KR20160095723A - 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손목장치에 케이블이 내장되는 케이블 내장형 로봇에 관한 것이다.
이를 위해, 케이블 내장형 로봇의 손목장치에 있어서, 어퍼프레임에 설치되고 암베이스축을 중심으로 회전하는 암베이스; 상기 암베이스에 설치되고 연결축을 중심으로 회전하는 연결암; 및 상기 연결암에 설치되고 툴암축을 중심으로 회전하며 툴기구가 설치되는 툴암;을 포함하여 구성되고, 상기 연결암과 툴암 사이에는 연결암의 반복적인 구동시 케이블이 손상되는 것을 방지하기 위해 절곡부재가 더 설치되는 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇을 제공한다.

Description

손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇{Wrist Apparatus and Inner-cable Robot having the same}

본 발명은 손목장치에 케이블이 내장되는 케이블 내장형 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 선박, 차량, 건설기계, 핸드폰 등(이하, '대상물'이라 함)은 다양한 부품들이 조립됨으로써 제조된다. 예컨대, 대상물을 구성하는 부품에 대한 용접공정, 이송공정, 도장공정 등의 제조공정을 거쳐 대상물을 제조하는 공정이 이루어진다. 이러한 제조공정에 로봇이 이용된다.

로봇은 제조공정을 수행하기 위한 툴기구가 장착되는 손목장치를 포함한다. 예컨대, 용접공정을 수행하는 경우, 손목장치에는 용접기능을 갖는 툴기구가 장착된다. 이송공정을 수행하는 경우, 손목장치에는 리프트기능을 갖는 툴기구가 장착된다. 도장공정을 수행하는 경우, 손목장치에는 도장기능을 갖는 툴기구가 장착된다. 이러한 손목장치에는 툴기구에 전원 등을 공급하기 위한 케이블이 설치된다. 툴기구는 케이블을 통해 공급되는 전원 등을 이용하여 제조공정을 수행한다.

여기서, 종래 기술에 따른 로봇은 케이블이 손목장치의 외부에 위치되게 설치되었다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 로봇은 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 종래 기술에 따른 로봇은 제조공정을 수행하기 위해 손목장치가 구동하는 과정에서, 손목장치의 외부에 설치된 케이블이 주변에 위치한 기구물 등에 충돌할 위험이 있는 문제가 있다.

둘째, 종래 기술에 따른 로봇은 손목장치의 외부에 설치된 케이블로 인해 손목장치의 구동반경이 증가하게 된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 로봇은 손목장치의 구동을 위해 더 넓은 작업공간이 확보되어야 하므로, 작업공간에 대한 활용도를 저하시키는 문제가 있다.

셋째, 손목장치에 있어 툴기구가 동작하기 위해 손목장치가 작동할 때에 케이블이 내부 부속과 접촉하면서 손상되는 문제가 있다.

미국등록특허공보 제8,020,467호 (등록일 2011.09.20)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 케이블이 주변에 위치한 기구물에 충돌하는 것을 방지할 수 있는 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 케이블로 인한 구동반경 증가를 줄일 수 있고, 작업공간에 대한 활용도를 향상시킬 수 있는 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇을 제공하기 위한 것이다.

또한, 연결암의 반복적인 구동시 케이블이 손상되는 것을 방지할 수 있는 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 손목장치는, 케이블 내장형 로봇의 손목장치에 있어서, 어퍼프레임에 설치되고 암베이스축을 중심으로 회전하는 암베이스; 상기 암베이스에 설치되고 연결축을 중심으로 회전하는 연결암; 및 상기 연결암에 설치되고 툴암축을 중심으로 회전하며 툴기구가 설치되는 툴암;을 포함하여 구성되고, 상기 연결암과 툴암 사이에는 연결암의 반복적인 구동시 케이블이 손상되는 것을 방지하기 위해 절곡부재가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 절곡부재는, 연결암과 툴암 사이에 고정되는 설치부; 상기 설치부의 타측에 형성되고 직경이 점차적으로 확장되어 경사진 형태를 갖는 절곡부; 및 상기 설치부와 절곡부를 연결하고 케이블이 관통되는 통로부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절곡부재는, 케이블이 회전하는 방향 양측으로 일부가 절개된 절개부가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 본 발명에 따른 손목장치를 포함하는 케이블 내장형 로봇은, 베이스에 결합되는 선회부; 선회부에 결합되는 로어프레임; 로어프레임에 결합되는 어퍼프레임; 및 일측이 어퍼프레임에 결합되고, 타측에 툴기구가 장착되는 상기 손목장치를 포함하고, 손목장치는 내부에 툴기구와 연결되는 케이블이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

본 발명은 손목장치 내부로 케이블이 내장되도록 함으로써 케이블로 인한 구동반경 증가를 줄일 수 있고, 작업공간에 대한 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 연결암과 툴암 사이에 절곡부재를 설치하여 연결암의 반복적인 구동에도 케이블이 손상되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 개념적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 손목장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 손목장치에 내장되는 케이블의 파손을 방지하는 절곡부재의 사시도.
도 5는 손목장치의 툴암 작동 전 상태를 나타낸 사용상태도.
도 6은 손목장치의 툴암 작동 후 상태를 나타낸 사용상태도.

이하에서는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 손목장치는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇에 포함되므로, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 실시예를 설명하면서 함께 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 개략적인 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇의 개념적인 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 손목장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 손목장치에 내장되는 케이블의 파손을 방지하는 절곡부재의 사시도, 도 5는 손목장치의 툴암 작동 전 상태를 나타낸 사용상태도, 도 6은 손목장치의 툴암 작동 후 상태를 나타낸 사용상태도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 선박, 차량, 건설기계, 핸드폰 등의 대상물에 대한 제조공정을 수행하기 위한 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 대상물 또는 대상물을 구성하는 부품에 대한 용접공정, 이송공정, 도장공정 등의 제조공정을 수행할 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 베이스(2)에 결합되는 선회부(3), 선회부(3)에 결합되는 로어프레임(Lower Frame, 4), 로어프레임(4)에 결합되는 어퍼프레임(Upper Frame, 5), 및 어퍼프레임(5)에 결합되는 손목장치(100)를 포함한다. 손목장치(100)에는 제조공정을 수행할 수 있는 툴기구(200)가 장착된다. 손목장치(100)는 내부에 툴기구(200)에 연결되는 케이블(10)이 설치된다. 케이블(10)은 툴기구(200)에 전원을 공급한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 제조공정을 수행하기 위해 손목장치(100)가 구동하는 과정에서 케이블(10)이 주변에 위치한 기구물에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 이에 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 제조공정에 대한 안전성을 향상시킬 수 있고, 케이블(10)이 기구물에 충돌함에 따라 제조공정이 정지되는 시간을 줄임으로써 제조공정에 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)은 케이블(10)로 인한 손목장치(100)의 구동반경 증가를 줄일 수 있으므로, 작업공간에 대한 활용도를 향상시킬 수 있고, 동일한 크기의 작업공간에서 더 많은 대상물 또는 부품에 대해 제조공정을 수행할 수 있으므로 대상물에 대한 생산성을 증대시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)의 선회부(3), 로어프레임(4), 어퍼프레임(5), 및 손목장치(100)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 선회부(3)는 베이스(2)에 결합된다. 베이스(2)는 본 발명에 따른 케이블 내장형 로봇(1)이 설치되는 작업공간의 바닥면에 설치될 수 있다. 선회부(3)는 베이스(2)에 선회축(3a, 도 2에 도시됨)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 선회부(3)가 선회축(3a)을 중심으로 회전함에 따라, 손목장치(100)는 선회축(3a)을 중심으로 회전할 수 있다. 선회축(3a)은 바닥면에 대해 직교하는 방향을 향할 수 있다. 바닥면을 수평방향(x 방향)으로 정의할 때, 선회축(3a)은 수직방향(z 방향)이 된다.

선회부(3)는 선회유닛(31, 도 1에 도시됨)에 의해 회전한다. 선회유닛(31)은 일례로 베이스(2)에 설치될 수 있다. 다른 예로, 선회유닛(31)은 선회부(3)에 설치될 수도 있다. 선회유닛(31)은 구동력을 발생시키는 선회모터(미도시)를 포함할 수 있다. 선회유닛(31)은 선회모터에 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 로어프레임(4)은 선회부(3)에 결합된다. 로어프레임(4)은 선회부(3)에 로어축(4a, 도 2에 도시됨)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 로어프레임(4)이 로어축(4a)을 중심으로 회전함에 따라, 손목장치(100)는 로어축(4a)을 중심으로 회전할 수 있다. 로어축(4a)은 선회축(3a)에 대해 직교하는 방향을 향할 수 있다. 선회축(3a)이 수직방향(z 방향)을 향하는 경우, 로어축(4a)은 수평방향(x 방향)이 된다.

로어프레임(4)은 로어유닛(41, 도 1에 도시됨)에 의해 회전한다. 로어유닛(41)은 일례로, 선회부(3)에 설치될 수 있다. 다른 예로, 로어유닛(41)은 로어프레임(4)에 설치될 수도 있다. 로어유닛(41)은 구동력을 발생시키는 로어모터(미도시)를 포함할 수 있다. 로어유닛(41)은 로어모터에 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 어퍼프레임(5)은 로어프레임(4)에 결합된다. 어퍼프레임(5)은 로어프레임(4)에 어퍼축(5a, 도 2에 도시됨)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 어퍼프레임(5)이 어퍼축(5a)을 중심으로 회전함에 따라, 손목장치(100)는 어퍼축(5a)을 중심으로 회전할 수 있다. 어퍼축(5a)은 로어축(4a)에 대해 평행한 방향을 향할 수 있다. 로어축(4a)이 수평방향(x 방향)을 향하는 경우, 어퍼축(5a)도 수평방향(x 방향)을 향한다.

어퍼프레임(5)은 어퍼유닛(51, 도 1에 도시됨)에 의해 회전한다. 어퍼유닛(51)은 일례로, 로어프레임(4)에 설치될 수 있다. 다른 예로, 어퍼유닛(51)은 어퍼프레임(5)에 설치될 수도 있다. 어퍼유닛(51)은 구동력을 발생시키는 어퍼모터(미도시)를 포함할 수 있다. 어퍼유닛(51)은 어퍼모터에 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수도 있다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 손목장치(100)는 일측에 어퍼프레임(5)이 결합되고, 타측에 툴기구(200)가 장착되고, 그 내부에 케이블(10)이 설치된다.

손목장치(100)는 케이블 설치부(CS)를 포함할 수 있다. 케이블 설치부(CS)는 손목장치(100)를 관통하여 형성된다. 이에 따라, 케이블(10)은 케이블 설치부(CS)를 통해 손목장치(100)를 관통하여 툴기구(200)에 연결될 수 있다.

손목장치(100)는 도 2 에 도시한 바와 같이, 암베이스(110), 연결암(120), 및 툴암(130)을 포함한다.

암베이스(110)는 어퍼프레임(5)에 암베이스축(110a)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 암베이스(110)가 암베이스축(110a)을 중심으로 회전함에 따라, 툴기구(200)는 암베이스축(110a)을 중심으로 회전한다. 암베이스축(110a)은 암베이스(110)에 대한 자전축으로 기능할 수 있다.

암베이스(110)는 암베이스유닛(도시하지 않음)에 의해 회전한다. 암베이스유닛은 일례로, 암베이스(110)에 설치될 수 있다. 다른 예로, 암베이스유닛은 어퍼프레임(5)에 설치될 수도 있다. 암베이스유닛은 구동력을 발생시키는 암베이스모터(미도시)를 포함할 수 있다. 암베이스유닛은 암베이스모터에 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수 있다.

연결암(120)은 암베이스(110)에 연결축(120a)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 연결암(120)이 연결축(120a)을 중심으로 회전함에 따라, 툴기구(200)는 연결축(120a)을 중심으로 회전할 수 있다. 연결축(120a)은 어퍼축(5a)에 평행한 방향을 향할 수 있다.

여기서, 상기 연결축(120a)은 연결암모터(121)와 연결암모터(121)의 구동에 의해 연결암(120)을 구동시키기 위한 축을 포함한다.

연결암(120)은 연결암모터(121)를 포함하는 연결축(120a)에 의해 회전한다.

연결암모터(121)는 일례로 연결암(120)에 설치될 수 있다. 다른 예로 연결암모터(121)는 암베이스(110) 또는 어퍼프레임(5)에 설치될 수도 있다. 연결암모터(121)는 연결암(120)과 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수도 있다.

툴암(130)은 연결암(120)에 툴암축(130a)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 툴암(130)이 툴암축(130a)을 중심으로 회전함에 따라, 툴기구(200)는 툴암축(130a)을 중심으로 회전할 수 있다. 툴암축(130a)은 툴암(130)에 대한 자전축으로 기능할 수 있다.

여기서, 상기 툴암축(130a)은 툴암모터(131)와 툴암모터(131)의 구동에 의해 툴암(120)을 구동시키기 위한 축을 포함한다.

툴암(130)은 툴암모터(131)를 포함하는 툴암축(120a)에 의해 회전한다.

툴암모터(131)는 일례로 툴암(130)에 설치될 수 있다. 다른 예로, 툴암모터(131)는 연결암(120), 암베이스(110) 또는 어퍼프레임(5)에 설치될 수도 있다.

툴암모터(131)는 툴암(130)과 연결되는 감속기, 벨트, 기어를 포함할 수도 있다.

한편, 상기 연결암(120)과 툴암(130) 사이에는 절곡부재(300)가 더 설치된다.

상기 절곡부재(300)는 연결암(120)의 반복적인 구동시 케이블(10)이 손상되는 것을 방지하기 위해 연결암(120)과 툴암(130) 사이에 설치된다.

상기 절곡부재(300)는 연결암(120)이 회전하면서 내장된 케이블(10)이 연결암(120) 또는 툴암(130)의 내부와 접촉되어 마찰이 일어나면서 케이블(10)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

따라서, 연결암(120)의 반복적인 구동에 의해 케이블(10)이 손상되지 못하도록 연결암(120)과 툴암(130)의 사이, 즉, 연결암(120)이 회동하는 위치에 설치되어 케이블(10)이 꺾어지는 구간을 보호할 수 있게 된다.

상기 절곡부재(300)는 크게, 설치부(310), 절곡부(320), 통로부330)로 이루어진다.

상기 설치부(310)는 연결암(120)과 툴암(130) 사이에 고정된다.

설치부(310)는 테두리가 수직으로 형성되고 내부는 관통된 형태를 갖는다.

이때, 상기 설치부(310)의 테두리 부분은 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 절곡부(320)는 상기 설치부(310)의 타측에 형성된다.

상기 절곡부(320)는 연결암(120)이 구동되는 중심, 즉, 케이블(10)이 꺾어지는 구간에 위치된다.

상기 절곡부(320)는 내부가 관통된 형태로 중앙에서 부터 직경이 점차적으로 확장되어 끝단이 경사진 형태를 갖는다.

또한, 절곡부(320)에 있어 경사가 시작되고 직경이 확장되는 부분은 곡면으로 처리되는 것이 바람직하다.

이는, 케이블(10)이 절곡부재(300)에 밀착된 상태로 연결암(120)이 회동할 경우 절곡부(320)에 의해 케이블(10)이 손상되지 않도록 하기 위함이다.

따라서, 절곡부(320)의 경사가 시작되는 부분에는 완만한 곡면으로 처리되는 것이 바람직하다.

한편, 통로부(330)는 케이블(10)이 관통되는 부분이다.

상기 통로부(330)는 설치부(310)와 절곡부(320)를 연결하도록 형성되고 내부에 케이블(10)이 관통되는 케이블 관통홀(331)이 형성된다.

즉, 설치부(310)의 중앙측 끝단과 절곡부(320)의 경사가 시작되는 부분을 연결하도록 동일한 직경으로 형성된다.

이때, 상기 설치부(310)와 절곡부(320)를 연결하는 모서리 부분은 완만한 곡면을 이루도록 형성된다.

한편, 상기 절곡부재(300)는 연결암(120)에 의해 케이블(10)이 회전하는 방향 양측으로 일부가 절개된 절개부(340)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 절개부(340)는 절곡부재(300)를 제작하는데 있어 불필요한 부분의 부피를 줄여 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있는 것으로, 실제 연결암(120)이 회동하는 방향에 대해서 케이블(10)이 꺾어지는데 따른 것이다.

즉, 케이블(10)이 절곡부재(300)와 밀착되는 부분에만 설치부(310) 및 절곡부(320)가 형성되도록 하여 불필요한 요소를 줄임으로써 제작의 간소화 및 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는 도 5 내지 도 6을 참조하여, 상기 손목장치의 작용에 대하여 자세히 설명한다.

먼저, 암베이스(110)부터 툴암(130)까지 케이블(10)이 내장되어 관통되도록 하고, 연결암(120)과 툴암(130) 사이에 절곡부재(300)를 설치하여 케이블 관통홀(331) 내부로 케이블(10)이 관통되도록 한다.

그 다음, 상기 연결암(120)이 구동되어 회동하게 되면, 연결암(120)이 회동되는 부분에 위치된 절곡부재(300)의 절곡부(320)에 케이블(10)이 밀착되어 완만한 경사를 이루도록 꺾어지게 된다.

이때, 연결암(120)이 상측과 하측으로 회동하면 이에 대하여 케이블(10)은 절곡부(320)의 상측과 하측의 경사진 부분과 밀착되면서 연결암(120) 또는 툴암(130)의 내부 부속들과 접촉되지 못하도록 차단된다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 손목장치 및 이를 포함하는 케이블 내장형 로봇은 손목장치(100) 내부로 케이블(10)이 내장되도록 함으로써 케이블(10)로 인한 구동반경 증가를 줄일 수 있고, 작업공간에 대한 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 연결암(120)과 툴암(130) 사이에 절곡부재(300)를 설치하여 연결암(120)의 반복적인 구동에도 케이블(10)이 손상되지 않도록 할 수 있는 특징이 있는 것이다.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 로봇 2: 베이스
3: 선회부 4: 로어프레임
5: 어퍼프레임 10: 케이블
100: 손목장치 110: 암베이스
111: 모터설치부 120: 연결암
130: 툴암 200: 툴기구
300: 절곡부재 310: 설치부
320: 절곡부 330: 통로부
340: 절개부 CS: 케이블 설치부

Claims (4)

1. 케이블 내장형 로봇의 손목장치에 있어서,
   어퍼프레임에 설치되고 암베이스축을 중심으로 회전하는 암베이스;
   상기 암베이스에 설치되고 연결축을 중심으로 회전하는 연결암; 및
   상기 연결암에 설치되고 툴암축을 중심으로 회전하며 툴기구가 설치되는 툴암;을 포함하여 구성되고,
   상기 연결암과 툴암 사이에는 연결암의 반복적인 구동시 케이블이 손상되는 것을 방지하기 위해 절곡부재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 손목장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 절곡부재는,
   연결암과 툴암 사이에 고정되는 설치부;
   상기 설치부의 타측에 형성되고 직경이 점차적으로 확장되어 경사진 형태를 갖는 절곡부; 및
   상기 설치부와 절곡부를 연결하고 케이블이 관통되는 통로부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 손목장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 절곡부재는, 케이블이 회전하는 방향 양측으로 일부가 절개된 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 손목장치.
4. 베이스에 결합되는 선회부;
   선회부에 결합되는 로어프레임;
   로어프레임에 결합되는 어퍼프레임; 및
   일측이 어퍼프레임에 결합되고, 타측에 툴기구가 장착되는 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 손목장치를 포함하고,
   손목장치는 내부에 툴기구와 연결되는 케이블이 설치되는 것을 특징으로 하는 케이블 내장형 로봇.

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