KR19990066821A - 엔드 아암 머니퓰레이터 - Google Patents

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KR19990066821A
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에드윈 지. 소던
브라이언 디. 페티트
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비티엠 코퍼레이션
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    • F16C11/103—Arrangements for locking frictionally clamped
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Abstract

엔드 아암 머니퓰레이터는 베이스, 이 베이스에 피벗가능하게 장착된 아암, 그리고 이 아암에 연결된 공작물 인터페이싱 부재를 포함한다. 본 발명의 또다른 일면에 있어서, 다수의 아암은 베이스에 연결되어 서로 독립적으로 운동가능하다. 본 발명의 또다른 일면에 있어서, 대략 구형인 볼은 클램핑 부재와 베이스의 공동 사이에서 조정가능하게 장착된다.

Description

엔드 아암 머니퓰레이터
본 발명은 일반적으로 공작물 인터페이싱 장치에 관한 것이며, 보다 정확히는 공작물 인터페이싱 공구를 보유하고 있는 엔드 아암 머니퓰레이터에 관한 것이다.
판재 금속 공작물을 맞물리는 데에 유체 작동 그리퍼를 채용하는 것은 통상적인 것이다. 이와 같은 그리퍼는 종종 로봇 지지부 또는 고정 지지부에 운동가능하게 장착된다. 이와 같은 장착 배열장치의 예는 다음의 미국 특허들: 1997년 7월 15일짜로 소던(Sawdon)에 허여된 "그리퍼"로 명칭된 제 5,647,625호; 1995년 1월 24일짜로 헤르베르만(Herbermann)에 허여된 "볼 조인트된 링크"로 명칭된 제 5,383,738호; 및 1991년 12월 10일짜로 헤르베르만에 허여된 "다기능 아암을 위한 장착 배열장치"로 명칭된 제 5,071,309호에 개시되어 있다.
또다른 종래의 장치는 일반적으로 사각형 프레임에 볼트체결된 다수의, 돌출된 금속 레일로 구조된다. 상기 프레임에 운동하는 로봇 아암이 중앙 집중적으로 부착된다. 호스는 중공체, 다시 말해서 공기 매니폴드로서 사용되는 박스 섹션 레일로부터 뻗어있다. 공압으로 작동되는 그리퍼는 레일상의 여러 지점에 조정가능하게 장착된다. 그러나 각각의 특정 작업에 대해 맞춤 제작된 이러한 종래의 장치들은 제작하는 데에 비용이 많이 들고 설치하는 데에 고도화된 인력을 필요로 한다.
이러한 종래의 장치들은 구성요소의 간접적인 직각 장착으로 인하여, 그리고 레일을 매니폴드로서 사용함으로 인하여 과도한 양의 작동 유체를 필요로 한다. 이와 같은 종래의 유니트는 또한 상대적으로 무겁고 비효율적으로 묶음구성되어 있어서 이로인해 정밀한 반복성에 대한 문제점을 야기하고, 인접한 장비나 또는 공작물과 얽히기 쉬운 전기 및 공기 라인의 선로를 우회하여 정하게 만든다.
도 1은 공작물을 파지하고 있는 본 발명의 엔드 아암 머니퓰레이터의 바람직한 실시예를 도시하는 사시도;
도 2는 다수의 위치에서 다수의 상이한 바람직한 공작물 인터페이싱 공구를 가지고 있는 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터를 도시하는 측면도;
도 3은 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터의 베이스, 클램프 링, 볼 및 아암을 도시하는 확대 부분 측면도;
도 4는 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 베이스, 클램프 링, 볼 및 아암을 도시하는 부분 바닥도;
도 5는 도 4의 5-5선을 따라 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 베이스, 클램프 링 및 볼을 도시하는 확대 단면도;
도 6은 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 클램프 링, 볼, 암 및 베이스를 도시하는 부분 분해 사시도;
도 7은 도 4의 7-7선을 따라 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 베이스를 도시하는 확대 단면도;
도 8은 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 아암, 관형 클램프 및 공구 장착부를 도시하는 확대 부분 측면도;
도 9는 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 공구 장착부를 도시하는 분해 사시도 및 공작물 인터페이싱 공구를 도시하는 측면도; 및
도 10은 본 바람직한 실시예의 엔드 아암 머니퓰레이터에 채용된 공작물 인터페이싱 공구, 공구 장착부 및 아암을 도시하는 확대 측면도.
본 발명에 따라, 엔드 아암 머니퓰레이터의 본 바람직한 실시예는 베이스, 이 베이스에 피벗가능하게 장착된 아암 및 이 아암에 연결된 공작물 인터페이싱 부재를 포함한다. 본 발명의 또다른 일면에 있어서, 다수의 아암은 베이스에 연결되어 서로에 독립적으로 운동가능하다. 본 발명의 또다른 일면에 있어서, 대략 구형인 볼은 클램핑 부재와 베이스의 공동 사이에서 조정가능하게 장착된다. 아암은 본 발명의 더 나아가서의 일면에 있어서 신축적으로 연장이 가능하다. 본 발명의 또다른 일면은 아암의 단부상이나 또는 중간 부분상에 장착되는 유체 작동 파지 공구 또는 정치 공구를 제공한다. 본 발명의 또다른 일면은 베이스의 전체를 구성하는 일부분으로서 유체 매니폴드의 기능을 제공한다.
본 발명의 엔드 아암 머니퓰레이터는 종래의 구조장치를 능가하는 장점이 있는데, 그것은 본 발명이 표준화된 묶음구성으로 하나 또는 다수의 아암을 이용함으로써 상이한 공작물을 장치함에 있어서 신속하게 그리고 쉽게 조정된다는 점이다. 이는 개별 제작의 비용을 없애고 다른 작업에 재사용 가능하다는 것이다. 본 발명은 또한 종래의 장치보다 더욱 더한 강성이 있는데, 왜냐하면 본 발명의 머니퓰레이터의 아암은 종래의 직각의 기하학적 형상과 비교했을 때 컴팩트한 베이스와 공작물 사이에서 똑바로 뻗어있기 때문이다. 본 발명의 곧바른 기하형상의 구조장치는 작은 잡업 공간에서 더 쉽게 묶음구성되는 동시에 유체 라인 및 전기 라인을 더 짧게 한다. 게다가, 이런 곧바른 즉 똑바른 기하형상의 구조장치는 종래의 직각 및 박스 구조의 구조장치와 비교했을 때 유체 소모량을 줄여준다. 대부분의 전기 및 유체 라인은 또한 아암내에서 우수한 보호성으로 유지된다. 본 발명의 또다른 장점 및 특색은 첨부된 도면과 관련한 다음의 설명 및 첨부된 청구항의 범위로부터 명백해질 것이다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
도 1 및 도 2에 대해, 엔드 아암 작동자 즉 머니퓰레이터(21)의 바람직한 실시예는 형단조된 강재로 된 자동차의 보디 측부 프레임과 같은 공작물(23)을 제조공장내에서 유지하거나 운반하는 데에 사용된다. 로봇 아암(25)은 머니퓰레이터 및 선택적으로 파지된 공작물을 공장내의 다양한 위치로 이동시키기 위해 엔드 아암 머니퓰레이터(21)의 중앙에 볼트체결된다. 대안으로서, 엔드 아암 머니퓰레이터(21)는 수동으로 이동되는 지지부 또는 공장 바닥에 장착된 고정 구조물에 장착될 수 있다.
엔드 아암 머니퓰레이터(21)는 알루미늄 베이스(31), 네 개의 알루미늄 클램프 링(33), 네 개의 거의 구형인 볼(35), 네 개의 신축 아암(37) 및 공작물 인터페이싱 공구와 그 공구의 장착부를 포함한다. 또다른 바람직한 아암(37'), 공작물 인터페이싱 공구 및 그 공구의 장착부가 도 2에 도시되어 있다. 예시되는 바람직한 공구 구성부는 그리퍼(41,43,45,47,51,53,55)를 포함하는데, 그 그리퍼 각각은 원통형 보디(71)(도 9 참조), 내부적으로 배치된 공압 작동 피스톤(73) 및 공작물을 파지하는 적어도 하나의 이동 조(jaw)(75)를 포함한다. 그리퍼(41- 53)는 BTM PG-45 스타일의 플랜지 그리퍼, 이중 오프닝 그리퍼 또는 고정형 그리퍼로 공지된 타입의 피벗팅 조를 하나 또는 그 이상 채용한다. 그리퍼(55)는 BTM SSLG 스타일의 그리퍼로 공지된 평행 또는 박스 조 타입의 그리퍼이다. 다른 바람직한 공작물 인터페이싱 공구는 전자기 코일 근접 부분 작동 센서(77), 스틸 로케이터 핀(locator pin)(79) 및 진공 컵(81)을 포함한다.
베이스(31), 클램프 링(33) 및 볼(35)의 구성은 도 3 내지 도 6에 가장 잘 도시되어 있다. 각각의 클램프 링(33)은 C자 형상의 부재로 측부 개구(101) 및 상부 개구(103)를 가지고 있어서 그 두 개구를 통해 아암(37) 및 볼(35)의 일부분이 각각 뻗게된다. 각각의 클램프 링(33)은 또한 각각의 볼(35)을 수납하는 내부가 부분적으로 구형인 공동(105)을 더 가지고 있다. 베이스(31)의 각각의 코너는 또한 상응하는 볼(35)을 수납하는 부분적으로 구형인 공동(107)을 가지고 있다. 볼트(109)는 각각의 클램프 링(33)을 베이스(31)에 헐겁게 고정하도록 끼워지는데, 그 영역 사이에 붙잡혀 갇힌 상응하는 볼이 그 영역상에서 소정된 방향으로 선회적으로 조정된다. 이와 같은 소정의 방향 설정이 성취된 후에, 볼트(109)는 조여져서 각각의 볼(35) 및 아암(37)을 최종의 설정 위치내에 고정하여 유지한다. 하지만, 이 각각의 클램프 링(33)은 베이스로부터 풀려져서 많은 상이한 회전 위치로 회전될 수 있어서 각각의 클램프 링(33)의 측부 개구(101)가 베이스(31)에 대해 다른 각도로 설정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 필요하다면, 상응하는 볼(35)을 그 볼의 최종적인 소정의 위치내에 추가적으로 고정하기 위해 다월 핀 또는 나사가 각각의 클램프 링(33)에 있는 구멍(121)내로 삽입될 수 있다.
네마(NEMA) 박스(123)는 전기 라인 또는 전선의 연결부와 제어기를 수용하기 위해 베이스(31)의 바닥부에 체결된다. 거기에 더하여, 로봇 아암이 베이스(31)의 중앙 영역(125)에 볼트체결된다.
베이스(31)의 매니폴드 부분(141)은 도 4 및 도 7에 도시되어 있다. 매니폴드 부분(141)은 베이스(31)와 일체이고 한쌍의 길이방향으로 길다란 보어(143) 및 각각의 보어(143)를 분할하는 다수의 횡으로 뻗어있는 통로(145)를 포함한다. 보어(143) 및 통로(145)는 모두 베이스(31)내로 드릴로 구멍 뚫은 것이지만, 대안으로서 일체로 주조될 수도 있다. 보어(143) 및 통로의 개방 단부에 나사산을 깍아 표준 끼워맞춤이 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 주 공압 유체 라인 또는 호스는 보어(143)의 개방 단부에 연결되는 동시에 각각의 공구의 공압 라인 또는 호스는 각각의 통로(145)의 개방 단부에 연결된다. 따라서, 본 발명의 매니폴드 부분(141)은 매우 간소하고, 집중적이고 그리고 통합적인 유체 수용 및 분배 장치로서 기능한다.
도 3,도 6 및 도 10을 참조하면, 각각의 아암(37)은 중공체이고, 볼(35)에 있는 제 1 구멍(201)에 정렬되는 상응하는 볼(35)부분에 미그(MIG) 용접된다. 볼(35)은 두 개의 분리된 그리고 준 구형인 스펀 반구(spun halves)로서 만들어져서 티그(TIG) 용접부(203)에서 서로 티그(TIG) 용접된다. 아암(37) 및 볼(35)은 둘다 강재로 만들어진다. 각각의 공작물 인터페이싱 공구(47)에 대해, 두 개의 공압 라인(205)은 매니폴드 부분(141)으로부터 나와서 베이스(31)내의 하부 구멍(207)을 통해 위로 가서 볼(35)내의 제 2 하향 구멍(209)을 통해 지나가도록 경로가 정해져 있다. 그다음 공기 라인(205)은 아암(37)내에서 경로가 정해져서 옆으로 뻗어있는 구멍(211)을 통해 빠져나가도록 되어 있다. 그다음 이들 공기 라인은 공구를 자동적으로 그리고 원격 조작으로 작동시켜 공작물(23)을 파지하거나 또는 물림을 풀기 위해서 각각의 유체 작동 공구(47)에 연결된다. 하나 또는 그 이상의 전기 라인(231)은 박스(123)에서 나와 구멍(207,209)을 통해 위로 지나가 그다음 아암(37)내로 들어가도록 경로가 정해진다. 전기 라인(231)은 또한 구멍(211)을 통해 아암(37)을 빠져나와서 다음으로 공구(47)에 장착된 터크(Turck) 스위칭 또는 위치 감지 유니트(233)에 연결된다.
도 8은 아암(37)의 신축적 특성을 도시하고 있다. 아암(37)은 기부측 아암 섹션(401) 및 말단측 아암 섹션(403)을 포함한다. 말단측 아암 섹션(403)은 기부측 아암 섹션(401)의 내경과 비교했을 때 약간 더 작은 외경을 가지고 있다. 따라서, 말단측 아암 섹션(403)은 기부측 아암 섹션(401)에 원하는 설정 길이만큼 길이방향으로 미끄러져 들어갈 수도 있고 나올 수도 있다. 더욱이, 말단측 아암 섹션(403)은 기부측 아암 섹션(401)에 대해 원하는 설정 위치에 따라 회전할 수 있는데; 360o말단 아암 섹션의 회전 운동이 가능하다. 관형 클램프(405)는 기부측 아암 섹션(401)의 외표면에 맞물려져서 나사(407)의 조임에 의해 기부측 아암 섹션(401)에 대한 말단측 아암 섹션(403)의 원하는 설정 위치를 유지하게 해 준다. 관형 클램프(405)의 네 개의 안쪽으로 뻗어있는 탭은 말단측 아암 섹션(403)의 인접 영역을 살짝 눌러 압착시켜서 이에의해 말단측 아암 섹션(403)의 거칠어진 외경면을 마찰적으로 맞물림시킨다. 필요하다면, 다월 핀(dowel pin)(409) 또는 나사가 아암 섹션들을 서로에 대해 추가적으로 고정시킬 수 있다. 도 8은 또한 아암(37)의 주로 한가운데 또는 중간 부분을 따라 공구 장착부(411)의 중간 아암에서의 위치결정을 도시하고 있다.
예시하는 공구 장착부(451)는 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 장착부(451)는 장착부(453)에 의해 구획형성된 볼 및 소켓 조인트, 홈이 있는 제 1 볼(455), 스위블 로드(swivel rod)(457), 장착 링(459), 장착 플러그(461) 및 제 2 홈이 있는 볼(463)을 포함한다. 제 2 볼(463)은 로드(457)의 일부로서 일체로 가공된다. 장착 플러그(461)는 아암(37)의 말단부에 끼워진다. 볼트(471)는 장착 링(459)을 장착 플러그(461)에 고정시켜 이에의해 제 2 볼(463)의 최종적으로 조정된 피벗 방향으로 제 2 볼을 압축하여 유지한다. 마찬가지로, 볼트(473)는 체결되어 장착부(453)를 이미 피벗된 제 1 볼(455)에 대한 최종의 소정된 설정 위치에 유지시킴과 동시에 또한 장착부(453)를 공구(47)에 대한 소정된 각도상의 그리고 선형상의 관계상태로 유지한다. 이들 장착 부분은 알루미늄 또는 강재로부터 다양한 산화 또는 경화 코팅처리로 가공된다.
본 발명의 엔드 아암 머니퓰레이터는 종래의 구조장치를 능가하는 장점이 있는데, 그것은 본 발명이 표준화된 묶음구성으로 하나 또는 다수의 아암을 이용함으로써 상이한 공작물을 장치함에 있어서 신속하게 그리고 쉽게 조정된다는 점이다. 이는 개별 제작의 비용을 없애고 다른 작업에 재사용 가능하다는 것이다. 본 발명은 또한 종래의 장치보다 더욱 더한 강성이 있는데, 왜냐하면 본 발명의 머니퓰레이터의 아암은 종래의 직각의 기하학적 형상과 비교했을 때 컴팩트한 베이스와 공작물 사이에서 똑바로 뻗어있기 때문이다. 본 발명의 곧바른 기하형상의 구조장치는 작은 잡업 공간에서 더 쉽게 묶음구성되는 동시에 유체 라인 및 전기 라인을 더 짧게 한다. 게다가, 이런 곧바른 즉 똑바른 기하형상의 구조장치는 종래의 직각 및 박스 구조의 구조장치와 비교했을 때 유체 소모량을 줄여준다. 대부분의 전기 및 유체 라인은 또한 아암내에서 우수한 보호성으로 유지된다. 본 발명의 또다른 장점 및 특색은 첨부된 도면과 관련한 다음의 설명 및 첨부된 청구항의 범위로부터 명백해질 것이다.
엔드 아암 머니퓰레이터의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 다양한 다른 실시예가 본 발명으로부터 벗어남이 없이 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를들어 말단의 볼 및 소켓공구 장착 장치는 본 발명의 나머지 다른 부분에 따로이 사용될 수 있다. 게다가, 임의의 수의 볼, 아암 및 클램프 링의 조합이 단일의 베이스에 사용될 수 있는데; 예를들어, 베이스 조합에 대해 두 개, 네 개 및 여섯 개의 아암이 많은 공장 설비에 바람직할 것이란 것을 예상할 수 있다. 더욱이, 유압으로, 공압으로 또는 전기로 작동되는 다양한 공구가 본 발명의 구조 장치에 장착될 수 있다. 예를들어, 용접총(welding gun) 또는 리베팅 기계(riveting machine)가 사용될 수 있다. 다양한 구성요소 및 고정물들이 예시의 방식으로 설명되었지만, 다른 구성요소 및 고정물들도 물론 사용될 수 있다. 이러한 본 발명의 적용가능성들과 본 발명의 사상에 속하면서도 상기 설명된 실시예들에서 빠진 어떤 다른 내용은 다음의 청구의 범위에 포함될 것이다.

Claims (19)

  1. 베이스;
    상기 베이스상에 피벗가능하게 직접 장착되는 제 1 아암;
    상기 제 1 아암에 연결되는 제 1 공작물 인터페이싱 부재;
    상기 베이스상에 피벗 장착되고, 상기 제 1 아암과 서로 독립적으로 피벗가능한 제 2 아암; 및
    상기 제 2 아암에 연결되는 제 2 공작물 인터페이싱 부재;로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔드 아암 머니퓰레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공작물 인터페이싱 부재는 상기 제 1 아암에 운동가능하게 연결되어 상기 제 1 아암에 대해 적어도 두 방향으로 운동가능한 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 공작물 인터페이싱 부재를 상기 제 1 아암에 연결시키는 적어도 하나의 볼 및 소켓 조인트로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼 및 소켓조인트는 상기 공작물 인터페이싱 부재를 상기 제 1 아암의 말단부에 연결시키는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼 및 소켓 조인트는 상기 제 1 공작물 인터페이싱 부재를 상기 제 1 아암의 중간 부분에 연결시키는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스에 인접한 상기 제 1 아암의 기부측 단부에 장착된 구형인 볼로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  7. 제 6 항에 있어서, 복수의 각도상의 위치중 하나의 소정된 위치로 상기 볼을 상기 베이스에 고정시키기 위해 상기 베이스에 장착되는 클램프 링으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 베이스내에 있는 공동 및 상기 볼의 인접한 부분과 실제로 일치하는 형상을 가지고 상기 클램프 링내에 있는 공동으로 더 구성되고, 상기 클램프 링은 상기 베이스의 복수의 다른 위치중 하나의 소정된 위치에 인접하여 고정되고, 상기 제 1 아암은 상기 클램프 링내에 있는 개구를 통해 뻗어있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공작물 인터페이싱 부재는 공작물을 파지하는 그리퍼인 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 그리퍼는:
    보디;
    적어도 하나가 상기 보디에 대해 운동가능한 한쌍의 파지 조; 및
    상기 조중 적어도 하나를 개폐하는 상기 보디에 위치된 유체 작동 피스톤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    연장부분 고정 기구; 및
    상기 제 1 아암의 제 2 섹션으로부터 신축적으로 연장 가능한 상기 제 1 아암의 제 1 섹션;으로 더 구성되며,
    상기 연장부분 고정 기구는 상기 제 1 아암의 상기 섹션들을 서로에 대해 소정의 연장 위치에 선택적으로 유지하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 아암은 원통 형상이고 그리고 실제 중공체인 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  13. 제 12 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 아암의 내부를 통해 유체를 공급하기 위해 상기 베이스내에 배치된 유체 분배 매니폴드로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 공작물 인터페이싱 부재는 로케이터 핀인 것을 특징으로 하는 머니퓰레터.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 공작물 인터페이싱 부재는 진공 컵인 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 공작물 인터페이싱 부재는 공작물 센서인 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스에 장착되어 상기 베이스를 이동시키는 로봇 부재로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스로부터 상기 제 1 공작물 인터페이싱 부재까지 상기 제 1 아암의 내부를 통해 뻗어있는 가요성 라인으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스에 피벗가능하게 장착된 적어도 제 3 및 제 4 아암으로 더 구성되고, 적어도 상기 제 1 및 제 2 아암은 상기 베이스와 상기 각각의 제 1 및 제 2 공작물 인터페이싱 부재 사이에서 방사상으로 곧게 뻗어있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이터.
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