KR20050104399A - 산업용 로봇의 선회장치 - Google Patents

Abstract

산업용 로봇의 선회 장치는, 모터(30)의 모터 샤프트(3Os)에 고정하여 모터(3O)를 정지하는 브레이크(4O)와, 모터 샤프트(3Os)가 고정하여 모터(30)의 회전각도를 검출하는 엔코더(5O)와, 모터 샤프트(3Os)와 결합하여 연통중공부가 형성됨과 동시에, 모터(3O)의 회전을 감속하여 회전축 암(2O)에 연결 고정된 감속기(6O)와, 고정측 암(1O)에 설치되어, 연통중공부에 연통된 관용 베어링(72)과, 회전측 암(2O)에 일단이 연결 고정되어, 타단이 관용 베어링(72)에 고정됨과 동시에, 케이블(8O)이 배선되는 저속 회전관(7O)을 구비한 것이다.

Description

산업용 로봇의 선회장치{SWING DEVICE OF INDUSTRIAL ROBOT}

본 발명은 산업용 로봇의 선회(旋回, pivoting) 장치에 관하여, 감속기, 모터, 엔코더(encoder)에 설치된 중공에 관부재(管部材)를 유삽(遊揷; 유동성 있게 삽입)하고, 관부재에 케이블을 배선 처리하는 것이다.

종래의 산업용 로봇의 선회 장치를 특개평 5-57664호 공보에 따라 설명한다. 상기 공보에 의하면, 로봇의 고정 베이스와, 고정 베이스에 선회 자재로 연결된 선회 보디와 선회 보디의 상부에 연결된 로봇암 등의 가동 기구부와, 선회 보디를 선회 구동하는 모터와, 모터의 출력을 선회 보디에 전달하는 감속기를 구비하여 모터와 감속기의 축심을 중공에 형성하는 것과 동시에 동심상으로 배설하고, 모터와 감속기의 축심을 선회 보디의 선회 축심과 동심으로 배설하고, 로봇 암 등의 구동 기구부로의 전력 등을 공급하는 케이블을, 모터의 중공과 감속기의 중공을 관통시킨 보호 파이프에 배설한 것이다.

상기와 같이 구성된 산업용 로봇의 선회 장치는, 모터와 감속기의 축심을 각각 중공으로 형성하는 것과 동시에 동심상으로 배설하고, 모터와 감속기의 축심을 선회 보디의 선회 축심과 동심으로 배설하고, 케이블을 모터의 중공과 감속기의 중공을 관통시켜 배설한 것에 의하여, 케이블은 선회 보디의 선회 축심을 통과하므로 하우징이나 고정 베이스와의 미끄러짐이 없어져, 마모에 의한 단선을 없도록 할 수 있다.

그렇지만, 상기 산업용 로봇의 선회 장치는, 암(arm) 등을 구동 제어하기 위한 정보량 등의 증대에 따라, 케이블의 다발이 굵어짐에 따라, 모터의 축과 함께, 보호 파이프가 회전하면, 케이블의 피복이 손상될 우려가 있다고 하는 문제점이 있었다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 산업용 로봇의 선회 장치의 분해사시도이다.

도 2는 도 1에 나타난 산업용 로봇의 선회 장치의 횡단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 산업용 로봇의 선회 장치의 횡단면도이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 로봇의 관절에 있어서, 선회 구동에 의한 케이블이 지극히 마모되기 어려운 산업용 로봇의 선회 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 l의 발명과 관련되는 산업용 로봇의 선회 장치는, 고정부와, 고정부에 대하여 선회 구동하는 회전부와, 상기 회전부를 통하여 작동하는 선단부를 구비한 산업용 로봇의 선회 장치에 있어서, 중심부에 관통된 제 l의 중공부를 갖는 제 1의 샤프트를 구비한 모터와, 중심부에 관통된 제 2의 중공부를 가짐과 동시에, 상기 제 1의 샤프트가 상기 제 2의 중공부에 계합(係合, 걸어 맞춤) 고정되어 상기 모터를 개방 및 정지하는 브레이크와, 중심부에 관통된 제 3의 중공부를 갖는 동시에, 상기 제 1의 샤프트가 상기 제 3의 중공부에 계합 고정되어 상기 모터의 회전 각도를 검출하는 엔코더와, 중심부에 관통된 제 4의 중공부를 갖는 제 2의 샤프트를 구비하며, 상기 제 2의 샤프트가 상기 제 1의 샤프트와 연결 결합되어 상기 제 1 및 제 4의 중공부에 의하여 관통된 연통중공부(連通中空部)가 형성됨과 동시에, 상기 제 1의 샤프트의 회전을 감속하여 상기 회전부, 상기 고정부에 연결 고정된 감속기와, 제 1의 내륜과 제 1의 외륜을 가져, 상기 제 1의 내륜의 동심이 연통중공부의 동심선상에 설치됨과 동시에, 상기 고정부에 상기 제 1의 외륜이 고정된 제 1의 베어링과, 일단부가 상기 제 1의 내륜에 연결 고정되고, 타단부가 상기 회전부에 연결 고정되며, 연통중공부에 유삽(遊揷; 유격을 두어 삽입됨)함과 동시에, 관통공을 갖는 통 형상의 관부재와, 일단부가 상기 고정부에 연결 고정되고 타단부가 상기 회전부에 연결 고정됨과 동시에, 상기 관통공에 삽입되어 상기 선단부에 접속되는 케이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 산업용 로봇의 선회 장치에 의하면, 모터, 감속기, 엔코더, 브레이크를 일직선 형상으로 배열함에 따라 형성된 연통 중공부에, 일단이 고정부에 연결 고정됨과 동시에, 타단이 회전부에 연결 고정된 관부재를 삽입하여, 관부재의 관통공에 케이블을 배선한다.

따라서, 케이블의 배선이 모터 등에 의하여 저해되지 않고, 무용한 배선 경로를 지나는 것이 없기 때문에, 배선 스페이스(space)가 적고, 나아가서는 선회 장치가 소형으로 된다. 게다가, 관부재는 고정부와 회전부의 회전에 의하여 회동하는 만큼만 있으므로, 관부재에 삽입된 케이블에 관부재가 접촉하는 속도도, 모터의 회전 속도보다도 꽤 저감된다. 따라서 케이블의 피복이 지극히 손상하기 어렵게 된다고 하는 효과가 있다.

제 2의 발명과 관련되는 산업용 로봇의 선회 장치는, 제 1의 베어링 대신에, 제 2의 내륜과 제 2의 외륜을 구비하여, 상기 제 2의 내륜의 동심이 연통중공부의 동심 선상에 설치됨과 동시에, 회전부에 상기 제 2의 외륜이 고정된 제 2의 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 산업용 로봇의 선회 장치에 의하면, 고정부에 설치된 제 1의 베어링 대신에, 회전부에 제 2의 베어링을 마련하였으므로, 고정부의 구조가 간단하고 쉽게 되는 효과가 있다.

제 3의 발명과 관련되는 산업용 로봇의 선회 장치는, 제 2의 샤프트, 모터, 엔코더, 브레이크를 일체로 한 구동 유니트를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 산업용 로봇의 선회 장치에 의하면, 상기 선회 장치의 조립성이 향상되는 효과가 있다.

제 4의 발명과 관련되는 산업용 로봇의 선회 장치는, 상기 고정측 암에 연결 고정됨과 동시에, 상기 케이블이 상기 관통공으로부터 상기 고정부의 측면으로 인출된 고정측 인출부를, 거의 수평하게 상기 케이블을 고정하는 제 1의 클램프와, 상기 케이블이 상기 관통공으로부터 상기 회전부 측으로 인출된 회전측 인출부를, 거의 수직으로 상기 케이블을 고정하는 제 2의 클램프를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 산업용 로봇의 선회 장치에 의하면, 케이블을 제 1 및 제 2의 클램프에 의하여 적절히 케이블을 고정하였으므로, 케이블의 이동에 의한 열화를 지극히 감소시키는 동시에, 선회 장치를 보다 소형으로 할 수 있는 효과가 있다.

실시예 1.

본 발명의 일실시예를 도 1 및 도 2에 의하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 산업용 로봇의 선회 장치의 분해 사시도, 도 2는 도 1에 나타나는 산업용 로봇의 선회 장치의 횡단면도이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 산업용 로봇의 선회 장치(1)는, 고정부로서의 고정측 암(10)과, 고정측 암(10)에 대하여 회동하는 회전부로서의 회전측 암(20)으로 이루어져 있다.

회전측 암(20)의 내부에는, 단면이 대략 역"コ"자 형상으로, 원주 형상의 공동부(2Ou)를 가지고 있고, 상기 공동부(2Ou)에는, 모터(30)를 중심으로 도 2의 우측에 브레이크(40), 엔코더(50), 좌측에 감속기(60)가 일직선 형상으로 축심이 수평이 되도록 배치되어 고정되어 있다.

상기 공동부(20u)의 양단에는, 각각 베어링(22, 24)이 고정되어 있다. 상기 공동부(20u)의 중앙부에는, 회전측 암(20)을 회동시키는 구동원을 이룸과 동시에, 축심의 중앙에 원주 형상으로 관통된 제 1의 중공부(30c)가 형성된 제 1의 샤프트로서의 모터 샤프트(30s, motor shaft)를 갖는 동기형의 모터(30)를 구비하고, 모터(30)에는, 회전자계를 발생하는 링 형상의 코일(30L)을 가져, 모터 샤프트(30s)의 표면에 코어를 통하여 마그넷(30m)이 고정되어 있다.

모터(30)에 인접하여 배치되며, 축심의 중앙에 원주 형상으로 관통된 제 2의 중공부(40c)를 가지고, 상기 제 2의 중공부(40c)에 모터 샤프트(30s) 를 계합 고정함과 동시에, 모터(30)의 회동을 개방 및 정지하는 브레이크(40)를 구비하고, 브레이크(40)에는, 전자코일(40L)의 흡인력에 의하여 원형의 디스크(40d)의 한 면을 개방으로부터 가압함에 의하여 모터(30)의 회전을 개방에서 정지하도록 형성되어 있다.

브레이크(40)에 인접하여 배치되며, 축심의 중앙에 원주 형상으로 관통된 제 3의 중공부(50c)를 구비하고, 제 2의 중공부(40c)에서 돌출한 모터 샤프트(30s)를 베어링(24)에 고정하며, 제 3의 중공부(50c)에 모터 샤프트(30s)의 단부를 계합 고정함과 동시에, 모터(30)의 회전각도를 검출하는 엔코더(50)를 구비하고, 상기 엔코더(50)에는, 모터 샤프트(30s)에 고정되는 패턴을 가지는 원판(52)과, 상기 패턴을 조사하는 발광소자(54)와, 발광소자(54)에서 발생한 빛을, 원판(52)을 개입하여 수광(受光)하는 수광소자(56)와 원판(52) 등을 덮는 커버(58)를 구비하고 있다.

모터(30)에 인접하여 배치되며, 모터 샤프트(30s)에 결합됨과 동시에, 축심에 관통된 제 4의 중공부(60c)를 갖는 제 2의 샤프트로서의 웨이브 제너레이터(62,wave generator)를 회동하여 모터(50)의 회전을 감속한 출력을 발생하는 감속기로서의 하모닉 드라이브(60, harmonic drive)를 구비하여, 모터 샤프트(30s)의 중공부(30c)와 웨이브 제너레이터(62)의 중공부(60c)가 연통하여 관통공이 형성된 연통중공부를 형성하고 있다.

감속기(60)는 예를 들면 하모닉 드라이브로, 중공 형상의 웨이브 제너레이터(62)의 중공부(60c)를 모터 샤프트(30s)의 단부에 결합하여 플렉스 스프라인(64, flexible spline)을 개입시켜 서큘러 스프라인(66, circular spline)을 회전측 암(20)에 고정함에 따라 모터(30)의 회전 속도를 충분히 감속, 예를 들면 모터(50)의 회전수가 5000(rpm)을, 50(rpm)으로 감속하여 회전측 암(20)을 고정측 암(10)에 대하여 회전시키도록 형성되어 있고, 웨이브 제너레이터(62)에는, 다수의 베어링(62b)을 구비하고 있다.

감속기(60)에는, 내륜에 상당하는 서큘러 스프라인(66)과, 외륜(68) 과, 서큘러 스프라인(66)과 외륜(68)의 사이에 베어링(77)에 의하여 감속 기 베어링을 이루고 있으며 서큘러 스프라인(66)에 회전측 암이 연결 고정되고 감속기 베어링의 외륜(68)에 고정측 암(10)이 고정측 암(10)에 고정됨에 의하여 고정측 암(10)에 대하여 회전측 암(20)이 선회하도록 형성되어 있다.

또, 제 1의 베어링으로서의 관용(管用) 베어링(72)은, 제 l의 내륜과 제 1의 외륜을 가지고, 상기 제 1의 내륜의 동심이 상기 연통중공부의 동심 선상에 설치됨과 동시에, 고정측 암에 제 1의 외륜이 고정되고 제 1의 내륜이 관부재로서의 저속 회전관(70)과 계합 고정되어 있다.

저속 회전관(70)은 관통공을 갖는 원통 형상으로, 일단에 링 형상의 에지부(鍔部, edge portion; 70t)를 가져, 모터 샤프트(30s), 웨이브 제너레이터(62)에 유삽하여 관통함과 동시에, 에지부(70t)가 커버(58)에 고정됨에 의하여 회전측 암(20)에 연결 고정되어, 타단이 링(71), 관용 베어링(72)을 통하여 고정측 암(lO)에 연결 고정되어 있다. 이 때문에, 저속 회전관(70)은, 고정측 암(10)과 회전측 암(20)이 상대 이동하는 속도 즉, 모터(30)의 회전을 충분히 감속한 속도에 의하여 회전하도록 형성되어 있다.

저속 회전관(70)에는, 로봇의 선단부로서의 선단 암(미도시)에 전력, 제어를 보내는 케이블(80)이 관통되어 있고, 케이블(80)은, 저속 회전관(70)으로부터 회전측 암(20) 측으로 인출된 케이블(80)의 회전측 인출부(80r)를, 곧바로 거의 수직으로 배선하여 회전측 클램프(84)의 루프부(84L)에 의하여 회전측 암(20)에 고정되어 있다. 케이블(80)은, 저속 회전관(70)으로부터 고정측 암(lO) 측으로 인출된 케이블(80)의 고정측 인출부(80f)를, 저속 회전관(70)의 관통공에 대하여 평행하게 소정의 거리를 배선하여 고정측 클램프(82)에 의하여 고정측 암(10)에 고정되어 수직하게 배선되어 있다. 이것은, 케이블(80)의 고정된 회전측 인출부(80r)를 기준으로 한 고정측 인출부(80f)의 편차, 즉, 상대 이동이 커지도록 하기 위하여 고정측 인출부(80f)를 저속 회전관(70) 에 대하여 평행하게 배선하므로, 수직으로 굽혀지도록 한 것이다. 이것에 반하여 회전측 인출부(80r)의 편차는, 미소하므로, 평행하게 배선하지 않고, 배선 스페이스를 줄이고 있다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 산업용 로봇의 선회 장치의 조립에 관하여 설명한다. 모터(30), 브레이크(40), 엔코더(50), 하모닉 드라이브(60)의 축심을 일치시켜서, 모터 샤프트(32s)에 웨이브 제너레이터(62)가 결합한 구동유닛(10l)을 형성하고 있고, 하모닉 드라이브(60)의 베어링 외륜을 고정측 암(10)에 설치하고, 하모닉 드라이브(60)의 베어링 내륜을 회전측 암(20)에 설치한다.

고정측 암(10)의 구동 유닛(101)의 축심과 관용 베어링(72)의 중심이 일치하도록 관용 베어링(72)을 고정측 암(10)에 고정하고, 관용 베어링(72)의 내륜에 링(71)을 삽입하여 고정한다. 저속 회전관(70)의 에지부(70t)를 엔코더(50)의 커버(58)에 고정하고, 저속 회전관(70)의 타단을 링(71)에 삽입하여 고정한다.

저속 회전관(70)에 케이블(80)을 통하여, 케이블(80)의 고정측 인출부(80f)를 저속 회전관(70)의 관통공과 거의 평행이 되도록 제 1의 클램프로서의 고정측 클램프(82)의 루프부(82L)에 고정하여, 케이블(80)의 회전측 인출부(80r)를, 케이블(80)이 저속 회전관(70)에서 인출되어 약간 평행하게 배선하여, 케이블(80)이 거의 수직하게 구부러지도록 제 2의 클램프로서의 회전측 클램프(84)의 루프부(84L)에 고정한다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 산업용 로봇의 선회 장치의 동작에 대하여 설명한다. 모터(30)에 제어지령신호가 입력되면, 모터(30)가 회전하고, 모터 샤프트(30s)에 연결된 원판(52)이 회전하며, 모터(30)의 회전 각도를 엔코더(50)에 의해 검지하여 위치 검출 신호를 발생한다.

모터 샤프트(30s)에 연결된 하모닉 드라이브(60)의 웨이브 제너레이터(62)가 회전하여 플렉스 스프라인(64)을 통하여 서큘러 스프라인(66)에 의하여 모터(30)의 회전속도를 충분히 감속하여 회전측 암(20)을 선회한다.

이러한 선회에 의하여, 저속 회전관(70)이 고정측 암(10)과 회전측 암(20)의 상대 회전속도에 의하여 선회하고, 케이블(80)의 고정측 인출부(80f)의 상대 이동이 가장 크며, 케이블(80)의 회전측 인출부(80r)가 가장 작게 이동한다. 게다가, 모터(30)의 회전을 하모닉 드라이브(60)에 의하여 충분히 감속하여 저속 회전관(70)이 회전하므로, 저속 회전관(70)에 삽입된 케이블(80)의 피복이 충분히 보호된다.

실시예 2.

본 발명의 다른 실시예를 도 3에 의하여 설명한다. 도 3은 다른 실시예에 의한 산업용 로봇의 선회 장치의 횡단면도이다. 도 3 중, 도 2와 동일 부호는, 동일 또는 상당한 부분을 가리켜, 설명을 생략한다.

실시예 1에서는, 저속 회전관(70)의 일단을 링(71), 베어링(72)을 개입시켜 고정측 암(1O)에 고정하고, 저속 회전관(70)의 타단(에지부, 70t)을 커버(58)에 고정하는 것으로써 회전측 암(20)에 연결 고정하였다.

그러나 본 실시예의 산업용 로봇의 선회 장치(100)는, 실시예 l과는 반대로, 도 3에 나타나듯이 저속 회전관(70)의 일단을 링(171), 제 2의 베어링으로서의 베어링(172)을 개입시켜 커버(158)에 고정하고, 저속 회전관(70)의 타단(에지부, 70t)을 고정측 암(1O)에 고정하고 있다.

케이블(80)의 일단측을 회전측 램프(184)에 의하여 회전측 암(20)에 고정하고, 케이블(80)의 타단측을 고정측 암(10)에 고정측 클램프(182)에 의하여 고정한 것이다.

즉, 케이블(80)은 저속 회전관(70)을 통하여, 저속 회전관(70)에서 회전측 암(20)으로 인출된 회전측 인출부(80r)를, 저속 회전관(70)의 관통공과 거의 평행하도록 배선하여 회전측 클램프(184)에 의하여 회전측 암(20)에 고정하고, 고정측 인출부(80f)를, 조금 평행하게 배선하고 나서, 거의 수직으로 굽혀지도록 고정측 클램프(182)에 고정한다. 이것은, 고정측 암(1O) 과 회전측 암(20)의 상대 회전 속도에 의하여 선회하고, 케이블(80)의 회전측 인출부(80r)의 편차, 즉 상대 이동이 가장 크고, 고정측 인출부(80f)의 편차가 가장 작기 때문에, 고정측 인출부(80f)를 평행하게 하지 않고, 수직으로 배선하여 배선 스페이스를 줄인 것이다.

본 실시예에 의하면, 실시예 1과 동일하게 모터(30)의 회전을 하모닉 드라이브(60)에 의하여 충분히 감속하여 저속 회전관(70)이 회전하므로, 저속 회전관(70)에 삽입된 케이블(80)의 피복이 충분히 보호된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 선회 장치는, 관절 구조에 케이블을 배선하는데 적합하다.

Claims (4)

1. 고정부와, 고정부에 대하여 선회 구동하는 회전부와, 상기 회전부를 통하여 작동하는 선단부를 구비한 산업용 로봇의 선회 장치에 있어서,

   중심부에 관통된 제 l의 중공부를 갖는 제 l의 샤프트를 구비한 모터와,

   중심부에 관통된 제 2의 중공부를 가짐과 동시에, 상기 제 1의 샤프트가 상기 제 2의 중공부에 계합 고정되어 상기 모터를 개방 및 정지하는 브레이크와,

   중심부에 관통된 제 3의 중공부를 가짐과 동시에, 상기 제 1의 샤프트가 상기 제 3의 중공부에 계합 고정되어 상기 모터의 회전 각도를 검출하는 엔코더와,

   중심부에 관통된 제 4의 중공부를 갖는 제 2의 샤프트를 구비하고 상기 제 2의 샤프트가 상기 제 1의 샤프트와 연결 결합하여 상기 제 1 및 제 4의 중공부에 의하여 관통된 연통중공부가 형성됨과 동시에, 상기 제 1의 샤프트의 회전을 감속하여 상기 회전부, 상기 고정부에 연결 고정된 감속기와,

   제 1의 내륜과 제 1의 외륜을 가지고, 상기 제 1의 내륜의 동심이 상기 연통중공부의 동심선상에 설치됨과 동시에, 상기 고정부에 상기 제 1의 외륜이 고정된 제 1의 베어링과,

   일단부가 상기 제 1의 내륜에 연결 고정되며, 타단부가 상기 회전부에 연결고정되고, 상기 연통중공부에 유삽됨과 동시에, 관통공을 가지는 통 형상의 관부재와,

   일단부가 상기 고정부에 연결 고정되며, 타단부가 상기 회전부에 연결 고정됨과 동시에, 상기 관통공에 삽입되어 상기 선단부에 접속되는 케이블을 구비한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1의 베어링 대신에,

   제 2의 내륜과 제 2의 외륜을 가지며, 상기 제 2의 내륜의 동심이 상기 연통중공부의 동심 선상에 설치됨과 동시에, 상기 회전부에 상기 제 2의 외륜이 고정된 제 2의 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제 2의 샤프트, 상기 모터, 상기 엔코더, 상기 브레이크를 일체로 한 구동 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 고정측 암에 연결 고정됨과 동시에, 상기 케이블이 상기 관통공에서 상기 고정부의 측으로 인출된 고정측 인출부를, 거의 수평으로 상기 케이블을 고정하는 제 l의 클램프와,

   상기 케이블이 상기 관통공에서 상기 회전부의 측으로 인출된 회전측 인출부를, 거의 수직으로 상기 케이블을 고정하는 제 2의 클램프를 구비한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 선회장치.