KR19990037136A

KR19990037136A - 다관절로봇 수직기대의 균형조정을 위한 스프링장치

Info

Publication number: KR19990037136A
Application number: KR1019980043232A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 마쯔바라; 키요시 와카이즈미
Original assignee: 세키 코오이치; 자노메 미신 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 1999-05-25
Also published as: JPH11114871A; US5982127A; TW391914B; DE19847855C2; KR100343316B1; JP3754540B2; DE19847855A1

Abstract

다관절로봇의 수직 나사축을 따라 이동할 수 있게 설치된 기대의 중량을, 인장코일스프링으로 양호하게 균형을 조정하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 수직 나사축과 상기 나사축을 회전가능하게 구동하는 스테핑모터에 의해 기대가 수직으로 이동하며, 따라서 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 상기 나사축을 따라 수직으로 움직인다. 기대의 중량을 균형잡기 위한 균형수단은 적어도 1개 또는 그 이상의 인장코일스프링을 포함하며, 인장코일스프링은 일단이 로봇의 바닥부에 고착되며, 타단이 기대의 브래킷에 고착되며 중간부가 풀리와 슬라이딩식으로 결합되며, 풀리는 상기 기대의 상기 브래킷 위 로봇의 상부에 설치되어, 상기 기대가 상기 상단위치의 아래에 있을 때 상기 인장코일스프링(들)이 팽창할 수 있다.

Description

다관절로봇 수직기대의 균형조정을 위한 스프링장치

본 발명은 다관절로봇의 기대(mount structure)의 수직이동을 균형잡기 위한 스프링장치에 관한 것이며, 특히 다관절로봇의 기대의 수직이동을 균형잡기 위한 하나 또는 여러 개의 인장코일스프링(tension coil spring)을 포함하며, 기대는 일정한 중량을 가지며 기대에 여러 개의 관절식 작동부(jointed operating parts)가 장착되어 있는 스프링장치에 관한 것이다.

본 출원인의 출원 중 일본 실용신안공개공보 평6-74237호(A Feed Mechanism of Robot)에 종래의 산업용 로봇이 개시되어 있는데, 일정한 중량의 다관절로봇의 기대의 상하이동을 균형잡기 위하여 인장코일스프링이 사용되어 기대가 작은 출력으로 구동될 수 있다. 한편, 다관절로봇 기대의 중량의 균형을 잡기 위해 균형추(weights)를 사용하는 것도 널리 알려져 있다. 그러나 이 경우 관성은 바람직하지 않은 요소이며, 더욱이 장치가 크게 된다.

다관절로봇 기대의 상하이동을 효과적으로 균형잡기 위해서 특정 성질의 인장코일스프링을 사용할 필요가 있다. 즉 인장코일스프링의 하중(tensile load)이 기대의 중량과 거의 동등할 것과 또한 기대가 상하이동하는 전체 영역에 대하여 하중이 일정할 것 등이다. 이와 같은 요구를 만족시키기 위하여 인장코일스프링을, 비록 중간부분에서 또는 중간부분으로부터 구부러지더라도 길게 할 때가 종종 있으며, 그 결과 장치가 커진다. 따라서 이와 같은 요구를 만족시키면서 로봇을 콤팩트하게 할 필요가 있다.

본 발명은 종래기술의 결함과 단점을 제거하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 다관절로봇의 한 실시예에 대하여 내부가 도시되도록 일부분을 파단한 사시도,

도 2는 내부가 도시되도록 일부를 파단한 측면도,

도 3의 (a)는 로봇의 기대가 상부위치로부터 아래로 이동된 상태의 측면도, (b)는 기대가 하부위치로부터 위로 상승하는 상태를 나타내는 측면도,

도 4는 본 발명에 의한 다관절로봇의 다른 실시예에 대하여 내부가 도시되도록 일부분을 파단한 측면도,

도 5는 관절식 작동부(jointed operating parts)의 이동 상태가 도시된, 로봇의 사시도이다.

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명

1...로봇 2...기대(mount structure)

3...나사축(threaded shaft) 6...인장코일스프링(tension coil spring)

7...와이어 8...풀리(pulley)

즉 본 발명은 나사축(vertical threaded shaft)과, 브래킷(bracket)을 가지며 상기 나사축에 작동 가능하게 연결된 기대와, 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 상기 나사축을 따라 수직으로 움직이기 위한 상기 나사축을 회전 구동시키는 스테핑모터(stepping motor)와, 적어도 하나 또는 그 이상의 인장코일스프링과 풀리(pulley means)를 포함하는 균형수단(balancing means)을 포함하며, 상기 인장코일스프링은 일단이 상기 로봇의 바닥부에 고착되며, 타단은 상기 기대에 고착되며 중간부(intermediate part)는 상기 풀리에 슬라이딩식으로 결합되며, 상기 풀리는 상기 기대의 상기 브래킷 위 상기 로봇의 상부에 설치되어, 상기 기대가 상기 상단위치보다 아래에 있을 때 상기 직렬의 인장코일스프링이 팽창할 수 있는 다관절로봇에 관한 것이다.

첨부된 도면에 도시한 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 로봇(1)은 직립형이며 수직으로 상하이동하는 기대(2)를 가지고 있다. 상기 로봇(1) 내에는 나사축(3)이 회전가능하게 설치되어 있다. 커넥터(4)는 일단이 기대(2)에 고정되며 타단은 나사축(3)에 나사식으로 결합된다. 스테핑모터(5)가 전동벨트(transmission belt)를 통하여 로봇(1)에 설치되어 있어, 스테핑모터(5)의 회전이 나사축(3)으로 전달되고 나사축(3)의 회전이 커넥터(4)를 통하여 기대(2)를 수직으로 상하이동시킬 수 있다.

여러 개의 인장코일스프링, 보다 정확하게는 적어도 2개의 인장코일스프링(6)이 로봇(1)에 설치되어 있다. 스프링(6)은 차례로 와이어(7)에 연결되어 수직이동하는 동안 기대(2)의 중량을 균형잡는 균형수단(A)으로 기능한다. 스프링 균형수단(A)은 일단이 로봇(1)의 바닥부에 고착되며 타단은 브래킷(9)의 자유단에 고착된다. 스프링 균형수단(A)의 일정길이의 중간 연결 와이어(7)는 로봇(1)의 상부에 설치된 풀리에 결합되어 있어, 기대(2)가 하부위치에 있을 때 인장코일스프링(6)이 팽창된 상태로 있을 수 있다.

스프링 균형수단(A)과 관련, 인장코일스프링(6)의 스프링상수는 작용되는 하중에 따라 종속적으로 각각 변형되는 스프링의 인장하중을 나타낸다. 따라서, 스프링의 인장하중을 줄이려면 스프링상수를 작게 하는 것이 바람직하다. 이 경우 인장코일스프링을 구성하는 와이어의 지름을 작게 하거나 코일의 지름을 크게 하거나 각 인장코일스프링의 길이를 길게 할 수 있다. 기대(2) 중량을 적절하게 균형잡기 위하여, 기대(2)의 위에서 아래로 그리고 아래에서 위로의 구동을 거의 같은 출력의 스테핑모터(5)로 할 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 기대(2)를 위에서 아래로 그리고 아래에서 위로 이동시키기 위하여 스테핑모터(5)가 구동될 때, 스테핑모터(5)에 작용하는 하중이 거의 일정하도록 인장코일스프링(6)의 인장강도를 설정하는 것이 바람직하다.

제1실시예를 나타내는 도 1 내지 도 3에 있어서, 균형수단(A)은 차례로 일정길이의 중간와이어(7)와 연결되어 있는 2개의 인장코일스프링(6)을 포함하는데, 상기 와이어(7)는 로봇(1) 상부에 배치된 풀리와 슬라이딩식으로 결합되어 있고, 직렬의 인장코일스프링(6)은 일단이 로봇(1)의 바닥부에 고착되며, 타단이 기대(2)에 설치된 브래킷(9)의 자유단에 연결되며, 기대(2)가 최상부나 최하부에 있을 때 브래킷(9)의 자유단은 풀리(8)의 아래에 위치하고 있다. 2개의 인장와이어(6)는, 와이어의 지름이 같고, 코일의 지름이 같으며, 단위길이가 같게 제작된다.

본 발명의 제2실시예를 나타내고 있는 도 4와 관련, 균형수단(A)은 일정 길이의 제1 및 제2중간와이어에 연결된 3개의 인장코일스프링(6)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1중간와이어(7)는 로봇(1)의 상부에 설치되어 있는 제1풀리와 슬라이딩식으로 결합되어 있으며 제2중간와이어는 로봇(1)의 하부에 설치되어 있는 제2풀리와 슬라이딩식으로 결합되어 있으며, 직렬의 인장코일스프링(6)은 일단이 로봇(1)의 상부에 고착되어 있고, 타단이 기대(2)에 설치된 브래킷(9)의 자유단에 고착되어 있으며, 브래킷(9)의 자유단은, 기대(2)가 상단위치 또는 하단위치에 있는 동안 상부에 설치된 풀리(8)의 하부에 위치하고 있다. 3개의 인장와이어(6)는, 와이어의 지름이 같고, 코일의 지름이 같으며, 단위길이가 같게 제작된다.

도 1 내지 도 5에서 기대(2)는 제1작동암(10)과, 제1암을 회전구동하기 위한 스테핑모터(11)와, 스테핑모터(11)에 작동 가능하게 연결된 감소기어(reduction gear, 12)를 지지한다. 제1작동암(10)은 전동벨트(transmission belt)로 서로 연결되어 공간을 두고 떨어져 있는 한 쌍의 풀리(13)를 가진다. 제2작동암(14)은 제1작동암(10)의 자유단에 회전가능하게 지지되어 스테핑모터(15)에 의해 회전 구동된다. 회전축(16)은 제2작동암(14)의 자유단에 설치되며 스테핑모터(17)에 연결되어 회전된다. 로봇(1)은 또한 여러 개의 스테핑모터를 전원에 연결하는 전선을 수납하는 탄성케이싱(flexible casing, 18)을 포함한다. 더욱이 로봇(1)은 자세를 안정시키기 위하여 바닥부(base, 19)를 포함한다. 로봇(1)은 별도로 설치되는 제어부(도시되지 않음)에 의해 작동된다.

도시되지 않았으나, 기대(2)의 중량을 균형잡기 위한 상기 직렬의 인장코일스프링들은 1개의 인장코일스프링으로 대체될 수 있다. 이 경우 1개의 인장코일스프링의 일단은 로봇(1)의 바닥부에 고착되며, 스프링의 타단은 본 발명의 제1실시예에서와 마찬가지로 브래킷(9)에 고착되며, 1개의 코일스프링의 중간부는 풀리와 슬라이딩식으로 결합될 수 있으며, 풀리는 인장코일스프링의 코일에 상당하는 지름을 받아들일 수 있는 규모의 결합홈을 가지며, 도 1에 도시된 바와 같이 로봇(1)의 상부에 설치되어 있다.

작동은 아래와 같이 이루어진다.

스테핑모터(5)가 구동되면 나사축(3)이 회전된다. 그리고 기대(2)는 나사축(3)을 따라 수직으로 이동한다. 직렬의 인장코일스프링은 위에서 아래로 이동하는 기대(2)를 고려하여 상대적으로 작은 값의 인장하중을 가지도록 설계된다. 보다 상세하게, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 기대(2)가 상단위치에 있을 때 각 인장코일스프링(6)의 길이는 H이다. 이 경우 아래쪽을 향한 기대(2)의 중량(W)이 인장코일스프링의 인장력보다 약간 크며, 따라서 스테핑모터(5)가 기대(2)를 위에서 아래로 움직이도록 구동할 때, 스테핑모터(5)에는 인장코일스프링의 인장력에 불구하고 그리 많지 않은 하중이 적용될 것이다. 반대로 도 3의 (b)에 나타난 바와 같이 기대(2)가 하단위치에 있을 때 인장코일스프링(6)은 팽창하여 H+h의 길이를 가지는데, 이는 인장코일스프링의 인장력이 기대(2)의 중량(W)보다 약간 큼을 의미한다. 그러므로 스테핑모터(5)가 기대(2)를 아래에서 위로 움직이도록 구동할 때, 기대(2)의 중량(W)에 불구하고 스테핑모터(5)에는 그리 많지 않은 하중이 적용될 것이다. 따라서 스프링 균형수단(A)은 기대(2)의 중량(W)과 관련하여, 스테핑모터(5)가 기대(2)를 수직으로 위에서 아래로 그리고 아래에서 위로 움직이도록 구동할 때, 스테핑모터(5)에 실질적으로 하중의 변동이 없도록 설계된다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 인장코일스프링으로 기대 중량의 균형을 양호하게 유지하며, 콤팩트한 로봇을 제공할 수 있다.

Claims

수직 나사축(threaded shaft)과, 브래킷(bracket)을 가지며 상기 나사축에 작동 가능하게 연결되는 기대(mount structure)와, 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 상기 나사축을 따라 수직으로 움직이기 위하여 상기 나사축을 회전 구동시키는 스테핑모터와, 적어도 하나의 인장코일스프링과 풀리(pulley means)를 포함하는 균형수단(balancing means)을 포함하며, 상기 인장코일스프링은 일단이 상기 로봇의 바닥부에 고착되며, 타단은 상기 기대의 상기 브래킷에 고착되며 중간부는 상기 풀리에 슬라이딩식으로 결합되며, 상기 풀리는 상기 기대의 상기 브래킷 위 상기 로봇의 상부에 설치되어, 상기 기대가 상기 상단위치보다 아래에 있을 때 상기 직렬의 인장코일스프링이 팽창할 수 있는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
제1항에 있어서, 상기 인장코일스프링은 상대적으로 작은 인장하중을 나타내는 상대적으로 작은 스프링상수를 가지도록 설계되어, 상기 스테핑모터가 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 수직으로 움직이기 위하여 구동될 때, 상기 스테핑모터에 작용하는 하중이 일정한 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
수직 나사축과, 브래킷을 가지며 상기 나사축에 작동 가능하게 연결되는 기대와, 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 상기 나사축을 따라 수직으로 움직이기 위하여 상기 나사축을 회전 구동시키는 스테핑모터와, 중간와이어와 풀리에 의해 차례로 연결되는 적어도 2개의 인장코일스프링을 포함하는 균형수단을 포함하며, 상기 직렬의 인장코일스프링은 일단이 상기 로봇의 바닥부에 고착되며, 타단은 상기 기대의 상기 브래킷에 고착되며 상기 중간와이어는 상기 풀리에 슬라이딩식으로 결합되며, 상기 풀리는 상기 기대의 상기 브래킷 위쪽 상기 로봇의 상부에 설치되어, 기대가 상기 상단위치보다 아래에 있을 때 상기 직렬의 인장코일스프링이 팽창할 수 있는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
수직 나사축과, 브래킷을 가지며 상기 나사축에 작동 가능하게 연결되는 기대와, 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 상기 나사축을 따라 수직으로 움직이기 위하여 상기 나사축을 회전 구동시키는 스테핑모터와, 제1 및 제2중간와이어와 제1 및 제2풀리에 의해 차례로 연결되는 적어도 3개의 인장코일스프링을 포함하는 균형수단을 포함하며, 상기 직렬의 인장코일스프링은 일단이 상기 로봇의 상부에 고착되며, 타단은 상기 기대의 상기 브래킷에 고착되며, 제1중간와이어는 상기 기대의 상기 브래킷 위쪽의 상기 로봇의 상부 근처에 설치되어 있는 제1풀리와 슬라이딩식으로 결합되며 상기 제2중간와이어는 상기 바닥부 근처의 로봇의 하부에 설치되어 있는 제2풀리와 슬라이딩식으로 결합되어, 기대가 상기 상단위치보다 아래에 있을 때 상기 직렬의 인장코일스프링이 팽창할 수 있는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 직렬의 인장코일스프링이 일정 지름의 와이어, 동일한 지름의 코일, 동일한 단위길이의 와이어로 제작되며, 상대적으로 작은 인장하중을 나타내는 상대적으로 작은 스프링상수를 가지도록 설계되어 상기 스테핑모터가 상기 기대를 상단위치와 하단위치 사이에서 수직으로 움직이기 위하여 구동될 때, 상기 스테핑모터에 작용하는 하중이 일정한 것을 특징으로 하는 다관절로봇.