지되고, 상기 체비쇼프 링크기구에 동력을 입력하는 입력축과,
상기 입력축과 평행한 출력축을 갖는 모터와,
상기 모터에 설치되고, 상기 모터의 회전 위치 및 회전 속도를 검출하는 검출기와,
상기 입력축과 동축 상에 배치되는 전동축과,
상기 출력축으로부터 상기 전동축에 동력을 전달하는 동력전달기구와,
상기 전동축과 상기 입력축 사이에 설치된 감속장치와,
상기 전동축 상에 설치된 브레이크 장치를 구비하고,
상기 모터, 상기 검출기, 상기 전동축, 상기 동력전달기구, 상기 감속장치 및 상기 브레이크 장치가 상기 하우징에 수용되고, 상기 모터와 상기 감속장치 및 상기 브레이크 장치가 병렬로 배치되며, 상기 모터와 상기 검출기를 합친 상기 모터의 축 방향 길이 사이에 상기 감속장치 및 상기 브레이크 장치가 배치되어 있는로봇 핸드.
제 1 항에 있어서,
상기 파지조와 쌍을 이루는 종동계 파지조와,
상기 종동계 파지조와 상기 베이스를 연결하는 종동계 체비쇼프 링크기구와,
상기 종동계 체비쇼프 링크기구에 동력을 입력하는, 상기 입력축과 평행한 종동계 입력축과,
상기 입력축으로부터 상기 종동계 입력축으로 동력을 전달하는 기어기구를 더 구비하는 로봇 핸드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 체비쇼프 링크기구가, 기단부가 상기 입력축에 고정된 원동절과, 기단부가 상기 베이스에 회동 가능하게 지지된 종동절과, 기단부가 상기 원동절의 선단부와 연결되고 중간부가 상기 종동절의 선단부와 연결된 중간절을 구비하며,
상기 종동절을 포함하는 4-절 평행 링크기구를 구성하도록, 기단부가 상기 베이스에 회동 가능하게 지지된 종동 보조절 및 상기 종동절의 선단부와 상기 종동 보조절의 선단부를 연결하는 중간 결합절과,
상기 중간절 및 상기 중간 결합절을 포함하는 4-절 평행 링크기구를 구성하도록, 기단부가 상기 중간 결합절과 연결된 중간 보조절 및 상기 중간절의 선단부와 중간 보조절의 선단부를 연결하는 선단부 결합절을 더 구비하며,
상기 선단부 결합절에 상기 파지조가 고정되는 로봇 핸드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 체비쇼프 링크기구가, 기단부가 상기 입력축에 고정된 원동절과, 기단부가 상기 베이스에 회동 가능하게 지지 된 종동절과, 기단부가 상기 원동절의 선단부와 연결되고, 중간부가 상기 종동절의 선단부와 연결된 중간절을 구비하고,
상기 중간절의 선단부가 취할 수 있는 원주형 이동궤적 중의 직선부가, 상기 중간절의 선단부의 이동 범위가 되도록 소정 각도 범위 내에서 상기 입력축이 회전하는 로봇 핸드.
로봇암을 가지는 로봇 본체와,
상기 로봇암의 선단부에 설치된 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 로봇 핸드와,
상기 로봇암 및 상기 로봇 핸드의 동작을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 로봇.
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