KR102029293B1

KR102029293B1 - 수평 6관절 스카라 로봇

Info

Publication number: KR102029293B1
Application number: KR1020180064687A
Authority: KR
Inventors: 홍영기; 최진욱
Original assignee: 주식회사 로보테크
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-10-07

Abstract

게시된 내용은 중량물 가공 부품 등을 조립하는 산업현장의 자동화 공정에서 사용할 수 있도록 한, 수평 6관절 스카라 로봇에 관한 것으로,
본 명세서의 일 실시예에 따른 수평 6관절 스카라 로봇은
로봇에 발생되는 중력토크를 기계적으로 상쇄시키기 위한 중력보상부가 프레임에 장착되는 스카라 로봇에 있어서:
상기 프레임 일측에 스윙가능하게 장착되고, 상기 프레임에 장착되는 제1구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 회전블록;
상기 회전블록에 일단이 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 회전블록에 장착되는 제2구동부 구동에 의해 상하 방향으로 링크운동되는 제1아암;
상기 제1아암 타단에 상대 회동가능하게 연결되는 제1커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제1커넥터에 장착되는 제3구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제2아암;
상기 제2아암 타단에 연결되는 제2커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제2커넥터에 장착되는 제4구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제3아암;
상기 제3아암 타단에 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 제3아암에 장착되는 제5구동부 구동에 의해 상하 방향으로 회동되는 회동체;
상기 회동체 내에 형성되고 툴(tool)이 단부에 착탈가능하게 장착되는 회전체를 구비하되, 상기 회전체는 상기 회동체에 내설되는 제6구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 수평 6관절 스카라 로봇을 제공한다.

Description

수평 6관절 스카라 로봇{a scara robot of horizontal 6-axis}

본 명세서는 로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 중량물 가공 부품 등을 조립하는 산업현장의 자동화 공정에서 사용하기 위한 수평 6관절 스카라 로봇에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로 전자부품 조립, 이형부품 삽입, 나사 체결, 부품 이송 등의 산업현장에서 생산설비의 효율성 향상 및 고령화된 작업환경에 대응하여 공정 자동화를 위해 다양한 로봇을 활용하고 있다.

특히, 싸이클 타임을 단축하며 부품의 정밀도를 높이기 위하여 산업현장의 자동화 공정에서 다관절 로봇인 스카라 로봇을 많이 사용하고 있다. 즉 스카라 로봇(SCARA robot)은 selective compliant articulated robot arm의 약자로서 고속, 고정도의 작업을 반복적으로 수행하게 되므로 작업성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 로봇에 장착되는 중력보상장치는 로봇 관절에서 로봇 몸체의 자중에 의해 발생하는 토크, 즉 중력토크를 기계적으로 상쇄시킴에 따라 작업시에 모터에서 중력토크를 이겨내기 위하여 공급되는 토크를 최소화할 수 있는 기구를 말한다.

현재까지 알려진 중력보상 기구는 무게 추를 사용하는 방법과, 스프링 및 와이어를 사용한 방법이 있다.

즉, 산업용 기기에서 장비의 무게중심을 유지하고, 자중을 보상하기 위하여 힘의 작용점 반대쪽에 적당한 무게 추를 설치하게 된다. 무게 추를 이용한 방법은 기구부 전체의 질량과 부피를 증가시킴에 따라 경량화, 소형화 설계 및 충돌 안전 등이 중요한 로봇 아암에는 적용하기 힘든다.

이를 감안하여 스프링의 압축력 및 인장력을 사용하는 방법이 제안되었다. 즉 링크에 연결된 와이어가 링크의 회전 시에 스프링을 인장 또는 압축시킴에 따라 발생하는 스프링 반발력을 사용하여 링크의 무게를 보상한다. 스프링을 사용하는 방법은 장시간 사용 시에 와이어가 늘어나거나 또는 끊어지는 등의 파손이 발생하여 성능이 감소되고 안전이 위협 받는 등의 문제점을 갖게 된다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1683526호에 중력 보상 링키지 유니트가 게시되어 있다.

본 명세서의 실시예는, 6축 다관절에 의해 작업반경을 확대할 수 있고 중량물 핸들링이 용이하며, 바닥면 및 좌우 측면에서의 작업이 가능하여 작업성을 향상시킬 수 있도록 한, 수평 6관절 스카라 로봇과 관련된다.

본 명세서의 실시예는, 링크 자중에 의해 발생되는 중력토크를 보상함에 따라 어느 위치에서도 작업자세를 유지할 수 있도록 한, 수평 6관절 스카라 로봇과 관련된다.

상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,

로봇에 발생되는 중력토크를 기계적으로 상쇄시키기 위한 중력보상부가 프레임에 장착되는 스카라 로봇에 있어서:

상기 프레임 일측에 스윙가능하게 장착되고, 상기 프레임에 장착되는 제1구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 회전블록;

상기 회전블록에 일단이 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 회전블록에 장착되는 제2구동부 구동에 의해 상하 방향으로 링크운동되는 제1아암;

상기 제1아암 타단에 상대 회동가능하게 연결되는 제1커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제1커넥터에 장착되는 제3구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제2아암;

상기 제2아암 타단에 연결되는 제2커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제2커넥터에 장착되는 제4구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제3아암;

상기 제3아암 타단에 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 제3아암에 장착되는 제5구동부 구동에 의해 상하 방향으로 회동되는 회동체;

상기 회동체 내에 형성되고 툴(tool)이 단부에 착탈가능하게 장착되는 회전체를 구비하되, 상기 회전체는 상기 회동체에 내설되는 제6구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 수평 6관절 스카라 로봇을 제공한다.

전술한 구성을 갖는 본 명세서에 따르면 아래와 같은 이점을 갖는다.

6축 다관절에 의해 작업반경을 확대할 수 있고 중량물의 핸들링이 용이하며, 바닥면 및 좌우 측면에서의 작업이 가능하여 작업성을 향상시키며 실용성을 갖게 되므로 동업종분야에서 경쟁력을 갖게 된다.

또한, 로봇의 링크 자중에 의해 발생되는 중력토크를 보상함에 따라 어느 위치에서도 작업자세를 유지할 수 있어 신뢰성 및 내구성을 갖게 된다.

도 1은 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 수평 6관절 스카라 로봇의 개략적인 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 로봇의 측면도,
도 3은 도 2에 도시된 로봇의 평면도,
도 4는 도 1에 도시된 로봇에서, 제1아암 및 회동체가 상하 방향으로 회동됨을 보여주는 도면,
도 5는 도 1에 도시된 로봇에서, 제1,2,3아암이 스윙됨을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 수평 6관절 스카라 로봇을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 수평 6관절 스카라 로봇은

프레임(10)의 상부프레임(10a) 일측에 지면에 대해 수평 방향으로 스윙(swing)가능하게 장착되고, 프레임(10)에 장착되는 제1구동부(미 도시됨) 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 회전블록(11);

회전블록(11)에 일단이 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 회전블록(11)외측면에 장착되는 제2구동부(12) 구동에 의해 상하 방향으로 링크운동되는 4절 링크형태의 제1아암(13);

제1아암(13) 타단에 상대 회동가능하게 연결되는 제1커넥터(14)에 일단이 수평 방향으로 스윙가능하게 연결되며, 제1커넥터(14) 상면에 장착되는 제3구동부(15) 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제2아암(16);

제2아암(16) 타단에 연결되는 제2커넥터(17)에 일단이 수평 방향으로 스윙가능하게 연결되며, 제2커넥터(17) 상면에 장착되는 제4구동부(18) 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제3아암(19);

제3아암(19) 타단에 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 제3아암(19) 외측면에 장착되는 제5구동부(20) 구동에 의해 상하 방향으로 회동되는 회동체(21);

회동체(21) 내에 형성되고 툴(미 도시됨)(tool)이 단부에 착탈가능하게 장착되는 회전체(22)를 구비하되, 회전체(22)는 회동체(21)에 내설되는 제6구동부(23) 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전된다.

더욱 바람직하게는, 제2구동부(12), 제3구동부(15), 제4구동부(18) 및 제5구동부(20)는

구동모터(24)(일 예로서, AC SERVO MOTOR가 사용될 수 있음)와, 구동모터(24)의 축에 장착되는 구동풀리(25)와, 구동풀리(25)와 임의간격을 유지하여 이격되게 설치되는 종동풀리(26)와, 구동풀리(25)와 종동풀리(26)에 궤도운동하도록 설치되는 타이밍벨트(27)를 구비하되,

구동풀리(25)가 장착되고 종동풀리(26)쪽으로 슬라이딩이동 가능한 브라킷(28)과, 브라킷(28)이 슬라이딩되는 임의위치에 대향되어 이격되게 설치되는 스토퍼(30)(stopper)와, 브라킷(28)의 이동방향으로 스토퍼(30)에 나사결합되고 브라킷(28)을 종동풀리(26) 반대방향으로 가압하여 타이밍벨트(27)가 느슨해지는 것을 방지하기 위한 위치조정볼트(29)를 더 구비한다.

이때, 제2구동부(12), 제3구동부(15), 제4구동부(18) 및 제5구동부(20)를 이루는 구동모터(24), 구동풀리(25), 종동풀리(26), 타이밍벨트(27)는 실질적으로 동일한 구성이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 도면부호는 동일하게 표기한다.

또한, 브라킷(28), 스토퍼(30) 및 위치조정볼트(29)를 구비하고 타이밍벨트의 느슨해지는 것을 방지하는 기술내용은, 제2구동부(12), 제3구동부(15), 제4구동부(18) 및 제5구동부(20)에 동일하게 적용되므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 도면에서는 제4구동부(18)에만 표기하였다.

도면중 미 설명부호 35는 프레임(10)의 하부프레임(10b)의 바닥면 네귀퉁이에 장착된 캐스터이다.

이하에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 수평 6관절 스카라 로봇의 사용예를 첨부도면에 따라 설명한다.

도 1 내지 도 5에서와 같이, 상부프레임(11a) 바닥면에 장착된 회전블록(11)에 형성된 제1축(11a)에 일단이 상하 방향으로 회동가능하게 연결된 4절 링크형태의 제1아암(13)이 회전블록(11)에 장착된 제2구동부(12) 구동에 의해 제1축(11a)을 중심으로 상하 방향으로 회동될 경우, 회전블록(11)에 장착되어 연동되는 중력보상부(A)에 의해 제1아암(13)의 중력토크를 기계적으로 보상함에 따라(즉 모터 및 감속기에 의해 발생시키는 실제 필요한 토크가 "0"이 되도록 함) 작업자세를 유지할 수 있는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

프레임(10)의 상부프레임(10a) 바닥면에 스윙가능하게 장착된 회전블록(11)은 프레임(10)에 장착된 제1구동부(미 도시됨)에 의해 지면에 대해 수평 방향으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙될 수 있다.

이때 회전블록(11)을 제1구동부에 의해 수평 방향으로 스윙시키는 기술내용은 등록특허공보 제1683526호의 중력 보상 링키지 유니트에 게시된 것과 실질적으로 동일하므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

회전블록(11)에 장착된 제2구동부(12)에 의해 제1아암(13)을 제1축(11a)을 중심으로 상하 방향으로 회동시킬 수 있다. 즉 회전블록(11)에 장착된 구동모터(24)를 회전시킴에 따라 구동모터(24)의 축에 고정된 구동풀리(25)가 회전되므로 구동풀리(25)와 이격되게 설치된 종동풀리(26)가 타이밍벨트(27)에 의해 연동되어 회전하게 된다.

따라서 종동풀리(26)의 축에 고정된 제1아암(13)이 회전블록(11)의 제1축(11a)을 중심으로 상하 방향으로 회동하게 된다.

도 4에서와 같이, 제1아암(13)이 회동될 경우, 제1아암(13)에 제1커넥터(14)를 통해 스윙가능하게 연결된 제2아암(16)과, 제2아암(16)에 제2커넥터(17)를 통해 스윙가능하게 연결된 제3아암(19)과, 제3아암(19)에 상하 방향으로 회동가능하게 연결된 회동체(21)가 동시에 상하 방향으로 회동될 수 있다.

이때 제1아암(13)은 회전블록(11) 및 제1커넥터(14)에 양단이 회동가능하게 연결되고 링크운동될 수 있도록 이격된 상단링크(13a) 및 하단링크(13b)로 이뤄진 4절링크 형태로 형성된다.

한편, 상단링크(13a) 및 하단링크(13b)를 포함하여 4절링크 형태를 이루고, 회전블록(11) 및 제1커넥터(14)에 양단이 회동가능하게 연결되어 링크운동하는 제1아암(13)은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2아암(16)을 제1커넥터(14)에 장착된 제3구동부(15)에 의해 제1커넥터(14)와 제2아암(16)을 회동가능하게 연결시킨 제2축(31)을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙시킬 수 있다.

즉 제1커넥터(14)에 장착된 구동모터(24)를 회전시킴에 따라 구동모터(24)의 축에 고정된 구동풀리(25)가 회전되므로 구동풀리(25)와 이격되게 제2축(31)상에 설치된 종동풀리(26)가 타이밍벨트(27)에 의해 연동되어 회전하게 된다.

따라서 제2아암(16)이 제1커넥터(14)와 제2아암(16)을 연결시킨 제2축(31)을 중심으로 지면에 대해 수평 방향으로 스윙할 수 있게 된다.

제3아암(19)을 제2커넥터(17)에 장착된 제4구동부(18)에 의해 제2커넥터(17)와 제3아암(19)을 회동가능하게 연결시킨 제3축(32)을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙시킬 수 있다.

즉 제2커넥터(17)에 장착된 구동모터(24)를 회전시킴에 따라 구동모터(24)의 축에 고정된 구동풀리(25)가 회전되므로 구동풀리(25)와 이격되게 제3축(32)상에 설치된 종동풀리(26)가 타이밍벨트(27)에 의해 연동되어 회전하게 된다.

따라서 제3아암(19)이 제2커넥터(17)와 제3아암(19)을 연결시킨 제3축(32)을 중심으로 지면에 대해 수평 방향으로 스윙할 수 있게 된다.

회동체(21)를 제3아암(19)에 장착된 제5구동부(20)에 의해 제4축(33)을 중심으로 상하 방향으로 회동시킬 수 있다.

즉 제3아암(19)에 장착된 구동모터(24)를 회전시킴에 따라 구동모터(24)의 축에 고정된 구동풀리(25)가 회전되므로 구동풀리(25)와 이격되게 제4축(33)상에 설치된 종동풀리(26)가 타이밍벨트(27)에 의해 연동되어 회전하게 된다.

따라서 회동체(21)가 제3아암(19) 선단에 회동체(21)를 회동가능하게 고정시킨 제4축(33)을 중심으로 상하 방향으로 회동할 수 있게 된다.

회동체(21) 내에 형성된 회전체(22)를 회동체(21) 내에 장착된 제6구동부(23)에 의해 회전시킬 수 있게 된다. 즉 공구(tool) 또는 지그(jig) 등이 착탈가능하게 장착되는 회전체(22)가 제6구동부(23) 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있게 된다.

이때 공구 등이 착탈가능하게 장착되고 벨트컨베이어 등을 따라 이송되는 전자조립품 등을 홀딩(holding)하여 이송시키는 회전체(22)에 대한 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이 본 명세서의 일 실시예에 의한 수평 6관절 스카라 로봇에 따르면,

프레임(10)의 상부프레임(10a)에 장착된 회전블록(11)과, 제1아암(13) 선단에 제1커넥터(14)를 통해 스윙가능하게 연결된 제2아암(16)과, 제2아암(16) 선단에 제2커넥터(17)를 통해 스윙가능하게 연결된 제3아암(19)이 지면에 대해 수평을 이루어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙될 수 있고, 회전블록(11)에 일단이 회동가능하게 연결된 제1아암(13)과, 제3아암(19) 선단에 회동가능하게 연결된 회동체(21)가 상하 방향으로 회동할 수 있게 된다.

따라서 산업현장의 자동화 공정에 수평 6관절 스카라 로봇을 적용시킬 경우 더욱 확장된 작업반경 및 작업범위(바닥면은 물론 좌우 측면에도 적용시킬 수 있음)를 확보할 수 있고, 중량의 작업물체를 핸들링할 수 있어 작업능률을 대폭 향상시킬 수 있게 된다(이와 비교되는 종래 기술의 4축 관절으로 이루어진 스카라 로봇은 작업반경이 제한되고, 바닥면에서의 작업범위에만 제한적으로 적용시킬 수 있어 작업성이 저하되었다).

여기에서, 전술한 본 명세서에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 명세서의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서를 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10; 프레임
11; 회전블록
12; 제2구동부
13; 제1아암
14; 제1커넥터
15; 제3구동부
16; 제2아암
17; 제2커넥터
18; 제4구동부
19; 제3아암
20; 제5구동부
21; 회동체
22; 회전체
23; 제6구동부
24; 구동모터
25; 구동풀리
26; 종동풀리
27; 타이밍벨트
28; 브라킷
29; 위치조정볼트
30; 스토퍼
31; 제2축
32; 제3축
33; 제4축

Claims

프레임 일측에 스윙가능하게 장착되고, 상기 프레임에 장착되는 제1구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 회전블록;
상기 회전블록에 일단이 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 회전블록에 장착되는 제2구동부 구동에 의해 상하 방향으로 링크운동되는 제1아암;
상기 프레임의 회전블록에 연동가능하게 장착되어 상기 제1아암이 상하 방향으로 회동될 경우, 상기 제1아암의 중력토크를 기계적으로 보상함에 따라 작업자세를 유지할 수 있도록 하는 중력보상부;
상기 제1아암 타단에 상대 회동가능하게 연결되는 제1커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제1커넥터에 장착되는 제3구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제2아암;
상기 제2아암 타단에 연결되는 제2커넥터에 일단이 스윙가능하게 연결되며, 상기 제2커넥터에 장착되는 제4구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 스윙되는 제3아암;
상기 제3아암 타단에 상하 방향으로 회동가능하게 연결되고, 상기 제3아암에 장착되는 제5구동부 구동에 의해 상하 방향으로 회동되는 회동체;
상기 회동체 내에 형성되고 툴(tool)이 단부에 착탈가능하게 장착되는 회전체를 구비하되, 상기 회전체는 상기 회동체에 내설되는 제6구동부 구동에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되는 수평 6관절 스카라 로봇에 있어서,
상기 제2구동부 내지 제5구동부는
구동모터와, 상기 구동모터의 축에 장착되는 구동풀리와, 상기 구동풀리와 임의간격을 유지하여 설치되는 종동풀리와, 상기 구동풀리와 종동풀리에 궤도운동하도록 설치되는 타이밍벨트를 구비하되,
상기 구동풀리가 장착되고 상기 종동풀리쪽으로 슬라이딩이동 가능한 브라킷과, 상기 브라킷이 슬라이딩되는 임의위치에 대향되어 이격되게 설치되는 스토퍼와, 상기 브라킷의 이동방향으로 상기 스토퍼에 나사결합되고 상기 브라킷을 상기 종동풀리 반대방향으로 가압하여 상기 타이밍벨트가 느슨해지는 것을 방지하기 위한 위치조정볼트;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수평 6관절 스카라 로봇.
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