KR20170078939A - 직교좌표 로봇 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 직교좌표 로봇 장치는, 가이드 레일을 따라 이동하여 대상물을 이송시키는 직교좌표 로봇장치에 있어서, 일단이 상기 가이드레일에 연결되고, 상기 가이드레일을 따라 직선왕복운동하는 프레임; 상기 프레임과 이격되어 형성되고, 대상물과 접촉되는 엔드이펙터; 일단이 상기 프레임의 타단에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터에 회동가능하도록 결합되는 회전암; 및 일단이 상기 프레임의 타단의 상측에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터의 상측에 회동가능하도록 결합되는 자세제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 직교좌표 로봇장치에 의하면, 프레임의 일단에 회전암이 구비되어, 프레임이 가이드레일을 따라 이동할 때 회전암이 함께 회전함으로써 엔드이펙터의 수직이동이 가능하다. 또한 회전암을 구비함에 따라 설치 시 필요한 높이를 줄일 수 있어 공간의 활용성이 좋다. 그리고 자세제어부가 4절 링크의 구조로 구동되어 회전암의 회전시에도 엔드이펙터의 방향을 일정하게 유지할 수 있어, 대상물을 안전하고 빠르게 이송가능하며, 생산 효율성이 높다.

Description

직교좌표 로봇 장치{Apparatus for cartesian coordinates robot}

본 발명은 직교좌표 로봇장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가이드레일을 따라 이동하여 대상물을 이송시키는 직교좌표 로봇장치에 관한 것이다.

일반적으로 공장자동화에서 사용되는 직교좌표 로봇장치(Gantry robot)는 제품이송용으로 많은 부분을 차지하고 있다. 직교좌표 로봇장치는 넓은 간격을 두고 이격되어 형성된 한 쌍의 수직프레임과 한 쌍의 수직프레임의 사이를 연결시키는 수평빔을 포함하며, 수평빔에 구비된 레일을 따라 이동하여 무거운 기계, 재료등의 대상물을 끌어 올리거나 운반하는데 사용된다.

종래의 직교좌표 로봇장치에 관한 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2009-0131514호가 개시되어 있다.

하지만 종래의 직교좌표 로봇장치는, 상부에 설치되어 평면적 공간의 활용도가 좋지만, 설치 시 구동에 필요한 높이가 높아야 함으로 수직방향의 공간적 제약이 많다. 따라서 수직방향의 공간 활용성이 좋지 않다.

또한 종래의 직교좌표 로봇장치는 구동부에 걸리는 부하가 크므로 용량이 큰 모터를 사용해야 함으로써 중량이 커진다. 따라서 구동의 고장이 발생했을 시 위험성이 높으며, 보수성이 떨어진다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 공간 효율성이 높고 중량감소가 가능하여 안정적인 고속이동이 가능한 직교좌표 로봇장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직교좌표 로봇장치는, 가이드 레일을 따라 이동하여 대상물을 이송시키는 직교좌표 로봇장치에 있어서, 일단이 상기 가이드레일에 연결되고, 상기 가이드레일을 따라 직선왕복운동하는 프레임; 상기 프레임과 이격되어 형성되고, 대상물과 접촉되는 엔드이펙터; 및일단이 상기 프레임의 타단에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터에 회동가능하도록 결합되는 회전암; 및 일단이 상기 프레임의 타단의 상측에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터의 상측에 회동가능하도록 결합되는 자세제어부를 포함한다.

여기서 상기 회전암은, 절곡된 형상으로, 하나 이상의 홀이 형성될 수 있다.

또한 상기 프레임이 상기 가이드레일을 따라 엔드이펙터의 반대방향으로 이동하면, 상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동하여, 상기 엔드이펙터가 상측으로 이동할 수 있다.

또한 상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동하면,상기 엔드이펙터가 상기 자세제어부의 타단을 기준으로 반시계방향으로 회동하여 상기 엔드이펙터의 방향이 유지될 수 있다.

또한 상기 프레임이 상기 가이드레일을 따라 엔드이펙터측으로 이동하면, 상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동하여, 상기 엔드이펙터가 하측으로 이동할 수 있다.

또한 상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동하면, 상기 엔드이펙터가 상기 자세제어부의 타단을 기준으로 시계방향으로 회동하여 상기 엔드이펙터의 방향이 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 직교좌표 로봇장치에 의하면, 프레임의 일단에 회전암이 구비되어, 프레임이 가이드레일을 따라 이동할 때 회전암이 함께 회전함으로써 엔드이펙터의 수직이동이 가능하다.

또한 회전암을 구비함에 따라 설치 시 필요한 높이를 줄일 수 있어 공간의 활용성이 좋다.

그리고 자세제어부가 4절 링크의 구조로 구동되어 회전암의 회전시에도 엔드이펙터의 방향을 일정하게 유지할 수 있어, 대상물을 안전하고 빠르게 이송가능하며, 생산 효율성이 높다.

더불어 회전암에 홀이 형성되어 중량을 감소시킬 수 있으며, 용량이 작은 모터의 사용이 가능하여, 안정적인 고속이동이 가능하다. 따라서 소형화로 제작가능함으로 유지보수에 용이하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직교좌표 로봇 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 직교좌표 로봇 장치의 엔드이펙터가 상측으로 이동하는 구동상태를 단계적으로 도시한 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 직교좌표 로봇장치(10)는, 가이드 레일(R)을 따라 이동하여 대상물(P)을 이송시킨다. 하지만, 대상물(P)을 이송시키는 것에 한정하는 것은 아니며, 통상의 직교좌표 로봇장치(10)가 이용되는 용접, 조립 등의 용도로 적용가능 할 것이다. 상기 직교좌표 로봇장치(10)는 프레임(100), 엔드이펙터(200), 회전암(300), 자세제어부(400)를 포함한다.

상기 프레임(100)은 일단이 상기 가이드레일(R)에 연결되고, 상기 가이드레일(R)을 따라 직선왕복운동한다. 상기 가이드레일(R)은 직교좌표 로봇장치(10)가 설치되는 공장이나, 작업장의 상측에 구비되는 것이 바람직하며, 용도에 따라 측방향으로 설치도 가능할 것이다. 따라서 상기 프레임(100)은 설치되는 가이드레일(R)의 가이드에 대응하여 직선왕복운동하며 이동한다.

상기 엔드이펙터(End-effector)(200)는 상기 프레임(100)과 이격되어 형성되고, 대상물(P)과 접촉된다. 상기 엔드이펙터(200)는 상기 프레임(100)의 이동에 대응하여 이동함으로써 대상물(P)을 적절한 위치로 이송시킬 수 있다. 또한 상기 엔드이펙터(200)는 기 설정된 기준선을 기준으로 상측 및 하측으로 이동이 가능하며, 상기 엔드이펙터(200)가 기준선을 기준으로 상측 및 하측으로 이동함으로써 대상물(P)을 끌어올리거나 이송시킬 수 있다. 여기서 기 설정되는 기준선은 작업장의 위치나 대상물(P)을 이송시킬 위치에 대응하여 다양한 위치로 설정 가능할 것이다. 또한 상기 엔드이펙터(200)는 대상물(P)을 이송시키기 위하여 대상물(P)을 파지할 수 있는 그리퍼(Gripper) 뿐만 아니라 상기 직교좌표 로봇장치(10)의 사용용도에 따라 건(Gun), 토치(Torch) 등이 더 구비될 수 있다.

상기 회전암(300)은 일단이 상기 프레임(100)의 타단에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터(200)에 회동가능하도록 결합된다. 또한 상기 회전암(300)은 절곡된 형상으로, 하나 이상의 홀(310)이 형성된 것이 바람직하다. 상기 회전암(300)에 홀(310)이 형성됨으로써 전체적인 중량을 감소시켜주고, 중량이 감소됨에 따라 작은 모터의 사용에도 안전하게 고속이동이 가능하며, 소음이 감소될 수 있다. 상기 회전암(300)은 상기 프레임(100)과의 결합부위인 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 회동가능하며, 사용용도와 이송시킬 위치 등에 따라 시계방향 및 반시계방향으로 회동할 수 있다. 즉 상기 회전암(300)이 회전함으로써 상기 회전암(300)의 타단에 결합된 상기 엔드이펙터(200)가 함께 이동할 수 있으며, 상기 회전암(300)의 회동방향에 따라 상기 엔드이펙터(200)가 상측 및 하측으로 이동 할 수 있다. 또한 상기 회전암(300)은 상기 엔드이펙터(200)를 기설정된 기준선을 기준으로 상측 및 하측으로 이동시키기 위하여 상기 프레임(100)의 직선운동에 대응하여 회동하는 것이 바람직하다. 상기 회전암(300)을 회전시켜 상기 엔드이펙터(200)를 상측 및 하측으로 이동시킴으로써 작업가능 범위는 유지하고, 설치 시 필요한 높이를 줄일 수 있어 공간효율성을 높여준다.

상기 자세제어부(400)는 상기 엔드이펙터(200)의 방향을 제어하는 것으로, 일단이 상기 프레임(100)의 타단의 상측에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터(200)의 상측에 회동가능하도록 결합된다. 상기 자세제어부(400)는 상기 회전암(300)의 회동방향에 반대방향으로 회동함으로써 상기 엔드이펙터(200)를 일정한 방향으로 유지시킬 수 있다. 상기 자세제어부(400)의 일단과 타단의 직선거리는 상기 회전암(300)의 일단과 타단의 직선거리와 같은 것이 바람직하다. 또한 상기 프레임(100)에 결합되는 상기 회전암(300)과 상기 자세제어부(400)의 결합부위의 직선거리와 상기 엔드이펙터(200)에 결합되는 상기 회전암(300)과 상기 자세제어부(400)의 결합부위의 직선거리가 같은 것이 바람직하다. 따라서 상기 회전암(300)과 상기 자세제어부(400)의 결합부위의 직선거리가 마름모 형상으로 마주보는 길이가 같도록 결합되어 4절 링크구조를 이룸으로써 상기 회전암(300)이 회전운동을 하더라도 상기 엔드이펙터(200)가 반대반향으로 같은 각도만큼 회전가능하여 일정한 방향을 유지할 수 있다. 즉 상기 회전암(300)의 회전에도 상기 엔드이펙터(200)의 방향이 유지되어 대상물(P)을 안전하게 이송시킬 수 있다.

도 2는 직교좌표 로봇 장치(10)의 엔드이펙터(200)를 상측으로 이동시키기 위한 구동상태를 단계적으로 도시한 상태도이다. 도 2를 참조하여, 상기 직교좌표 로봇 장치(10)의 구동을 단계적으로 살펴본다.

도 2의 2a에 도시한 바와 같이, 상기 엔드이펙터(200)를 상측으로 이동시키기 위하여, 상기 프레임(100)이 상기 가이드레일(R)을 따라 엔드이펙터(200)의 반대방향(2a의 우측)으로 이동한다.

다음으로 도 2의 2b에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(100)이 엔드이펙터(200)의 반대방향(2a의 우측)으로 이동함에 따라 상기 회전암(300)은 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동한다. 상기 회전암(300)이 시계방향으로 회전함에 따라 상기 회전암(300)의 타단에 결합된 상기 엔드이펙터(200)가 상측으로 이동한다. 동시에 상기 회전암(300)이 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동하면, 상기 엔드이펙터(200)는 상기 자세제어부(400)에 의하여, 상기 자세제어부(400)의 타단을 기준으로 반시계방향으로 회동한다. 따라서 상기 엔드이펙터(200)의 방향을 유지시킬 수 있다. 상기 엔드이펙터(200)는 기 설정된 기준선(도 2의 점선)을 기준으로 상측으로 이동하고, 상기 프레임(100)은 상기 엔드이펙터(200)가 기 설정된 기준선(도 2의 점선)을 기준으로 이동 가능하도록 직선운동으로 그 위치를 조정할 수 있다.

도 2의 2c에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(100)이 상기 엔드이펙터(200)의 반대방향(도 2의 우측)으로 이동함에 상기 엔드이펙터(200)는 기 설정된 기준선(도 2의 점선)을 기준으로 상측으로 이동가능하며, 상기 자세제어부(400)를 통하여 그 방향이 계속적으로 유지될 수 있다. 따라서 대상물(P)을 빠르고 안전하게 이송가능하다.

다만 상기한 직교좌표 로봇장치(10)의 실시예는 상기 회전암(300)를 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 시계방향으로 회전시킴으로써 상기 프레임(100)을 기준으로 좌측(도 2의 좌측)에서 상기 엔드이펙터(200)를 상측으로 이송시키기 위한 것이다. 하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 회전암(300)을 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회전시킴으로써 상기 프레임(100)을 기준으로 우측(도 2의 우측)에서 상기 엔드이펙터(200)를 상측으로 이송시키는 용도로 적용할 수도 있다.

또한 상기 엔드이펙터(200)를 기 설정된 기준선을 기준으로 하측으로 이동시키기 위하여, 상기 프레임(100)이 상기 가이드레일(R)을 따라 엔드이펙터(200)측(2c의 좌측)으로 이동할 수 있다. 동시에 상기 회전암(300)이 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동하여, 상기 엔드이펙터(200)가 하측으로 이동가능하다. 또한, 상기 회전암(300)이 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동함에 따라, 상기 엔드이펙터(200)가 상기 자세제어부(400)에 의하여, 상기 엔드이펙터(200)와 결합된 상기 자세제어부(400)의 타단을 기준으로 시계방향으로 회동한다. 따라서 상기 회전암(300)의 회동에도 그 방향이 유지되어 안전하고 고속으로 대상물을 이송시킬 수 있다.

다만 상기한 직교좌표 로봇장치(10)의 실시예는 상기 회전암(300)를 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회전시킴으로써 상기 프레임(100)을 기준으로 좌측(도2의 좌측)에서 상기 엔드이펙터(200)를 하측으로 이송시키기 위한 것이다. 하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 회전암(300)를 상기 프레임(100)과 결합된 상기 회전암(300)의 일단을 기준으로 시계방향으로 회전시킴으로써 상기 프레임(100)을 기준으로 우측(도2의 우측)에서 상기 엔드이펙터(200)를 하측으로 이송시키는 용도로 적용할 수도 있다.

본 발명에 따른 직교좌표 로봇장치(10)에 의하면, 프레임(100)의 일단에 회전암(300)이 구비되어, 프레임(100)이 가이드레일(R)을 따라 이동할 때 회전암(300)이 함께 회전함으로써 엔드이펙터(200)의 수직이동이 가능하다.

또한 회전암(300)을 구비함에 따라 설치 시 필요한 높이를 줄일 수 있어 공간의 활용성이 좋다.

그리고 자세제어부(400)가 4절 링크의 구조로 구동되어 회전암(300)의 회전시에도 엔드이펙터(200)의 방향을 일정하게 유지할 수 있어, 대상물을 안전하고 빠르게 이송가능하며, 생산 효율성이 높다.

더불어 회전암(300)에 홀(310)이 형성되어 중량을 감소시킬 수 있으며, 용량이 작은 모터의 사용이 가능하여, 안정적인 고속이동이 가능하다. 따라서 소형화로 제작가능함으로 유지보수에 용이하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 직교좌표 로봇장치 100 : 프레임
200 : 엔드이펙터 300 : 회전암
310 : 홀 400 : 자세제어부
R : 가이드 레일 P : 대상물

Claims (6)

1. 가이드 레일을 따라 이동하여 대상물을 이송시키는 직교좌표 로봇장치에 있어서,
   일단이 상기 가이드레일에 연결되고, 상기 가이드레일을 따라 직선왕복운동하는 프레임;
   상기 프레임과 이격되어 형성되고, 대상물과 접촉되는 엔드이펙터;
   일단이 상기 프레임의 타단에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터에 회동가능하도록 결합되는 회전암; 및
   일단이 상기 프레임의 타단의 상측에 회동가능하도록 결합하고, 타단이 상기 엔드이펙터의 상측에 회동가능하도록 결합되는 자세제어부를 포함하는 직교좌표 로봇장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전암은,
   절곡된 형상으로, 하나 이상의 홀이 형성된 직교좌표 로봇장치.
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 프레임이 상기 가이드레일을 따라 엔드이펙터의 반대방향으로 이동하면,
   상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동하여,
   상기 엔드이펙터가 상측으로 이동하는 직교좌표 로봇장치.
4. 청구항 3 에 있어서,
   상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 시계방향으로 회동하면,
   상기 엔드이펙터가 상기 자세제어부의 타단을 기준으로 반시계방향으로 회동하여 상기 엔드이펙터의 방향이 유지되는 직교좌표 로봇장치.
5. 청구항 1 에 있어서,
   상기 프레임이 상기 가이드레일을 따라 엔드이펙터측으로 이동하면,
   상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동하여,
   상기 엔드이펙터가 하측으로 이동하는 직교좌표 로봇장치.
6. 청구항 5 에 있어서,
   상기 회전암이 상기 회전암의 일단을 기준으로 반시계방향으로 회동하면,
   상기 엔드이펙터가 상기 자세제어부의 타단을 기준으로 시계방향으로 회동하여 상기 엔드이펙터의 방향이 유지되는 직교좌표 로봇장치.

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