KR102622827B1 - 산업용 이송 병렬로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업용 이송 병렬로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3축 또는 4축 병렬로봇을 X축방향으로 직선이동시켜 확장된 작업영역을 제공하고, 병렬로봇의 구동시 진동발생을 줄여 동작 정확도와 고속 동작을 구현하면서도, 구조를 단순화시켜 경량화와 제조 원가를 낮출 수 있는 산업용 이송 병렬로봇에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산업용 이송 병렬로봇에 따르면, 3축 또는 4축 병렬로봇을 엑추에이터와 볼스크류 또는 직교로봇을 이용하여 일방향으로 직선이동시킴으로써 병렬로봇의 작업영역을 확장시키면서 구조를 단순화시켜 경량화와 제조 원가를 낮출 수 있다. 또한, 병렬로봇이 장착된 고정판의 양측부를 가이드레일 및/또는 가이드봉을 이용하여 수평을 유지시킨 상태에서 이동시킴으로써 병렬로봇의 구동시 진동발생을 줄여 동작 정확도와 고속 동작을 구현할 수 있다.

Description

산업용 이송 병렬로봇{INDUSTRIAL TRANSFER PARALLEL ROBOT}
본 발명은 산업용 이송 병렬로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3축 또는 4축 병렬로봇을 X축방향으로 직선이동시켜 확장된 작업영역을 제공하고, 병렬로봇의 구동시 진동발생을 줄여 동작 정확도와 고속 동작을 구현하면서도, 구조를 단순화시켜 경량화와 제조 원가를 낮출 수 있는 산업용 이송 병렬로봇에 관한 것이다.
산업발전에 힘입어 다양한 산업현장에서 공장 자동화가 급격하게 이루어지고 있고, 이로 인해 산업현장에서 이송물, 즉 제품(물품)을 이송하는 각각의 자동화 설비가 작업자(인력)를 대신하여 그 역할을 충실히 수행하고 있다. 그 중 제품을 그립핑(gripping)하여 다양한 제품군을 이송하는 시스템은 사람을 대신해 손쉬운 작업, 정확한 위치, 작업자의 안전 및 생산성 향상을 위해 광범위하게 사용되고 있다.
이송시스템은 제품을 그립핑하여 이송하기 위해 이송로봇을 포함한다. 이송로봇은 대부분이 설계, 제작 및 해석의 단순화로 인해 직렬형 구조를 가지는 직렬로봇(serial robot)이 단순 반복 작업 또는 상대적으로 낮은 정밀도가 요구되는 산업현장에서 주로 사용되고 있다. 하지만 직렬로봇의 경우 큰 하중은 가능하나 고속시 발생되는 진동에 취약하고 각 링크의 오차가 로봇의 종단에 누적되는 등의 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 높은 정밀도와 고속 동작을 요구하는 산업현장에서는 직렬 로봇 대신에 병렬로봇(parallel robot)이 사용되고 있다. 병렬로봇은 직렬로봇의 단점을 극복하기 위하여 여러 개의 링크를 통해 하중이 분산되므로 높은 강성을 가지게 되고, 링크들 간의 구속은 높은 정밀도를 얻을 수 있는 이점이 있어 과자류와 같은 포장라인에서는 보편적으로 3축 또는 4축 병렬로봇이 주로 사용되고 있다.
병렬로봇은 국내등록특허 제10-1798086호, 국내등록특허 제10-2165034호, 국내등록특허 제10-2132097호 등의 선행문헌에서 제안된 바와 같이, 일반적으로, 베이스플레이트(고정프레임)와, 구동부와, 로봇암과, 엔드이펙트(이동프레임)를 포함하고, 상기 로봇암은 각각 베이스플레이트에 장착된 구동부(엑추에이터)에 결합되어 회동하는 상부암)과, 상기 상부암과 결합되는 하부암을 포함하는 구성으로 이루어진다.
그러나, 이러한 병렬로봇은 고정된 베이스플레이트를 기준으로 엔드이펙트의 3축 직선 이동만이 가능한 구조로, 상기 베이스플레이트에 의해 제한된 작업영역 내에서만 엔드이펙트의 위치 이동을 수행할 수 있어 활동 반경에 많은 제약이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내등록특허 제10-2133109호에서는 직선방향으로의 확장된 작업영역을 가지면서도 고정프레임을 고정시키지 않고, 직선이동 가능한 슬라이더프레임으로 대체하면서 각 링크부의 구동원인 복수의 엑추에이터를 분리 설치하여 하중을 최소화하여 정밀도를 향상시키고, 엔드이펙트의 이송속도를 보다 고속으로 수행할 수 있는 새로운 구조의 확장된 작업영역을 갖는 병렬로봇을 제안하였다.
그러나, 국내등록특허 제10-2133109호에서 제안된 병렬로봇은 베이스플레이트에 고정되는 고정식 병렬로봇에 비해 직선방향으로의 확장된 작업영역을 제공하고는 있으나, 링크부를 직선방향으로 이동시키는 슬라이더프레임이 서로 일렬로 나란하게 배치된 볼스크류 및 복수 개의 볼스플라인가이드봉에 결합됨에 따라 구동시 많은 진동이 발생되어 정밀도가 저하되는 한편, 고속 동작을 구현하는데 어려움이 있었다.
KR 10-2133109 B1(2020. 07. 06.), "확장된 작업영역을 갖는 병렬로봇"
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반적인 문제점을 해결하기 위해 제안되었다.
본 발명의 목적은 병렬로봇을 X축방향으로 직선이동시켜 확장된 작업영역을 제공하고, 구동시 진동발생을 줄여 동작 정확도와 고속 동작을 구현하며, 구조를 단순화시켜 경량화와 제조 원가를 낮출 수 있는 산업용 이송 병렬로봇을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전술한 목적으로 제한되지 않으며, 이외에도 후술하는 실시예들 및 청구범위를 통해 기재된 기술들을 통해 다양한 목적들이 추가로 제공될 수도 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 본 발명은 제1 내지 제4 프레임을 포함하는 고정베이스; 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 나란하게 설치된 제1 및 제2 가이드레일; 상기 제1 및 제2 가이드레일의 상측으로 상기 제1 및 제2 가이드레일과 정렬되고, 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 서로 나란하게 설치된 제1 및 제2 가이드봉; 상기 제1 및 제2 가이드레일 사이에 설치된 볼스크류; 상기 볼스크류에 이동 가능하게 결합된 너트블록; 상기 제1 및 제2 가이드레일을 따라 이동 가능하도록 결합된 제1 및 제2 가이드블록; 상기 제1 및 제2 가이드봉을 따라 이동 가능하도록 결합된 제1 및 제2 연결블록; 양측부 하부에는 상기 제1 및 제2 가이드블록이 고정되고, 양측부 상부에는 상기 제1 및 제2 연결블록이 고정되고, 중앙 상부에는 상기 너트블록이 고정된 고정판; 상기 고정베이스에 장착되고, 상기 볼스크류에 구동력을 제공하는 엑추에이터; 및 상기 고정판의 하부에 장착된 병렬로봇을 포함하는 산업용 이송 병렬로봇을 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 다른 실시 예에 따른 본 발명은 제1 내지 제4 프레임을 포함하는 고정베이스; 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 나란하게 설치된 제1 및 제2 가이드레일; 상기 제1 및 제2 가이드레일을 따라 이동 가능하도록 결합된 제1 및 제2 가이드블록; 상기 제3 및 제4 프레임의 상부에 서로 나란하게 설치되되, 각각 LM 가이드와, 상기 LM 가이드를 따라 이동 가능하도록 결합된 LM 블록을 포함하는 제1 및 제2 직교로봇; 양단부 하부가 상기 제1 및 제2 직교로봇의 LM 블록에 고정된 연결판; 양단부 하부가 상기 제1 및 제2 가이드블록의 상부에 고정된 고정판; 상기 고정판의 양측부 상부에 고정되고, 상부는 상기 연결판에 고정된 지지판; 및 상기 고정판의 하부에 장착된 병렬로봇을 포함하는 산업용 이송 병렬로봇을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 산업용 이송 병렬로봇에 따르면, 3축 또는 4축 병렬로봇을 엑추에이터와 볼스크류 또는 직교로봇을 이용하여 일방향으로 직선이동시킴으로써 병렬로봇의 작업영역을 확장시키면서 구조를 단순화시켜 경량화와 제조 원가를 낮출 수 있다. 또한, 병렬로봇이 장착된 고정판의 양측부를 가이드레일 및/또는 가이드봉을 이용하여 수평을 유지시킨 상태에서 이동시킴으로써 병렬로봇의 구동시 진동발생을 줄여 동작 정확도와 고속 동작을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇을 다른 각도에서 바라본 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇을 또 다른 각도에서 바라본 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 평면도.
도 5는 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 저면도.
도 6은 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 정면도.
도 7은 도 1에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 측면도.
도 8은 도 6에 도시된 'A-A'의 절단면도.
도 9는 도 7에 도시된 'B-B'의 절단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇의 사시도.
도 11은 도 10에 도시된 산업용 이송 병렬로봇을 다른 각도에서 바라본 사시도.
도 12는 도 10에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 평면도.
도 13은 도 10에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 저면도.
도 14는 도 10에 도시된 산업용 이송 병렬로봇의 정면도.
도 15는 도 14에 도시된 'A-A'의 절단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇을 설명하기 위해 나타내는 도면들로서, 도 1 내지 도 3은 서로 다른 각도에서 바라본 사시도이고, 도 4는 평면도이고, 도 5는 저면도이고, 도 6은 정면도이고, 도 7은 측면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 A-A 절단면이고, 도 9는 도 7에 도시된 B-B 절단면이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇은 고정베이스(1)의 이동거리 내에서 일방향(X축방향)으로 이동가능하게 구성된다.
고정베이스(1)는 사각 프레임으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 4개의 프레임, 즉 제1 내지 제4 프레임(1a~1d)의 단부가 서로 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 고정베이스(1)는 서로 마주보는 한 쌍의 프레임으로만 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 프레임으로만 이루어질 수도 있다.
서로 X축방향으로 마주보는 제1 및 제2 프레임(1a, 1b) 사이에는 서로 Y축방향으로 동일선 상에 나란하게 위치되도록 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)이 설치된다.
제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)의 일단부는 제1 프레임(1a)에 고정되고, 타단부는 제2 프레임(1b)에 고정된다. 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)에는 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)이 결합된다. 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)은 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)을 따라 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)의 길이방향으로 이동한다.
제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)의 상부는 고정판(4)이 설치된다. 고정판(4)은 나란하게 배치된 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)을 상호 연결하고, 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)과 함께 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)의 길이방향으로 이동한다.
제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b) 상에는 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)이 설치된다. 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)은 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)과 상하로 나란하게 배치되며, 양단은 제1 및 제2 프레임(1a, 1b)에 결합 고정된다. 그리고, 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)은 제1 및 제2 연결블록(6a, 6b)을 통해 고정판(4)에 연결된다.
제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)과, 고정판(4)과, 제1 및 제2 연결블록(6a, 6b)은 연동하여 함께 직선 왕복운동한다. 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)이 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)을 따라 직선 왕복운동하면, 이에 연동하여 고정판(4)과, 제1 및 제2 연결블록(6a, 6b) 또한 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)을 따라 직선 왕복운동한다.
도 1 및 도 2와 같이, 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b) 사이에는 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)과 나란하도록 볼스크류(7)가 설치된다. 볼스크류(7)는 타단이 볼베어링(B)을 매개로 제2 프레임(1b)에 회전가능하게 설치되고, 일단은 제1 프레임(1a)에 설치된 하우징(8)의 내부에 회전가능하게 수용되는 구동풀리(9)에 결합된다.
하우징(8)은 단면이 'ㄷ'자 형상으로 이루어질 수 있다. 구동풀리(9)는 하우징(8)의 내부에 수용되고, 구동풀리(9)의 중앙에는 볼스크류(7)의 일단이 축 결합된다. 구동풀리(9)는 하우징(8)의 외측에 장착된 엑추에이터(10)로부터 구동력을 전달받아 볼스크류(7)를 구동시킨다. 예를 들어, 도 8과 같이, 엑추에이터(10)가 구동되면, 엑추에이터(10)의 구동력은 벨트 등의 구동력 전달부재(미도시)를 매개로 구동풀리(9)에 전달되고, 구동풀리(9)에 전달된 구동력은 볼스크류(7)로 전달된다.
볼스크류(7)에는 너트블록(11)이 결합되고, 너트블록(11)은 볼스크류(7)의 구동, 즉 회전에 따라 볼스크류(7)를 따라 이동한다. 너트블록(11)은 고정판(4)의 상부에 고정되고, 고정판(4)은 너트블록(11)과 연동하여 볼스크류(7)를 따라 이동한다.
도 3과 같이, 고정판(4)에는 3축 또는 4축 병렬로봇(12)이 장착 고정된다. 병렬로봇(12)은 고정판(4)의 하부에 장착되는 베이스 플레이트(121)와, 3축 구동을 위해 베이스 플레이트(121)의 하부에 장착 고정된 3개의 구동부(122)와, 구동부(122)에 의해 각각 회동하여 이송물을 이송하는 3개의 로봇암(123)을 포함한다. 또한, 4축 구동을 위해 로봇암(123)의 종단부에 설치된 플랫폼(124)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇의 동작특성을 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 9와 같이, 엑추에이터(10)가 구동하면, 액추에이터(10)의 구동력은 구동풀리(9)를 통해 볼스크류(7)로 전달된다. 볼스크류(7)는 구동풀리(9)를 통해 전달되는 액추에이터(10)의 구동력에 의해 회전하고, 너트블록(11)은 볼스크류(7)를 따라 길이방향으로 이동하게 된다. 예를 들어, 액추에이터(10)가 정회전하면, 너트블록(11)은 우측으로 이동하고, 반대로 역회전하면 좌측으로 이동하게 된다. 너트블록(11)은 고정판(4)에 고정됨에 따라 고정판(4)은 너트블록(11)과 연동하여 볼스크류(7)의 길이방향으로 이동한다. 그리고, 고정판(4)에 연결된 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)은 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)을 따라 이동하고, 제1 연결블록(6a, 6b)은 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)을 따라 이동한다. 그리고, 고정판(4)에 장착된 병렬로봇(12)의 베이스 플레이트(121) 또한 볼스크류(7)의 길이방향으로 이동한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇은 병렬로봇(12)이 볼스크류(7)를 따라 고정베이스(1)의 이동거리 내에서 직선방향으로 이동가능함에 따라 고정베이스(1)의 이동거리만큼 병렬로봇(12)의 작업영역을 확장시킬 수 있다. 그리고, 병렬로봇(12)이 장착되는 고정판(4)의 양측부의 하부는 제1 및 제2 가이드블록(3a, 3b)을 통해 제1 및 제2 가이드레일(2a, 2b)에 지지되는 동시에 상부는 제1 및 제2 연결블록(6a, 6b)을 통해 제1 및 제2 가이드봉(5a, 5b)에 지지됨에 따라 병렬로봇(12)의 구동시 종래 구조에 비해 진동 발생을 현저하게 줄일 수 있다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇을 설명하기 위해 나타내는 도면들로서, 도 10 및 도 11은 서로 다른 각도에서 바라본 사시도이고, 도 12는 평면도이고, 도 13은 저면도이고, 도 14는 정면도이고, 도 15는 도 14에 도시된 A-A 절단면이다.
도 10 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇은 도 1 내지 도 9와 같은 실시 예와 마찬가지로 병렬로봇(42)을 고정베이스(21)의 이동거리 내에서 X축방향으로 이동시켜 병렬로봇(42)의 작업영역을 확장시킨다.
고정베이스(21)의 제1 및 제2 프레임(21a, 21b) 사이에는 제1 및 제2 LM 가이드(22a, 22b)가 서로 나란하게 설치되고, 제3 및 제4 프레임(21c, 21d)의 상부에는 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)이 설치된다. 이때, 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)는 일례로 볼 스크류 엑추에이터 또는 리니어 모터 엑추에이터 중 어느 하나일 수 있다.
제1 및 제2 직교로봇(23, 24)은 도 10과 같이, 서로 연동하도록 구동되어 정밀 제어가 가능하고, 각각은 LM 가이드(23a, 24a)와, LM 가이드(23a, 24a)에 결합되어 LM 가이드(23a, 24a)를 따라 슬라이드 이동하는 LM 블록(23b, 24b)을 포함한다.
제1 및 제2 직교로봇(23, 24)의 LM 블록(23b, 24b)에는 연결판(25)이 설치된다. 연결판(25)은 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)의 LM 가이드(23a, 24a)를 직교하도록 설치된다. 예를 들어, 연결판(25)의 일측부는 제1 직교로봇(23)의 LM 블록(23b)의 상부에 설치되고, 타측부는 제2 직교로봇(24)의 LM 블록(24b)의 상부에 설치된다.
도 12 및 도 13과 같이, 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)의 사이에는 제1 및 제2 가이드레일(26a, 26b)이 서로 나란하게 설치되고, 제1 및 제2 가이드레일(26a, 26b)에는 제1 및 제2 가이드블록(27a, 27b)이 결합된다. 제1 및 제2 가이드블록(27a, 27b)은 제1 및 제2 가이드레일(26a, 26b)을 따라 길이방향으로 슬라이딩 이동한다.
제1 및 제2 가이드블록(27a, 27b)의 상부에는 고정판(28)이 설치되고, 고정판(28)의 양측부 상부에는 고정판(28)과 연결판(25)을 수직으로 고정하는 지지판(29)이 설치된다. 그리고, 고정판(28)의 하부에는 3축 또는 4축 병렬로봇(42)이 장착된다.
도 14 및 도 15와 같이, 고정판(28)에는 3축 또는 4축 병렬로봇(42)이 장착되고, 병렬로봇(42)은 고정판(28)의 하부에 장착되는 베이스 플레이트(421)와, 3축 구동을 위해 베이스 플레이트(421)의 하부에 장착 고정된 3개의 구동부(422)와, 구동부(422)에 의해 각각 회동하여 이송물을 이송하는 3개의 로봇암(423)을 포함한다. 또한, 4축 구동을 위해 로봇암(423)의 종단부에 설치된 플랫폼(424)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업용 이송 병렬로봇의 동작특성을 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 15와 같이, 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)가 서로 연동하여 구동하면, 제1 및 제2 직교로봇(23, 24)의 LM 블록(23b, 24b)에 연결된 연결판(25)이 LM 가이드(23a, 24a)를 따라 이동하게 된다. 이때, 고정판(28)은 지지판(29)을 통해 연결판(25)과 연결되어 LM 가이드(23a, 24a)를 따라 이동한다. 그리고, 고정판(28)에 장착된 병렬로봇(42)의 베이스 플레이트(421) 또한 길이방향으로 이동한다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예1 내지 4의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1, 21 : 고정베이스
1a~1d, 21a~21d : 제1 내지 제4 프레임
2a~2b, 26a~26b : 제1 및 제2 가이드레일
3a~3b, 27a~27b : 제1 및 제2 가이드블록
4, 28 : 고정판
5a~5b : 제1 및 제2 가이드봉
6a~6b : 제1 및 제2 연결블록
7 : 볼스크류
B : 볼베어링
8 : 하우징
9 : 구동풀리
10 : 엑추에이터
11 : 너트블록
12, 42 : 병렬로봇
23~24 : 제1 및 제2 직교로봇
23a, 24a : LM 가이드
23b, 24b : LM 블록
25 : 연결판
29 : 지지판
121, 421 : 베이스 플레이트
122, 422 : 구동부
123, 423 : 로봇암
124, 424 : 플랫폼

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 제1 내지 제4 프레임을 포함하는 고정베이스;
    상기 제1 및 제2 프레임 사이에 나란하게 설치된 제1 및 제2 가이드레일;
    상기 제1 및 제2 가이드레일을 따라 이동 가능하도록 결합된 제1 및 제2 가이드블록;
    상기 제3 및 제4 프레임의 상부에 서로 나란하게 설치되되, 각각 LM 가이드와, 상기 LM 가이드를 따라 이동 가능하도록 결합된 LM 블록을 포함하는 제1 및 제2 직교로봇;
    양단부 하부가 상기 제1 및 제2 직교로봇의 LM 블록에 고정된 연결판;
    양단부 하부가 상기 제1 및 제2 가이드블록의 상부에 고정된 고정판;
    상기 고정판의 양측부 상부에 고정되고, 상부는 상기 연결판에 고정된 지지판; 및
    상기 고정판의 하부에 장착된 병렬로봇;
    을 포함하는 산업용 이송 병렬로봇.
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