KR20120129535A - 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 관절 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중관절의 회전 구동과 동일 길이를 갖는 2개의 링크를 이용하여 종단 관절의 직선 이동을 가능하게 하는 이중 관절 로봇에 관한 것이다.
본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇은, 제1 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받는 고정 회전 관절과, 제2 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받으며, 상기 고정 회전 관절과 제1 링크에 의해 연결되는 이동 회전 관절과, 상기 이동 회전 관절과 제2 링크에 의해 연결되는 종단 관절을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 및 제2 링크의 길이는 동일하고, 상기 제1 모터에 의한 상기 고정 회전 관절의 회전각도를 기준으로 상기 제2 모터에 의한 상기 이동 회전 관절의 회전각도는 2배이며 서로 반대 방향으로 회전되도록 제어되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

Description

직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇{DOUBLE JOINT ROBOT HAVING LINEAR MOVEMENT MECHANISM}

본 발명은 이중 관절 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중관절의 회전 구동과 동일 길이를 갖는 2개의 링크를 이용하여 종단 관절의 직선 이동을 가능하게 하는 이중 관절 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼나 반도체를 파레트 등으로부터 반송시에는 이중 관절 로봇이 주로 이용된다.

이중 관절 로봇은 2개의 관절과 2개의 링크로 연결되며, 종단에는 웨이퍼나 반도체를 적재할 수 있는 로봇 핸드가 장착된다.

2개의 관절의 회전 및 회전수에 따라 2개의 링크의 굴절각이 조절되게 함으로써 위치 변화 및 길이 변화를 가져오며, 그러한 변화량을 제어함으로써 파레트로부터 적재 적소로의 웨이퍼 등의 이송이 가능하게 된다.

웨이퍼가 적재되는 파레트는 다수개의 적재소가 존재하므로 각각의 적재소의 위치는 XYZ축을 기준으로 그 좌표점이 다르므로 이중 관절 로봇의 로봇 핸드 제어 역시 XYZ축의 변위량에 의해 정확히 제어되는 것이 필요하다.

특히, 제1 관절축을 기준으로 종단의 로봇 핸드가 X축 방향으로의 직선 이동이 필요한 경우 이에 대한 제어가 필요하다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 이중 관절 로봇에 있어서 제1 관절축을 기준으로 종단 힌지부로 하여금 수평 직선 이동 메카니즘이 적용된 이중 관절 로봇을 제공하는 것에 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇은, 제1 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받는 고정 회전 관절과, 제2 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받으며, 상기 고정 회전 관절과 제1 링크에 의해 연결되는 이동 회전 관절과, 상기 이동 회전 관절과 제2 링크에 의해 연결되는 종단 관절을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 및 제2 링크의 길이는 동일하고, 상기 제1 모터에 의한 상기 고정 회전 관절의 회전각도를 기준으로 상기 제2 모터에 의한 상기 이동 회전 관절의 회전각도는 2배이며 서로 반대 방향으로 회전되도록 제어되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 이중 관절 로봇에 있어서 제1 관절축을 기준으로 종단 힌지부로 하여금 수평 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇을 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 시단계의 평면도 및 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 중간 단계의 평면도 및 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 중간 단계의 평면도 및 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 구조, 동작 및 작용효과를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 시단계의 평면도 및 정면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 중간 단계의 평면도 및 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 중간 단계의 평면도 및 정면도이다.

이중 관절 로봇은 관절부에 의해 회전가능하게 연결되어 회전구동원(미도시)에 의한 회전력을 전달받아 회전 동작을 수행하고, 관절부 간을 연결하는 링크에 의해 직선 운동을 수행하게 된다.

본 발명의 이중 관절 로봇은 고정 회전 관절(10), 이동 회전 관절(20) 및 종단관절(30)로 이루어진다.

고정 회전 관절(10)은 하부에 본체(미도시)에 연결되는 부분으로서 실린더에 의해 승하강이 제어되고 제1 모터(미도시)에 의해 회전 구동력을 전달받아 회전되는 관절이다.

고정 회전 관절(10)은 제1 링크(40)에 의해 이동 회전 관절(20)과 연결된다.

이동 회전 관절(20)은 중심축이 하단부에서 제1 링크(40)에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 제2 모터(미도시)에 의해 회전 구동력을 전달받아 회전되는 관절부로서, 중심축이 상단부에서 제2 링크(50)에 의해 회전 가능하도록 종단 관절(30)과 연결된다.

종단 관절(30)은 이동 회전 관절(20)과 제2 링크(50)에 의해 회전 가능하도록 또는 고정되어 연결되며, 피이송체를 파레트에 공급하거나 취출하기 위한 핸드(포크)가 장착되는 부분이다.

본 발명의 이중 관절 로봇은 고정 회전 관절(10)에 연결된 제1 모터 및 승하강 실린더에 의해 상승 및 하강 그리고, 회전이 자유자재로 제어되며, 제2 모터에 의해 이동 회전 관절(20)는 종단 관절(30)을 수평 전후 방향으로 이동시키게 된다.

본 발명에서는 고정 회전 관절(10)을 기준으로 종단 관절(30)이 운동 시작점과 운동 종료점을 기준으로 직선운동을 수행할 수 있는 메카니즘을 제안하고자 한다.

이러한 메카니즘을 갖기 위해서는 3가지 조건이 필요하다. 먼저, 제1 링크(40) 및 제2 링크(50)의 길이가 동일해야 하며 즉, 고정 회전 관절(10)의 중심축에서 이동 회전 관절(20)의 중심축까지의 거리와 이동 회전 관절(20)의 중심축에서 종단 관절(30)의 중심축까지의 거리가 같아야 한다.

그리고, 제1 모터의 회전각이 θ일때, 제2 모터의 회전각은 2θ가 되어야 한다.

또한, 제1 모터의 회전방향과 제2 모터의 회전방향이 서로 반대 방향이어야 한다.

이러한 조건들을 모두 만족하도록 설계된 본 발명의 이중 관절 로봇의 동작 상태를 도 1 내지 도 3를 통해 설명한다. 도 1은 종단 관절의 직선운동 시점, 도 2는 종단 관절의 직선운동 시점과 종점의 중간지점, 도 3은 종단 관절의 직선운동 종점을 각각 나타낸다.

도 1은 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 시단계로서, 고정 회전 관절(10)과 이동 회전 관절(20)은 동일 축에서 회전되는 위치에 세팅된다. 이때, 제1 링크(40) 및 제2 링크(50)은 동일 축선상에 놓이게 되고, 종단 관절(30)의 중심은 고정 회전 관절(10)의 중심과 일치한 위치로 된다.

도 2는 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 중간단계로서, 도 1과 같은 위치에서 제1 모터에 의해 고정 회전 관절(10)이 θ/2 만큼 화살표 방향(A1)으로 회전하면, 고정 회전 관절(10)과 연결된 제1 링크(40) 및 이동 회전 관절(20)이 도면 기준으로 좌측으로 θ/2 만큼 이동하게 된다.

제1 모터의 작동과 동시에 제2 모터의 작동도 이루어지며, 이때 제2 모터에 의해 이동 회전 관절(20)이 θ 만큼 화살표 방향(A1)의 반대 방향(A2)으로 회전하게 되면, 이동 회전 관절(20)과 연결된 제2 링크(50) 및 종단 관절(30)이 도면 기준으로 좌측으로 θ 만큼 이동하게 된다.

도 3은 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇의 직선 운동 종단계로서, 도 2와 같은 위치에서 제1 모터에 의해 고정 회전 관절(10)이 θ/2 만큼 화살표 방향(A1)으로 회전하면, 고정 회전 관절(10)과 연결된 제1 링크(40) 및 이동 회전 관절(20)이 도면 기준으로 좌측으로 θ/2 만큼 이동하게 된다.

제1 모터의 작동과 동시에 제2 모터의 작동도 이루어지며, 이때 제2 모터에 의해 이동 회전 관절(20)이 θ 만큼 화살표 방향(A1)의 반대 방향(A2)으로 회전하게 되면, 이동 회전 관절(20)과 연결된 제2 링크(50) 및 종단 관절(30)이 도면 기준으로 좌측으로 θ 만큼 이동하게 된다.

결과적으로 도 1의 상태에서 도 2 상태를 거쳐 도 3의 상태로 위치 이동되는 데, 제1 모터에 의해 고정 회전 관절(10)이 θ 만큼 화살표 방향(A1)으로 회전되고, 제2 모터에 의해 이동 회전 관절(20)이 2θ 만큼 화살표 방향(A1)의 반대방향으로 회전하면, 종단 관절(30)은 중심점은 고정 회전 관절(10)의 중심점으로부터 좌측으로 직선 이동된 위치(P)로 변위된다.

또한, 고정 회전 관절(10)의 중심점으로부터 이동 회전 관절(20)의 중심점까지의 길이는 L1, L2, L3로 표현되며 점점 작아지게 된다. 즉, 회전각도가 커지면서 제1 및 제2 링크(40, 50)는 일직선으로 위치되어지며, 회전각도 θ가 90도이면 제1 및 제2 링크(40, 50)는 일직선으로 위치되고, 회전각도 θ가 90도 크면 제1 및 제2 링크(40, 50)는 반대방향(고정 회전 관절(10)을 향하는 방향)으로 직선운동을 하게 된다.

따라서, 상술한 바와 같은 조건에 따라 이중 관절 로봇을 구현하게 되면, 고정 회전 관절(10) 중심점을 기준으로 직선 이동이 가능한 종단 관절(30)을 구현하는 것이 가능하게 된다.

특히, 직선운동을 할 때 링크의 길이를 L_a이라 하면, 고정 회전 관절(10)을 기준으로 종단 관절(30)의 직선 이동 길이 L_b 는 2sinθ*L이 되므로, 종단 관절(30)의 직선 이동 길이를 구할 때, 링크의 길이와 회전각을 설계하면 요구되는 길이를 구하는 것이 가능하다.

특히, 이러한 구동 메카니즘은 반송 로봇의 좌우측에 마련된 웨이퍼등이 적재된 파레트(또는 캐비닛)이 고정 회전 관절(10)과 일직선상에 위치하는 경우 웨이퍼 등의 공급과 취출에 유용하게 사용될 수 있다.

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.

10 : 고정 회전 관절 20 : 이동 회전 관절
30 : 종단 관절 40 : 제1 링크
50 : 제2 링크

Claims (1)

1. 제1 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받는 고정 회전 관절과,
   제2 모터에 관절축이 연결되어 회전 구동력을 받으며, 상기 고정 회전 관절과 제1 링크에 의해 연결되는 이동 회전 관절과,
   상기 이동 회전 관절과 제2 링크에 의해 연결되는 종단 관절을 포함하여 이루어지며,
   상기 제1 및 제2 링크의 길이는 동일하고,
   상기 제1 모터에 의한 상기 고정 회전 관절의 회전각도를 기준으로 상기 제2 모터에 의한 상기 이동 회전 관절의 회전각도는 2배이며 서로 반대 방향으로 회전되도록 제어되는, 직선 이동이 가능한 이중 관절 로봇.
   
   
   
   

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