KR20120123839A - 2단 슬라이딩 수직 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2단 슬라이딩 수직 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 서보 모터를 이용하여 다수개의 풀리와 다수개의 타이밍 벨트를 활용하여 2단으로 수직 구동이 가능한 2단 슬라이딩 수직 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치는, Z축 1단 바디와; 서버 모터(Servo Motor)의 구동에 따라 하나 이상의 풀리(Pulley)와 상기 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제1 피니언이 회전 구동되고, 상기 제1 피니언(Pnion)과 제1 랙기어(Rack)의 결합에 의해 상기 Z축 1단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디와; 상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 타이밍 벨트에 의해 연결되는 다른 하나의 풀리에 의해 구동력을 전달받으며, 상기 다른 하나의 풀리를 포함하는 다른 하나 이상의 풀리와 상기 다른 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제2 피니언이 회전 구동되고, 상기 제2 피니언과 제2 랙기어의 결합에 의해 상기 Z축 2단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어;를 포함하여 이루어진다.

Description

2단 슬라이딩 수직 구동장치{VERTICAL DRIVING APPARATUS OF 2 STEP SLIDING}
본 발명은 2단 슬라이딩 수직 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 서보 모터를 이용하여 다수개의 풀리와 다수개의 타이밍 벨트를 활용하여 2단으로 수직 구동이 가능한 2단 슬라이딩 수직 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정용 유리기판이나 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 스토커로부터 취출하고 또는 반대로 스토커로 공급하는 로봇으로서 암(Arm)형 로봇이 이용된다.
한편으론, 디스플레이 장치의 대형화 추세에 따라 액정용 유리기판의 크기도 비례적으로 대형화되고 있으며, 이에 따라 암형 로봇의 크기도 커지질 수 밖에 없는 것이 현 실정이다.
액정 유리기판 및 암형 로봇의 대형화는 액정 유리기판의 취출 및 공급시 직선이동, 회전이동 및 수직 상하이동을 병행하게 되는데, 대형화된 암형 로봇의 회전시 회전반경을 축소하여 작업시 공간의 레이아웃 자유도를 어느 정도 유지해야 하며, 또한 수직 상승되는 높이의 증가에 따라 2단 수직 상승의 로봇들도 개발되고 있는 추세에 있다.
일반적으로 2단 수직 상승 로봇의 경우는 2개의 바디를 구성하여 각각 서보 모터에 연결하여 1단과 2단을 각각 독립적으로 수직 제어하는 것이 보편적인 방법으로 사용되고 있으나, 이러한 방식은 각 단의 바디를 제어하는 데 독립적인 서보 모터가 각각 필요하다는 단점이 있고, 나아가 독립적인 서보 모터에 의해 구동되는 1단과 2단의 제어도 독립적으로 이루어져야 하므로 2단 수직 상승 로봇의 비효율적 제어방식의 결과를 가져오게 된다.
다른 방식으로는 대한민국 공개실용신안공보 실1999-011248호에 산업용 갠트리 로봇의 수직이송장치가 개시된다.
대한민국 공개실용신안공보 실1999-011248호에 개시된 수직이송장치는 갠트리 로봇과 일체로 결합된 고정단과 다관절 로봇이 장착되는 이동단을 구비하여, 선체의 접합 작업시 이동단에 부착된 다관절 로봇이 승강되게 하며, 고정단과 이동단의 사이에 중간이동단이 설치되어서, 고정단에 축 지지되며 동력원에 직결된 구동 피니온이 중간 이동단에 형성된 랙기어과 치차 결합되고, 중간 이동단에 힌지 결합된 아이들 피니온이 고정단과 이동단에 각각 형성된 랙기어과 치차 결합되어 구동 피니온의 작동에 의해 중간 이동단이 승강되고, 그 중간 이동단의 아이들 피니온이 고정단의 랙기어에 대하여 회전되어 최종 이동단이 승강됨으로써 2단의 수직이송방식을 구현하고 있다.
하지만, 이러한 방식은 별도로 감속장치와 동기구동장치가 따로 구성이 되어야 하는 단점을 가지며, 와이어체인 기어, 롤러 및 스프로켓을 이용한 도르레 방식이어서 별도의 고정단 안에 무게추가 설치되어야 하는 단점을 갖는다.
(실용신안문헌1) 실1999-011248 U (1999.03.25)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 서버 모터를 사용하여 Z축 1단 바디를 기준으로 Z축 2단 바디의 상하 직선운동 및 Z축 2단 바디를 기준으로 Z축 캐리어의 상하 직선운동을 가능한 2단 슬라이딩 수직 구동장치를 제공하고자 한다.
또한, 하나의 서버 모터를 사용하고, 다수개의 풀리 및 타이밍 벨트를 통해 피니언과 랙기어의 치차결합을 통해 Z축 1단 바디로부터 Z축 2단 바디로, Z축 2단 바디로부터 Z축 캐리어로 동력을 전달하게 함으로써 Z축 캐리어에 장착된 로봇 암의 속도를 2배 속도로 제어할 수 있는 2단 슬라이딩 수직 구동장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치는, Z축 1단 바디와; 서버 모터(Servo Motor)의 구동에 따라 하나 이상의 풀리(Pulley)와 상기 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제1 피니언이 회전 구동되고, 상기 제1 피니언(Pnion)과 제1 랙기어(Rack)의 결합에 의해 상기 Z축 1단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디와; 상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 타이밍 벨트에 의해 연결되는 다른 하나의 풀리에 의해 구동력을 전달받으며, 상기 다른 하나의 풀리를 포함하는 다른 하나 이상의 풀리와 상기 다른 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제2 피니언이 회전 구동되고, 상기 제2 피니언과 제2 랙기어의 결합에 의해 상기 Z축 2단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 랙기어과 연결되는 상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리 사이에는 제1 감속기가 매개되고, 상기 제2 랙기어과 연결되는 상기 다른 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리 사이에는 제2 감속기가 매개되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 Z축 1단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디의 연결구조는, 상기 서버 모터의 구동에 따라 회전되는 출력축인 제1 풀리와, 제1 타이밍 벨트를 통해 상기 제1 풀리와 연동 회전되는 제2 및 제 3 풀리와, 상기 제1 타이밍 벨트를 통해 상기 제1 내지 제3 풀리와 연동 회전되며, 제1 샤프트가 연결된 종동축인 제4 풀리와, 상기 제1 샤프트의 양단에 각각 연결되어 연동 회전하는 제5 및 제7 풀리와, 상기 제7 풀리와 제2 타이밍 벨트를 통하여 입력축인 제1 감속기에 부착되어 연동 회전하는 제8 풀리와, 상기 제1 감속기의 출력축에 연결되어 연동 회전하는 제1 피니언과, 상기 제1 피니언이 회전운동을 하면서 제1 랙기어를 기준으로 상하 직선운동을 하는 상기 Z 축 1단 바디와, 상기 제5 풀리와 제3 타이밍 벨트를 통하여 연동 회전되며 상기 Z축 캐리어의 하나의 풀리와 상기 제3 타이밍 벨트를 통해 연결되는 제6 풀리로 이루어지도록 구현되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 Z축 2단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어의 연결구조는, 상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 제3 타이밍 벨트를 통해 연동 회전되는 제9 풀리와, 상기 제9 풀리와 상기 제3 타이밍 벨트를 통해 연동 회전되며, 종동절인 제2 샤프트가 장착되는 제10 풀리와, 상기 제2 샤프트의 일단에 연결되어 연동 회전되는 제11 풀리와, 제4 타이밍 벨트를 통해 입력축인 제2 감속기에 부착되어 상기 제11 풀리와 연동 회전하는 제12 풀리와, 상기 제2 감속기의 출력축에 연결되어 회전운동하는 제2 피니언과, 제2 랙기어에 결합되어 제2 피니언의 회전운동에 의해 직선운동을 하는 Z축 캐리어;로 이루어지도록 구현되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 하나의 서버 모터를 사용하여 Z축 1단 바디를 기준으로 Z축 2단 바디의 상하 직선운동 및 Z축 2단 바디를 기준으로 Z축 캐리어의 상하 직선운동을 가능한 2단 슬라이딩 수직 구동장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 하나의 서버 모터를 사용하고, 다수개의 풀리 및 타이밍 벨트를 통해 피니언과 랙기어의 치차결합을 통해 Z축 1단 바디로부터 Z축 2단 바디로, Z축 2단 바디로부터 Z축 캐리어로 동력을 전달하게 함으로써 Z축 캐리어에 장착된 로봇 암의 속도를 2배 속도로 제어할 수 있는 2단 슬라이딩 수직 구동장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 1단 바디와 Z축 2단 바디의 연결구조 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 2단 바디와 Z축 캐리어의 연결구조 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 1단 바디와 Z축 2단 바디를 연결하는 구조의 상세 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 2단 바디와 Z축 캐리어를 연결하는 구조의 상세 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 구조, 동작과 그 작용 효과에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 1단 바디와 Z축 2단 바디의 연결구조 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 2단 바디와 Z축 캐리어의 연결구조 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치는 최하단에 위치되는 Z축 1단 바디(11)와, Z축 1단 바디(11)에 상하 직선으로 슬라이딩 가능하도록 연결되는 Z축 2단 바디(12)와, Z축 2단 바디(12)에 상하 직선으로 슬라이딩 가능하도록 연결되는 Z축 캐리어(13)를 포함하여 이루어진다. Z축 캐리어(13)에 는 피이송체를 로딩하거나 이송시 사용되는 이송체(14)가 장착될 수 있으며 본 발명에서는 이송체(14)가 LCD 기판이나 웨이퍼 이송시 사용되는 로봇암(14)을 예시로서 도시된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, Z축 1단 바디(11)와 Z축 2단 바디(12)는 제1 피니언(21)과 제1 랙기어(22)의 치차결합에 의해 제1 피니언(21)이 회전운동하면서 제1 랙기어(22)을 따라 상하 직선운동을 하도록 구성되어 결국 Z축 1단 바디(11)를 기준으로 Z축 2단 바디(12)가 상하 직선운동을 하도록 구성된다.
마찬가지로, Z축 2단 바디(12)와 Z축 캐리어(13)는 제2 피니언(31)과 제2 랙기어(32)의 치차결합에 의해 제2 피니언(31)이 회전운동하면서 제2 랙기어(32)을 따라 상하 직선운동을 하도록 구성되어 결국 Z축 2단 바디(12)를 기준으로 Z축 캐리어(13)가 상하 직선운동을 하도록 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 1단 바디와 Z축 2단 바디를 연결하는 구조의 상세 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 Z축 2단 바디와 Z축 캐리어를 연결하는 구조의 상세 사시도이다.
도 4를 참조하면, Z축 1단 바디(11)를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디(12)의 연결구조는 다음과 같다.
Z축 1단 바디(11)와 Z축 2단 바디(12)의 연결구조는 서버 모터(401)와, 서버 모터(401)의 구동에 따라 회전되는 출력축인 제1 풀리(404)와, 제1 타이밍 벨트(412)를 통해 제1 풀리(404)와 연동 회전되는 제2 풀리(405)및 제3 풀리(406)와, 제1 타이밍 벨트(412)를 통해 제1 내지 제3 풀리(404 내지 406)와 연동 회전되며 제1 샤프트(415)가 연결된 종동축인 제4 풀리(407)와, 제1 풀리(404)와 제4 풀리(407)를 연결하는 제1 타이밍 벨트(412) 외측에 타이밍 벨트의 장력을 조절하기 위해 설치되는 아이들러(IDLER, 416, 417)와, 제1 샤프트(415)의 양단에 각각 연결되어 연동 회전하는 제5 풀리(408)및 제7 풀리(410)와, 제7 풀리(410)와 제2 타이밍 벨트(413)를 통하여 입력축인 제1 감속기(419)에 부착되어 연동 회전하는 제8 풀리(411)와, 제1 감속기(419)의 출력축에 연결되어 연동 회전하는 제1 피니언(402)과, 제1 피니언(402)와 치차결합되는 제1 랙기어(403)와, 제5 풀리(408)와 제3 타이밍 벨트(414)를 통하여 연동 회전되며 Z축 캐리어의 하나의 풀리와 제3 타이밍 벨트(414)를 통해 연결되는 제6 풀리(409)를 포함하여 이루어진다.
도 5를 참조하면, Z축 2단 바디(12)를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어(13)의 연결구조는 다음과 같다.
Z축 2단 바디(12)와 Z축 캐리어(13)의 연결구조는 도 4에 도시된 제3 타이밍 벨트(414)를 통해 연동 회전되는 제9 풀리(504)와, 제9 풀리(504)와 제3 타이밍 벨트(414)를 통해 연동 회전되며 종동절인 제2 샤프트(509)가 장착되는 제10 풀리(505)와, 제2 샤프트(509)의 일단에 연결되어 연동 회전되는 제11 풀리(506)와, 제4 타이밍 벨트(508)를 통해 입력축인 제2 감속기(510)에 부착되어 제11 풀리(506)와 연동 회전하는 제12 풀리(507)와, 제2 감속기(510)의 출력축에 연결되어 회전운동하는 제2 피니언(502)과, 제2 피니언(502)과 치차 결합되는 제2 랙기어(503)를 포함하여 이루어진다.
도 4 및 도 5의 제3 타이밍 벨트(414)는 제5 풀리(408)와 제10 풀리(505) 사이에서 타이밍 벨트의 장력을 조절하기 위한 아이들러(418, 511)가 위치되며, 제3 타이밍 벨트(414)는 제9 풀리(504)와 제10 풀리(505) 사이에서 타이밍 벨트의 장력을 부가하기 위한 아이들러(511)가 추가로 장착되는 구조를 갖는다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 2단 슬라이딩 수직 구동장치의 동작을 도 4 및 도 5를 통해 설명한다.
먼저, 서보 모터(401)의 구동에 따라 출력축인 제1 풀리(404)가 회전하면서 제1 타이밍 벨트(412)를 통해 제2 및 제3 풀리(405, 406)가 회전하면서 제4 풀리(407)와 결합되어 있는 종동절인 제1 샤프트(415)가 또한 회전하게 된다.
제1 샤프트(415)가 회전하면서 제5 및 제7 풀리(408, 410)가 회전을 하고, 제7 풀리(410)는 제2 타이밍 벨트(413)를 통하여 입력축인 제1 감속기(419) 샤프트에 부착되어 있는 제8 풀리(411)가 회전하면서 제1 감속기(419)에 연결되어 있는 출력축인 제1 피니언(402)이 회전운동을 한다.
제1 피니언(402)이 회전운동을 하면서 제1 랙기어(403)와의 치차 결합에 의해 직선운동을 병행하게 되고 이들과 연계된 Z축 2단 바디(12)가 Z축 1단 바디(11)를 기준으로 상하 직진운동을 한다.
제5 풀리(408)는 제3 타이밍 벨트(414)를 통해 제6 풀리(409)를 회전시키고, 제6 풀리(409)가 회전하면 제3 타이밍 벨트(414)를 통해서 제9 풀리(504)가 회전을 한다.
제9 풀리(504)의 회전에 따라 제10 풀리(505)가 회전를 하면서 부착되어 있는 종동절인 제2 샤프트(509)를 통해 제11 풀리(506)가 회전을 한다. 제4 타이밍 벨트(508)를 통해 제2 감속기(510)의 샤프트에 부착되어 있는 입력축인 제12 풀리(507)가 회전을 하면서 제2 감속기(510)를 통해 출력축인 제2 피니언(502)이 회전운동을 하면서 제2 랙기어(503)와 직선운동을 하게 되고, 결국 이와 연계된 Z축 캐리어(13)가 Z축 2단 바디(12)를 기준으로 상하 직선운동을 하게 되며 Z축 캐리어(13)에 부착되어 있는 로봇암(14) 역시 상하 직선운동을 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11 : Z축 1단 바디 12 : Z축 2단 바디
13 : Z축 캐리어 14 : 로봇암
21, 31, 402, 502 : 피니언 22, 32, 403, 503 : 랙기어
401 : 서버 모터

Claims (4)

  1. Z축 1단 바디와;
    서버 모터(Servo Motor)의 구동에 따라 하나 이상의 풀리(Pulley)와 상기 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제1 피니언이 회전 구동되고, 상기 제1 피니언(Pnion)과 제1 랙기어(Rack)의 결합에 의해 상기 Z축 1단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디와;
    상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 타이밍 벨트에 의해 연결되는 다른 하나의 풀리에 의해 구동력을 전달받으며, 상기 다른 하나의 풀리를 포함하는 다른 하나 이상의 풀리와 상기 다른 하나 이상의 풀리간 동력을 전달하는 하나 이상의 타이밍 벨트가 연동되어 구동되면서 제2 피니언이 회전 구동되고, 상기 제2 피니언과 제2 랙기어의 결합에 의해 상기 Z축 2단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어;를 포함하는, 2단 슬라이딩 수직 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 랙기어과 연결되는 상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리 사이에는 제1 감속기가 매개되고,
    상기 제2 랙기어과 연결되는 상기 다른 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리 사이에는 제2 감속기가 매개되는, 2단 슬라이딩 수직 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Z축 1단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 2단 바디의 연결구조는,
    상기 서버 모터의 구동에 따라 회전되는 출력축인 제1 풀리와,
    제1 타이밍 벨트를 통해 상기 제1 풀리와 연동 회전되는 제2 및 제 3 풀리와,
    상기 제1 타이밍 벨트를 통해 상기 제1 내지 제3 풀리와 연동 회전되며, 제1 샤프트가 연결된 종동축인 제4 풀리와,
    상기 제1 샤프트의 양단에 각각 연결되어 연동 회전하는 제5 및 제7 풀리와,
    상기 제7 풀리와 제2 타이밍 벨트를 통하여 입력축인 제1 감속기에 부착되어 연동 회전하는 제8 풀리와,
    상기 제1 감속기의 출력축에 연결되어 연동 회전하는 제1 피니언과,
    상기 제1 피니언이 회전운동을 하면서 제1 랙기어를 기준으로 상하 직선운동을 하는 상기 Z 축 1단 바디와,
    상기 제5 풀리와 제3 타이밍 벨트를 통하여 연동 회전되며 상기 Z축 캐리어의 하나의 풀리와 상기 제3 타이밍 벨트를 통해 연결되는 제6 풀리로 이루어지는, 2단 슬라이딩 수직 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Z축 2단 바디를 기준으로 상하 직선운동하는 Z축 캐리어의 연결구조는,
    상기 하나 이상의 풀리 중 어느 하나의 풀리와 제3 타이밍 벨트를 통해 연동 회전되는 제9 풀리와,
    상기 제9 풀리와 상기 제3 타이밍 벨트를 통해 연동 회전되며, 종동절인 제2 샤프트가 장착되는 제10 풀리와,
    상기 제2 샤프트의 일단에 연결되어 연동 회전되는 제11 풀리와,
    제4 타이밍 벨트를 통해 입력축인 제2 감속기에 부착되어 상기 제11 풀리와 연동 회전하는 제12 풀리와,
    상기 제2 감속기의 출력축에 연결되어 회전운동하는 제2 피니언과,
    제2 랙기어에 결합되어 제2 피니언의 회전운동에 의해 직선운동을 하는 Z축 캐리어로 이루어지는, 2단 슬라이딩 수직 구동장치.
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