KR200374554Y1 - 도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터에 관한 것으로서, 대부분이 인체에 극히 유해하여 로봇에 의하여 가공제품과 직접 접촉하지 않고 작업을 하는 도장로보트의 작동은 양호한 도장효과를 얻기 위하여 가공제품과 일정거리 이상를 가진 원호상에 분사노즐이 위치해야 하며 이를 위하여 일반적으로 정확한 위치를 결정한 후 모터 등의 동력수단에 의하여 작동하는 2개 이상의 암의 각도조절수단과 모터에 의하여 작동하는 1개 이상의 회전수단을 이용하여 정확한 위치에 안착하고 고정레버를 조여줌으로서 그 위치를 결정하도록 하여 그 조작이 난해하여 작업은 숙련자에 의존하고 있으며 위치 결정을 위한 작동은 모터 등에 의한 동력원으로 이루어져야만 하는 문제점을 해결하여 무동력으로 용이하게 위치 결정을 하는 도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터에 관한 것이다.

Description

도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터{The moter-free manupulator for positioning decision}

본 고안은 도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 모터를 사용하지 않고 도장로보트의 암을 비록한 분사노즐의 각도를 용이하게 조절 할 수 있도록 한 도장로보트의 위치결정용 무동력 매뉴플레이터에 관란 것이다.

제품의 각종 생산 공정중 도장공정은 인체에 극히 유해한 화학물질을 미립자로 분사시켜 제품의 표층에 적층되도록 하는 것으로서 자동화공정이 가장많이 요구되고 또 이러한 요구에 의하여 상당부분이 자동화 공정으로 이루어져 생산되고 있다.

이때 소형의 제품에는 그 끝단에 분사노즐이 장착되어 도장액을 분사하는 하나 이상의 로보트팔을 통과하여 도장작업을 하도록 하는 방법이 가장많이 사용된다.

도 4는 이러한 종래 도장로보트의 작동을 나타낸 개념도로서, 일반적으로 도장작업에서 가장 중요한 것은 고압의 도장물질이 분사되는 분사노즐(4)과 제품(6)이 너무 인접하여 있으면 강한 압력에 의하여 제품표면에서 도장물질이 밀려 고른 도장을 완료할 수 없으며, 반대로 너무 거리가 떨어져 있는 경우 원하는 두께의 도장면을 얻기 위한 작업시간이 많이 필요하며 또 대부분 재활용이 불가능한 유해한 도장물질의 소모가 과다하게 되는 문제점을 가지고 있다.

따라서 도장이 이루어지기 위해서 분사되는 도장물질의 양과 분사압력 등의작업조건에 따라 최적의 상기 분사노즐(4)와 제품(6)의 거리가 산출되어 이러한 거리는 제품을 중심으로 일정 원호를 가진 작업반경을 형성하게 된다.

또한 이러한 분사노즐(4)의 위치는 또한 도장면과의 수직선상에 위치하는 것이 바람직하며 대부분 하나 이상의 면을 가진 제품(6)이기에 상기 분사노즐(4)의 위치 및 분사각은 하나 이상 결정되어야 할 것이다.

이러한 이유로 종래에는 인체와 같이 관절이 꺽임으로 위치를 조절하는 로보트를 제작하였으나 이러한 로봇팔의 제어를 위한 작업은 숙련자가 아니면 거의 불가능하다고 할 정도로 어려운 단점을 가지고 있었다.

이에 한국등록실용신안 제0316507호에서는 상기 도면에서와 같이 상기 분사노즐(4)이 수직 및 수평으로 이동이 가능하게 한 이송축(5)의 끝단에 장착되고 상기분사노즐(4)은 그 끝단에서 회전가능하게 하여 분사각도를 조절하게 하고 있다.

이러한 기술은 이송축(5)의 이송에 대한 제어가 비교적 간단한 장점을 가지고 있으나 이의 제어를 위하여 3대의 모터(51)가 장치에 장착되어야 하며 이에 의하여 장치의 하중이 증가하고 장치가 차지하는 공간이 많이 필요하여 도장물질에 의한 장치의 오염과 작업시야의 확보가 어려운 단점을 가지고 있다.

도 4는 또 다른 종래 도장로보트의 작동을 나타낸 개념도로서, 수직방향으로 이송되는 이송축(5)과 상기 이송축에 장착하여 회전하는 제3 암(52)과 상게 제3 암(52)의 끝단에 형성되어 회전하는 분사노즐(4)로 구성되어 있다.

이러한 구성은 장치가 차지하는 부피를 줄이도록 하여 작업시야의 확보가 어느정도 용이한 장점은 있으나 제품의 제어를 위한 메카니즘이 복잡하여 조작은 보다 어려워지는 단점을 가지고 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서 그 목적은 위치결정작업이 보다 용이하게 이루어지는 매뉴플레이터를 개발하는데 있다.

또한 모터 등의 동력을 사용하지 않고 작업자가 위치를 용이하게 결정할 수 있는 무동력 매뉴플레이터를 제공하는데 있다.

또 장치의 체적을 줄여 시야확보가 용이한 매뉴플레이터를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시 예에 따른 사시도

도 2a 및 2b는 본 고안의 일 실시 예에 따른 제1 암의 고정방법을 나타낸 부분단면도

도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 분사건의 고정방법을 나타낸 부분단면도

도 4는 종래 도장로보트의 작동을 나타낸 개념도

도 5는 또 다른 종래 도장로보트의 작동을 나타낸 개념도

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 몸체

11 : 힌지축 12 : 도장액공급호스

13 : 홈 101 : 축연결부

106 : 고정링 110 : 보강축

2 : 제1 암

21 : 장착홀 22 : 관통홀

23 : 손잡이 24 : 삽입축

25 : 스토퍼 26 : 스토퍼장착부

27 : 스토퍼장착홀 28 : 압축코일스프링

29 : 볼

3 : 제2 암

31 : 마찰힌지 32 : 축장착홀

33 : 수직판 34 : 브라켓

4 : 분사건

41 : 분사노즐 42 : 축

43 : 고정손잡이

5 : 이동축

51 : 모터 52 : 제3 암

6 : 제품

본 고안은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 개발된 것으로서 몸체에 장착하여 회동하는 제1 암과, 상기 제1 암과 결합하여 회동하는 제2 암과, 상기 제2 암의 끝단에 장착되어 회동하는 분사건로 구성되는 도장로보트 매뉴플레이터에 있어서;

상기 제1 암은 몸체에 형성된 힌지축에 삽입되도록 하부 끝단에 형성되는 장착홀과, 상기 힌지축의 외측 외주면을 따라 다수의 홈이 병렬로 형성되고 상기 장착홀의 내측에 탄성수단에 의하여 상기 홈에 삽입되도록 하나 이상 형성되는 스토퍼와, 외측에서 상기 장착홀이 형성된 내부를 관통연결하고 내주면에 나사산이 형성되는 하나 이상의 관통홀과, 상기 관통홀의 나사산에 상응하여 삽입되어 하부 끝단은 힌지축에 인접하고 상부 끝단에는 손잡이가 형성되는 삽입축으로 구성되며;

상기 제2 암은 상기 제1 암의 연장된 끝단과 마찰력을 극대화하여 일정 수치 이상의 외력에만 회전하도록 결합되는 마찰힌지와, 타측 끝단에 장착되는 관통된 축장착홀이 형성된 수직판이 양측에 병렬로 입설되는 브라켓으로 구성되며;

상기 분사건는 일측이 도장액 공급호스와 연결되어 끝단에는 도장액을 분사하도록 하는 분사노즐과, 상기 축장착홀에 상응하여 결합하고 일측 외주면에는 나사산이 형성되는 축과, 상기 축의 나사산에 상응하여 결합하여 상기 브라켓의 양측 수직판을 밀착시킴으로 고정하도록 하는 고정손잡이로 구성됨을 특징으로 하는 도장로보트 무동력 매뉴플레이터에 관한 것이다.

이에 본 고안의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현 할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 고안의 일 실시 예에 따른 사시도로서, 몸체(1)와 제1 암(2)과 제2 암(3) 및 분사건(3)로 구성되어 상기 제1암(2)과 제2 암(2)은 마찰력을 높여 일정 회전력 이상에서만 회전하도록 제작되는 마찰힌지(31 ;CONSTANT TORQUE FRICTION HINGE)로 연결하고 가장 큰 하중을 지지하는 몸체(1)와 제1 암(2)과의 연결부 및 분사각의 세밀한 조절을 필요로 하는 제2 암(3)과 분사건(3)는 별도의 고정수단에 의하여 고정 할 수 있도록 하였다. 종래의 대부분의 도장로봇이 모터를 이용한 동력으로 암 및 분사건를 제어하도록 하고 있으나 최적의 분사조건을 위한 위치로 이동하는 작업을 동력원을 이용하여 시행할 경우 정확한 위치로 운전하는 작업이 매우 어려워 숙련자라고 많은 노력과 시간이 소요되는 단점을 가지고 있다. 또한 이러한 자동기기가 아닌 수동으로 이를 조절하기 위한 장치도 있으나 이 또한 정확한 위치의 결정이 어려우며 노즐액이 분사되면서 발생하는 진동에 의해 불량률이 높은 문제점을 가지고 있다.

이에 본 고안은 이러한 문제점을 해결하고자 사용자가 일정위치로의 암의 이동을 하는 작업이 용이하고 안정적인 무동력 매뉴플레이터를 제공하기 위하여 개발되었다.

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 일 실시 예에 따른 제1 암의 고정방법을 나타낸 부분단면도와 도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 분사건의 고정방법을 나타낸 부분단면도에 의하여 좀더 상세하게 본 고안의 구성을 설명하면 몸체(1)에 장착하여회동하는 제1 암(2)과, 상기 제1 암(2)과 결합하여 회동하는 제2 암(3)과, 상기 제2 암(3)의 끝단에 장착되어 회동하는 분사건(4)로 구성되는 도장로보트 매뉴플레이터에 있어서;

상기 제1 암(2)은 몸체(1)에 형성된 힌지축(11)에 삽입되도록 하부 끝단에 형성되는 장착홀(21)과, 상기 힌지축(11)의 외측 외주면을 따라 다수의 홈(13)이 병렬로 형성되고 상기 장착홀(21)의 내측에 탄성수단에 의하여 상기 홈(13)에 삽입되도록 하나 이상 형성되는 스토퍼(25)와, 외측에서 상기 장착홀(21)이 형성된 내부를 관통연결하고 내주면에 나사산이 형성되는 하나 이상의 관통홀(22)과, 상기 관통홀(22)의 나사산에 상응하여 삽입되어 하부 끝단은 힌지축(11)에 인접하고 상부 끝단에는 손잡이(23)가 형성되는 삽입축(24)으로 구성된다.

이때 상기 홈(13)에 삽입되어있는 스토퍼(25)는 회전력이 탄성수단에 의한 탄성력을 초과하면 상기 힌지축(11)을 따라 제1 암(2)이 회전하도록 하고 평시에는 자중에 의한 회전력이 탄성력을 초과하지 않도록 하여 움직이지 않도록 하기 위하여 설정한 것이다. 따라서 이러한 관계에 따라 탄성력을 조절하여 적은 힘으로도 제1 암(2)을 회전 시킬 수 있도록 설정 해야할 것이며 또한 작업진행 중에 발생할 수 있는 진동의 영향은 작업시 삽입축(24)에 의하여 고정되고 있으므로 비작업시 움직임을 막을 수 있는 한계치 정도로 설정하는 것이 효과적일 것이다. 이에 상기 스토퍼(25)는 상기 장착홀(21)의 내측에 힌지축(11)의 중심과 법선방향으로 스토퍼 장착홀(27)을 형성하고, 상기 스토퍼 장착홀(27)에 압축코일스프링(28)에 의하여 인장력을 받는 볼(29)을 장착하여 상기 볼(29)은 평시 홈(13)에 삽입되어 상기 제1암(2)의 회전을 방지하고 외력이 작용하면 압축코일스프링(28)이 수축하면서 상기 제1 암(2)이 회전하여 다음 홈(13)에 볼(29)이 삽입되는 것이 반복되면서 움직에는 실시 예를 제시하였다. 이때 보강축(110)은 힌지축(11)의 외주면에 직접 홈(13)을 형성하지 않고 상기 힌지축(11)에 삽입 고정되고 일측방향으로 단턱이 형성된 보강축(110)의 외주면에 홈을 형성하고 링 형상의 스토퍼장착부(26)을 삽입하여 일측은 단턱에 상응고정되고 타측은 고정링(106)에 의하여 고정되도록 하며, 상기 스토퍼장착부(26)와 제1 암(2)의 볼트와 같은 결합수단에의하여 결합되도록 한 실시 예를 제시하였다.(도 2b참조) 또한 상기 도2a 에서의 축연결부(101)은 스토퍼(25) 및 삽입축(24)를 형성하기 위하여 제1 암(2)과 일체로 제작하였을 때의 하부 끝단에 장착홀(21)이 형성된 부분이며 상황에 따라 상기 제1 암(2)과 축연결부(101)을 일체로 형성하는 것은 구조가 복잡하여 금형 등에 의한 제작은 단가상승의 요인이 되므로 축연결부(101)을 별도로 제작하여 용접 또는 결합하여 사용하는 것이 바람직한 실시 예 일 것이다.

또한 상기 제2 암(3)은 상기 제1 암(2)의 연장된 끝단과 마찰력을 극대화하여 일정 수치 이상의 외력에만 회전하도록 결합되는 마찰힌지(31)와, 타측 끝단에 장착되는 관통된 축장착홀(32)이 형성된 수직판(33)이 양측에 병렬로 입설되는 브라켓(34)으로 구성되었다.

또한 상기 분사건(4)는 일측이 도장액 공급호스(12)와 연결되어 끝단에는 도장액을 분사하도록 하는 분사노즐(41)과, 상기 축장착홀(32)에 상응하여 결합하고 일측 외주면에는 나사산이 형성되는 축(42)과, 상기 축(42)의 나사산에 상응하여결합하여 상기 브라켓(34)의 양측 수직판(33)을 밀착시킴으로 고정하도록 하는 고정손잡이(43)로 구성되었다. 따라서 작업자는 분사노즐(41)의 위치와 각도를 설정하기 위하여 먼저 손잡이(23)를 풀러 상기 힌지축(11)에서 제1 암(2)이 자유롭게 회전하도록 한 다음 제1암(2) 및 제2 암(3)의 위치를 결정한다. 이러한 작업은 이차원 평면상에서 이루어지며 사용자는 분사건 또는 제2 암(3)의 일부를 잡고 적은 힘으로 밀고 당기는 것으로 한손으로도 쉽게 작업이 가능하며 작업 후에는 다시 손잡이(23)를 조여 상기 삽입축(24)의 끝단이 상기 힌지축(11)에 밀착 가압하도록 함으로서 고정하게 한다. 이후 분사건(4)를 회전시켜 분사노즐(41)이 정확한 방향으로 위치하도록 하고 고정손잡이(43)를 조여 상기 수직판(33)의 양끝단이 분사건(4)의 양측에 밀착 하여 분사건(4)의 회전이 고정되도록 하면 작업이 완료되는 것이다. 이러한 공정은 동일 품목의 대량생산이 추세인 산업현장에서 자동제어되어 움직이는 분사노즐을 구비한 하나의 로보트암에 의하여 도장을 하게 되는 경우 물품에 따라서 분사위치 변경에 따른 작업시간의 소요와 고가의 장비 활용에 비하여 떨어지는 효율성 등에 의해 여러 개의 로보트암에 각각 형성되는 분사노즐을 제품이 이송 및 회전하면서 통과하여 도장하도록 하는 방법이 가장 일반적으로 사용되며 이 경우 한번 고정장착된 분사노즐은 고정된 위치에서 장시간 작업을 하게 된다. 때문에 가끔 발생하는 오류로 인한 작업위치의 보정 이외에는 분사노즐의 위치를 변경하는 작업은 제품이 교체될 경우를 제외하고는 거의 없어 생산 제품 및 생산량 등에 의하여 고가의 동력수단에 의한 로보트암의 필요성이 떨어지는 경우도 있다.

상술한 바와 같이 본 고안은 분사각도의 설정과 변경을 위한 위치결정작업이 용이하게 이루어져 작업시간이 단축되고 비숙련자도 쉽게 익힐 수있는 효과가 있다. 또한 모터 등의 동력을 사용하지 않도록 장치의 하중 및 단가를 절감하고 작동에 따라 소모되는 전력을 줄이는 효과가 있다. 또한 장치의 체적을 줄여 시야확보가 용이한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 몸체(1)에 장착하여 회동하는 제1 암(2)과, 상기 제1 암(2)과 결합하여 회동하는 제2 암(3)과, 상기 제2 암(3)의 끝단에 장착되어 회동하는 분사건(4)로 구성되는 도장로보트 매뉴플레이터에 있어서;

   상기 제1 암(2)은 몸체(1)에 형성된 힌지축(11)에 삽입되도록 하부 끝단에 형성되는 장착홀(21)과, 상기 힌지축(11)의 외측 외주면을 따라 다수의 홈(13)이 병렬로 형성되고 상기 장착홀(21)의 내측에 탄성수단에 의하여 상기 홈(13)에 삽입되도록 하나 이상 형성되는 스토퍼(25)와, 외측에서 상기 장착홀(21)이 형성된 내부를 관통연결하고 내주면에 나사산이 형성되는 하나 이상의 관통홀(22)과, 상기 관통홀(22)의 나사산에 상응하여 삽입되어 하부 끝단은 힌지축(11)에 인접하고 상부 끝단에는 손잡이(23)가 형성되는 삽입축(24)으로 구성되며;

   상기 제2 암(3)은 상기 제1 암(2)의 연장된 끝단과 마찰력을 극대화하여 일정 수치 이상의 외력에만 회전하도록 결합되는 마찰힌지(31)와, 타측 끝단에 장착되는 관통된 축장착홀(32)이 형성된 수직판(33)이 양측에 병렬로 입설되는 브라켓(34)으로 구성되며;

   상기 분사건(4)는 일측이 도장액 공급호스(12)와 연결되어 끝단에는 도장액을 분사하도록 하는 분사노즐(41)과, 상기 축장착홀(32)에 상응하여 결합하고 일측 외주면에는 나사산이 형성되는 축(42)과, 상기 축(42)의 나사산에 상응하여 결합하여 상기 브라켓(34)의 양측 수직판(33)을 밀착시킴으로 고정하도록 하는 고정손잡이(43)로 구성됨을 특징으로 하는 도장로보트용 무동력 매뉴플레이터.
2. 제 1항에 있어서, 보강축(110)은 힌지축(11)의 외주면에 직접 홈(13)을 형성하지 않고 상기 힌지축(11)에 삽입 고정되고 일측방향으로 단턱이 형성된 보강축(110)의 외주면에 홈을 형성하고 링 형상의 스토퍼장착부(26)을 삽입하여 일측은 단턱에 상응고정되고 타측은 고정링(106)에 의하여 고정되도록 하며, 상기 스토퍼장착부(26)와 제1 암(2)의 볼트와 같은 결합수단에의하여 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 도장로보트용 무동력 매뉴플레이터.