KR20240054767A

KR20240054767A - 단선방지 구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트

Info

Publication number: KR20240054767A
Application number: KR1020220135125A
Authority: KR
Inventors: 박찬우; 이단비
Original assignee: (주)밸류테크
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-04-26

Abstract

본 발명은 단선방지 구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트에 관한 것으로서, 복수 개의 파트 간 관절을 통해 연결되는 다관절 구조로 구성되고 복수 개의 파트를 순차적으로 경유하는 전로가 형성되는 매니퓰레이터에 있어서, 복수 개의 파트를 관통하도록 배치되는 관 형의 슬립링; 및 슬립링을 통해 복수 개의 파트를 경유하는 전선;을 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트가 제공된다.

Description

단선방지 구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트{MULTI-JOINT MANIPULATE WITH ANTI-DISCONNECTION STRUCTURE}

본 발명은 단선방지 구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트에 관한 것이다.

일반적으로 매니퓰레이터는 다관절을 구비한 로봇암형태를 갖추고 있다. 산업현장에서 조립부품을 정밀하고 빠르게 이동시키거나 무거운 부품을 들고 다각도로 유지할 수 있는 장점이 있어 인력의 상당부분을 대체함으로써 생산효율을 높이는데 기여한다. 이러한 매니퓰레이터는 일반적인 경우 다관절형태를 가지고 파지부를 관절 단부에 형성할 수 있는데 파지부의 제어를 위해 파지부로 전원을 공급하기 위한 전선이 연결되어야 하므로, 최초에 연결된 파츠부터 단부에 마련된 파지부까지 전선이 연장되어야 한다. 이러한 경우에는 전선이 각 파츠들의 내부를 통해 연결되게 되는데, 관절의 역동적인 움직임에 의해 전선이 단선이 되는 경우가 자주 발생하게 된다. 따라서, 매니퓰레이터에 적용되는 전선이 단선을 방지하기 위한 구조를 마련하는 것이 시급하고, 이러한 구조를 적용한 매니퓰레이터가 산업현장에 공급되는 것이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 제 10-2382473 호 (2022. 03. 30)

본 발명의 일 실시예는 매니퓰레이터에 내장되는 전선이 관절이 역동적으로 반복적인 움직임이 있어도 데미지를 회피할 수 있도록 하는 단선방지 구조를 포함하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 슬립링에서 전선의 인입측 및 인출측 단부 중 적어도 하나의 파트에 연결시키는 링고정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 슬립링에서 전선의 인입측 및 인출측 단부를 적어도 하나의 파트에 연결시키는 클램프를 더 포함할 수 있다.

또한, 클램프는, 슬립링의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 둘레의 일부 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제1클램프; 및 슬립링의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 둘레의 나머지 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제2클램프;를 포함할 수 있다.

또한, 이웃한 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 전선을 고정하는 전선고정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 이웃한 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 전선을 고정하는 브라켓을 더 포함할 수 있다.

또한, 슬립링의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 경사면을 포함할 수 있다.

또한, 경사면은 내주면으로부터 제1각도로 확장되는 제1경사면 및 제1경사면으로부터 제1각도를 초과하는 제2각도로 확장되는 제2경사면을 포함하는 복수개의 경사면이 마련될 수 있다.

또한, 슬립링의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 곡면의 확장면을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 매니퓰레이터에 내장되는 전선이 관절이 역동적으로 반복적인 움직임이 있어도 데미지를 회피할 수 있도록 하는 단선방지 구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 포함하는 다관정 매니퓰레이트를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 나타낸 측면 투시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조의 배치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전선이 슬립링을 통과하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링의 부분 확대도로서, 도 6(a)는 도 5의 A영역을 확대한 도면이고, 도 6(b)는 도 5의 B영역을 확대한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

이하에서는 다관절 암을 가진 로봇에서 발생할 수 있는 단선과 관련된 문제점을 해결하기 위한 특징을 중점으로 기술하기로 한다. 본 기술분야에서 로봇의 사용목적상 다수개의 관절을 이용하여 넓은 범위의 구간을 운동하면서 빠른 속도로 장비 내에서 웨이퍼를 이송하는 등의 역할을 수행하도록 설계된다는 점을 고려할 때, 이러한 움직임에도 전원을 제공하는 전선(L)에 미치는 단선 위험을 회피할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.

일반적으로 다수 개의 관절의 내부를 모두 경유하면서 단부에 위치한 블레이드(또는 파지부 등)까지 전선(L)의 연결이 이루어져야 제어부에 의한 제어를 실시할 수 있는 전원을 공급할 수 있게 된다. 따라서 역동적인 다관절의 움직임에도 블레이드(암의 최단부에 위치한 구성의 예)까지 연장된 전선(L)은 단선의 위험을 회피할 수 있는 설계가 요구되는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 서로 관절을 통해 연결된 파트를 통과하는 과정에서 파트와 전선(L) 간의 슬립(마찰)을 제거하여 접촉부위의 손상을 회피할 수 있다. 이하에서는 이러한 구조를 포함하는 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 포함하는 다관정 매니퓰레이트를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 나타낸 측면 투시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 복수 개의 파트 간 관절을 통해 연결되는 다관절 구조로 구성되고 복수 개의 파트를 순차적으로 경유하는 전로가 형성되는 매니퓰레이터(100)에 관한 것이다. 구체적으로 복수 개의 파트를 관통하도록 배치되는 관 형의 슬립링(130) 및 슬립링(130)을 통해 복수 개의 파트를 경유하는 전선(L)을 포함하는 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트에 관한 것이다.

도시된 바와 같이 매니퓰레이터(100)는 다단의 파트가 관절을 통해 연결되어 회동이 실시될 수 있다. 예를 들면, 제1파트(100a), 제2파트(100b), 제3파트(100c) 및 제4파트(100d) 간의 연결로 구성된 매니퓰레이터(100)는 특정 작업을 반복하는 과정에서 전선(L)에 데미지가 발생될 수 있는데 본 예시에서 제2파트(100b) 및 제3파트(100c) 간 연결부위에서 주로 발생한다고 가정해볼 수 있다. 이와 같은 예는 특정 부분에 한정하는 것은 아니고 당업자의 선택에 따라 얼마든지 적용범위를 확대할 수가 있는 것이다.

도 2와 같이 제2파트(100b)와 제3파트(100c)는 일부 중첩되도록 배치되고, 중첩된 면적이 관통되어 전기적인 연결 및 관절로써 기능하도록 기계적인 연결이 될 수 있다. 이러한 연결구조에서 전선(L)이 연장되기 위해 연장방향이 전환되어야 하므로, 단선이 발생할 수 있는 단선영역(BA)이라고 할 수 있다. 단선영역(BA)에서는 전선에 스트레스가 누적될 수 있다. 상기 스트레스는 전선(L)과 전선(L)의 주변구성과의 슬립 또는 파트의 움직임에 의한 전선(L)의 꼬임 등이 있을 수 있다. 본 발명은 이러한 스트레스를 완화시키기 위한 구성을 포함한다.

상기 전선(L)의 데미지를 회피하는 구성을 전선(L)의 연장방향으로 설명하면 다음과 같다. 제2파트(100b)로 공급된 전선(L)을 고정하는 브라켓(110), 브라켓(110)에 고정되어 연장되는 전선(L)이 일단으로 인입되는 슬립링(130), 슬립링(130)을 제2파트(100b)에 고정시키는 클램프(120), 슬립링(130)의 타단으로 인출되는 전선(L)을 제3파트(100c)에 고정하는 전선고정부(150), 슬립링(130)의 타단을 제3파트(100c)에 연결시키는 링고정부(140)가 마련될 수 있다.

상기 슬립링(130)은 제2파트(100b) 및 제3파트(100c)를 관통하며 배치되고 인입측은 제2파트(100b), 인출측은 제3파트(100c)로 노출되도록 배치될 수 있다, 여기서, 필수적으로는 슬립링(130) 및 관 형의 슬립링(130)의 중공부를 통과하는 전선(L)이 요구되나, 보다 효과적으로 데미지를 감소하기 위해 상술한 그 밖의 구성들이 더 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조의 배치를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 앞서 설명한 구성을 보다 구체적으로 설명할 수 있다. 상기 링고정부(140)는 슬립링(130)에서 전선(L)의 인입측 및 인출측 단부 중 적어도 하나의 파트에 연결시킬 수 있다. 상기 연결은 고정일 수도 있고 슬립링(130)이 자유회전이 가능한 형태로 결합될 수도 있다, 후자의 경우 니들베어링의 니들 등을 개재하며 결합됨으로써 구현할 수 있다. 슬립링(130)과 이러한 형태로 연결되고, 한편으로는 제3파트(100c)와 고정될 수 있다. 이러한 결합을 통해 슬립링(130)의 위치는 제3파트(100c) 상에서 고정될 수 있다. 본 예시에서 링고정부(140)는 제3파트(100c)에 고정되었으나 제2파트(100b)측에서 슬립링(130)을 고정하는 것도 가능하며 제2파트(100b) 및 제3파트(100c) 양측에서 슬립링(130)을 고정하는 것도 가능하다.

그리고, 슬립링(130)에서 전선(L)의 인입측 및 인출측 단부를 적어도 하나의 파트에 연결시키는 클램프(120)를 더 포함할 수 있다. 클램프(120)는 슬립링(130)의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 둘레의 일부 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제1클램프(121) 및 슬립링(130)의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 둘레의 나머지 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제2클램프(122)를 포함할 수 있다. 여기서 인접 또는 근접은 직접 면접촉을 통해 슬립링(130)을 고정하는 수단 또는 간접적으로 사이에 소정의 구성을 개재함으로써 슬립링(130)을 고정하는 수단 등이 적용될 수 있는 여지를 적시한 것이며, 후자의 경우 슬립링(130)이 자유회전 가능하도록 베어링이 개재될 수가 있다.

또한, 클램프(120)는 제1클램프(121) 및 제2클램프(122)에 각각 제2파트(100b)와 결합가능하도록 통공이 형성되어 있어 나사 등을 통한 조립에 의해 고정이 될 수 있도록 하였다. 물론, 링고정부(140)와 같이, 본 예시에서 클램프(120)는 제3파트(100c)에 고정되었으나 제2파트(100b)측에서 슬립링(130)을 고정하는 것도 가능하며 제2파트(100b) 및 제3파트(100c) 양측에서 슬립링(130)을 고정하는 것도 가능하다.

나아가, 이웃한 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 전선(L)을 고정하는 전선고정부(150)를 더 포함할 수 있다. 전선고정부(150)는 제3파트(100c)에서 슬립링(130)으로부터 인출된 전선(L)을 제4파트(100d)로 연장되기전에 제3파트(100c)에서 고정되는 것으로 전선(L)의 연장방향을 고정되도록 할 수 있다. 이는 이웃한 파트 간에 발생하는 회동각도에 의해 전선(L)의 자유도를 제한함으로써 전선(L)의 꼬임 및 전선(L)의 마찰을 최소화하는 구성이 될 수 있다. 이러한 전선고정부(150)는 제3파트(100c)에 고정되서 전선(L)을 고정시킬 수 있다.

상기 전선고정부(150)와 동일한 효과를 기대하기 위해 이웃한 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 전선(L)을 고정하는 브라켓(110)을 더 포함할 수 있다. 본 예시에서 제2파트(100b)에 고정되는 구성으로 브라켓(110)의 적용은 전선(L)뿐만 아니라 주변 전장의 추가적인 고정로 기대할 수 있어 당업자에 의해 선택적인 적용이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지 구조를 나타낸 평면도이다.

도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 각 파트는 서로 상대적인 회동각도가 발생할 수 있고, 회전범위(R)는 360도 까지도 발생가능하다. 따라서, 전선(L)을 구속해야 회전과정에서 꼬임을 방지 또는 최소화할 수 있고 꼬임에 의한 텐션을 완화시킬 수 있다. 꼬임을 방지하기 위해 전술한 전선고정부(150) 및 브라켓(110)을 적용할 수 있으며, 회전과정에서 마찰 및 슬립을 방지하여 전선(L)의 피복에 데미지가 전달되지 않도록 슬립링(130)이 자유회전 가능하도록 마련될 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 니들베어링 및 구름베어링과 같은 베어링의 적용을 통해 슬립링(130)의 자유회전을 기대할 수 있다. 상기 자유회전은 전선(L)과의 슬립이 발생하지 않아 전선(L)의 피복에 데미지를 피할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전선(L)이 슬립링(130)을 통과하는 것을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링(130)의 부분 확대도로서, 도 6(a)는 도 5의 A영역을 확대한 도면이고, 도 6(b)는 도 5의 B영역을 확대한 도면이다.

도 6을 참조하면, 슬립링(130)의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 경사면을 포함할 수 있다. 상기 경사면은 전선(L)이 연장되는 방향이 전환되는 지점으로써 전선(L)의 피복과 파트 또는 슬립링(130)과의 직접적인 접촉이 발생하므로, 접촉의 면적을 넓혀 데미지를 감소하기 위한 구조일 수 있다. 경사는 슬립링(130)의 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 방식으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 전선(L)이 수직방향으로 연장되며 제2파트(100b)와 제3파트(100c) 간을 경유하면 제3파트(100c)에서는 수평방향으로 연장될 수 있다. 이는 90도만큼 연장방향의 전환이 요구되므로, 방향전환이 발생하는 지점에서 파트 또는 슬립링(130)과 전선(L) 간에서 선접촉이 발생할 수 있다. 선접촉 상태에서 발생하는 슬립(마찰)은 전선(L)의 재구성을 빠르게 저하시키므로, 접촉면적을 증가시키는 것이 내구성을 유지할 수 있는 구조가 될 수 있다.

따라서, 도 5의 A와 같이 경사면을 형성하여 전선(L)과의 접촉면적을 선접촉이 아니고 면접촉이 될 수 있도록 하여 전선(L)의 내구성을 유지할 수 있도록 한다. 나아가, 도 6에 도시된 바와 같이 경사면은 내주면으로부터 제1각도로 확장되는 제1경사면(131a) 및 제1경사면(131a)으로부터 제1각도를 초과하는 제2각도로 확장되는 제2경사면(131b)을 포함하는 복수 개의 경사면이 마련될 수 있다. 이는 경사면이 연장되며 확장되도록 직선형으로 형성되었으며, 선접촉이 있는 경우에도 접촉되는 모서리의 각도를 180도에 가깝게 완화함으로써 전선(L)의 피복에 데미지를 최소화 할 수 있도록 한다.

다른 예로서, 슬립링(130)의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 곡면의 확장면(132)을 포함할 수 있다. 이러한 곡면의 확장면(132)은 선접촉을 원천적으로 제거하고 소정의 탄성을 가진 피복이 면접촉 가능하도록 형성된 설계일 수 있다. 곡면을 통한 슬립링(130)의 단부는 중공부로부터 방사형으로 확장되며 마련되어 어느 방향으로 전선(L)이 접촉되는 경우에도 면접촉을 유지할 수 있도록 하였다.

상기 경사면 및 확장면(132)은 슬립링(130)의 양단에 선택적으로 적용할 수 있는 구조이며, 이를 통해 전선(L)의 피복을 보호하여 내구성을 유지할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1 : 지지테이블
100 : 매니퓰레이터
100a : 제1파트
100b : 제2파트
100c : 제3파트
100d : 제4파트
BA : 단선영역
110 : 브라켓
120 : 클램프
121 : 제1클램프
122 : 제2클램프
130 : 슬립링
130a : 관통공
131a : 제1경사면
131b : 제2경사면
132 : 곡부
140 : 링고정부
150 : 전선고정부
L : 전선
R : 회전범위

Claims

복수 개의 파트 간 관절을 통해 연결되는 다관절 구조로 구성되고 상기 상기 복수 개의 파트를 순차적으로 경유하는 전로가 형성되는 매니퓰레이터에 있어서,
상기 복수 개의 파트를 관통하도록 배치되는 관 형의 슬립링; 및
상기 슬립링을 통해 상기 복수 개의 파트를 경유하는 전선;을 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립링에서 상기 전선의 인입측 및 인출측 단부 중 적어도 하나의 파트에 연결시키는 링고정부를 더 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립링에서 상기 전선의 인입측 및 인출측 단부를 적어도 하나의 파트에 연결시키는 클램프를 더 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 3에 있어서,
상기 클램프는,
상기 슬립링의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 상기 둘레의 일부 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제1클램프; 및
상기 슬립링의 둘레에 근접 또는 인접하도록 배치되며 상기 둘레의 나머지 구간에 대응되는 곡면을 포함하는 제2클램프;를 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 1에 있어서,
이웃한 상기 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 상기 전선을 고정하는 전선고정부를 더 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 5에 있어서,
이웃한 상기 파트 간에 발생하는 회전에 대응되도록 상기 전선을 고정하는 브라켓을 더 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립링의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 경사면을 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 7에 있어서,
상기 경사면은 상기 내주면으로부터 제1각도로 확장되는 제1경사면 및 상기 제1경사면으로부터 상기 제1각도를 초과하는 제2각도로 확장되는 제2경사면을 포함하는 복수개의 경사면이 마련되는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.
청구항 1에 있어서,
상기 슬립링의 일단부는 내주면으로부터 외주면으로 확장되는 곡면의 확장면을 포함하는, 단선 방지구조를 포함하는 다관절 매니퓰레이트.