KR20160020137A - 산업용 로봇용 엔드 이펙터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 몸체는 위치만 관여하고, 엔드 이펙터는 자세만 관여하여 로봇의 제어성이 우수한 산업용 로봇용 엔드 이펙터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적 달성을 위하여 본 발명은, 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 있어서, 베이스; 상기 베이스에 일단이 회전 고정되는 제3수평 링크; 상기 제3수평 링크와 동일한 길이이며, 일단이 상기 베이스에 회전 고정되는 제2수평 링크; 상기 제3수평 링크 및 제2수평 링크의 타단에 회전 고정되며, 연장부를 포함하는 제2수평 링크; 상기 제2수평 링크의 연장부에 일단이 회전 고정되는 제1수평 링크; 및 상기 제1수평 링크와 상기 제2수평 링크의 동일한 지점에 회전 연결되는 제1수직 링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

산업용 로봇용 엔드 이펙터{End effector for industrial robot}

본 발명은 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 관한 것으로 더욱 상세하게는 제어 특성이 우수한 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 관한 것이다.

물체의 그립 등을 위하여 사용되는 산업용 로봇은 통상 6축으로 구성되어 있어, 특정 물체를 어떠한 위치와 제세로 이동시킬 수 있다.

상기와 같은 산업용 로봇은 로봇의 몸체와 상기 몸체 끝단에 부착되는 엔드 이펙터로 구분되며, 몸체가 3개의 축으로 이루어지고, 엔드 이펙터가 3개의 축으로 이루어져 있으며, 상기 엔드 이펙터는 자세를 조절하는 역할을 하는 것이 일반적이다.

그러나 상기 엔드 이펙터는 산업용 로봇의 용도에 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있다. 예를 들면, 등록특허 제520232호에는 유리기판의 변형을 적게 하여 반송할 수 있는 엔드 이펙터에 관한 것으로서, 특히 대형의 유리기판의 반송시 카세트의 사이드바와 간섭없이 유리기판의 측면처짐을 줄일 수 있는 엔드 이펙터에 관한 것으로 엔드 이펙터의 메인바에 가지상으로 사이드바를 마련하여 반송시 유리의 측면처짐을 줄여 카세트 피치를 낮출 수 있을 뿐 아니라, 사이드바의 상면에 도전성 패드를 둠으로써 카세트지점 이외에 접지점을 두어서 정전기 방전효과 특성이 높은 엔드 이펙터의 구성이 개시되어 있다.

또한, 공개특허 제2013-0120313호에는 일정간격 이격되도록 배치되는 복수개의 제1 실린더들과, 상기 서로 이웃하는 제1 실린더들 사이에 교호적으로 배치되는 복수개의 제2 실린더들과, 상기 제1 실린더들을 기준으로 상기 제2 실린더들이 횡방향 또는 종방향으로 굴곡될 수 있도록 상기 각각의 제1 실린더들에 상기 각각의 제2 실린더들을 연결하는 한 쌍의 제1 띠형 스프링들 및, 상기 제2 실린더들을 기준으로 상기 제1 실린더들이 상기 제2 실린더들의 굴곡 방향과 직각방향으로 굴곡될 수 있도록 상기 각각의 제2 실린더들에 상기 각각의 제1 실린더들을 연결하는 한 쌍의 제2 띠형 스프링들을 포함하는 굴곡형 엔드 이펙터가 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제777201호에는 판 형상으로 형성되어 있는 제1지지부재; 상기 제1지지부재에 대하여 접근되는 방향 및 이격되는 방향을 따라 상기 제1지지부재와 상호 상대이동 가능하도록 상기 제1지지부재에 결합되는 제2지지부재; 상기 제1지지부재의 선단부 하측에 결합되며, 그 내측면에 웨이퍼의 일측 엣지부가 수용될 수 있는 제1수용부가 형성되어 있는 제1그립부재; 및 상기 제2지지부재의 하측에 결합되며, 그 내측면에 웨이퍼의 타측 엣지부가 수용될 수 있는 제2수용부가 형성되어 있는 제2그립부재;를 구비하여, 상기 제1지지부재와 제2지지부재가 서로 접근되는 방향으로 이동시 상기 웨이퍼의 일측과 타측은 각각 상기 제1그립부재의 제1수용부와 제2그립부재의 제2수용부에 접촉 및 수용되어 그립되는 것에 특징이 있는 엔드 이펙터의 구성이 개시되어 있다.

또한, 등록실용신안 제434084호에는 프레스로 성형되어 맞대기 용접하는 용접라인에 치수의 오차가 발생하더라도 형상인식센서로 오차를 판별하고 이를 피드백하여 제어장치로 하여금 보정하는 것을 가능하게 하기 위하여 암의 흔들림을 최소화할 수 있도록 진행방향에 대한 회전축과 회전축에 대한 경사축 및 경사축에 대한 회전축 구동부를 하나의 기어박스내에 내장하여 암의 길이를 최소화하여 제어를 용이하게 한 것을 특징으로 하는 엔드 이펙터의 구성이 개시되어 있다.

상기의 발명들은 각 목적에 적절한 엔드 이펙터를 구성하여 작업의 효율성을 제공하는 것에서 장점은 있으나, 엔드 이펙터의 롤링 또는 피칭 방향의 축을 구동하는 경우, 로봇 원점이 이동한다. 따라서, 로봇의 몸체에 해당하는 3축을 동시에 구동해야지만 원점을 원하는 지점으로 이동할 수 있다.

일부 측정 장치 등에서는 로봇의 몸체를 직교 좌표 형태(갠트리)로 구성하고, 엔드 이펙터를 자세를 조절하는 3축으로 구성하는 경우가 있으며, 이때 초기 몸체를 이동한 후, 엔드 이펙트의 자세를 조정하는 경우, 엔드 이펙터의 원점이 이동하므로, 몸체의 3축도 동시에 제어되어야 한다.

엔드 이펙터의 구동은 비교적 적은 관성력을 가지므로, 구동에 유리하나 몸체의 경우에는 로봇 프레임을 이동시켜야 하므로, 일부 엔드 이펙터의 구동에도 몸체가 동시에 작동하는 제어에 매우 불리한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 로봇 몸체는 위치만 관여하고, 엔드 이펙터는 자세만 관여하여 로봇의 제어성이 우수한 산업용 로봇용 엔드 이펙터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적 달성을 위하여 본 발명은, 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 있어서, 베이스; 상기 베이스에 일단이 회전 고정되는 제3수평 링크; 상기 제3수평 링크와 동일한 길이이며, 일단이 상기 베이스에 회전 고정되는 제2수평 링크; 상기 제3수평 링크 및 제2수평 링크의 타단에 회전 고정되며, 연장부를 포함하는 제2수평 링크; 상기 제2수평 링크의 연장부에 일단이 회전 고정되는 제1수평 링크; 및 상기 제1수평 링크와 상기 제2수평 링크의 동일한 지점에 회전 연결되는 제1수직 링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1수평 링크는 연장부를 더 포함하며, 상기 연장부가 상기 제3수평 링크와 회전 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 있어서, 베이스; 상기 베이스에 전면에 일단이 회전 고정되는 제3수평 링크; 상기 제3수평 링크와 동일한 길이이며, 일단이 상기 베이스 전면에 회전 고정되는 제2수평 링크; 상기 제3수평 링크의 끝단과 상기 제2수평 링크의 끝과 회전 연결되며, 연장부를 포함하는 제1수직 링크; 상기 제1수직 링크의 연장부에 회전 연결되는 제1수평 링크; 상기 베이스 배면에 상기 제3수평 링크가 회전 고정된 지점에 일단이 고정되어 제3수평 링크와 동일하게 회전하며, 상기 제1수평 링크와 동일한 길의 제3배면 링크; 상기 베이스 배면에 상기 제2수평 링크가 회전 고정된 지점에 일단이 회전 고정되며, 상기 제1수평 링크와 동일한 길이의 제2배면 링크; 및 상기 제3배면 링크의 타단, 상기 제2배면 링크의 타단 및 제1수평 링크의 끝단과 회전 연결되는 제2수직 링크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 베이스는 피칭 액추에이터를 더 포함하며, 상기 피칭 액추에이터의 회전축은 상기 제3수평 링크의 일단과 고정되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 베이스는 롤링 액추에이터를 매개로 로봇 암에 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 산업용 로봇용 엔드 이펙트는 다수의 링크 기구로 구성되어, 엔드 이펙트의 원점이 피칭 동작에 발생하더라도 변하지 않으므로, 산업용 로봇의 몸체가 상기 원점을 원하는 위치로 제어한 후에는 엔드 이펙터의 작동만으로 자세를 결정할 수 있으므로, 위치와 자세의 제어를 별도로 수행할 수 있어 전체 제어 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 산업용 로봇용 엔드 이펙트의 구성도이며,
도 2는 도 1의 작동 상태도이며,
도 3은 도 1의 다른 실시예이며,
도 4는 도 1의 또 다른 실시예이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 산업용 로봇용 엔드 이펙터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 암(1)의 끝단에 부착되는 구성으로, 롤 액추에이터(2), 상기 롤 엑추에이터(2)에 부착되는 베이스(10), 상기 베이스(10)의 일면에 회전 고정되는 다수의 수평 링크(31, 32, 33), 상기 수평 링크(31, 32, 33)에 회전 고정되는 수직 링크(41, 42)를 포함하여 구성된다.

상기 로봇 암(1)은 직교 좌표 또는 원통 좌표 등으로 구성되어 위치를 결정하는 산업용 로봇의 몸체에 해당하며, 본 발명은 어떠한 형태의 로봇 몸체에 적용할 수 있다.

또한 상기 산업용 로봇은 일반적인 산업용 로봇뿐만 아니라, 직교 좌표 형태로 구동하는 측정 장치, 절단기 등 공구나 센서를 공간 상에 이동하는 장치들을 포함한다.

한편, 상기 롤 액추에이터(2)는 일단이 로봇 암(1)에 고정되고, 회전축(수직선 A에 일치)에는 상기 베이스(10)가 부착된다. 따라서 상기 롤 액추에이터(2)가 구동하는 경우에는 상기 베이스(10)가 상기 수직선 A를 중심으로 롤 회전한다.

그리고, 상기 베이스(10)에는 상기 수직선 A의 중심에 피칭 액추에이터(20)가 고정되며, 상기 피칭 액추에이터(20)의 회전축에 제3수평 링크(33)의 일단이 고정된다.

따라서 상기 피칭 액추에이터(20)가 구동하는 경우 상기 제3수평 링크(33)가 상기 피칭 액추에이터(20)의 중심에 따라 회전한다.

한편, 상기 베이스(10)에는 상기 제3수평 링크(33)와 동일한 크기의 제2수평 링크(32)가 상기 수직선 A상에 일단이 회전 고정된다.

또한 상기 제3수평 링크(33)와 제2수평 링크(34)의 타단은 제2수직 링크(43)에 회전 고정되되, 상기 제2수직 링크(43)의 연결구들의 길이는 상기 제3수평 링크(33)와 제2수평 링크(32) 일단의 회전고정 길이와 동일하게 구성하는 경우, 상기 제3수평 링크(33)와 제2수평 링크(32)는 동일한 각도로 회전한다.

한편, 상기 제2수직 링크(42)는 하단으로 연장형성되어 끝단이 제1수직 링크(31)의 일단과 회전 고정된다.

이때 상기 제1수평 링크(31)는 상기 제3수평 링크(33)와 제2수평 링크(34)와 동일하게 구성하며, 제1수평 링크(31)와 제1수평 링크(32)의 끝단 사이의 동일한 지점에 제1수직 링크(41)로 회전 고정하는 경우, 제1수직 링크(31)의 시작점인 O는 상기 피칭 액추에이터(20)의 작동에 관계없이 항상 동일한 지점에 위치한다.

이때 상기 제1수평 링크(31)의 끝단에 그리퍼, 센서 등을 부착하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피칭 액추에이터(20)가 어떠한 위치에 있더라도 동일한 지점에 위치하므로, 결국 제1수평 링크(1)은 자세(각도)만 변경된다.

따라서, 상기 그리퍼 또는 센서의 위치 및 자세를 제어하는 경우 로봇 암(1)의 위치를 먼저 조절한 후, 나머지 자세는 상기 롤 액추에이터(2) 및 피칭 액추에이터(20)를 구동하여 결정할 수 있으므로, 제어가 편리한 장점이 있다.

한편, 필요한 경우, 상기 제1수직 링크(41)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1수평 링크(31), 제2수평 링크(32) 뿐만 아니라 제3수평 링크(33)와도 회전 고정되도록 연장 형성할 수 있다.

상기 구성은 기구학적 동작 상태는 도 1의 실시예와 동일하나, 제1수직 링크(41)가 3개의 수평 링크(31, 32, 33)와 동시에 연결되므로 구조적으로 유리한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 엔드 이펙터(100)는 상기 베이스(10)의 두께를 고려하는 경우 도 4와 같은 형태로도 구현 가능하다.

여기서 실제 작동기인 그리퍼 또는 센서 등이 부착되는 제1수평 링크(31)는 베이스(10)와 동일한 두께로 형성한다.

먼저 베이스(10) 전면의 제2수평 링크(32) 및 제3수평 링크(33)는 제1수직 링크(41)만 회전 고정되게 구성한다.

따라서 제2수평 링크(32)와 제3수평 링크(33)의 크기는 줄어든다.

그리고 베이스(10) 배면에는 상기 제3수평 링크(33)와 동일한 각도로 회전하되, 전체 길이가 상기 제1수평 링크(31)와 동일한 제3배면 링크(53)가 위치하며, 제2수평 링크(32)의 동일한 위치의 베이스(10) 배면에는 제1수평 링크(31)와 동일한 길이의 제2배면 링크(52)가 베이스(10)에 회전 고정된다.

그리고 제2수직 링크(42)는 상기 제1수평 링크(31)의 배면과 제2배면 링크(52) 및 제3배면 링크(53)의 각 끝단에 회전 고정된다.

이때 상기 피칭 액추에이터(20)는 상기 제3수평 링크(33)와 제3배면 링크(53)를 동시에 회전하는 경우, 역시 도 1의 실시예와 동일한 작동 형태를 나타낸다.

상기 구성은 제1수평 링크(31)의 폭을 고려하는 구성으로 실제 제작 시 구현될 수 있으며, 전체적인 작동 및 구조가 안정적인 장점이 있다.

본 발명에 따른 엔드 이펙터(100)는 롤 액추에이터(2) 및 피칭 액추에이터(20) 만으로 구성될 수 있으며, 상기 2개의 액추에이터를 구동할 경우, 원점이 변하지 않는다. 따라서 상기 엔드 이펙터(100)는 5축 형태로 사용되는 초음파 탐상 장치, 겐트리 형태의 용접 장치, 로봇을 이용한 스팟 용접 장치, 로봇을 이용한 도장 장치 등에 활용 가능한 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 로봇 암 2: 롤 액추에이터
10: 베이스 20: 피칭 액추에이터
31: 제1수평 링크 32: 제2수평 링크
33: 제3 수평 링크 41: 제1수직 링크
42: 제2 수직 링크 52: 제2 배면 링크
53: 제3 배면 링크 100: 엔드 이펙터

Claims (5)

1. 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 있어서,
   베이스;
   상기 베이스에 일단이 회전 고정되는 제3수평 링크;
   상기 제3수평 링크와 동일한 길이이며, 일단이 상기 베이스에 회전 고정되는 제2수평 링크;
   상기 제3수평 링크 및 제2수평 링크의 타단에 회전 고정되며, 연장부를 포함하는 제2수평 링크;
   상기 제2수평 링크의 연장부에 일단이 회전 고정되는 제1수평 링크; 및
   상기 제1수평 링크와 상기 제2수평 링크의 동일한 지점에 회전 연결되는 제1수직 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇용 엔드 이펙터.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1수평 링크는 연장부를 더 포함하며, 상기 연장부가 상기 제3수평 링크와 회전 연결되는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇용 엔드 이펙터.
   
3. 산업용 로봇용 엔드 이펙터에 있어서,
   베이스;
   상기 베이스에 전면에 일단이 회전 고정되는 제3수평 링크;
   상기 제3수평 링크와 동일한 길이이며, 일단이 상기 베이스 전면에 회전 고정되는 제2수평 링크;
   상기 제3수평 링크의 끝단과 상기 제2수평 링크의 끝과 회전 연결되며, 연장부를 포함하는 제1수직 링크;
   상기 제1수직 링크의 연장부에 회전 연결되는 제1수평 링크;
   상기 베이스 배면에 상기 제3수평 링크가 회전 고정된 지점에 일단이 고정되어 제3수평 링크와 동일하게 회전하며, 상기 제1수평 링크와 동일한 길의 제3배면 링크;
   상기 베이스 배면에 상기 제2수평 링크가 회전 고정된 지점에 일단이 회전 고정되며, 상기 제1수평 링크와 동일한 길이의 제2배면 링크; 및
   상기 제3배면 링크의 타단, 상기 제2배면 링크의 타단 및 제1수평 링크의 끝단과 회전 연결되는 제2수직 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇용 엔드 이펙터.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스는 피칭 액추에이터를 더 포함하며, 상기 피칭 액추에이터의 회전축은 상기 제3수평 링크의 일단과 고정되는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇용 엔드 이펙터.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 베이스는 롤링 액추에이터를 매개로 로봇 암에 부착되는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇용 엔드 이펙터.
   

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