KR200350819Y1 - 공압식 어태치먼트 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 1인의 작업자가 간단한 조작만으로도 어태치먼트를 로봇 아암에 신속하고 정확하게 장착/분리할 수 있으며, 단순한 구성으로 이루어지면서도 고정상태가 견고하게 유지되는 공압식 어태치먼트 연결장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치는 에어공급관을 포함하여 로봇 아암 측에 연결되며 다수의 볼 안내공이 형성되는 제1 플랜지, 제1 플랜지 외측에 길이방향으로 이동 가능하게 설치되며 내주연에 경사홈이 형성되는 스커트부, 스커트부를 제1 플랜지에 대해 탄성 지지하는 탄성부재, 외부로부터 에어가 공급됨에 따라 탄성부재에 저항하여 스커트부를 이동시키는 압력을 형성하는 압력챔버, 에어공급관과 연통되는 에어연결관과 안내홈이 형성되어 일단은 어태치먼트에 연결되며 타단은 제1 플랜지에 삽입되는 제2 플랜지 및 제2 플랜지 안내홈과 스커트부 경사홈에 의해 안내되며 볼 안내공 내측에 이동 가능하게 설치되어 제2 플랜지를 제1 플랜지에 고정하는 다수의 볼부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

공압식 어태치먼트 연결장치 {Apparatus for connecting air pressure attachment to robot arm}

본 고안은 공압에 의해 어태치먼트를 로봇 아암에 장착/분리할 수 있는 공압식 어태치먼트 연결장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 1인의 작업자가 간단한 조작만으로도 어태치먼트를 신속하고 정확하게 장착 또는 분리시킬 수 있고, 단순한 구성으로 이루어지면서도 고정상태를 견고하게 유지할 수 있는 공압식 어태치먼트 연결장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 조립라인과 같은 생산현장에서는 산업용 로봇을 이용하여 제품 조립을 위한 각종 부품의 조립 및 이송 작업을 수행하는데, 산업용 로봇의 아암은 수행하는 작업에 따라 다양한 어태치먼트를 부착할 수 있도록 이루어진다.

산업용 로봇의 아암에 어태치먼트를 연결시키는 장치는 어태치먼트를 신속하게 장착 또는 분리시킬 수 있어야 하며, 어태치먼트가 로봇의 아암에 체결된 후에는 장시간의 사용과 외부 충격에 영향을 받지 않고 고정상태를 견고하게 유지할 수 있어야 한다. 또한 대량 생산공정에 사용되는 특성상 원가절감에 기여하기 위해서 단순한 구성으로 이루어져 제작이 용이하고 편리한 유지보수가 가능해야 하며, 빈번한 교체와 오랜 사용에도 그 성능이 유지될 수 있는 내구성을 발휘해야 한다.

로봇의 아암에 어태치먼트를 연결하는 기술로서, 한국 등록특허 제123894호와 미국 등록특허 제5211501호에는 로봇 아암 측에 장착되는 내부 어셈블리와 어태치먼트가 결합되는 외부 어셈블리를 서로 연결하는 장치가 개시된다. 내부 어셈블리 내에는 피스톤 부재가 압축공기에 의해 상하 방향으로 왕복운동을 하면서 볼부재를 반경방향으로 밀어 내부 어셈블리와 외부 어셈블리의 결합 및 분리가 가능하게 이루어진다.

그러나 이와 같은 어태치먼트 연결장치에 따르면 피스톤 부재가 압축공기에 의해 상하 방향으로 왕복 이동될 수 있도록 하기 위해 어셈블리에 별도의 정밀가공이 이루어져야 하고, 또한 볼부재가 각 어셈블리에 정확하게 접촉하며 내부 어셈블리와 외부 어셈블리를 서로 고정하도록 하기 위해 여러 가지 부품이 조합되어야 하므로 전체적인 구성이 복잡하여 제조비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

다른 종래 기술로서 한국 공개특허 제2002-59349호에는 상술한 어태치먼트 연결장치에 있어서 구성이 복잡해지는 문제점을 해결하고자 부품 수를 줄이는 노력이 시도되고 있다. 그러나 피스톤 부재가 어셈블리 내에서 압축공기에 의해 이동되면서 볼부재를 가압하여 각각의 어셈블리가 상호 고정되게 하는 동일한 구조를 취하고 있어서 부품수가 많아 구성이 복잡한 문제가 여전히 존재하고 있다.

또한 한국 공개특허 제2003-47422호에는 진공패드가 장착되는 어태치먼트를 로봇 아암에 부착하기 위한 연결장치가 개시되어 있다. 이 장치는 종래 연결장치의 문제점을 개선하여 어태치먼트를 간편하게 교체할 수 있도록 함으로써 교체시간과 소요 노동력을 줄이고자 하였으나, 로봇 아암 측과의 연결은 볼트 체결에 의해 이루어지기 때문에 적어도 2인 이상의 작업자가 필요하고 볼트를 조립, 분해하는데 상당한 시간과 작업 숙련도가 요구되어 교체 작업이 크게 개선되지 못하였다.

또한 공압식 어태치먼트에는 피가공물을 진공패드로 흡착하여 이송시키기 위해 공압용 배관이 필요한데, 상술한 종래 어태치먼트 연결장치에 따르면 어태치먼트의 분리/연결작업 이외에도 공압용 배관을 연결하는 작업이 별도로 필요하여 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 1인의 작업자가 간단한 조작만으로도 어태치먼트를 신속하고 정확하게 장착 또는 분리시킬 수 있는 공압식 어태치먼트 연결장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 단순한 구성으로 이루어져 원가절감에 기여하면서도,장시간의 사용과 외부 충격에 영향을 받지 않고 고정상태를 견고하게 유지할 수 있으며 빈번한 교체와 오랜 사용에도 우수한 내구성을 발휘하는 공압식 어태치먼트 연결장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치의 사시도.

도 2는 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치의 측면단면도.

도 3은 도 1에서 제2 플랜지가 분리되는 상태를 도시하는 분리상태 측면도.

도 4는 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치를 장착한 어태치먼트의 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 어태치먼트의 평면도.

도 6은 도 4에 도시된 어태치먼트의 측면도.

도 7은 도 4에 도시된 어태치먼트의 분리 상태를 도시하는 상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공압식 어태치먼트 연결장치 42 : 단턱부

10a : 제2 지지면 43 : 압력유로

10 : 제1 플랜지 44 : 에어노즐

11b : 베이스부 통공 50 : 제2 플랜지

11a : 세트 스크류 51a : 볼트공

12b : 커플링부 통공 51b : 통기공

12 : 커플링부 51 : 고정부

14 : 에어공급관 51c : 볼트

15 : 볼 안내공 52 : 연결부

20a : 제1 지지면 54 : 에어연결관

20 : 스커트부 56 : 안내홈

21 : 경사홈 57 : 고정면

22 : 가압면 58 : 이동면

23 : 수용면 60 : 볼부재

30 : 스프링 100 : 로봇 아암

40 : 압력챔버 101 : 진공관

41 : 요홈부 103 : 연결장치용 호스

200 : 어태치먼트

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 탄성부재에 저항하여 스커트부를 이동시키는 압력을 형성하는 압력챔버를 구비하여 1인의 작업자가 간단한 조작만으로도 어태치먼트를 신속하게 정확하게 장착 또는 분리시킬 수 있는 공압식 어태치먼트 연결장치를 제공한다.

본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치는 일단은 중앙을 관통하는 에어공급관을 포함하여 로봇 아암 측에 연결되고 타단 외주연에 다수의 볼 안내공이 형성되는 중공의 제1 플랜지, 제1 플랜지 외측에 길이방향으로 이동 가능하게 설치되며 일단부 내주연에 볼 안내공에 대응되는 경사홈이 형성되는 스커트부, 일단은 제1 플랜지 외측에 지지되고 타단은 스커트부 내측에 지지되어 스커트부를 제1 플랜지에 대해 탄성 지지하는 탄성부재, 스커트부와 제1 플랜지 사이에 형성되며 외부로부터 에어가 공급됨에 따라 탄성부재에 저항하여 스커트부를 이동시키는 압력을 형성하는 압력챔버, 에어공급관과 연통되도록 양단을 관통하는 에어연결관이 중심에 형성되고 중앙부 외주연에 안내홈이 형성되어 일단은 다수의 흡착패드가 장착되는 어태치먼트에 연결되며 타단은 제1 플랜지에 삽입되는 중공의 제2 플랜지 및 제2 플랜지 안내홈과 스커트부 경사홈에 의해 안내되며 볼 안내공 내측에 이동 가능하게 설치되어 제2 플랜지를 제1 플랜지에 고정하는 다수의 볼부재를 포함하여이루어지는 것을 특징으로 한다.

제2 플랜지의 안내홈은 볼부재의 이동을 제한하는 고정면과 볼부재가 자유로이 이동되도록 고정면에서 내측으로 연장되는 이동면을 포함하고, 스커트부의 경사홈은 탄성부재에 탄성력에 의해 볼부재를 고정면 측으로 가압하는 가압면과 스커트부가 상측으로 이동됨에 따라 볼부재가 이동면으로 수용되도록 가압면에서 경사를 이루며 외측으로 연장되는 수용면을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 압력챔버는 스커트부 내측면에 형성되는 요홈부, 요홈부에 접하도록 제1 플랜지 중앙 외주연에 형성되는 단턱부 및 외부로부터 입력되는 에어를 요홈부에 공급하도록 스커트부 내부에 형성되는 압력유로를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면의 바람직한 실시예 들을 통하여, 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치의 구성과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1은 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치의 사시도, 도 2는 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치의 측면단면도, 도 3은 도 1에서 제2 플랜지가 분리되는 상태를 도시하는 분리상태 측면도를 도시하며, 도 4는 본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치를 장착한 어태치먼트의 사시도, 도 5는 도 4에 도시된 어태치먼트의 평면도, 도 6은 도 4에 도시된 어태치먼트의 측면도, 도 7은 도 4에 도시된 어태치먼트의 분리 상태를 도시하는 상태도를 나타낸다.

본 고안에 따른 공압식 어태치먼트 연결장치(1)는 로봇 아암(100) 측에 연결되는 제1 플랜지(10), 제1 플랜지(10) 외측에 이동 가능하게 설치되는 스커트부(20), 제1 플랜지(10)와 스커트부(20) 사이에 설치되는 탄성부재로서 스프링(30), 스커트부(20)와 제1 플랜지(10) 사이에 형성되는 압력챔버(40), 제1 플랜지(10)에 삽입되는 제2 플랜지(50) 및 제2 플랜지(50)를 제1 플랜지(10)에 대하여 고정하는 다수의 볼부재(60)를 포함하여 이루어진다.

제1 플랜지(10)는 일단은 로봇 아암(100) 측에 연결되는 베이스부(11)와 베이스부(11)에 삽입고정되는 커플링부(12)를 포함하여 전체적으로 중공 형상으로 이루어진다. 즉 커플링부(12)와 베이스부(11)가 연결되는 부위의 각각에 커플링부 통공(12b)과 베이스부 통공(11b)이 형성되어 서로 연통됨으로써 에어공급관(14)을 형성한다. 에어공급관(14)은 로봇 아암(100) 측으로부터 연장되는 진공관(101)과 연결되어 후술하는 어태치먼트의 작업에 필요한 진공라인을 형성한다.

커플링부(12)의 일단은 세트 스크류(11a)에 의해 베이스부(11)에 삽입 고정되고, 타단은 베이스부(11)에서 돌출되도록 설치된다. 커플링부(12)의 타단 외주연에는 다수의 볼 안내공(15)이 형성되며, 볼 안내공(15) 내부에는 볼부재(60)가 이동 가능하게 설치된다.

베이스부(11)에서 돌출되게 설치되는 커플링부(12)의 타단 외주연에는 중공원통형상의 스커트부(20)가 커플링부(12)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 스커트부(20)와 제1 플랜지(10) 커플링부(12) 사이에는 탄성부재로서 스프링(30)이 설치된다. 스프링(30)은 스커트부(20) 내측면에 형성되는 제1 지지면(20a)과 커플링부(12) 외주연에 형성되는 제2 지지면(10a) 사이에 설치되어,상기 스커트부(20)를 상기 제1 플랜지(10)에 대하여 탄성 지지한다.

상기 커플링부(12) 볼 안내공(15)에 대응되는 스커트부(20) 내측에는 경사홈(21)이 형성된다. 경사홈(21)은 가압면(22)과, 가압면(22)에서 경사를 이루며 외측으로 연장 형성되는 수용면(23)을 포함하여 이루어진다. 상술한 바와 같이 스커트부(20)는 스프링(30)에 의해 상기 제1 플랜지(10)에 대해 탄성 지지되므로, 스커트부(20)는 항상 도 2의 좌측방향으로 가압되는 상태에 놓인다. 따라서 스커트부(20)경사홈(21)의 가압면(22)은 상기 볼부재(60)를 상측으로 가압한다. 또한 스커트부(20)가 제1 플랜지(10)에 대하여 우측으로 이동되면, 볼부재(60)가 수용면(23)으로 안내되며 하측으로 이동된다.

상기 스커트부(20)와 제1 플랜지(10) 사이에는 외부로부터 에어를 공급받아 압력을 형성하는 압력챔버(40)가 형성된다. 압력챔버(40)는 스커트부(20) 내측 면에 형성되는 요홈부(41)와, 이 요홈부(41)에 접하도록 제1 플랜지(10) 중앙 외주연에 형성되는 단턱부(42)와, 상기 스커트부(20) 내부에 형성되는 압력유로(43)를 포함하여 이루어진다. 압력유로(43)는 스커트부(20) 외부에 설치되는 에어노즐(44)과 연결되어 외부로부터의 에어를 상기 요홈부(41)에 공급하는 역할을 한다. 따라서 에어노즐(44)을 통해 고압의 에어가 압력챔버(40)에 공급되면 스커트부(20)를 상기 스프링(30)의 스프링력에 대항하여 우측으로 가압하는 압력이 압력챔버(40) 내에 형성된다.

제2 플랜지(50)의 좌측 일단에는 어태치먼트(200)에 연결되는 고정부(51)가 형성되고, 우측 타단에는 상기 제1 플랜지(10)에 삽입되는 연결부(52)가 형성된다.고정부(51)에는 어태치먼트(200)와의 결합을 위한 다수의 볼트공(51a)과, 어태치먼트(200) 측과 에어통로를 형성하기 위한 통기공(51b)이 형성된다. 제2 플랜지(50)는 어태치먼트(200)의 후방에 삽입되어 볼트공(51a)을 관통하는 볼트(51c)에 의해 고정된다. 또한 어태치먼트(200)에 삽입되는 제2 플랜지(50) 통기공(51b)은 에어관(202)에 의해 어태치먼트(200)에 장착된 흡착패드(201)에 연결된다.

제2 플랜지(50)의 중심에는 양단을 관통하는 에어연결관(54)이 형성되고, 에어연결관(54)의 좌측단은 상기 고정부(51) 통기공(51b)에까지 연장되므로, 제2 플랜지(50)가 제1 플랜지(10)에 삽입 고정된 상태에서는 에어연결관(54)이 제1 플랜지(10)의 에어공급관(14)과 연통되어 어태치먼트(200)에 장착되는 흡착패드(201)에 진공압을 형성한다.

또한 제2 플랜지(50)가 볼부재(60)에 의해 제1 플랜지(10)에 고정됨으로써 어태치먼트(200)가 로봇 아암(100)에 안정적으로 연결되고, 상기 압력챔버(40)에 에어가 공급되면 볼부재(60)가 이동되어 제2 플랜지(50)와 제1 플랜지(10)의 결합상태가 해제되어 어태치먼트(200)를 로봇 아암(100)에서 용이하게 분리할 수 있다. 이와 같은 제2 플랜지(50)와 제1 플랜지(10)의 연결을 위해, 제2 플랜지(50) 연결부(52) 외주연에는 안내홈(56)이 형성된다. 안내홈(56)은 볼부재(60)의 이동을 제한하는 고정면(57)과, 볼부재(60)가 자유로이 이동되도록 안내하는 이동면(58)을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 공압식 어태치먼트 연결장치의 사용 및 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

공압식 어태치먼트 연결장치(1)의 제1 플랜지(10)와 스커트부(20)는 로봇 아암(100) 측에 고정되며, 로봇 아암(100) 측으로부터 연장되는 진공관(101)이 제1 플랜지(10)의 에어공급관(14)에 연결된다. 또한 스커트부(20) 외측에 설치되는 에어노즐(44)에는 어태치먼트 연결장치(1)를 작동시키기 위해 외부로부터 에어가 공급되는 연결장치용 호스(103)가 연결된다.

제2 플랜지(50)의 고정부(51)는 어태치먼트(200)에 삽입 고정되며, 제2 플랜지(50)의 에어연결관(54)은 어태치먼트(200)의 에어공급관(14)에 의해 흡착패드(201)와 연결되어 있다.

제2 플랜지(50)를 제1 플랜지(10)에 삽입하면 다수의 볼부재(60)가 스커트부(20) 경사홈(21)의 가압면(22)에 의해 가압되어 볼부재(60)가 제2 플랜지(50)의 고정면(57)에 접촉된 상태로 유지됨으로써, 제2 플랜지(50)가 제1 플랜지(10)에 대하여 좌측으로 이동되지 않게 고정된다. 따라서 스커트부(20)는 스프링(30)의 강한 스프링력에 의해 탄지되므로 어태치먼트(200)가 로봇 아암(100) 측에 고정되는 상태가 견고히 유지된다. 상술한 구성에 따른 제2 플랜지(50)와 제1 플랜지(10)의 연결상태는 장시간의 사용과 외부 충격에 영향을 받지 않고 견고하게 유지되며, 빈번한 교체와 오랜 사용에도 우수한 내구성을 발휘한다.

제2 플랜지(50)와 제1 플랜지(10)가 결합되어 어태치먼트(200)가 로봇 아암(100) 측에 연결된 상태에서는 제2 플랜지(50)의 에어연결관(54)이 제1 플랜지(10)의 에어공급관(14)과 연통됨으로써 어태치먼트(200) 흡착패드(201)에 진공압을 제공하는 유로가 형성되어 어태치먼트(200)가 흡착 작업을 수행할 수 있다.

어태치먼트(200)를 정비/수리하기 위한 목적으로 로봇 아암(100)에서 분리시키는 작업은 연결장치용 호스(103)에 에어를 공급함으로써 간단하게 이루어진다. 연결장치용 호스(103)에 에어가 공급되면 압력챔버(40)에 강한 공기압이 형성되고, 공기압이 스프링(30)의 스프링력에 대항하여 스커트부(20)를 가압하여 이동시킴으로써 스커트부(20) 가압면(22)에 의해 제2 플랜지(50) 고정면(57)에 접촉 지지되던 볼부재(60)가 이동면(58)으로 후퇴한 후 수용면(23)으로 안내되어 이동된다.

이와 같은 볼부재(60)의 이동에 의하여 제1 플랜지(10)와 제2 플랜지(50)의 고정상태는 해제되므로, 제2 플랜지(50)를 제1 플랜지(10)로부터 빼냄으로써 어태치먼트(200)와 로봇 아암(100)을 간단하게 분리시킬 수 있다.

분리된 어태치먼트(200)를 수리하거나 새로운 어태치먼트로 교체하여 로봇 아암(100)에 연결시키는 작업은 제2 플랜지(50)를 제1 플랜지(10)에 삽입하는 간단한 작업만으로 신속하고 정확하게 이루어질 수 있으며, 보조 작업자의 도움 없이도 작업자 1인 혼자서 용이하게 교체작업을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 고안의 공압식 어태치먼트 연결장치에 따르면, 1인의 작업자가 간단한 조작만으로도 어태치먼트를 신속하게 정확하게 장착 또는 분리시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 단순한 구성으로 이루어져 원가절감에 기여함과 아울러 장시간의 사용과 외부 충격에 영향을 받지 않고 고정상태를 견고하게 유지할 수 있어서 빈번한 교체와 오랜 사용에도 우수한 내구성이 발휘된다.

Claims (3)

1. 일단은 중앙을 관통하는 에어공급관을 포함하여 로봇 아암 측에 연결되고 타단 외주연에 다수의 볼 안내공이 형성되는 중공의 제1 플랜지;

   상기 제1 플랜지 외측에 길이방향으로 이동 가능하게 설치되며 일단부 내주연에 상기 볼 안내공에 대응되는 경사홈이 형성되는 스커트부;

   일단은 상기 제1 플랜지 외측에 지지되고 타단은 상기 스커트부 내측에 지지되어 상기 스커트부를 상기 제1 플랜지에 대해 탄성 지지하는 탄성부재;

   상기 스커트부와 제1 플랜지 사이에 형성되며 외부로부터 에어가 공급됨에 따라 상기 탄성부재에 저항하여 상기 스커트부를 이동시키는 압력을 형성하는 압력챔버;

   상기 에어공급관과 연통되도록 양단을 관통하는 에어연결관이 중심에 형성되고 중앙부 외주연에 안내홈이 형성되어, 일단은 다수의 흡착패드가 장착되는 어태치먼트에 연결되며 타단은 상기 제1 플랜지에 삽입되는 중공의 제2 플랜지; 및

   상기 제2 플랜지 안내홈과 스커트부 경사홈에 의해 안내되며 상기 볼 안내공 내측에 이동 가능하게 설치되어 상기 제2 플랜지를 제1 플랜지에 고정하는 다수의 볼부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공압식 어태치먼트 연결장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 플랜지의 안내홈은 상기 볼부재의 이동을 제한하는 고정면과 상기볼부재가 자유로이 이동되도록 상기 고정면에서 내측으로 연장되는 이동면을 포함하고,

   상기 스커트부의 경사홈은 상기 탄성부재에 탄성력에 의해 상기 볼부재를 상기 고정면 측으로 가압하는 가압면과 상기 스커트부가 상측으로 이동됨에 따라 상기 볼부재가 상기 이동면으로 수용되도록 상기 가압면에서 경사를 이루며 외측으로 연장되는 수용면을 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 어태치먼트 연결장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 압력챔버는

   상기 스커트부 내측면에 형성되는 요홈부;

   상기 요홈부에 접하도록 상기 제1 플랜지 중앙 외주연에 형성되는 단턱부; 및

   외부로부터 입력되는 에어를 상기 요홈부에 공급하도록 상기 스커트부 내부에 형성되는 압력유로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공압식 어태치먼트 연결장치.