KR20110054699A - 다관절 로봇 - Google Patents

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KR20110054699A
KR20110054699A KR1020090111448A KR20090111448A KR20110054699A KR 20110054699 A KR20110054699 A KR 20110054699A KR 1020090111448 A KR1020090111448 A KR 1020090111448A KR 20090111448 A KR20090111448 A KR 20090111448A KR 20110054699 A KR20110054699 A KR 20110054699A
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Abstract

다관절 로봇이 개시된다. 와이어에 의해 작업공간 내에서 이동되는 이동체에 탑재되는 다관절 로봇으로서, 이동체에 제1 방향으로 이동 가능하게 결합된 하부 베이스와, 하부 베이스에 대하여 제1 방향에 수직한 제2 방향을 회전축으로 회동 가능하게 결합된 회전 베이스와, 회전 베이스에 제1 방향에 수직하고 제2 방향과 나란한 방향으로 일단부가 결합된 제1 암과, 제1 암의 타단부에 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향을 회전축으로 일단부가 회동 가능하게 결합된 제2 암과, 제1 암 및 제2 암을 구동시키는 4절 링크부를 포함하는 다관절 로봇을 제공하여, 경량이면서도 충분한 가반하중을 갖고, 암의 길이방향으로 작동되는 관절을 형성하여 작업영역이 증가되며, 다양한 작업에 적합한 움직임을 나타낼 수 있는 다관절 로봇이 제공된다.
다관절, 선박, 자동화, 로봇

Description

다관절 로봇{ARTICULATED ROBOT}
본 발명은 다관절 로봇에 관한 것으로, 복수의 와이어에 의해 작업공간 내에서 이동되는 이동체에 탑재되는 다관절 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 대형 선박의 선체는, 선체의 일부분을 구성하는 블록(block) 단위로 제작된 후, 블록을 서로 조립하는 방식으로 제작되고 있다. 이러한 블록의 내부에는 용접작업, 블라스팅(blasting)작업, 그리트(grit) 회수작업, 도장작업 등이 행해지게 된다.
그런데, 블록 내부는 격벽이나 셸 플레이트(shell plate) 등의 구조체에 의해 둘러싸여 있고, 선체의 구조적인 강성을 보강하기 위하여 론지(longi)나 스티프너(stiffener)와 같은 보강재가 설치된다. 이러한 보강재는 블록의 내면을 향해 돌출되도록 설치되므로, 상술한 바와 같은 작업의 자동화에 지장을 초래하게 된다.
도 1에는 보강재가 설치된 블록 내부의 일 예가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 블록 내부(10)에는 다수의 보강재(15, 16)가 설치되어 있다. 블록 내부(10)는 격벽(13)에 의해 복수의 작업공간으로 구획될 수 있다. 격벽(13)에는 맨홀(17)이 형성되는데, 이를 통하여 작업자가 통행하거나 작업장비가 운반된다.
블록 내부(10)에는 상술한 바와 같이 다수의 보강재(15, 16)가 내측으로 돌출되도록 설치된다. 따라서, 블록 내부(10)에서 행해져야 할 다양한 작업을 자동화하기 위해서는 이러한 다수의 보강재(15, 16)에 구애됨 없이 작업공간(11) 내를 자유롭게 이동하며 다양한 작업을 행할 수 있는 자동화 장비가 필요한 실정이다.
특히, 작업자가 운반하거나 자동으로 맨홀(17)을 통하여 이동할 수 있고, 충분한 크기의 가반하중을 가지면서도 중량은 최소화 되며, 다양한 작업장비를 교체하여 장착할 수 있고, 작업장비의 끝단이 작업면과 일정한 간격을 형성하면서 이동할 수 있는 자동화 장비가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 본 발명에 따르면, 충분한 가반하중을 가지면서도 경량이고, 블록에 형성된 맨홀을 통과할 수 있으며, 작업영역이 넓고, 작업에 적합한 동작이 가능한 다관절 로봇이 제공된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 와이어에 의해 작업공간 내에서 이동되는 이동체에 탑재되는 다관절 로봇으로서, 이동체에 제1 방향으로 이동 가능하게 결합된 하부 베이스와, 하부 베이스에 대하여 제1 방향에 수직한 제2 방향을 회전축으로 회동 가능하게 결합된 회전 베이스와, 회전 베이스에 제1 방향에 수직하고 제2 방향과 나란한 방향으로 일단부가 결합된 제1 암과, 제1 암의 타단부에 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향을 회전축으로 일단부가 회동 가능하게 결합된 제2 암과, 제1 암 및 제2 암을 구동시키는 4절 링크부를 포함하는 다관절 로봇이 제공된다.
하부 베이스는, 이동체에 구비된 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된 슬라이딩 구동부와, 하부 베이스에 대하여 회전 베이스를 회전 시키는 회전 구동부를 포함하고, 슬라이딩 구동부 및 회전 구동부는 하부 베이스 및 회전 베이스 사이에 설치될 수 있다.
가이드 레일에는 길이방향을 따라 래크가 설치 또는 형성되고, 슬라이딩 구동부는, 래크에 치합되는 피니언과, 피니언을 일방향 또는 타방향으로 회전시키는 슬라이딩 구동장치를 포함할 수 있다.
가이드 레일에는 길이방향을 따라 보조 가이드 레일이 설치 또는 형성되고, 슬라이딩 구동부는, 보조 가이드 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 복수의 가이드 롤러를 더 포함할 수 있다.
회전 구동부는, 하부 베이스에 회전 가능하게 결합되는 회전축과, 회전축의 하부에 형성되는 제2 회전용 풀리와, 제2 회전용 풀리에 벨트로 연결되는 제1 회전용 풀리와, 제1 회전용 풀리를 일 방향 또는 타 방향으로 회전시키는 회전 구동장치를 포함할 수 있다.
회전축의 중심부에는 길이 방향을 따라 중공부가 형성될 수 있다.
4절 링크부는, 회전 베이스 상의 제1 암으로부터 이격 된 부분에, 일단부가 제3 방향과 나란한 회전축을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 제1 링크부재와, 제 1 링크부재의 타단부에 제3 방향과 나란한 축을 회전축으로 일단부가 회동 가능하게 결합되는 제2 링크부재와, 제1 링크부재의 일단부를 회동 시키는 링크 구동부를 더 포함 할 수 있다.
상술한 바와 같은 다관절 로봇은, 제2 암의 타단부에, 일측이 제2 암의 길이방향을 따라 제2 암 내로 삽입 또는 돌출 가능하게 결합되는 제3 암을 더 포함할 수 있다. 그리고, 제3 암의 타단부에, 제3 방향과 나란한 방향을 중심축으로 일단부가 회동 가능하게 결합되는 제4 암을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제3 암의 일측을 커버하는 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 4절 링크를 이용하여 경량이면서도 충분한 가반하중을 갖고, 암의 길이방향으로 작동되는 관절을 형성하여 작업영역이 증가되며, 다양한 작업에 적합한 움직임을 나타낼 수 있는 다관절 로봇이 제공된다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 상세한 설명에서 사용되는 '수직', '수평' 및 '나란함'은 단어는 수학적이거나 기하학적인 '수직', '수평' 및 '나란함'을 의미하는 것이 아니라, 기계적인 가공오차나 이송오차 등을 고려한 실질적인 '수직', '수평' 및 '나란함'을 의미함을 밝힌다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 탑재되는 이동체가 블록 내부에 설치된 모습이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 이동체(20)에는 복수의 윈치(21)가 구비되고, 윈치(21)에는 블록 내부(10)에 방사상으로 배치된 복수의 와이어(30)가 연결된다. 윈치(21)가 복수의 와이어(30) 각각의 길이를 조절함에 따라 이동체(20)는 작업공간(11) 내를 원활히 이동할 수 있다.
따라서, 아래에서 설명할 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇을 이동체(20)에 탑재시킨 후 다양한 작업장비를 장착하면, 도 1을 참조하여 설명했던 다수의 보강재(15, 16)에 구애됨 없이 블록 내부(10)에서 다양한 작업을 자동으로 행할 수 있게 된다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 탑재되는 이동체가 다른 블록 내부에 설치된 이동체와 도킹하는 모습이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 도 2를 참조하여 설명하였던 이동체(20)가 맨홀(17)을 통하여 인접한 다른 블록 내부(도시되지 않음)에 설치된 다른 이동체(20a)와 도 킹(docking)되어 있다. 이동체(20)에는 가이드 레일(22)이 구비되는데, 아래에서 설명할 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 가이드 레일(22)을 따라 이동하여 다른 이동 플랫폼(20a)으로 이동할 수 있게 하면 도시되지 않은 인접한 다수의 블록 내부에서의 작업의 자동화 비율을 높일 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 이동체에 탑재된 모습이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)이 이동체(20)에 이동 가능하게 탑재된다.
이동체(20)는 일측으로 긴 형상을 가지며, 길이 방향을 따라 복수의 가이드 레일(26)이 구비된다. 가이드 레일(26) 내측에는 래크(rack, 23)가 형성되거나, 별도로 제작되어 설치된다. 그리고, 이동체(20)에는 가이드 레일(26)과 나란한 방향으로 보조 가이드 레일(27)이 구비된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)의 하부 베이스(111)는 가이드 레일(26)에 이동 가능하게 결합된다. 따라서, 다관절 로봇(100)은 도면에 화살표로 표시한 바와 같이, 이동체(20)에 대하여 가이드 레일(26)의 길이방향으로 이동 가능하다.
참고로, 보조 가이드 레일(27)은 도시된 바와 같이, 길이방향으로 돌출부가 형성된 V-가이드 레일이 사용될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 사시도가 도시되어 있다. 도 7을 함께 참조하여 설명한다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 다관절 로봇(100)의 하측에는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 하부 베이스(111)가 포함된 슬라이딩 구동부(110)가 구비된다.
슬라이딩 구동부(110)에는 상술한 하부 베이스(111) 및 하부 베이스(111) 상에 설치되는 슬라이딩 구동장치(113), 제1 기어(114), 제2 기어(115), 피니언(pinion, 116), 복수의 가이드 롤러(117, 118)가 포함된다.
슬라이딩 구동장치(113)로는 회전각을 정밀하게 제어할 수 있는 전동기가 사용될 수 있다. 슬라이딩 구동장치(113)는 하부 베이스(111)에 형성된 브라켓(112)에 고정되고, 슬라이딩 구동장치(113)에는 제1 기어(114)가 연결된다. 제1 기어(114)에는 제2 기어(115)가 치합 되고, 제2 기어(115)에는 하부 베이스(111) 하측에 위치하는 피니언(116)이 연결된다.
도시되지는 않았으나, 제2 기어(115) 및 피니언(116)을 연결하는 축은 하부 베이스(111)를 수직으로 관통하는 형상으로 하부 베이스(111)에 지지된다. 즉, 피니언(116)은 수평 방향으로 회전한다. 슬라이딩 구동장치(113)가 일 방향 또는 타 방향으로 회전하면, 제2 기어(115)는 하부 베이스(111)에 수직한 축을 중심으로 일 방향 또는 타 방향으로 회전한다.
피니언(116)은 이동체(20)의 래크(23)에 치합 된다. 따라서, 슬라이딩 구동장치(113)의 회전 방향에 따라 하부 베이스(111)가 가이드 레일(26)을 따라 슬라이딩 이동하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)은, 피니언(116)이 하부 베이스(111)의 일측에만 설치된다. 따라서, 래크(23)에 치합 된 피니언(116)의 회전에 의해 발생되는 직선 방향의 힘은 하부 베이스(111)의 일측으로만 작용하므로 하부 베이스(111)가 가이드 레일(26)을 따라 직선방향으로 이동하는 과정에서 하부 베이스(111)의 방향이 의도하지 않은 방향으로 회전하게 될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 하부 베이스(111)의 하측에 보조 가이드 레일(27)을 따라 슬라이딩 이동하는 복수의 가이드 롤러(117, 118)를 더 설치하여, 하부 베이스(111)가 가이드 레일(26)의 길이방향으로 직선 왕복이동 가능하게 한다.
상술한 바와 같은 슬라이딩 구동부(110)는 하부 베이스(111) 상에 구비되므로, 브라켓(112) 및 슬라이딩 구동장치(113) 등이 하부 베이스(111) 상으로 돌출된다. 따라서, 다관절 로봇(100)은 슬라이딩 구동부(110)의 구성요소들이 다른 구성요소와 간섭을 일으키지 않도록 하부 베이스(111)의 상방향으로 이격 배치되는 상부 베이스(120)를 포함한다. 상부 베이스(120)에 관하여는 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 일부 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 하부 베이스(111)의 상측에는 상부 베이스(120)가 배치되고, 상부 베이스(120)의 하측에는 복수의 지지대(121)가 형성되어 상부 베이스(120)가 하부 베이스(111)의 상측으로 이격 배치될 수 있도록 지지한다. 이때, 복수의 지지대(121)의 하단부는 하부 베이스(111)의 상면에 견고하게 고정된다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 하부 베이스 부분이 확대 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 하부 베이스(111)에는 회전 구동부(130)가 구비된다. 회전 구동부(130)에는 회전축(131), 브라켓(132), 회전 구동장치(133), 제1 기어(134), 제2 기어(135), 제1 회전용 풀리(136) 및 타이밍 벨트(137)가 포함되고, 회전축(131)의 하부에는 제2 회전용 풀리(131a)가 형성되거나 별도로 제작되어 결합된다.
회전축(131)은 하부 베이스(111)의 중간영역에 회전 가능하게 결합되는데, 회전축(131)은 하부 베이스(111)에 수직한 방향을 중심축으로 회전한다. 이때, 도 4에 화살표로 표시한 하부 베이스(111)의 슬라이딩 이동 방향을 제1 방향이라고 정의하면, 회전축(131)의 중심축은 제1 방향에 수직하다. 참고로, 회전축(131)의 중심축은 도 6에 R로 표시한 축과 같고, R축의 방향을 제2 방향으로 정의한다.
회전 구동장치(133)는 하부 베이스(111) 상에서 도 5를 참조하여 설명한 슬라이딩 구동장치(113)와 대칭되는 위치에 구비된다. 회전 구동장치(133)는 하부 베이스(111) 상에 형성된 브라켓(132)에 고정되며, 회전 구동장치(133)에 연결된 제1 기어(134)는 제2 기어(135)와 치합된다. 제2 기어(135)는 하부 베이스(111) 하측에 위치한 제1 회전용 풀리(136)와 연결된다. 여기서, 제2 기어(135)의 회전 중심축은 회전축(131)의 중심축(R)과 나란하다.
회전 구동장치(133)가 일 방향 또는 타 방향으로 회전하면 제1 회전용 풀리(136)도 일 방향 또는 타 방향으로 회전하게 되는데, 제1 회전용 풀리(136) 및 제2 회전용 풀리(131a)는 벨트(137)로 연결되어 있으므로, 회전 구동장치(133)의 회전 방향에 따라 회전축(131)이 R축을 중심으로 하부 베이스(111)에 대하여 일 방 향 또는 타 방향으로 회전하게 된다.
회전축(131)의 상단부에는 회전 베이스 연결부(132b)가 형성되고, 회전축(131)의 중심부에는 R축을 따라 관통되는 형상으로 중공부(132c)가 형성된다.
다시 도 6을 참조하면, 회전축(131)은 상부 베이스(120)에 형성된 통공(122)을 관통하여 회전 베이스(140)에 결합된다. 따라서, 회전 구동장치(133)의 작동에 의해 회전 베이스(140)는 하부 베이스(111)에 대하여 R축을 중심으로 회전하게 된다.
다시 도 5를 참조하면, 회전 베이스(140)에는 R축의 방향, 즉 제2 방향과 나란한 방향으로 한 쌍의 제1 암(160)의 일단부가 각각 결합된다. 이때, 한 쌍의 제1 암(160)은 회전 베이스(140)의 양측 가장자리에 배치된다.
제1 암(160)의 타단부에는 제1 방향 및 제2 방향에 모두 수직한 방향을 회전 중심축(도 6의 P1)으로 하는 제2 암(170)의 일단부가 회동 가능하게 결합된다. 여기서, 제1 방향 및 제2 방향에 모두 수직한 방향을 제3 방향으로 정의한다.
다관절 로봇(100)에는 4절 링크부가 포함된다. 4절 링크부에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 4절 링크부를 설명하기 위한 부분 사시도가 도시되어 있다. 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 4절 링크부는 제1 링크부재(154), 제2 링크부재(155) 및 링크 구동부를 포함한다. 여기서, 링크 구동부는 링크 구동장치(151), 제1 링크 구 동풀리(152), 제2 링크 구동풀리(153) 및 제1 링크 구동풀리(152)와 제2 링크 구동풀리(153)를 연결하는 벨트(도시되지 않음)를 포함한다.
링크 구동장치(151)는 회전 베이스(140) 상에 고정되고, 링크 구동장치(151)에는 제1 링크 구동풀리(152)가 연결된다. 제2 링크 구동풀리(153)도 회전 베이스(140) 상에 설치되는데, 제1 링크 구동풀리(152)와 이격된 위치에 설치된다. 상술한 바와 같이, 제1 링크 구동풀리(152)와 제2 링크 구동풀리(153)는 도시되지 않은 벨트로 연결되므로, 링크 구동장치(151)에 의해 제1 링크 구동풀리(152)가 회전하면 제2 링크 구동풀리(153)도 회전하게 된다.
제1 링크부재(154)의 일단부 일측은 회전 베이스(140)에 형성된 브라켓(141)에 의해 회전 가능하게 지지되며 제2 링크 구동풀리(153)에 연결되어, 제2 링크 구동풀리(153)가 회전하면 제1 링크부재(154)도 회전한다. 따라서, 링크 구동장치(151)가 회전하면 제1 링크부재(154)의 일단부가 r2로 나타낸 축을 중심으로 회전한다. 여기서, r2는 제3 방향과 나란하다.
제1 링크부재(154)의 타단부에는 제3 방향과 나란한 축(r3)을 회전 중심축으로 제2 링크부재(155)의 일단부가 회동 가능하게 결합된다. 제2 링크부재(155)의 타단부는 제2 암(170)의 타측에 상기 제3 방향과 나란한 축(r4)을 회전 중심축으로 회동 가능하게 결합된다.
도 8에 점선으로 표시한 바와 같이, 제1 암(160) 및 브라켓(141)은 회전 베이스(140)에 각각 고정되므로 하나의 링크부재로 볼 수 있다. 따라서, 이것을 제1 링크(L1)라 하고, 제1 링크부재(154)는 제2 링크(L2), 제2 링크부재(155)는 제3 링크(L3), 제2암(170)은 제4 링크(L4)라고 할 수 있다.
즉, 제1 내지 제4 링크(L1 내지 L4)의 양단부가 서로 회동 가능하게 연결되고 그 중 제1 링크(L1)는 고정된 4절 링크를 형성하게 된다.
따라서, 링크 구동장치(151)가 회전하면 제2 링크(L2)가 회전하게 되고, 이에 따라 제4 링크(L4)가 r1을 중심축으로 회동하게 된다. 즉, 링크 구동장치(151)가 작동되면 제2 암(170)이 제1 암(160)에 대하여 P1축을 기준으로 회동된다. 이때, 링크 구동장치(151)의 회전 방향에 따라 제2 암(170)의 회동방향 또한 조절된다.
다시 도 5를 참조하면, 제2 암(170)의 타단부, 즉 제1 암(160)과 회동 가능하게 연결된 부분의 반대쪽 단부에는, 제3 암(180)의 일측이 제2 암(170)내로 삽입 또는 돌출 가능하게 결합된다. 즉, 제3 암(180)에 형성된 축방향 구동부(181)는 제2 암(170)의 내측으로 삽입될 수 있도록 형성되어, 제2 암(170) 및 제3 암(180)의 길이가 신축 가능하게 결합된다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 제2 암 및 제3 암의 결합을 설명하기 위한 부분 사시도가 도시되어 있다. 도 8을 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제3 암(180)의 축방향 구동부(181)에는 길이방향을 따라 래크(182)가 구비된다. 제2 암(170)의 타단부 일측에는 제3 암(180)을 제2 암(170)에 대하여 구동시키기 위한 구동장치 결합부(171)가 형성된다. 구동장치 결합부(171)에는 래크(182)의 일부분이 노출되는데, 구동장치 결합부(171)에 하우징(188)을 결합시켜 피니언(187)이 래크(182)에 치합 되도록 한다.
하우징(188)의 일측에는 축방향 구동장치(183)가 위치하는데, 축방향 구동장치(183)는 제2 암(170)과 나란하게 배치되어, 다관절 로봇(100)이 작동하는 중 다른 구성요소 또는 다른 물체와 간섭을 일으키지 않게 한다.
축방향 구동장치(183)에는 제1 기어(184)가 연결되고, 제2 기어(185)에는 연결축(186)에 의해 피니언(187)이 연결되며, 제1 기어(184) 및 제2 기어(185)는 치합된다. 따라서, 축방향 구동장치(183)가 일 방향 또는 타 방향으로 회전하면 피니언(187)이 회전하여 래크(182)에 일 방향 또는 타 방향의 힘을 가하게 되므로, 제3 암(180)의 축방향 구동부(181)가 제2 암(170)의 타단부에 삽입되거나 돌출된다.
하우징(188)은 제1 기어(184) 및 제2 기어(185)를 커버하며, 연결축(186)을 구동장치 결합부(171)에 견고히 결합시킨다. 따라서, 다관절 로봇(100)을 이용한 작업 중 블라스팅이나 도장작업과 같이 분진이 다량 발생하는 작업을 행할 때에 제2 암(170) 및 제3 암(180)의 축방향 구동부(181) 사이로 분진이 유입되는 것을 방지한다.
다시 도 5를 참조하면, 제3 암(180)의 타단부에는 제4 암(190)이 결합된다. 제4 암(190)의 단부에는 각종 작업도구를 홀딩 할 수 있는 홀더(도 10의 40 참조)가 결합되는 홀더 결합부(191)가 형성된다.
제4 암(190)은 제3 암(180)에 대하여 회동 가능하게 결합되는데, 이에 관하 여는 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 제3 암 및 제4 암의 결합을 설명하기 위한 사시도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 제3 암(180)의 축방향 구동부(181) 내에는 도시되지 않은 구동장치가 설치된다. 구동장치에는 제1 기어(192)가 연결된다. 제1 기어(192)에는 제2 기어(193)가 치합되고, 제2 기어(193)에는 제1 연결축(194)이 관통하는 형상으로 결합되며, 제1 연결축(194)의 양측부는 지지베어링(197, 197a)에 의해 지지된다. 제1 연결축(194)의 일단부에는 제1 풀리(194a)가 설치된다.
제3 암(180)의 타단부 내측에는 제4 암(190)을 관통하여 결합된 제2 연결축(195)이 축지지부(198)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 이때, 제2 연결축(195)은 제1 연결축(194)과 나란하게 배치되며, 제1 연결축(194) 및 제2 연결축(195)의 회전 중심축은 제1 암(160) 및 제2 암(170) 사이의 회전 중심축(P1)과 나란하다.
제2 연결축(195)의 일측에는 제2 풀리(195a)가 결합되고, 제1 풀리(194a) 및 제2 풀리(195a)는 벨트(196)에 의해 연결된다. 따라서, 축방향 구동부(181) 내에 설치된 구동장치에 의해 제1 기어(192)가 일 방향 또는 타 방향으로 회전하면 제4 암(190)은 제2 연결축(195)를 회전 중심축으로 하여 제3 암(180)에 대하여 회동한다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 작동을 설명하기 위한 측면도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)을 이용하여 격벽(13)에 블라스팅 작업을 행하는 장면이 개략적으로 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)은, 제1 암(160)에 대한 제2 암(170)의 각도 변화에 따라 제2 암(170) 및 제3 암(180) 사이의 거리를 조절하고, 제4 암(190)을 제3 암(180)에 대하여 회동시켜, 블라스팅 장치(50)의 노즐(51)이 격벽(13)에 대하여 수직한 방향을 유지하는 동시에, 노즐(51)과 격벽(13) 사이에 일정한 간격을 유지하면서 블라스팅 작업을 행할 수 있게 한다.
여기서, 벨로우즈(189)는 축방향 구동부(181)와 제2 암(170) 사이의 간격으로 작업 중에 발생되는 분진이 유입되는 것을 차단하기 위하여 설치한 것으로, 제2 암(170) 및 제3 암(180)의 상대적인 이동에 지장을 초래하지 않도록 설치한다.
작업장치와 그 대상물의 간격 및 방향을 일정하게 유지하며 이동시키는 것은 블라스팅뿐만 아니라, 도장작업이나 용접작업 등에서도 우수한 작업 결과를 얻는데 매우 중요한 요건이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)은 제2 암(170)을 제1 암(160)에 대하여 회동시키는 데 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 4절 링크부를 이용한다.
이 4절 링크부에 포함되는 L2, 즉 제1 링크부재(154)는 링크 구동장치(151)의 회전력을 전달 받아 회전하게 된다. 이에 대해서는 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 4절 링크부가 나타내는 토크 증가비를 설명하기 위한 실험 결과가 그래프로 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 그래프의 가로축은 출력링크의 각도를 나타낸다. 도 8을 참조하여 설명한 4절 링크부에 있어서, L2가 입력링크이고, L4가 출력링크가 된다. 따라서, 출력링크는 제2 암(170)이며, 제2 암(170)의 각도는 제2 암(170)이 수평방향, 즉 제1 방향에 대하여 이루는 각도(도 11의 θ 참조)를 말한다. 참고로 도 11에 도시된 바와 같이 제2 암(170)이 수직방향으로 위치하는 경우에는 이 각도가 90도가 된다.
그래프의 세로축은 토크 증가비로서, 입력링크인 제1 링크부재(154)의 r2축에 대한 회전력에 비해 출력링크인 제2 암(170)의 P1축을 기준으로 한 회전력의 상대적인 크기를 의미한다. 그래프에 따르면, 제2 암(170)의 회전력은 제2 암(170)이 주로 사용되는 90 내지 180도의 범위 내에서 최소 1.2배에서 최고 2배까지의 토크 증가비를 나타낸다. 이때, 실험에 사용된 링크의 길이의 비율(L1:L2:L3:L4)은 149:120:201:207이었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇(100)은, 4절 링크부를 이용하여 출력링크의 회전력을 증가시킴으로써, 각종 작업을 행할 때 마지막 암인 제4 암(190) 부분에 가해지는 힘, 즉 가반하중 또한 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
참고로 미설명부호인 101은 박스로서, 전원장치 및 제어장치 등이 내부에 설치되거나 각종 작업에 소요되는 자재 등을 보관하는 용도로 사용될 수 있다. 그리 고, 회전축(131)에 형성된 중공부(132c)는 전원장치 및 제어장치와 각 구동장치들을 전기적으로 연결하는 통로로 사용된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 다관절 로봇에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 보강재가 설치된 블록 내부의 일 예를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 탑재되는 이동체가 블록 내부에 설치된 모습을 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 탑재되는 이동체가 다른 블록 내부에 설치된 이동체와 도킹하는 모습을 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇이 이동체에 탑재된 모습을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 일부 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 하부 베이스 부분을 도시한 일부 분해 사시도.
도 8을 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 4절 링크부를 설명하기 위한 부분 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 작동을 설명하기 위한 측면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 제2 암 및 제3 암의 결합을 설명하기 위한 부분 사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 제3 암 및 제4 함의 결합을 설명하기 위한 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 로봇의 4절 링크부가 나타내는 토크 증가비를 설명하기 위한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20: 이동체 26: 가이드 레일
110: 슬라이딩 구동부 120: 상부 베이스
130: 회전 구동부 140: 회전 베이스
154: 제1 링크부재 155: 제2 링크부재
160: 제1 암 170: 제2 암
180: 제3 암 190: 제4 암

Claims (10)

  1. 와이어에 의해 작업공간 내에서 이동되는 이동체에 탑재되는 다관절 로봇으로서,
    상기 이동체에 제1 방향으로 이동 가능하게 결합된 하부 베이스;
    상기 하부 베이스에 대하여 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 회전축으로 회동 가능하게 결합된 회전 베이스;
    상기 회전 베이스에 상기 제1 방향에 수직하고 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 일단부가 결합된 제1 암;
    상기 제1 암의 타단부에 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 회전축으로 일단부가 회동 가능하게 결합된 제2 암; 및
    상기 제1 암 및 상기 제2 암을 구동시키는 4절 링크부를 포함하는 다관절 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 베이스는,
    상기 이동체에 구비된 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된 슬라이딩 구동부; 및
    상기 하부 베이스에 대하여 상기 회전 베이스를 회전 시키는 회전 구동부를 포함하고,
    상기 슬라이딩 구동부 및 상기 회전 구동부는 상기 하부 베이스 및 상기 회전 베이스 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 레일에는 길이방향을 따라 래크가 설치 또는 형성되고,
    상기 슬라이딩 구동부는,
    상기 래크에 치합되는 피니언; 및
    상기 피니언을 일방향 또는 타방향으로 회전시키는 슬라이딩 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 레일에는 길이방향을 따라 보조 가이드 레일이 설치 또는 형성되고,
    상기 슬라이딩 구동부는,
    상기 보조 가이드 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 복수의 가이드 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회전 구동부는,
    상기 하부 베이스에 회전 가능하게 결합되는 회전축;
    상기 회전축의 하부에 형성되는 제2 회전용 풀리;
    상기 제2 회전용 풀리에 벨트로 연결되는 제1 회전용 풀리; 및
    상기 제1 회전용 풀리를 일 방향 또는 타 방향으로 회전시키는 회전 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전축의 중심부에는 길이 방향을 따라 중공부가 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 4절 링크부는,
    상기 회전 베이스 상의 상기 제1 암으로부터 이격 된 부분에, 일단부가 상기 제3 방향과 나란한 회전축을 중심으로 회동 가능하게 결합되는 제1 링크부재;
    상기 제1 링크부재의 타단부에 상기 제3 방향과 나란한 축을 회전축으로 일 단부가 회동 가능하게 결합되는 제2 링크부재; 및
    상기 제1 링크부재의 일단부를 회동 시키는 링크 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 암의 타단부에, 일측이 상기 제2 암의 길이방향을 따라 상기 제2 암 내로 삽입 또는 돌출 가능하게 결합되는 제3 암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 암의 타단부에, 상기 제3 방향과 나란한 방향을 중심축으로 일단부가 회동 가능하게 결합되는 제4 암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 암의 일측을 커버하는 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
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