KR20190121707A - 갠트리 7축 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갠트리 7축 로봇 시스템에 관한 것으로서, 특히 중량의 로봇 팔을 안정적인 지지 및 이송하며, 작업 범위의 확장 및 청결한 작업장을 유지할 수 있게 구성한 로봇 시스템을 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 갠트리 로봇 시스템은 작업 섹션별 구역에 걸쳐 위치하는 레일과, 레일에 장착되어 레일을 따라 이동하며 각 작업 섹션에서 프로그램된 작업을 수행하는 로봇 팔과, 각 작업 섹션별로 로봇 팔의 단부에 장착된 피가공물을 세척 건조하는 세척건조부와, 각 작업 섹션별로 위치한 세척건조부를 연결하여 작업자의 진입을 차단하는 게이트를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

갠트리 7축 로봇 시스템{Gantry Seven Axises Robot System}

본 발명은 갠트리 7축 로봇 시스템에 관한 것으로서, 특히 로봇 팔의 작업 범위의 확장 및 청결한 작업장을 유지할 수 있게 구성한 로봇 시스템을 구성한 것이다.

기존에는 복수의 로봇 팔이 컨베이어 시스템의 측부에 설치되어 컨베이어 시스템에 따라 진행하는 반제품을 조립 및 용접 등을 수행하였다.

이와 같은 컨베이어 시스템의 경우 로봇 팔이 설치된 한 지점에서 작업이 이루어짐에 따라 로봇 팔의 작업 반경이 설치된 지점으로 극히 한정되는 단점이 있다.

갠트리 7축 로봇 시스템은 6축으로 자세 제어가 가능한 로봇 팔을 수평 축 방향으로 이동시켜 넓은 작업범위를 확보할 수 있다는 장점이 있다.

또한 컨베이어 시스템의 경우 컨베이어 자체의 정밀성이 떨어진다. 따라서 고도의 정밀 작업이 요구되는 경우 컨베이어 시스템의 적용이 불가능하다.

이에 반해 6축 로봇 팔을 수평 이동시켜 작업을 수행하는 갠트리 7축 로봇 시스템의 경우, 수평 이동의 신뢰성이 높아 7축 로봇을 이용한 자동화 시스템 구축이 활성화되고 있다.

이와 같이 7축 로봇 팔의 경우 이동의 신뢰성이 높은 반면에, 중량의 로봇 팔이 이동하면서 작업이 이루어짐에 따라 조립 가공하는 반제품에 공급되는 절삭제, 윤활제 등이 작업 바닥에 떨어져 작업장이 오염되는 문제점이 있다.

또한 기존의 로봇 팔의 말단에 장착되는 복수의 그리퍼는 상호 90도의 좁은 각도를 이루고 있어 그에 따른 작업범위가 축소되는 단점이 있다.

또한, 로봇 팔의 전체 작업범위가 확장됨에 따라 작업자와의 충돌하는 작업상의 안전사고의 발생이 문제시 되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0044323호(2004.05.28)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 로봇 팔이 일축 방향으로 이동하면서 반제품을 가공 및 조립함에 있어서 다음 단계로 진행 시에 반제품을 세척 건조함으로써 이송 시에 발생할 수 있는 작업장의 오염을 방지할 수 있는 갠트리 7축 로봇 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 로봇 팔 자체에서 6축 움직임과 더불어 1축으로 로봇 팔이 이동함에 있어서 작업자와의 충돌을 방지할 수 있도록 구성한 갠트리 7축 로봇 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 로봇 팔이 6축 자세 제어를 함에 있어서 반제품 또는 피가공물이 장착되는 그리퍼(Gripper)의 작업 범위를 확대할 수 있게 구성한 갠트리 7축 로봇 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 갠트리 로봇 시스템은 작업 섹션별 구역에 걸쳐 위치하는 레일과, 레일에 장착되어 레일을 따라 이동하며 각 작업 섹션에서 프로그램된 작업을 수행하는 로봇 팔과, 각 작업 섹션별로 로봇 팔의 단부에 장착된 피가공물을 세척 건조하는 세척건조부와, 각 작업 섹션별로 위치한 세척건조부를 연결하여 작업자의 진입을 차단하는 게이트를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 게이트에는 원재료 또는 피가공물을 투입하기 위한 투입구가 형성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세척건조부는 세척수가 수용되며 로봇 팔의 말단이 침지되는 세척조와, 내부에 에어 블로워가 장착되며 개폐 가능한 개폐도어가 장착된 건조실을 포함하며, 로봇 팔의 말단에 장착된 피가공물을 세척조에서 세척한 후에 개폐도어가 개방된 건조실로 피가공물을 이송하고 개폐도어를 폐쇄한 후 에어 블로워에서 공급하는 고압의 에어로 피가공물을 건조한 후 개폐도어를 개방하고 피가공물을 건조실 외부로 이송한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 로봇 팔의 말단에 장착된 회전축을 중심으로 상호 120도의 각도로 하향으로 경사지게 배치된 3개의 그리퍼를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 로봇 팔이 장착되며 레일을 따라 이동하는 이동부를 포함하며, 이동부는, 로봇 팔이 장착된 버티컬 플레이트와, 레일의 측면에 그 길이방향으로 상부와 하부에 상호 평행하게 고정된 상하부 레일과, 버티컬 플레이트의 배면에 장착된 상태로 상부 레일에 정합되어 상부 레일을 따라 회전하며 이동하는 상부 V롤러와, 버티컬 플레이트의 배면에 장착된 상태로 하부 레일에 정합되어 하부 레일을 따라 회전하며 이동하는 하부 V롤러를 포함하며, 이동부의 이동에 필요한 동력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 동력을 버티컬 플레이트의 직선 왕복운동으로 전환하는 동력전환부인 랙과 피니언을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템은 로봇 팔이 장착된 버티컬 플레이트가 레일을 따라 이동함에 있어서 버티컬 플레이트에 장착된 V롤러가 레일에 장착된 레일에 결합된 상태로 회전하며 레일을 따라 이동하도록 구성된다. 이와 같이 V롤러와 레일이 정합된 상태로 로봇 팔이 레일의 길이방향(X축)으로 이동함에 있어 로봇 팔의 하중에 의해 버티컬 플레이트에 가해지는 하중이 하부 V롤러와 상부 V롤러에 의해 안정적으로 지지된 상태로 이동 가능함으로써, 로봇 팔의 이동에 대한 신뢰성이 증대된다.

또한 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템은 로봇 팔의 말단에 장착되는 그리퍼의 각도가 120도로 설정됨에 따라 종래 90도로 설정된 그리퍼에 비해 상하 방향(Z축)으로 작업범위가 확장되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템은 세척건조부에서 가공 중에 있는 반제품 등을 이송함에 있어 이송 전에 쿨런트를 세척하고 건조한 상태로 이송함에 따라 작업장의 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템은 로봇 팔의 작동 범위 내에 작업자가 진입하는 것을 차단함으로써, 로봇 팔과의 충돌에 의해 발생할 수 있는 인적 또는 재산적 피해를 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1A 와 도 1B는 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템을 나타낸 이미지이고,
도 2는 도 1A에 도시된 로봇 팔의 레일을 나타낸 개념도이며,
도 3은 로봇 팔의 끝단에 장착된 그리퍼를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템의 로봇 팔의 작업 궤적과 종래 기술에 따른 로봇 팔의 작업 궤적에 따른 그리퍼의 범위를 나타낸 개념도이고,
도 5는 갠트리 7축 로봇 시스템의 세척건조부를 나타낸 개념도이며,
도 6은 갠트리 7축 로봇 시스템의 세척 건조과정을 나타낸 이미지이고,
도 7은 도 1A에 도시된 레일을 따라 이동하는 로봇 팔의 이동부를 나타낸 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1A 와 도 1B는 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템을 나타낸 이미지이고, 도 2는 도 1A에 도시된 로봇 팔의 레일을 나타낸 개념도이며, 도 3은 로봇 팔의 끝단에 장착된 그리퍼를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템의 로봇 팔의 작업 궤적과 종래 기술에 따른 로봇 팔의 작업 궤적에 따른 그리퍼의 범위를 나타낸 개념도이고, 도 5는 갠트리 7축 로봇 시스템의 세척건조부를 나타낸 개념도이며, 도 6은 갠트리 7축 로봇 시스템의 세척 건조과정을 나타낸 이미지이고, 도 7은 도 1A에 도시된 레일을 따라 이동하는 로봇 팔의 이동부를 나타낸 개념도이다.

도 1A 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 갠트리 7축 로봇 시스템(100)은 작업 구역 내에 설치된 1축 방향의 레일(110)과, 레일(110)을 따라 이동하면서 작업을 수행하는 6축 로봇 팔(120)을 포함하며, 작업 범위 내에 작업자가 진입하는 것을 차단하며 원재료를 투입하는 투입구(131)가 형성된 게이트(130)와, 6축 로봇 팔(120)의 그리퍼(121)에 장착된 피가공물을 세척 건조하는 세척건조부(140)들을 구비한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 갠트리 7축 로봇 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 작업 구역 내에 설치된 1축 방향의 레일(110)이 위치한다. 레일(110)은 복수의 지점에 고정된 서포트(111)에 의해 지지된 상태로 바닥에서 소정의 높이에 위치한다. 여기에서 레일(110)의 높이는 레일(110)을 따라 이동하는 6축 로봇 팔(120)의 작동범위보다 높게 위치하는 것이 바람직하다.

그리고 레일(110)의 측부에는 데크 플레이트(113)가 고정되고, 데크 플레이트(113)에는 작업자가 오르내릴 수 있는 사다리(115)가 장착된다. 따라서 작업자가 데크 플레이트(113)에 위치한 상태에서 6축 로봇 팔(120)이 데크 플레이트(113)가 고정된 레일(110)의 일측 단부에 이동하게 되면 6축 로봇 팔(120)의 정비가 이루어진다. 여기에서, 데크 플레이트는 도 1A 와 도 1B에 도시된 바와 같이 레일(110)의 길이 중간에 설치하더라도 데크 플레이트(113)의 목적 및 기능은 충분히 발현할 수 있다.

한편, 6축 로봇 팔(120)은 1축 레일(110)을 따라 이동하면서 레일(110) 아래에 위치한 각 작업 섹션별로 작업이 진행된다.

6축 로봇 팔(120)의 말단에는 그리퍼(121)가 장착된다. 도 3에 도시된 바와 같이 6축 로봇 팔(120)의 말단 회전축(123)을 중심으로 상호 120도의 각도로 3개의 그리퍼(121)가 하향 경사지게 배치된다.

종래에는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 6축 로봇 팔(120)의 말단 회전축(123)을 중심으로 90도의 각도로 3개의 그리퍼(121)가 직각 배치되었으나, 본 발명에서는 상호 120도의 각도로 3개의 그리퍼(121)가 하향 경사지게 배치된다.

이와 같이 그리퍼(121)가 120도의 각도로 하향 경사지게 배치됨에 따라 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 종래의 90도로 배치된 그리퍼에 비해 각도 차에 따른 보상 길이(L)만큼 6축 로봇 팔(120)의 작업범위가 확장되는 장점이 있으며, 그리퍼(121) 사이의 각도가 넓게 벌어져 위치함에 따라 그리퍼(121)의 전환이 용이하다는 장점이 있다.

이와 같이 6축 로봇 팔(120)의 그리퍼(121)에는 원재료 또는 피가공물이 장착된 상태에서 레일(110) 아래에 위치한 각 작업 섹션에서 해당 작업이 진행된 후 완성된다.

따라서 6축 로봇 팔(120)은 자체 작업범위가 레일(110)의 길이만큼 확장됨에 따라 작업 범위가 넓게 형성할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 자칫 작업자가 확장된 작업범위 내에 위치할 경우 로봇 팔(120)과 충돌의 위험이 발생한다.

본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템은 도 1A 와 도 1B에 도시된 바와 같이 레일(110)의 길이방향으로 작업자가 작업 범위 내로 진입하지 못하게 차단하는 게이트(130)가 형성되며, 게이트(130)에는 투입구(131)가 형성되어 원재료가 투입되면 로봇 팔(120)의 그리퍼(121)가 투입된 원재료에 위치하여 원재료를 그립(Grip)하여 이송한다.

도 1A 와 도 1B에 도시된 한 실시예에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템(100)은 레일(110)의 길이방향으로 6개의 작업 섹션들이 구비되며, 6개의 각 작업 섹션에는 원재료를 투입할 수 있는 투입구(131)가 형성된 게이트(130)가 각각 위치한다. 그리고 게이트(130)와 게이트(130)의 사이에는 가공 및 세적 건조를 위한 세척건조부(140)가 위치하며, 각 세척건조부(140)와 게이트(130)가 결합되어 한 작업 섹션을 형성한다. 그리고 각 작업 섹션별 세척건조부(140)와 게이트(130)들이 연결되어 작업자가 로봇 팔(120)의 작업공간 안쪽으로 진입하는 것을 차단하며, 동시에 게이트(130)의 투입구(131)를 통해 작업에 필요한 원재료 또는 피가공물을 투입하게 된다.

여기에서 투입구(131)에 자동 투입장치 등을 장착하여 작업자가 투입구에 원재료 또는 피가공물을 위치하고, 신호를 입력하면 자동 투입장치에 의해 원재료 또는 피가공물이 게이트의 안쪽으로 이동할 수 있게 구성할 수도 있다.

한편, 로봇 팔(120)이 레일(110)을 따라 다른 작업 섹션으로 이동함에 있어서, 가공 시에 공급되는 쿨런트가 제품을 따라 이동하면서 쿨런트가 작업장의 바닥에 떨어져 작업장을 오염시킬 수 있다.

이를 방지하기 위해서 본 발명에서는 로봇 팔(120)에 의해 가공작업이 진행되는 각 작업 섹션별로 세척 건조하는 세척건조부(140)가 설치된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 각 작업 섹션에는 세척건조부(140)가 장착되며, 그리퍼(121)에 가공품이 장착된 상태로 세척건조부(140)의 세척조(141)에 가공품 및 그리퍼를 침지하여 세척한다. 그리고 개폐도어(143)를 구비한 건조실(145)로 가공품을 이동한 후 건조실(145)을 폐쇄하고, 건조실(145) 내부에 장착된 에어 블로워(미도시)를 통해 공기를 고압으로 가공품과 그리퍼로 공급한다.

폐쇄된 건조실(145) 내에서 고압의 공기를 가공품과 그리퍼(121)에 공급함에 따라 가공품과 그리퍼(121)에 묻어 있는 세척수는 건조되며, 소정의 시간이 경과한 후에 개폐도어(143)를 이동시켜 건조실(145)을 개방하고, 레일(110)을 따라 로봇 팔(120)을 이동시켜 프로그램된 다른 작업장으로 가공품을 이송한다.

이와 같이 피가공물 또는 반제품에 묻은 이물질을 세척하고 건조한 후 이송함에 따라 작업장의 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 갠트리 7축 로봇 시스템(100)은 레일(110)을 따라 이동할 수 있는 로봇 팔(120)의 전체 작업 섹션별로 작업자의 진입을 차단하며 원재료 또는 피가공물을 투입하도록 투입구(131)가 형성된 게이트(130)가 설치된다.

로봇 팔(120)은 작업 시작점에서 전체 작업범위를 이동하며 프로그램된 순서에 따라 가공 및 조립을 마친 후에 시작지점으로 가공 또는 조립된 제품을 원위치시키도록 작동함에 따라 게이트(130)의 투입구(131)로 투입된 원재료 또는 피가공물의 위치를 작동 시작점으로 인식되도록 프로그램하여 작업을 진행시킬 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 갠트리 7축 로봇 시스템(100)은 6축 제어가 가능한 로봇 팔(120)과 상기 로봇 팔(120)이 이동 가능하도록 전체 작업 섹션에 걸쳐 위치한 레일(110)을 포함하며, 로봇 팔(120)이 레일(110)을 따라 이동 가능하게 구성된다.

이와 같이 로봇 팔(120)이 레일(110)의 길이방향인 X축 방향으로 이동함에 따라 로봇 팔(120)에 의한 작업 범위가 컨베이어 방식의 로봇 팔에 비해 작업범위가 월등히 넓게 확보된다.

한편, 로봇 팔(120)은 레일(110)을 따라 X축 방향으로 이동하는 이동부(150)에 장착되는데, 이동부(150)는 로봇 팔(120)이 장착된 버티컬 플레이트(151)와, 레일(110)의 측면에 그 길이방향으로 상부와 하부에 상호 평행하게 고정된 레일(153H, 513L)과, 버티컬 플레이트(151)의 배면에 장착된 상태로 상부 레일(153H)에 정합되어 상부 레일(153H)을 따라 회전하며 이동하는 상부 V롤러(155H)와, 버티컬 플레이트(151)의 배면에 장착된 상태로 하부 레일(153L)에 정합되어 하부 레일(153L)을 따라 회전하며 이동하는 하부 V롤러(155L)를 포함하며, 이동부(150)의 이동에 필요한 동력을 발생하는 모터(156)와 모터(156)의 동력을 버티컬 플레이트(151)의 직선 왕복운동으로 전환하는 동력전환부인 랙(157R)과 피니언(157P)을 포함한다.

이와 구성된 이동부(150)에 있어서, 상부 V롤러(155H)는 상부 레일(153H)의 상부에 위치하며, 하부 V롤러(155L)는 하부 레일(153L)의 하부에 위치한다. 그리고 상부 레일(153H)의 상면은 상부 V롤러(155H)의 오목한 외주면과 정합할 수 있도록 상향으로 볼록한 구조로 형성되며, 하부 레일(153L)의 하면은 하부 V롤러(155L)의 오목한 외주면과 정합하도록 하향으로 볼록한 구조로 형성된다.

따라서 로봇 팔(120)이 장착된 버티컬 플레이트(151)는 상부 레일(153H)과 상부 V롤러(155H)의 정합 그리고 하부 레일(153L)과 하부 V롤러(155L)의 정합된 상태로 레일(110)의 길이방향으로 이동한다. 이때 로봇 팔(120)이 장착된 버티컬 플레이트(151)의 인가되는 수직 하중(Z축방향)은 상부 V롤러(155H)를 통해 상부 레일(153H)에 전달되며, 로봇 팔(120)의 하중에 의해 버티컬 플레이트(151)에 인가되는 전복 모멘트(YZ축방향)는 레일(110)과 V롤러(155H, 155L)의 정합 구조에 의해 지지된다.

이와 같이 중량의 로봇 팔(120)과 버티컬 플레이트(151)를 레일(110)과 V롤러(155H, 155L)의 정합 구조에 의해 안정적으로 지지함으로써, 이동부(150)의 이동 거리 및 시간 등의 신뢰성이 우수하다는 장점이 있다.

한편, 이동부(150)의 모터(156)는 버티컬 플레이트(151)에 장착되고, 피니언(157P)이 모터(156)에 의해 회전하며 랙(157R)이 상부 레일(153H) 또는 하부 레일(153L)에 형성되어 모터(156)의 구동에 의해 버티컬 플레이트(151)가 레일(110)의 길이방향으로 이동 가능하다.

100 : 갠트리 7축 로봇 시스템
110 : 레일
111 : 서포트
113 : 데크 플레이트
120 : 로봇 팔
121 : 그리퍼
123 : 회전축
130 : 게이트
131 : 투입구
140 : 세척건조부
141 : 세척조
143 : 개폐도어
145 : 건조실
150 : 이동부
151 : 버티컬 플레이트
153H, 153L : 레일
155H, 155L : 롤러
156 : 모터

Claims (5)

1. 복수의 작업 섹션별 구역에 걸쳐 위치하는 레일과,
   레일에 장착되어 레일을 따라 이동하며 각 작업 섹션에서 프로그램된 작업을 수행하는 로봇 팔과,
   각 작업 섹션별로 로봇 팔의 단부에 장착된 피가공물을 세척 건조하는 세척건조부와,
   각 작업 섹션별로 위치한 세척건조부를 연결하여 작업자의 진입을 차단하는 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 로봇 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   게이트에는 원재료 또는 피가공물을 투입하기 위한 투입구가 형성된 것을 특징으로 하는 갠트리 로봇 시스템.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   세척건조부는,
   세척수가 수용되며 로봇 팔의 말단이 침지되는 세척조와,
   내부에 에어 블로워가 장착되며 개폐 가능한 개폐도어가 장착된 건조실을 포함하며,
   로봇 팔의 말단에 장착된 피가공물을 세척조에서 세척한 후에 개폐도어가 개방된 건조실로 피가공물을 이송하고 개폐도어를 폐쇄한 후 에어 블로워에서 공급하는 고압의 에어로 피가공물을 건조한 후 개폐도어를 개방하고 피가공물을 건조실 외부로 이송하는 것을 특징으로 하는 갠트리 로봇 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   로봇 팔의 말단에 장착된 회전축을 중심으로 상호 120도의 각도로 하향으로 경사지게 배치된 3개의 그리퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 로봇 시스템.
   
5. 제3항에 있어서,
   로봇 팔이 장착되며 레일을 따라 이동하는 이동부를 포함하며,
   이동부는, 로봇 팔이 장착된 버티컬 플레이트와, 레일의 측면에 그 길이방향으로 상부와 하부에 상호 평행하게 고정된 상하부 레일과, 버티컬 플레이트의 배면에 장착된 상태로 상부 레일에 정합되어 상부 레일을 따라 회전하며 이동하는 상부 V롤러와, 버티컬 플레이트의 배면에 장착된 상태로 하부 레일에 정합되어 하부 레일을 따라 회전하며 이동하는 하부 V롤러를 포함하며,
   이동부의 이동에 필요한 동력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 동력을 버티컬 플레이트의 직선 왕복운동으로 전환하는 동력전환부인 랙과 피니언을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 갠트리 로봇 시스템.

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