KR20160122296A - 손목장치 및 이를 포함하는 다관절 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 툴암의 구동시 발생하는 소음을 감소시킬 수 있는 다관절 로봇에 관한 것이다.
이를 위해, 다관절 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 툴암을 구동하기 위한 툴암구동부를 포함하되, 상기 툴암구동부는 툴암모터의 회전수를 감소시키고 감소된 회전수를 다시 증감시켜 툴암으로 전달하도록 형성되는 것을 손목장치 및 이를 포함하는 다관절 로봇을 제공한다.

Description

손목장치 및 이를 포함하는 다관절 로봇{Wrist Apparatus and articulated robot having the same}

본 발명은 툴암의 구동시 발생하는 소음을 감소시킬 수 있는 다관절 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 다관절 로봇은 툴기구가 장착되는 툴암을 구동하기 위한 툴암구동부가 손목장치 내부에 내장되어 툴암의 동작이 이루어진다.

종래의 툴암구동부의 구조를 보면, 툴암모터의 작동에 의해 툴암모터에 설치된 풀리가 회전하면 그 회전력을 전달받아 회전 수를 유지한 채 다시 툴암측으로 회전력을 전달하고 최종적으로 감속기에 의해 툴암의 동작을 위한 속도로 조정되도록 구성된다.

하지만, 이때 종래의 다관절 로봇의 경우, 툴암을 구동하기 위해서 툴암모터의 회전 수와 같이 높은 속도로 회전하는 베벨기어에 의해 소음이 발생하는 문제가 있다.

미국등록특허공보 제8,020,467호 (등록일 2011.09.20)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 툴암을 구동할 때 발생하는 소음을 감소시킬 수 있는 손목장치 및 이를 포함하는 다관절 로봇을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 다관절 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 툴암을 구동하기 위한 툴암구동부를 포함하되, 상기 툴암구동부는 툴암모터의 회전수를 감소시키고 감소된 회전수를 다시 증감시켜 툴암으로 전달하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 상기 툴암구동부는, 암베이스에 내장되는 툴암모터; 상기 툴암모터에 설치되는 제1풀리; 상기 제1풀리에 일측이 걸어지는 벨트; 상기 벨트 타측이 걸어지는 제2풀리; 상기 제2풀리에 설치되는 제1베벨기어; 상기 제1베벨기어와 맞물리도록 배치되는 제2베벨기어; 및 상기 제2베벨기어 일측에 고정되어 제2베벨기어의 회전에 의해 툴암이 회전할 수 있도록 툴암에 설치되는 매개부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2풀리는 제1풀리의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제2베벨기어는 제1베벨기어 보다 기어 수가 적게 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 본 발명에 따른 손목장치를 포함하는 다관절 로봇은, 베이스에 결합되는 선회부; 선회부에 결합되는 로어프레임; 로어프레임에 결합되는 어퍼프레임; 및 일측이 어퍼프레임에 결합되고, 타측에 툴기구가 장착되는 손목장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 손목장치 및 이를 포함하는 다관절 로봇은 다음과 같은 효과가 있다.

툴암을 구동하기 위한 툴암모터의 제1풀리의 회전력은 제1풀리 보다 상대적으로 직경이 큰 제2풀리로 전달되도록 하고, 다시 제2풀리와 연결된 제1베벨기어 보다 기어수가 적게 형성된 제1풀리로 회전력을 전달되도록 하여, 툴암모터의 회전에 의해 제1베벨기어의 회전 수를 감속되고, 다시 제2베벨기어의 회전 수를 증속시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 툴암 구동시 제1베벨기어가 낮은 회전 수로 구동될 수 있어 소음을 감소시키며, 제2베벨기어의 높은 회전 수에 의해 툴암은 빠르게 동작될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다관절 로봇의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다관절 로봇의 개념적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 손목장치의 구성을 나타낸 측면도.
도 4는 툴암구동부의 개념적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 손목장치의 툴암구동부 부분을 나타낸 단면도.

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

도 1은 본 발명에 따른 다관절 로봇의 개략적인 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 다관절 로봇의 개념적인 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 손목장치의 구성을 나타낸 측면도, 도 4는 툴암구동부의 개념적인 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 손목장치의 툴암구동부 부분을 나타낸 단면도이다.

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

이를 위해, 본 발명에 따른 다관절 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 케이블이 설치된다. 케이블은 툴기구(200)에 전원을 공급한다.

이하에서는 본 발명에 따른 다관절 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 다관절 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 장착된다.

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.

상기 암베이스(110)는 연결암(120) 및 툴암(130)을 구동하기 위한 연결암모터(미도시) 및 툴암모터(310)를 내장한다.

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 연결암모터와 연결암모터의 구동에 의해 연결암(120)을 구동시키기 위한 축을 포함한다.

연결암(120)은 연결암모터를 포함하는 연결축(120a)에 의해 회전한다.

연결암모터는 일례로 연결암(120)에 설치될 수 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(310)와 툴암모터(310)의 구동에 의해 툴암(120)을 구동시키기 위한 축을 포함한다.

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

다음으로, 상기 툴암(131)을 구동하기 위해서 암베이스(110), 연결암(120), 툴암(130) 내부에는 툴암구동부(300)가 설치될 수 있다.

상기 툴암구동부(300)는 크게, 툴암모터(310), 제1풀리(320), 벨트(330), 제2풀리(340), 제1베벨기어(350), 제2베벨기어(360), 매개부(370)을 포함하여 구성된다.

상기 툴암구동부(300)는 툴암모터(310)의 회전수를 감소시키고 감소된 회전수를 다시 증감시켜 툴암(130)으로 전달하도록 형성된다.

상기 툴암모터(310)는 암베이스(110) 내부에 설치된다.

그리고 상기 툴암모터(310)의 회전축에는 제1풀리(320)가 설치된다.

또한, 상기 제1풀리(320)에는 이격된 위치로 회전력을 전달하기 위해 벨트(330) 일측이 걸어지도록 설치된다.

그 다음, 상기 제1풀리(320)와 일정 거리를 두고 이격된 상태로 상기 벨트(330)의 타측이 걸어지는 제2풀리(340)가 배치되고, 상기 제2풀리(340) 중심에는 제1베벨기어(350)가 수직하게 설치된다.

이때, 상기 제2풀리(340)는 제1풀리(320) 보다 직경이 크게 형성된다.

이는, 툴암모터(310)의 회전에 따라 회전하는 제1풀리(320)의 회전 수 보다 적은 회전 수로 회전되도록 하기 위한 것으로, 예컨대, 제1풀리(320)가 10회전 한다고 했을 때, 제2풀리(340)는 5회전만 회전될 수 있도록 제2풀리(340)의 직경을 크게 형성할 수 있게 된다.

즉, 제1풀리(320)의 회전 수 보다 상대적으로 적게 회전될 수 있도록 구성할 수 있는 것이다.

한편, 상기 제1베벨기어(350)는 제2풀리(340)의 회전에 따라 같이 회전될 수 있도록 제2풀리(340)에 결합된다.

그리고 상기 제1베벨기어(350)와 맞물리도록 제2베벨기어(360)가 배치된다.

여기서 상기 제2베벨기어(360)는 제1베벨기어(350)의 기어 수에 비해 상대적으로 적은 기어 수를 갖도록 형성된다.

즉, 제1베벨기어(350)의 기어 수가 40개로 이루어졌다고 했을 때, 제2베벨기어(360)의 기어 수는 20개로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 제1베벨기어(350)가 10회전 할 경우 제2베벨기어(360)는 20회전을 할 수 있도록 구성될 수 있다.

이에 따라, 제1베벨기어(350)의 회전 속도 보다 제2베벨기어(360)의 회전속도가 상대적으로 높아지도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1베벨기어(350)와 제2베벨기어(360)의 중심을 지지하기 위해 지지부재가 설치될 수도 있다.

한편, 상기 제2베벨기어(360)의 중심축 일측에는 매개부(370)가 설치된다.

상기 매개부(370)는 제2베벨기어(360)의 회전력을 툴암(130)으로 전달하기 위한 구성으로, 툴암(130) 내부에 내장된다.

상기 매개부(370)는 제2베벨기어(360)의 회전력을 전달하기 위해 마찰되는 부분에 설치되는 베어링을 포함한다.

이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여, 상기 손목장치의 툴암의 작용에 대하여 자세히 설명한다.

먼저, 툴암모터(310)가 작동하여 툴암모터(310)의 축이 회전하면 툴암모터(310) 축에 설치된 제1풀리(320)가 회전한다.

그 다음, 제1풀리(320)와 제2풀리(40)를 연결하는 벨트(330)에 의해 제1풀리(320)의 회전력은 제2풀리(340)로 전달된다.

이때, 제1풀리(320) 보다 직경이 작은 제2풀리(340)로 인해 제2풀리(340)의 회전 수는 제1풀리(320)에 비해 상대적으로 적은 회전 수를 갖는다.

그 다음, 제2풀리(340)와 연결된 제1베벨기어(350)가 제2풀리(340)의 회전에 따라 회전하게 된다.

그 다음, 제1베벨기어(350)와 맞물린 제2베벨기어(360)가 회전하게 된다.

이때, 제1베벨기어(350) 보다 상대적으로 적은 기어 수를 가진 제2베벨기어(260)는 제1베벨기어(350) 보다 많은 회전 수를 가지면서 상대적으로 빠른 속도로 회전할 수 있게 된다.

그 다음, 제2베벨기어(360)와 연결되도록 툴암(130) 내부에 설치된 매개부(370)에 의해 제2베벨기어(360)의 회전에 따라 툴암(130)이 회전될 수 있게 된다.

상기 설명한 바와 같이, 툴암(130)을 구동하기 위한 툴암모터(310)의 제1풀리(320)의 회전력은 제1풀리(320) 보다 상대적으로 직경이 큰 제2풀리(340)로 전달되도록 하고, 다시 제2풀리(340)와 연결된 제1베벨기어(350) 보다 기어수가 적게 형성된 제1풀리(320)로 회전력을 전달되도록 하여, 툴암모터(310)의 회전에 의해 제1베벨기어(350)의 회전 수를 감속되고, 다시 제2베벨기어(360)의 회전 수를 증속시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 툴암(130) 구동시 제1베벨기어(350)가 낮은 회전 수로 구동될 수 있어 소음을 감소시키며, 제2베벨기어(360)의 높은 회전 수에 의해 툴암(130)은 빠르게 동작될 수 있는 특징이 있는 것이다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

1: 로봇 2: 베이스
3: 선회부 4: 로어프레임
5: 어퍼프레임 10: 케이블
100: 손목장치 110: 암베이스
120: 연결암 130: 툴암
200: 툴기구 300: 툴암구동부
310: 툴암모터 320: 제1풀리
330: 벨트 340: 제2풀리
350: 제1베벨기어 360: 제2베벨기어
370: 매개부

Claims (4)

1. 다관절 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 툴암을 구동하기 위한 툴암구동부를 포함하되, 상기 툴암구동부는 툴암모터의 회전수를 감소시키고 감소된 회전수를 다시 증감시켜 툴암으로 전달하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 손목장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 상기 툴암구동부는,
   암베이스에 내장되는 툴암모터;
   상기 툴암모터에 설치되는 제1풀리;
   상기 제1풀리에 일측이 걸어지는 벨트;
   상기 벨트 타측이 걸어지는 제2풀리;
   상기 제2풀리에 설치되는 제1베벨기어;
   상기 제1베벨기어와 맞물리도록 배치되는 제2베벨기어; 및
   상기 제2베벨기어 일측에 고정되어 제2베벨기어의 회전에 의해 툴암이 회전할 수 있도록 툴암에 설치되는 매개부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 손목장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제2풀리는 제1풀리의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제2베벨기어는 제1베벨기어 보다 기어 수가 적게 형성되도록 구성되는 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 손목장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.

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