KR200468355Y1 - 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고중량물을 취급하는 핸들링 로봇에서 수직방향 운동을 하는 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위하여 구비된 밸런스 스프링부의 샤프트가 헐거워지거나 풀림을 방지하기 위한 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 제1 아암의 후방에 설치되어 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부를 구비한 중량물을 취급하는 핸들링 로봇의 샤프트 풀림 방지 장치는, 상기 제1 아암의 하단과 밸런스 스프링부의 샤프트를 연결하는 고정부재와, 상기 고정부재에 형성한 슬릿과, 상기 슬릿으로 구획된 슬릿 양측에 위치하는 고정부재 끼리를 체결하는 체결볼트를 포함하여 구성되며, 상기 샤프트와 고정부재는 나사결합에 의해 결합되는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 슬릿은 고정부재의 일측면으로 부터 내측으로 형성된 탭의 상부, 하부 또는 측면의 어느 한부분에 형성하며, 또한 고정부재와 결합되는 샤프트의 주연부(周緣部)에는 D-컷팅하여 편평하게 가공된다.

Description

중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치{HIGH WEIGHT HANDLING ROBOT EQUIPPED WITH LOOSE PREVENTING APPRATUS OF BALANCE SPRING SHAFT}

본 고안은 중량물 핸들링 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고중량물을 취급하는 핸들링 로봇에서 수직방향 운동을 하는 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위하여 구비된 밸런스 스프링부의 샤프트가 헐거워지거나 풀림을 방지하기 위한 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치에 관한 것이다.

산업용 로봇의 사용은 최근 생산기술 측면에서 가장 중요한 혁신중의 하나 로 꼽혀지는데, 특히 위험하거나 위생적으로 불결한 장소에서의 로봇의 활용은 근로자의 부상위험과 직업병을 감소시켜 주고 있다. 산업용 로봇을 분류해 보면, 크게 자동화된 공장이나 각종 산업현장에서 적용할 수 있는 산업용 로봇과 비산업용 로봇으로 구분되며, 산업용 로봇은 제조업 관련 로봇과 비제조업 관련 로봇으로 세분화되는데, 흔히 말하는 산업용 로봇은 제조업 관련 로봇을 말하며, 비산업용 로봇은 사람에게 해로운 극한 상황이나 위험한 환경에서 적용할 수 있는 로봇과 인 류복지의 증진 차원에서 이용가능한 로봇을 의미한다.

산업용 로봇 중에 고중량 핸들링 로봇은 중공업, 자동차 산업 분야에서 고중량물을 취급하거나 조립에 적용할 수 있는 로봇으로, 상세하게는 자동차 바디, 엔진블럭, 고중량 물품 및 기계가공품 등의 무게가 많이 나가는 제품을 핸들링하기 위해 사용되는 다관절 로봇을 들 수 있다.

고중량 핸들링 로봇에서 모터에 의해 구동되는 회전축을 중심으로 수직방향으로 운동을 하는 아암(매니퓰레이터)은 수직방향 운동시에 중량물의 무게에 의해 큰 중력이 가해지는데, 이와 같이 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위해 밸런스 스프링부가 아암의 후방이나 측방에 설치되어 있다. 이러한 밸런스 스프링부는 일반적으로 코일형 압축 스프링을 사용하며, 하우징에 내장되어 있는데, 압축 스프링에 의해 수직방향으로 운동하는 아암에 가해지는 중력을 보상함으로써, 모터 토크를 최소화하여 모터의 부하를 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 중력을 보상해 주는 압축 스프링이 설치되지 않을 시에는 아암을 구동시키기 위해 대용량의 모터를 사용해야 하며, 이로 인해 전체 로봇의 사이즈 및 비용이 증가하는 단점이 있으며, 또한 샤프트는 샤프트 고정부재(shaft fixer)에 나사결합으로 아암의 회전축 부위와 연결되는데, 아암의 장시간 사용으로 인해 나사결합이 헐거워지거나 풀려 안전사고를 유발하거나 대형사고로 이어지는 사례가 빈번하게 발생하고 있다.

본 고안은 상기의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은, 중량물을 취급하는 핸들링 로봇에서 수직방향으로 운동하는 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위해 구비된 밸런스 스프링부의 샤프트와 아암의 하부 회전축 부위를 연결하는 샤프트 고정부재(shaft fixer)에서 샤프트가 헐거워지거나 풀리는 것을 방지할 수 있는 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제해결을 위하여 본 고안에 따른 제1 아암의 후방에 설치되어 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부를 구비한 중량물을 취급하는 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치는, 상기 제1 아암의 하단과 밸런스 스프링부의 샤프트를 연결하는 고정부재와, 상기 고정부재에 형성한 슬릿과, 상기 슬릿으로 구획된 슬릿 양측에 위치하는 고정부재 끼리를 체결하는 체결볼트를 포함하여 구성되며, 상기 샤프트와 고정부재는 나사결합에 의해 결합되는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 슬릿은 고정부재의 일측면으로 부터 내측으로 형성된 탭의 상부, 하부 또는 측면의 어느 한부분에 형성하며, 또한 고정부재와 결합되는 샤프트의 주연부(周緣部)에는 D-컷팅하여 편평하게 가공된다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 고안에 따른 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치는, 수직방향으로 운동하는 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부의 샤프트와 아암의 하부 회전축 부위를 연결하는 샤프트 고정부재(shaft fixer)에 슬릿을 형성시켜서, 상기 슬릿으로 나누어진 고정부재의 양쪽을 볼트로 체결하고, 고정부재와 결합되는 샤프트의 주연부(周緣部)를 D-컷팅하여 편평하게 면 가공하여 샤프트와 볼트를 체결함으로써 샤프트가 고정부재에서 헐거워지거나 풀리는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치가 구비된 중량물 핸들링 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치가 구비된 중량물 핸들링 로봇의 평면도이다.
도 3 및 도 4는 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치가 구비된 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부를 확대한 도면으로, 도 3은 제1 아암이 정상위치에 있을 때, 도 4는 제1 아암이 하방으로 회전운동시에 밸런스 스프링부 및 고정부재의 위치를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 A-A'부분의 단면도로서, 도 5는 고정부재에 슬릿이 형성된 실시예를 도시한 것이며, 도 6은 고정부재에 슬릿이 형성되지 않은 실시예를 도시한 것이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 고안의 구현 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 고안은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 하기에서 설명하는 구현의 예 및 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서는 본 고안을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 고안에 따른 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 중량물 핸들링 로봇의 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치에서 중량물 핸들링 로봇은, 베이스(10); 상기 베이스(10)의 상단에 설치되는 회전부(20); 상기 회전부(20) 상부에 설치되는 제1 회전축(301); 상기 제1 회전축에 일단이 연결되어 상하 방향으로 회전하고, 타단에는 제2 회전축(401)이 설치되는 제1 아암(30); 상기 제2 회전축(401)에 일단이 연결되어 상하방향으로 회전하며, 타단은 제3 회전축(501)이 설치되는 제2 아암(40); 상기 제3 회전축(501)에 일단이 연결되어 회전하며, 타단은 제5 회전축(503)이 설치되는 제3 아암(50); 상기 제3 회전축(501) 및 제5 회전축(503) 사이에 더 설치되는 제4 회전축(502)을 포함한다.

바람직하게는, 일단은 제2 회전축(401)에 연결되고, 타단은 제6 회전축(703)에 연결되어 제2 아암(40)을 회전시키는 링크부(70)가 더 구성되고, 상기 제1 아암(30)의 후방에는 밸런스 스프링부(60)가 설치되며, 상기 밸런스 스프링부(60)는 고정부재(80)에 의해 제1 아암(30)의 하단과 연결된다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 제1 아암(30)의 후방에 설치되어 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치는, 상기 제1 아암(30)의 하단과 밸런스 스프링부(60)의 샤프트(603)를 연결하는 고정부재(80); 상기 고정부재(80)에 형성한 슬릿(802); 상기 슬릿(802)으로 구획된 슬릿 양측에 위치하는 고정부재(80) 끼리를 체결하는 체결볼트(803)를 포함하여 구성되는데, 상기 샤프트(603)와 고정부재(80)는 나사결합에 의해 결합된다. 또한, 상기 슬릿(802)은 고정부재(80)의 일측면으로 부터 내측으로 형성된 탭의 상부, 하부 또는 측면의 어느 한부분에 형성된다.

상기 밸런스 스프링부(60)는, 일단이 개구(開口)된 원통형상이며, 회전부(20)의 상부에 피봇 연결되어 설치되는 하우징(602); 상기 하우징(602)의 내부에 위치하는 압축 스프링(604); 상기 압축 스프링(604)의 일단과 하우징(602)의 개구된 면 반대측 내면 사이에 위치하게 되는 압축판(605); 상기 압축 스프링(604)의 타단에 접하면서 상기 하우징(602)에 체결되어 상기 하우징의 개구된 면을 폐쇄하는 뚜껑(607); 상기 하우징(602)의 길이방향을 따라 중심축에 위치하면서, 일단은 상기 압축판(605)을 관통하여 단부가 고정되고, 타단은 상기 뚜껑(607)을 관통하여 상기 고정부재(80)에 결합되는 샤프트(603)를 구비한다. 상기 압축판은 하우징과 동일한 형태인 소정의 두께를 지닌 원형의 판재인 것이 바람직하며, 압축 스프링을 압축하는 역할을 한다.

상기 압축 스프링(604)은 코일형 압축 스프링을 사용하며, 상기 압축 스프링(604)은 회전부(20) 상부의 피봇축(601)에 피봇가능하게 연결 설치되는 하우징(602) 내에 길이방향으로 설치되는데, 압축 스프링(604)의 일단은 압축판(605)에 접하게 설치되며, 타단은 하우징의 내부를 폐쇄하는 뚜껑(607)에 접하게 설치된다. 또한 바람직하게는, 압축 스프링(604)이 접하는 압축판(605)의 일면과 두껑의(607)의 내면에는 상기 압축 스프링이 이탈하지 않고 안정적으로 지지되도록 홈(606)이 형성되어 상기 압축 스프링(604)의 선단 및 후단이 각각의 홈(606)에 삽입된다

또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 링크부(70)는, 일단이 제2 회전축(401)에 제2 아암(40)의 일단과 동축 연결되는 제1 링크(701); 일단은 제6 회전축(703)에 연결되고 타단은 제1 링크(701)와 피봇가능하게 피봇축(704)으로 연결되는 제2 링크(702)로 구성되며, 상기 제6 회전축(703)은 모터(402) 및 감속기와 연결된다. 상기 제6 회전축(703)은, 회전부(20)의 일측에 설치되며, 모터(402)와 감속기에 의해 구동되는 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하게 되는데, 상기 제6 회전축(703)의 회전으로 링크부(70)가 가동되므로 상기 링크부와 연결된 제2 회전축(401)이 회전하고 이에 따라 제2 아암(40)도 상하방향으로 회전하게 되는 것이다.

일반적으로 중량물 핸들링 로봇은 자동차 바디, 엔진블럭, 고중량 물품 및 기계가공품 등의 무게가 많이 나가는 제품을 핸들링하기 위해 육축 수직 다관절로 구성된다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 지면에 설치되는 베이스(10)를 중심으로 회전부(20)는 모터(201) 및, 모터와 연결되어 구성되는 감속기의 가동으로 소정의 방향으로 회전하고, 상기 회전부(20)의 상단의 제1 회전축(301)에 연결된 제1 아암(30)은 모터(302) 및 감속기의 가동으로 상하 방향으로 회전하게 된다. 또한 제1 아암(30)의 상단에 설치되어 있는 제2 회전축(401)의 회전으로 인해 제2 아암(40)도 상하 방향으로 회전할 수 있는데, 회전부(20)의 일측에 설치되어 상기 제2 아암(40)과 동축으로 연결된 링크부(70)의 가동으로 제2 회전축(401)이 회전하면, 동시에 상기 제2 회전축에 연결된 제2 아암(40)도 회전하게 된다. 즉 제2 아암(40)은 링크부(70)와 연동된다.

상기의 회전부(20), 제1 아암(30) 및 제2 아암(40)의 회전은 위치를 결정하기 위한 회전으로, 제어장치(미도시)에 입력된 위치값(x,y,z)에 따라 회전축이 회전을 하여 핸들링할 물품이 있는 소정의 위치로 아암을 이동시키는 것이다. 모터는 회전축을 회전시키는 회전력을 발생시키고, 감속기는 모터의 회전력을 일정 속도로 감속시킨다. 여기에서는 감속기가 모터와 일체로 연결 형성되는 것이 당업자에게는 자명하므로 감속기를 도면 상에 표시하지 않았다.

제2 아암(40)의 타단에는 제3 회전축(501)이 설치되는데, 상기 회전축은 감속기이며, 상기 감속기는 제2 아암(40)의 일단에 설치되는 모터(504)와 샤프트(미도시)로 연결되어 가동되며, 제3 회전축(501)의 전방으로는 제5 회전축(503)이 설치되고, 제3 회전축(501)과 제5 회전축(503) 사이에는 제4 회전축(502)이 더 설치된다. 상기 제4 회전축(502) 및 제5 회전축(503)도 각각 모터(504)와 샤프트(미도시)로 연결되어 회전 가동된다. 제3, 제4 및 제5 회전축은 제3 아암(50)을 구성하며, 상기 제3 아암(5)은 상하좌우 회전을 동시에 취할 수 있다. 제1 및 제2 아암(30,40)이 소정의 위치에 도달하면 제어장치(미도시)에 지정된 코디네이션 값에 따라 제3 아암(50)이 물품을 핸들링하기 위한 정확한 자세를 결정한다. 상기 제5 회전축(503)의 단부에는 물품을 옮기기 위한 보조장치인 지그를 장착할 수 있다.

중량물 핸들링 로봇에서 제1 아암(30)은 모터(302)에 의해 가동되는 제2 회전축(301)을 중심으로 수직방향으로 회전운동을 하는데, 수직방향 운동시에 상기 제1 아암(30)에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부(60)가 제1 아암(30)의 후방에 설치된다.

도 5 및 도 6을 더 참조하면, 샤프트(603)는 하우징(602) 내부의 길이방향을 따라 중심축에 위치하여 설치되는데, 상기 샤프트(603)의 일단은 압축판(605)과 볼트 및 용접 등의 방법으로 고정 연결되며, 타단은 하우징(602)을 폐쇄하는 두껑(607) 관통하여 외부로 돌출되어 하우징(602)의 전방에 위치하는 고정부재(80)의 일단과 나사 결합된다. 상기 고정부재(80)의 타단은 제1 아암(30) 하단에 피봇가능하게 피봇축(801)으로 연결된다. 상기 고정부재(80)의 탭(하우징에 가까운 쪽)의 상부, 하부 또는 측면의 어느 한부분에 슬릿(802)이 형성된다. 바람직하게는, 탭의 상부, 하부 및 측면에 슬릿이 형성된다. 상기 슬릿(802)은 고정부재(80)의 상부에서 하부로 관통하며, 폭은 고정부재의 폭의 2/3정도 인 것이 바람직하다. 측면에 형성되는 슬릿은, 상부에서 하부로 관통하는 슬릿의 중간지점에서 하우징(602)을 향해 형성된다. 상기 슬릿(802)으로 구획된 고정부재(80)의 양측을 체결볼트(803)로 체결하면, 고정부재(80)에 나사식으로 연결된 샤프트(603)를 더욱 단단히 잡아주게 되어 제1 아암(30)이 장시간 작동시에 샤프트가 헐거워지거나 풀어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 고정부재(80)와 결합되는 샤프트(603)의 주연부(周緣部) 일부를 D-컷팅하여 편평하게 면 가공하여 상기 샤프트(603)를 고정부재(80)에 연결하고, 상기 컷팅된 면에 스트리퍼 볼트(stripper blot)를 가로지르게 체결하여 스트리퍼 볼트의 원형면과 샤프트의 나사부의 D-컷팅면이 밀착되게 하면 샤프트(603)와 고정부재(80)의 나사 결합이 헐거워지거나 풀어지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 상기 샤프트(603)의 D-컷팅 면에 스트리퍼 볼트를 밀착하여 체결시에는 고정부재(80)에 슬릿을 형성시키지 않아도 무방하다.

도 1 내지 6을 참조하면, 상기 제1 아암(30)이 제1 회전축(301)을 중심으로 하방으로 회전 운동을 하면, 제1 아암(30)의 하단에 피봇축(801)에 연결된 고정부재(80)가 상방으로 이동하며, 이때 하우징(602)의 전방부도 회전부(20)의 상부와 연결된 피봇축(601)을 중심으로 상방으로 이동하므로, 상기 하우징(602) 내부의 샤프트(603)가 외부로 연장되면서 압축판(605)을 전방으로 당겨서 압축 스프링(604)을 압축하게 되어 제1 아암(30)에 가해지는 중력을 보상하는 것이다.

이상의 설명은 본 고안의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 고안의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 고안에 게시된 실시예들은 본 고안의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 고안의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 고안의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10.베이스 20.회전부
201.모터 30.제1 아암
301.제1 회전축 302.모터
40.제2 아암 401.제2 회전축
402.모터 50.제3 아암
501.제3 회전축 502.제4 회전축
503.제5 회전축 504.모터
60.밸런스 스프링부 601.피봇축
602.하우징 603.샤프트
604.압축 스프링 605.압축판
606.홈 607.뚜껑
70.링크부 701.제1 링크
702.제2 링크 703.제6 회전축
704.피봇축 80.고정부재
801.피봇축 802.슬릿
803.체결볼트

Claims (4)

1. 제1 아암의 후방에 설치되어 아암에 가해지는 중력을 보상하기 위한 밸런스 스프링부를 구비한 중량물을 취급하는 핸들링 로봇의 샤프트 풀림 방지 장치에 있어서,
   상기 제1 아암의 하단과 밸런스 스프링부의 샤프트를 연결하는 고정부재;
   상기 고정부재에 형성한 슬릿;
   상기 슬릿으로 구획된 슬릿 양측에 위치하는 고정부재 끼리를 체결하는 체결볼트;
   를 포함하여 구성되며, 상기 샤프트와 고정부재는 나사결합에 의해 결합되고,
   상기 밸런스 스프링부는,
   일단이 개구(開口)된 원통형상이며, 회전부의 상부에 피봇 연결되어 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하는 압축 스프링; 상기 압축 스프링의 일단과 하우징의 개구된 면 반대측 내면 사이에 위치하게 되는 압축판; 상기 압축 스프링의 타단에 접하면서 상기 하우징에 체결되어 상기 하우징의 개구된 면을 폐쇄하는 뚜껑; 및 상기 하우징의 길이방향을 따라 중심축에 위치하면서, 일단은 상기 압축판을 관통하여 단부가 고정되고, 타단은 상기 뚜껑을 관통하여 상기 고정부재에 결합되는 샤프트; 를 구비한 것을 특징으로 하는 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 슬릿은 고정부재의 일측면으로 부터 내측으로 형성된 탭의 상부, 하부 또는 측면의 어느 한부분에 형성하는 것을 특징으로 하는 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 고정부재와 결합되는 샤프트의 주연부(周緣部)에는 D-컷팅하여 편평하게 가공된 것을 특징으로 하는 중량물 핸들링 로봇의 밸런스 스프링부 샤프트 풀림 방지 장치.
   

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