KR20060042162A

KR20060042162A - 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한산업용 로봇

Info

Publication number: KR20060042162A
Application number: KR1020050015445A
Authority: KR
Inventors: 히로시 나카기리; 히사오 미야하라
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-05-12
Also published as: JP2005238428A; JP4286684B2; EP1568449B1; CN100411831C; EP1568449A1; KR101149953B1; DE602005010763D1; CN1660546A; US20050189333A1; US7202442B2

Abstract

관절에서의 구부림 상태의 지속이나 구부림 동작의 반복에 의해 상류측 토치 케이블들에 주는 영향을 가급적 배제하여 용접 와이어의 이송 안정과 내구성 향상을 도모한다. 케이블들(8, 43)을 수반하는 회전 암(2)은, 그 기단부에 위치하는 회전축체(7)에 지지부재(35)를 구비하고 있다. 그 지지부재(35)에 케이블들을 통과시키는 삽입관통공(36)이 형성되지만, 그 개구 전면을 회전 암(2)의 회전축선(2a)으로부터 옵센된 위치에 주어진다. 회전 암(2)의 선단부에서 요동축이 동작하고, 케이블들(8)이 크게 구부러져도 케이블들의 상류측에 미치는 그 굴곡의 영향을 가급적 적게 해 둘 수 있다.

로봇 암, 케이블

Description

로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇{CABLES ARRANGEMENT STRUCTURE IN ROBOT ARM AND INDUSTRIAL ROBOT COMPRISING THE SAME}

도 1은 본 발명에 관계되는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조를 나타낸 어퍼 암 부분의 구조도.

도 2는 케이블들을 지지하는 지지부재의 확대 사시도.

도 3은 본 발명이 적용되는 다관절형 아크 용접로봇의 상반부에 대한 평면도 및 정면도.

도 4는 다관절형 아크 용접로봇의 전체도 및 용접용 토치가 생략되어 그려진 정면도.

도 5는 주로 어퍼 암을 나타낸 그 배면도 및 평면도.

도 6은 삽입관통공의 형상례.

도 7은 토치 케이블에 주어지게 되는 구부림 형상의 비교도.

도 8은 제 4축 이후 용접용 토치까지의 부분 동작상태를 나타내는 사시도.

도 9는 긴 회전축체를 갖는 어퍼 암의 기단부의 구조도.

도 10은 다른 예의 지지부재의 확대 사시도.

도 11은 가이드 튜브가 고정되어 있는 경우의 구조도.

도 12는 회전축체가 튜브 형상이 아닌 경우의 어퍼 암의 사시도

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1…다관절형 아크 용접로봇, 2…어퍼 암(회전 암), 2a…길이방향 축선(회전축선), 4…용접용 토치, 5…제 5축(요동축, 요동관절), 7…제 4축(회전축체, 회전관절), 8, 8'…토치 케이블(1선식 파워 케이블), 9…용접 와이어, 11…실드 가스, 13…도전선, 15…와이어 공급장치, 15a…와이어 송출구, 35…지지부재, 35A…칸막이, 36…삽입관통공(장공), 36A…삽입관통공(작은 구멍), 37…가이드 튜브, 39…롤러 베어링, 40…냉각수 호스, 41, 41A, 41B…다른 삽입관통공, 43…제어케이블, 45…회전축체, 47…가이드 튜브, 48…회전축체, 49…회전축체, 50…지지부재.

본 발명은 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배선구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가령 다관절형 아크 용접로봇에 있어서, 토치 케이블을 짧게 해도, 용접용 토치의 자세 여하에 관계없이 용접 와이어의 공급속도나 공급량의 안정성을 높여서 소망하는 용접품질이 달성되도록 함과 동시에, 토치 케이블의 손상 및 마모억제 및 로봇 동작영역의 확대가 도모되도록 한 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇에 관한 것이다.

와이어 릴로부터 풀려나온 용접 와이어(소모전극)를 용접용 토치에 공급하고, 전기 에너지로 용접하여 연속적으로 용접하는 아크 용접로봇에서는, 용접 와이어의 전송을 제공하는 와이어 공급장치가 탑재된다. 그 와이어 공급장치는 와이어를 사이에 끼고 가압하는 몇 개의 롤로 구성되고, 그 마찰력으로 와이어를 용접용 토치를 향해서 송출한다.

아크 용접로봇은 다관절을 구비하는 것이 일반적이며, 가령 제 1축으로부터 제 6축까지 6개의 관절을 각각 회전 또는 비틀림 동작시켜서 암에 각각의 회전, 선회, 요동 또는 경사운동을 실행시켜, 손목 등의 엔드 이펙터(end effector)에 장착된 용접용 토치의 위치나 자세를 변화시킨다. 상술한 와이어 공급장치는 선 자세로 있는 로봇 암의 상단에서 제 3축에 의해 경사운동함과 동시에, 축선둘레를 회전하는 어퍼 암(이하, 회전 암이라고 함)을 지지하는 경사운동대에 장착된다.

와이어 릴로부터 와이어 공급장치까지와, 와이어 공급장치로부터 용접용 토치까지는, 각각 케이블에 의해서 접속된다. 전자의 케이블은 용접 와이어의 이행을 가이드하는 콘딧(conduit)파이프이다. 후자는 용접 와이어를 공급하는 콘딧 파이프뿐만 아니라, 그 외주를 따라서 기체를 전송하는 실드 가스용 통로를 형성하는 호스, 그 외주를 피복하여 용접 전력을 공급하는 도전선 및 최외주의 절연 피복으로 이루어지는 다중구조의 1선식 파워 케이블(토치 케이블)로 되어 있다.

다중층을 이룸으로써 토치 케이블은 굴곡 강성이 높아 절곡되기 힘들며, 따라서 용접용 토치가 움직일 때 함께 이동하는 것을 적게해 두기 위해서, 길이에 여유를 준 상태에서 장착된다. 즉, 케이블의 변형을 가능하게 하기 위해서 와이어 공 급장치로부터 용접용 토치까지도 암 밖의 공간에 위치시키는 외부배치로 되어, 용접용 토치가 오르내리거나 선회해도, 그 때마다 복잡한 변형을 어느 정도 허용하도록 하고 있다.

로봇이 단독으로 동작하거나 주위에 치구가 존재하지 않는 경우, 또는 워크(work)의 형상이 단순한 경우 등에는, 외부 배치의 토치 케이블이 용접작업을 직접적으로 저해하는 일은 없다. 그러나, 용접용 토치의 움직임은 어디까지나 토치 케이블의 변형 가능한 범위로 한정된다. 케이블은 반복되는 암의 굴곡동작에 따라서 손상 및 마모를 초래한다. 암의 움직임을 정지시켜도 관성으로 케이블의 흔들거림이 남으면, 용접 와이어의 콘딧 파이프 내로의 이행에 원활성을 결여하게 된다. 따라서, 암의 가감속을 억제하지 않으면, 로봇의 운동성 저하가 여의치 않게 된다.

다른 로봇과 협동 동작하거나, 주위에 복잡한 형상의 치구가 배치되어 있는 경우, 또 튜브 형상이나 박스형상의 내측을 용접할 경우, 외부 배치 케이블은 작업에 직접 영향을 준다. 즉, 전형적으로는 토치 케이블이 워크나 주위의 장치 등과 접촉하거나 걸리게 된다. 그와 같은 트러블의 발생에 추가해서, 토치 케이블의 변형이 심하게 되면, 용접 와이어와 케이블 내면의 접촉점이 변화되어, 마찰력의 변동이 정속 공급성의 저하를 초래하여 용접품질에 편차를 일으킨다.

토치 케이블을 로봇 암에 내장시킴으로써, 적용 워크의 확대나 용접품질, 신뢰성, 운전상의 편의를 꾀하려는 몇 개의 제안이 이루어져 있다. 특개소62-140794호 공보에 기재된 예는 3축 구동식 손목에 있어서의 중공 구동축의 축선부에 케이블, 에어 파이프 또는 도료 파이프 등을 배치하도록 하고 있다. 특개평2-155572호 공보에도 토치 케이블을 회전, 굴곡, 비틀림의 각 관절부의 회전중심을 통과하도록 한 것이 기재되어 있다. 어느 것이나 케이블 및 배관의 손상 및 마모를 억제하는 것을 목적으로 하고 있는 점에는 변함이 없다.

[특허문헌 1] 특개소62-140794호 공보

[특허문헌 2] 특개평2-155572호 공보

상술한 바와 같이 토치 케이블이 구동축이나 관절부의 중심을 통과함으로써, 회전 암을 따라서 길이방향 축선상 또는 그 근방을 통과하도록 하고 있는 것은, 각 축, 즉 각 관절이 동작해도, 토치 케이블의 변형을 최소한으로 억제할 수 있다고 하는 지식을 바탕으로 하는 것이다. 왜냐하면, 관절 중심배치나 축선상의 배치는 암의 회전이나 경사운동의 영향을 가장 받기 힘들고, 관절중심이나 축선으로부터라면 어느 방향으로도 케이블은 같은 정도의 변형을 보이는데 지나지 않는다고 생각되기 때문이다.

이러한 생각을 적용할 수 있는 것은 관절에 있어서의 회전이나 비틀림이 많이 이용되어 요동이나 경사운동이라고 하는 구부림이 적은 다관절형 로봇의 경우에 있어서, 구부림 동작이 많이 이용되는 로봇 또는 구부림 상태를 유지하는 일이 많은 로봇, 또는 회전각이나 비틀림 양이 큰 로봇에서는 반드시 이상적이라고 할 수는 없다. 가령, 아크 용접로봇의 경우, 용융 풀(pool)의 형성의 좋고 나쁨이 용접품질을 좌우하므로, 용접용 토치에 소망하는 자세를 부여하거나 유지시켜 두어야 할 때가 많다. 가령, 6축 로봇이라면 제 5축을 0도부터 120도까지 구부리거나, 구 부림 각도를 유지해 두는 것이 요구된다.

이와 같은 경우에, 토치 케이블이 구동축이나 관절부의 중심을 통과하고, 회전 암을 따라서 길이방향 축선상에 또는 그 근방을 통과하도록 해두면, 제 4축의 중심을 통과한 후에 토치 케이블은 회전 암의 길이방향 축선으로부터 서서히 상방으로 떨어지고, 제 5축 둘레에서의 하향 굴곡을 달성하기 위해 의문부호(?)형상으로 변형된다. 토치 케이블이 이와 같은 형태를 유지하면, 회전 암의 길이방향 축선으로부터 비뚤어지는 장소와 하향 급격 만곡장소에서 콘딧 파이프에 응력이 축적되어 토치 케이블의 손상 및 마모가 빨라진다.

콘딧 파이프의 내경은 용접 와이어의 직경보다 크게 주어져 있으므로, 만곡부위에서는, 콘딧 파이프의 구부러짐과 용접 와이어의 구부러짐은 일치하지 않는다. 곡률반경의 차이는, 구부러짐이 적어도 전후 2개소에서 용접 와이어의 마찰을 가져온다. 만곡도가 변화하면, 마찰을 일으키고 있는 위치도 변화된다. 콘딧 파이프와 접속 와이어의 사이에서 작용하는 마찰력은 콘딧 파이프의 변형시마다 변동하여, 공급속도가 불안정해진다.

또, 제 5축의 구부림 양(경사운동각)을 변화시키면, 그 움직임이 상류측 토치 케이블에 영향을 준다. 즉, 제 4축과 제 5축 사이에서 케이블의 구부러짐이 변하며, 콘딧 파이프의 길이와 용접 와이어의 길이에 차가 생긴다. 콘딧 파이프의 길이변화에 상당하는 용접 와이어가 용접용 토치로부터 돌출하거나 끌려들어가서, 와이어 공급량이 소망하는 것 외로 변화한다. 그에 따라서, 아크가 흩트려져서 용접품질의 대폭적인 향상은 기대할 수 없게 된다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 외부 배치를 피해서 내부 배치한 토치 케이블을 갖고 있어도 달성할 수 없었던 문제, 즉 관절에 있어서의 구부림 상태의 지속이나 구부림 동작의 반복에 의해 상류측 토치 케이블에 미치는 영향을 가급적 배제하여 용접 와이어의 이송 안정과 내구성 향상을 도모한다. 그리고, 높은 용접품질을 달성할 수 있도록, 로봇의 동작 사양을 저하시키는 일없이 폭넓은 운동영역과 높은 운동성을 가질 수 있도록 한 로봇 아암에 있어서의 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇을 제공하는데 있다.

본 발명은 요동축을 선단부에, 길이방향 축선 둘레의 회전축을 기단부에 구비한 회전 암의 내부나 근접공간에서, 각 관절의 동작에 부수되어 기단부로부터 선단부를 향해서 연장되는 케이블들의 굴곡이나 비틀림의 증대를 억제하기 위해서, 케이블들을 회전 암의 길이방향을 따르도록 한 로봇 케이블들의 배치구조에 적용된다. 그 특징으로 하는 바는, 도 1을 참조하여, 케이블들(8, 43)을 수반하는 회전 암(2)은 그 기단부에 위치하는 회전축체(7)에 지지부재(35)를 구비하고, 그 지지부재(35)에 케이블들을 통과시키는 삽입관통공(36)이 형성되고, 그 개구 전면을 회전 암(2)의 회전축선(2a)으로부터 옵셋해서 위치시키는 것이다.

도 6의 가령 (b)에 도시한 바와 같이, 삽입관통공(36)은, 케이블들(8)의 움직임을 허용하기 위해서, 회전 암의 회전축선(2a)을 둘러싸도록 형성된 장공으로 되어 있다. 그 장공(36)이 형성된 지지부재(35)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 회전축체(7)내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있는 가이드 튜브(37)에 설치해 둔 다.

도 6의 (d)에 있는 바와 같이, 삽입관통공은 케이블들(8)이 삽입관통할 수 있는 정도로 개구된 작은 구멍(36A)으로 하고, 그 작은 구멍이 형성된 지지부재(35)를 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지시켜 둔다. 또, 도 1에 도시한 바와 같이, 지지부재(35)를 회전축체(7)내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있는 가이드 튜브(37)내에 설치해 둔다.

삽입관통공(36)은 요동축(5)이 도 8의 (a)와 같이 수평으로 될 때의 회전 암(2)의 자세에 있어서의 지지부재(35)의 상부측에 형성된다(도 6을 참조). 도 2의 가령 (a)에 도시한 바와 같이, 케이블(8)중 하나는, 그 중심에 와이어 공급장치에 의해 송출되는 용접 와이어(9)가 진행하는 1선식 파워 케이블로 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 와이어 공급장치(15)의 용접 와이어 송출구(15a)는 회전 암(2)의 회전축선(2a)에 있어서의 연장선의 상방 공간에 배치된다.

지지부재(35)에는, 삽입관통공(36)이외에, 도 2의 가령 (b)에 도시한 바와 같이, 개구 전면이 회전 암의 회전축선(2a)으로부터 옵셋된 위치에 다른 케이블들(40, 43)을 배치시키기 위한 다른 삽입관통공(41, 41A, 41B)도 형성된다. 삽입관통공(36)과 다른 삽입관통공(41, 41A, 41B)은, 가이드 튜브(37)를 방사상으로 구획해서 형성되는 공간의 개구가 할당된다.

도 9에 도시한 바와 같이, 회전축체(45)는 원통형상이고, 그 회전축체의 외주에 다른 케이블들, 가령 제어 케이블(43)이 배치된다.

이상의 케이블들의 배치구조를 로봇 암에 구비시킨 산업용 로봇을 얻을 수 있다. 이것을 다관절형 암 용접로봇으로 해두고, 본 발명을 도 4에 도시한 회전축(7) 및 요동축(5)(6축 매니플레이터(manipulator)의 제 4축 및 제 5축)에 적용하면 된다.

이하, 실시예를 나타낸 도면을 기초로 하여, 본 발명에 관계되는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조 및 그것을 구비한 산업용 로봇을 상세하게 설명한다. 도 4 및 도 5는 본 발명이 적용되는 다관절형 아크 용접로봇(1)을 나타내고 있다. 도 4의 (a)는 로봇의 정면도, (b)는 그의 Ⅱ-Ⅱ선 화살표 방향에서 본 도면, 도 5의 (a)는 도 4(a)중의 Ⅲ-Ⅲ선 화살표 방향에서 본 도면, (b)는 로봇의 평면도이다. 도 5의 (a)를 빼고서, 어느 도면이나 본 발명이 적용되는 어퍼 암(2)이 도시되어 있으며, 그 형상과 그 장착형태를 가리키고 있다. 도 3은 어퍼 암(2)에 있어서의 케이블들의 배치구조가 보여지도록 그려진 평면도와 정면도이다.

이 아크 용접로봇(1)은, 도 4의 (a)중에 화살표로 나타낸 움직임을 하는 6개의 관절이 구비되어 있고, 각각이 회전 또는 비틀림을 행해서, 암을 회전, 선회, 요동 또는 경사운동시킨다. 이 암 용접로봇에 있어서의 6개의 축 중에서, 제 6축(3)은 엔드 이펙터로서 손목에 장착된 용접용 토치(4)를 선회시킨다. 제 5축(5)은 그 자체의 축선둘레를 회전하는 어퍼 암(회전 암)(2)의 선단부에서 토치 지지암(6)을 경사운동시키거나 요동시켜서, 이 요동축(5)이 용접용 토치(4)를 오르내리는 기구로서 동작한다. 제 4축(7)은 어퍼 암(2)의 기단부에 위치하여 어퍼 암을 그의 길이방향 축선(2a) 둘레로 회전시킨다.

어느 관절이나, 그 축에는 감속기를 개재한 모터가 구비되고, 도시하지 않은 로봇 컨트롤러로부터의 지령을 받아서 구동된다. 아크 용접을 위해서는 용접 와이어, 용접을 위한 전력, 실드 가스가 필요하며, 모터 구동계와는 독립해서 그를 위한 토치 케이블이 로봇에 구비된다. 이 토치 케이블은 후술하는 도 2의 (a)에서 부호 8이 붙여진 1선식 파워 케이블이며, 용접 와이어, 전력, 실드 가스의 공급을 동시에 행하도록 다중구조로 되어 있다. 따라서, 이 케이블은 유연성이 높다고 할 수는 없으며, 또 뒤틀림이 작용하면, 비틀려 되돌아오려고 하는 힘을 일으킬 정도의 강성을 갖는다. 따라서, 토치 케이블(8)은 어퍼 암(2)의 길이방향을 따르도록 배치된다고 할 수 있으며, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 초기적인 구부러짐이 복원력을 이기고 주어지게 된다.

도 2의 (a)를 참조하여, 토치 케이블(8)의 중심에는 용접 와이어(9)가 통과하고, 그 전진을 가이드함과 동시에 상처가 생기지 않도록 보호하는 코일 라이너(10)가 있다. 코일 라이너는 콘딧 파이프로서 기능하는 것이지만, 그 외주부에는 실드 가스(11)가 흐르며, 이것이 호스(12)에 의해서 용접용 토치까지 안내된다. 그 외주는 도전선(13)으로 덮혀 있고, 케이블 전체에 절연 피복(14)이 실시되어 있다.

도 4로 돌아가서, 상기의 토치 케이블(8)에 용접 와이어(9)를 보내는 와이어 공급장치(15)는, 서 있는 자세의 로어 암(16) 상단에서 경사운동함과 동시에, 어퍼 암(2)의 기단부를 회전 가능하게 지지하는 경사운동대(17)에 장착되어 있다. 와이어 공급장치는, 그 와이어 송출구(15a)가 어퍼 암(2)의 회전축선(2a)에 있어서의 연장선의 상방 공간에 위치하도록 탑재된다. 이와 같이 와이어 송출구(15a)를 회전축선(2a)으로부터 상방으로 옵셋시키는 의도는, 토치 케이블(8)을 어퍼 암(2)의 길 이방향을 따를 때에 용접 와이어(9)를 직진이 용이한 상태로 두고, 가능한 한 만곡도를 억제해두려고 하는데 있다.

토치 케이블(8)은 와이어 송출구(15a) 이후의 하류측 부분이므로, 케이블 기단에는 그 내부구조의 설명을 생략하였으나, 도 1에 도시한 용접 전력과 실드 가스의 공급기구(18)가 설치되어 있다. 용접을 위한 전력을 공급하는 파워 케이블(19)과 실드가스를 공급하는 가스호스(20)는 수신기구(18)에 접속된다.

어퍼 암(2)을 회전시키는 제 4축(7)은 기단부에 위치하는 회전축체이며, 도 4에 도시한 바와 같이 모터(21)로 구동되는 감속기(22), 그 출력축에 장착된 소형 풀리(23), 도시하지 않은 타이밍 벨트, 도 1에 도시한 대형 풀리(24)를 개재하여 구동된다. 구동기구는 이와 같은 것으로 한정되는 것은 아니며, 가령 중공구조의 하모닉 감속기(상품명)를 개재하여 어퍼 암을 공지의 요령으로 회전시키도록 해도 된다. 또, 회전축체(7)는 어퍼 암(2)의 암 부재(2A)의 기단에 롤러 베어링의 인너 레이스(25)와 대형 풀리(24)를 볼트(26)에 의해 일체화하여 형성된다. 이것은, 아웃 레이스(27)를 구비하고, 제 3축(28, 도 4의 (a)를 참조)에 의해 경사운동되는 경사운동대(17)에 고정된 베어링 케이스(29)에 의해 지지된다.

제 5축(5)은 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 어퍼 암(2)의 선단부에서 토치 지지암(6)을 경사운동시키지만, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 암 부재(2A)가 회전축선(2a)으로부터 측방으로 옵셋되어 있으므로, 토치 지지대(30)는 토치 지지암(6)에 대해서 일측지지하는 기지구조로 되어 있다. 어퍼 암(2)에서부터 용접용 토치(4)(도 3의 (b)를 참조)에 이르는 토치 케이블(8)은 제 5축 부위의 측방 공간 (31)을 회전축선(2a)을 따라서 통과할 수 있다. 그 토치 케이블의 만곡도는 대강 도 3의 (b)에 도시한 상태에서 가장 크고, 토치 지지암(6)의 오르내림 각도가 작아지면 줄어드는 방향이 된다. 이를테면, 그 제 5축(5)은 벨트(32)가 걸린 풀리(33, 34)를 개재하여 구동된다.

어퍼 암(2)의 암 부재(2A)는, 상술한 바와 같이 회전축선(2a)에서부터 측방으로 어긋나서 형성된 한 개로 이루어진다. 그러나, 도시하지 않았지만, 암 부재를 평행한 2개로 구성하고, 그 대향공간에 토치 케이블을 배치하도록 해도 되며, 어퍼 암 자체를 튜브형상으로 형성해 두고, 그 내부를 전달되어 가도록 해도 상관은 없다. 이러한 경우에는 토치 지지대를 양쪽에서 지지하는 구조로 할 수 있으나, 토치 케이블은 제 5축의 위 또는 아래의 공간을 통과시켜서 용접용 토치까지 연장되게끔 되므로, 제 5축과의 간섭을 고려하면 일측 지지구조가 바람직하다고 할 수 있다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 용접용 토치를 요동시키는 관절(5)을 선단부에, 길이방향 축선(2a) 둘레의 회전을 부여하는 관절(7)을 기단부에 구비한 어퍼 암(2)의 내부나 근접공간에서, 각 관절의 동작에 부수되어 기단부로부터 선단부를 거쳐서 엔드 이펙터를 향하는 케이블의 굴곡이나 비틀어짐의 증대를 억제할 수 있도록 하고자 하는 것이다. 즉, 케이블을 어퍼 암(2)의 길이방향을 따르도록 한 로봇에 적용하여, 케이블의 배치에 대한 최적화를 도모하는 것이다.

상세하게 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 토치 케이블(8)을 수반하는 어퍼 암(2)은, 그 기단부에 위치하는 회전축체(7)에 내장되어 회전축선(2a)과 수직 을 이루는 지지부재(35)를 구비한다. 이 지지부재에는 토치 케이블(8)을 통과시키는 삽입관통공(36)이 형성되고, 그 개구 전면은 어퍼 암(2)의 회전축선(2a)으로부터 옵셋된 위치에 있다. 그 삽입관통공(36)은 토치 케이블(8)의 움직임을 허용하기 위해서, 즉, 어퍼 암(2)의 상대변위를 가능하게 하기 위해서, 도 6의 (a)와 (b)에 도시한 바와 같이 어퍼 암의 회전축선(2a)을 둘러싸도록 형성된 장공으로 되어 있다.

이 장공(36)은 어퍼 암(2)이 회전했을 때 비틀림에 의해서 따라가도록 하는 토치 케이블(8)의 상대적인 움직임을 허용하며, 케이블을 가급적 자유상태나 그에 가깝게 하여, 어퍼 암(2)의 회전 영향이 케이블에 미치지 않도록 하고 있다. 따라서, 토치 케이블에 축적되는 응력은 경감되거나 해방되게끔 된다.

이 장공(36)은 도 6의 (b)에 있는 바와 같이, 역 U자형이나 말굽형이라도 좋으며, 토치 케이블(8)이 화살표 방향으로 움직일 수 있도록 되어 있어도 된다. 도 2는 도 6의 장공(36)을 구현한 것으로, 지지부재(35) 자체는 방사상의 칸막이(35A)에 의해 형성된다. 즉, 장공(36)은 다음에서 설명하는 가이드 튜브(37)와 칸막이(35A)에 의해서 구획 형성된 공간에 해당된다. 도 1에 있어서는, 회전축체(7)에 가이드 튜브(37)가 자유회전 가능하게 축지지되며, 지지부재(35)는 그에 형성되어 있다.

이와 같이, 가이드 튜브를 방사상으로 구획해서 생기는 공간을 삽입관통공으로서 할당하게 되면, 삽입관통공을 가능한 한 크게 확보할 수 있다. 1선식 파워 케이블, 냉각수 호스, 제어 케이블 등과 같은 케이블들의 회전 암에 대한 상대운동을 크게 허용하여, 케이블들에 가해지는 응력을 경감하기 쉽게 해둘 수 있다.

가이드 튜브(37)에 지지부재(35)를 일체적으로 설치하면, 어퍼 암(2)에 대해서 상대 회전하는 가이드 튜브가 케이블의 이완이나 흔들림을 억제하여, 그 쓸데없는 변형이 방지된다. 가이드 튜브는 플라스틱 성형품으로 해두면, 러버 부츠(38) 또는 플라스틱 부츠가 덮혀 있는 것이라고 할 수 있어, 토치 케이블(8)의 절연을 이루기 위해서나, 칸막이와의 일체 성형을 위해서는 적합하게 된다. 지지부재(35)는 가이드 튜브(37)와 함께 자유회전하므로, 어퍼 암(2)에 대한 케이블의 상대회전은 더 한층 원활하게 된다. 또, 부호 39는 가이드 튜브를 자유 회전시키기 위한 롤러 베어링 또는 메탈 라이너이다.

장공(36)이 형성된 지지부재(35)를 회전축체(7)내에서 자유회전 가능하게 축지지한 형태로 되어 있어, 장공에서 케이블의 변위를 흡수하는 한도 이상으로 어퍼 암(2)이 회전해도, 지지부재(35)의 어퍼 암(2)에 대한 상대회전에 의해서, 토치 케이블(8)의 과회전에 대해서 느끼지 못하는 상태로 될 수 있으며, 케이블에 축적되는 응력을 최소한으로 억지해 둘 수 있다.

그런데, 삽입관통공(36)은, 토치 지지암(6)을 억제시키도록 제 5축(5)이 수평으로 될 때까지의 어퍼 암(2)의 자세에 있어서의 지지부재(35)의 상부측에 형성된다(도 6의 (a) 내지 (c)를 참조). 즉, 회전축선(2a)의 상방에서 좌우대칭이 되는 형상으로 된다. 이와 같이 해 두면, 도 3의 (b)와 같이, 토치 케이블(8)을 제 5축(5)의 장소에서 하향으로 가령, 90도 구부린 상태에서, 지지부재(35) 부분부터 시작하여 토치 케이블(8)의 비뚤어짐이 가급적 적어져서, 케이블에 걸리는 부담이 경 감된다. 그 상태는 도 7의 (a)에 명료하게 나타나 있다. 토치 케이블(8)의 구부러짐은, 지지부재(35)의 위치에서 회전축선(2a) 위를 통과시킨 토치 케이블(8')의 구부러짐과 대비하면, 완만하다.

요동축(5)에서의 구부림 양을 줄였을 때에, 지지부재(35)와 요동축 간에 생기는 토치 케이블(8)의 길이 흡수를 위해서 생기는 굴곡보다도 환만한 것으로 할 수 있다. 도 7의 (b)는 토치 지지암(6)을 수평으로 한 예이다. 토치 케이블(8)은 거의 일직선이 되지만, 지지부재(35)의 위치에서 회전축선(2a) 위를 통과시킨 토치 케이블(8')은 활모양으로 변형되어, 토치 케이블(8)와 같은 변곡점이 없는 굴곡으로는 되지 않게 된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 토치 케이블(8)을 수반하는 어퍼 암(2)의 기단부에서 개구되는 관통공(36)의 전면은, 어퍼 암의 회전축선(2a)으로부터 옵셋된 위치에 있으므로, 어퍼 암(2)의 선단부에서 요동축(5)이 동작하여 토치 케이블(8)이 크게 구부러져도, 회전축선(2a)으로부터 옵셋된 위치에 있는 토치 케이블(8)에 미치는 그 굴곡영향을 가급적 적게할 수 있다. 도 8의 (a)는 도 3의 (b)에 대응하는 자세를 나태내고 있다. 도 8의 (b)는 (a)의 상태로부터 어퍼 암(2)을 제 4축(7)의 90도 회전에 의해서 용접용 토치(4)를 옆으로 향하게 한 것이다.

이 자세일 때에도 토치 케이블(8)에 대해서는 가장 응력이 축적되기 쉬운 것이다. 만일, 토치 케이블(8)이 지지부재의 장소에서 회전축선 위에 위치되어 있었다고 하면, 이 때의 비틀림 응력은 최대가 되는 상태이지만, 지지부재(35)에 있어 서 토치 케이블(8)이 장공(36)내에서 변위하기 때문에 비틀림 부담은 극히 작게 억제된다. 게다가, 그 자세에서 요동축(5)이 움직이거나 제 6축에 의해 용접용 토치(4)를 선회시키는 바와 같이 되어, 비틀림의 축적은 경미하게 된다. 이것은 삽입관통공(36)이 어퍼 암(2)의 회전축선(2a)으로부터 옵셋되어 있고, 또 장공인 점, 게다가 회전축체(7)에 대해서 자유회전 가능하기 때문에 이탈되지 않는다.

도 2의 (a)에서는 삽입관통공(36)에 토치 케이블(8)뿐만 아니라 용접열을 흡수하는 냉각수를 공급하는 호스(40)도 지지되어 있다. 도 6의 (c)와 같이 다른 삽입관통공(41)을 형성해 두고, 여기에 냉각수 호스(40)를 관통과시킬 수도 있다. 도 2의 (a)에는 다른 삽입관통공(41)에 구부려 넣은 제어 케이블(42)이 배치되어 있다. 도 2의 (b)는 삽입관통공을 3개 형성시킨 것으로, 토치 케이블(8)만이 삽입관통공(36)에 위치해 있다. 삽입관통공(41A)은 냉각수 호스(40)가, 삽입관통공(41B)에는 제어케이블(43)이 관통되어 있다.

이를테면, 지지부재(35)는 얇은 원반으로 그려져 있으나, 가이드 튜브(37)의 가령, 전체길이에 걸쳐서 있어도 된다. 그 경우, 토치 케이블(8)과 제어 케이블(43)을, 적어도 가이드 튜브(37)내에서는 전기적으로 확실하게 격리할 수 있다. 토치 케이블(8)이 손상되었다 해도, 토치 케이블(8)로부터 발생하는 노이즈를 적어도 가이드 튜브 내에서는 제어 케이블(43)에 미치지 않도록 해둘 수가 있다.

토치 케이블(8), 냉각수 호스(40), 각 모터에 동력을 계속 공급하면서 구동 제어하는 케이블(43)을 본 발명에서는 케이블들이라고 칭하고 있으나, 그 케이블들은 이것 이외의 기능을 발휘하는 튜브류(가령, 도료 공급파이프)도 포함하여 파악 되는 것이다. 상술한 다른 삽입관통공도, 그 개부의 전면은 어퍼 암(2)의 회전축선(2a)으로부터 옵셋된 위치에 형성되는 점은, 삽입관통공(36)과 마찬가지이다. 이와 같이 해서, 케이블들의 지지장소를 달리해 두면, 토치 케이블과 그 다른 케이블류와의 휘감김을 방지해 둘 수가 있어, 바람직하다.

그런데, 도 1에 도시한 바와 같이, 회전축체(7)는 원통형상이지만, 도 9에 도시한 바와 같이, 회전축체(45)를 길게 해 두고, 그 외주에 제 5축 및 제 6축용의 제어 케이블(43)을 배치하도록 해도 된다. 원통형상 회전축체(45)는 제어 케이블 내 배치식의 회전축체(7)에 비해서 길게 한 것은, 어퍼 암(2)의 회전에 의한 제어 케이블(43)의 추종 여유를 확보하기 쉽게 하기 위해서이다.

이 예로부터 알 수 있는 바와 같이 케이블의 종류에 따라서는, 반드시 삽입관통공을 사용하지 않아도 된다. 도 10은 삽입관통공(36)에 토치 케이블(8)만을, 다른 삽입관통공(41)에 냉각수 호스(40)만을 배치한다고 하는 것도 가능하게 됨을 나타내고 있다. 그로 인해서, 토치 케이블이나 냉각수 호스를 위한 지지부재에 있어서의 삽입관통공을 넓고 길게 확보할 수 있다. 이를테면, 도 9에서 롤러 베어링(39)은 전후에 2개소 설치되어 있다.

도 6의 (d)는 삽입관통공(36A)을 토치 케이블(8)이 삽입 관통할 수 있는 정도로 개구된 작은 구멍으로 되어 있는 예이다. 이 예의 경우, 지지부재(35) 또는 가이드 튜브(37)가 회전축체에 대해서 자유회전 가능하다면, 삽입관통공은 장공이 아니라도 좋다는 것을 교시하고 있다. 작은 구멍은 둥굴거나 각이 진 것이라도 상관은 없다. 요는, 어퍼 암의 회전 등으로 인해서 토치 케이블(8)에 비틀림 응력이 작용하려고 했을 때, 그 비틀림력을 이용하여 지지부재(35) 또는 가이드 튜브(37)를 추종 회전시킬 수 있으면 된다. 어퍼 암(2)과는 상대 회전함으로써, 토치 케이블(8)에 축적되는 응력이 적어질 수 있는 점은, 앞서 설명한 예와 변함이 없다.

그런데, 상술한 지지부재를 회전축체 내에서 자유회전 불가능하게 하거나, 가이드 튜브도 자유회전 가능하지 않도록 해도 된다. 도 11의 예에서는 가이드 튜브(47)에 플랜지(47a)를 형성해 두고, 가이드 튜브(47)를 포함하여 볼트(26)에 의해 회전축체(48)를 일체화시킨 구조로 하고 있다. 도 6의 가령 (b)와 같이 토치 케이블(8)이 장공(36)을 따라서 변위할 수 있다면, 지지부재(35)나 가이드 튜브(47) 모두 굳이 자유회전하지 않아도 상관은 없는 점 역시 지식을 바탕으로 한다.

상술한 바와 같이, 지지부재나 가이드 튜브를 자유회전시킬 필요가 없는 경우에, 회전축체는 굳이 원통형상일 필요는 없다. 도 12는 회전축체(49)가 반원호형상을 이루고, 그 전단에 지지부재(50)가 일체화된 것으로 되어 있다. 또는, 회전축체 자체가 지지부재(50)의 기능을 겸한 디스크라도 된다. 위에서 설명한 작용의 어느 것이든 실현할 수 있으면 된다.

또, 상술한 가이드 튜브를 사용하지 않고, 도시하지 않은 장공 또는 작은 구멍이 형성된 지지부재를 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지해 둘 수도 있다. 이 경우에도, 회전 암의 회전에 대해서 케이블들이 느끼지 못하는 상태로 해둘 수 있다. 따라서, 케이블들에 축적되는 응력은 최소한으로 억지된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 케이블들의 배치구조를 산업용 로봇에 적용하면, 그 로봇은 아크 용접로봇뿐만 아니라, 스폿 용접로봇, 또는 스프레이 건을 구비한 도장로봇 등과 같이 다른 용도의 로봇에서도, 케이블들에 가해지는 응력을 경감하여, 사용수명 기간의 장기화를 도모할 수 있다. 다관절형 아크용접용 6축 매니플레이터의 경우, 그 제 4축 및 제 5축 사이에 본 발명을 적용하면, 관절에 있어서의 구부림 상태의 지속이나 동작의 반복에 의해 상류측 토치 케이블에 미치는 영향을 가급적 배제해 둘 수가 있다. 그로 인해서, 용접용 토치에 대한 동작범위의 확대와 동작속도의 증가를 실현함과 동시에, 용접 와이어의 공급성을 높여서 고품질 용접이 달성되며, 콘딧 파이프에 대한 내구성의 향상도 도모된다.

본 발명에 의하면, 케이블을 수반하는 회전 암의 기단부에서 케이블을 통과시키는 삽입관통공의 개구 전면을, 회전 암의 회전축선으로부터 옵셋된 위치로 하고 있으므로, 회전 암의 선단부에서 요동축이 동작해서 케이블이 구부러져도, 회전축선으로부터 옵셋된 위치에 있는 케이블에 미치는 그 굴곡의 영향을 가급적 적게할 수 있다. 가령, 요동축의 움직임에 따라서 용접용 토치를 오르내렸을 때에는, 회전 암의 기단부에서는 케이블을 회전 암의 회전축선으로부터 상방으로 옵셋시켜 둘 수 있기 때문이다.

삽입관통공을 회전 암의 회전축선이 둘러싸도록 장공으로 형성해 두면, 회전 암이 회전했을 때에 비틀림에 의해 딸려가려고 하는 케이블의 상대움직임을 삽입관통공의 장소에서 허용하여, 케이블을 자유상태 또는 그와 유사한 상태로 해둘 수 있다. 즉, 회전 암의 영향이 케이블에 미치기 어렵게 할 수가 있다.

장공이 형성된 지지부재를 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지해 두면, 지지부재를 회전 암에 대해서 상대회전시킬 수 있다. 그에 따라서, 장공으로 케이블들의 변위를 흡수하는 한도 이상으로 회전 암이 회전해도, 케이블을 과회전에 대해서 느끼지 못하는 상태로 해둘 수 있다. 케이블에 축적되는 응력이 최소한으로 억지된다.

삽입관통공은 케이블이 삽입관통할 수 있는 정도로 개구된 작은 구멍으로 해둘 경우에는, 작은 구멍이 형성된 지지부재를 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있으면, 회전 암에 대해서 상대회전할 수 있는 지지부재에 의해서, 케이블을 회전 암의 회전에 대해서 비틀림 등의 영향을 받기 어렵게 되는 방향으로 변위시켜서, 응력의 축적을 억제할 수 있다.

지지부재를 회전축체 내에서 자유 회전하는 가이드 튜브에 설치하도록 해두면, 회전 암에 대해서 상대회전하는 가이드 튜브가 케이블의 이완이나 흔들림을 억지하여, 케이블의 쓸데없는 변형이 방지된다. 지지부재는 가이드 튜브와 함께 자유회전하므로, 회전 암에 대한 케이블의 상대회전은 보다 원활한 것이 된다.

삽입관통공을 요동축이 수평으로 될 때의 회전 암의 자세에 있어서의 지지부재의 상부측에 형성시켜 두면, 케이블을 요동축의 장소에서 하향으로 90도 구부린 상태에서, 지지부재의 그점으로부터 시작하는 케이블의 비뚤어짐이 가급적 적어져서, 케이블에 가해지는 부담이 경감된다. 요동축에서의 구부림 양이 줄어들었을 때에 지지부재와 요동축의 사이에서 생기는 케이블의 길이를 흡수하기 위해 생기는 구부러짐도 완만하게 된다.

케이블로서는, 그 중심에 와이어 공급장치로부터 송출되는 용접 와이어가 진행하는 1선식 파워 케이블로 해두면, 용접 와이어, 용접용 전력, 용접용 실드 가스라고 하는 아크 용접에서 불가결한 것을 하나의 케이블을 개재하여 용접용 토치에 공급할 수 있다.

와이어 공급장치의 와이어 송출구를 회전 암의 회전축선에 있어서의 연장선의 상방공간에 배치해 두면, 와이어 공급장치로부터 지지부재까지의 토치 케이블은 회전 암의 회전축선으로부터 상방으로 옵셋되어 위치하게 되어, 굴곡 강성이 큰 토치 케이블의 와이어 공급장치 직후에서의 구부러짐을 배제하여, 용접 와이어의 송출이 원활하게 된다.

지지부재에, 개구 전면이 회전 암의 회전축선으로부터 옵셋된 위치에서 다른 삽입관통공도 형성해 두면, 냉각수 호스나 제어 케이블을 그 다른 삽입관통공을 통해서 지지해둘 수 있다. 이와 같이 하면, 토치 케이블과 그 다른 케이블류의 휘감김을 방지하기가 쉬워진다.

가이드 튜브를 방사상으로 구획해서 생기는 공간을 삽입관통공과 다른 삽입관통공으로 분할하면, 각 삽입관통공을 가능한 한 크게 확보할 수 있다. 케이블들의 회전 암에 대한 상대 운동을 크게 허용하여, 케이블들에 가해지는 응력이 한층 경감된다.

회전축체는 원통형상이며, 회전축체의 외주에 다른 케이블들을 배치할 수 있도록 해두면, 지지부재에 지지시키지 않아도, 다른 케이블들에 대한 회전 암의 회전 영향을 받지 않게끔 해둘 수 있다. 다른 케이블들의 외부 배치는, 토치 케이블 용으로 넓고 긴 삽입관통공을 할당할 수 있다.

상술한 케이블들의 배치구조를 산업용 로봇에 적용하면, 그 로봇은 아크 용접로봇뿐만 아니라 도장로봇 등, 다른 용도의 로봇에서도 케이블들에 걸리는 응력을 경감하여, 사용수명 기간의 연장에 공헌한다.

산업용 로봇이 다관절형 아크 용접로봇이면, 본 발명의 효과가 한층 현저하게 발휘된다. 게다가, 6축 매니플레이터에 있어서의 제 4축과 제 5축 사이에 적용하면, 제 5축에 있어서의 구부림 지속이나 구부림 동작의 반복이 제 4축에 미치는 상류측 토치 케이블에 미치는 영향을 가급적 적게 한다. 용접용 토치의 동작범위의 확대와 동작속도의 증가를 실현함과 동시에 용접 와이어의 공급성을 높여서 고품질 용접이 달성되며, 콘딧 파이프의 내구성 향상도 도모된다.

Claims

요동축을 선단부에, 길이방향 축선 둘레의 회전축을 기단부에 구비한 회전 암의 내부나 근접공간에서, 상기 각 관절의 동작에 부수되어 상기 기단부로부터 선단부를 향해서 연장되는 케이블들의 굴곡이나 비틀림의 증대를 억제하기 위해서, 그 케이블들을 회전 암의 길이방향을 따르도록 한 로봇의 케이블들의 배치구조에 있어서,

케이블들을 수반하는 회전 암은 그 기단부에 위치하는 회전축체에 지지부재를 구비하고, 그 지지부재에 상기 케이블들을 통과시키는 삽입관통공이 형성되고, 그 개구 전면이 회전 암의 회전축선으로부터 옵셋된 위치에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항에 있어서, 상기 삽입관통공은, 상기 케이블들의 움직임을 허용하기 위해서, 회전 암의 회전축선을 둘러싸도록 형성된 장공으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 2항에 있어서, 상기 장공이 형성된 지지부재는, 상기 회전축 내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항에 있어서, 상기 삽입관통공은 상기 케이블들이 삽입관통할 수 있는 정도로 개구된 작은 구멍이며, 이 작은 구멍이 형성된 지지부재는 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 지지부재는, 상기 회전축체 내에서 자유회전 가능하게 축지지되어 있는 가이드 튜브에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입관통공은, 요동축이 수평으로 될 때의 회전 암의 자세에 있어서의 상기 지지부재의 상부측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 6항의 어느 한 항에 있어서, 상기 케이블들은, 그 중심에 와이어 공급장치에 의해 송출되는 용접 와이어가 진행하는 1선식 파워 케이블인 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 7항에 있어서, 상기 와이어 공급장치의 용접 와이어 송출구는, 상기 회전 암의 회전축선에 있어서의 연장선의 상방 공간에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 8항의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재에는, 상기 삽입관통공 이외에, 개구 전면이 회전암의 회전축선으로부터 옵셋된 위치에 다른 케이블들을 배치시키기 위한 다른 삽입관통공도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입관통공과 다른 삽입관통공은, 상기 가이드 튜브를 방사상으로 구획해서 생기는 공간의 개구가 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 10항의 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축체는 원통형상이고, 이 회전축체의 외주에 다른 케이블들이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조.
제 1항 내지 제 11항의 어느 한 항에 기재된 로봇 암에 있어서의 케이블들의 배치구조를 구비한 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 12항에 있어서, 다관절형 아크 용접로봇인 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 13항에 있어서, 상기 회전축 및 요동축은 6축 매니플레이터에 있어서의 제 4축 및 제 5축인 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.