KR880000541B1 - 공업용 로보트 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

공업용 로보트

제1도는 본 발명에 관한 로보트를 공작기계의 상부에 설치한 상태를 예시한 사시도.

제2도는 리프트 부재의 구조 설명도.

제3도는 아암(arm), 손목, 더블핸드의 개략 결합도.

제4(a)도, 제4(b)도는 손목의 상세도.

제5도는 손목과 크릭 스톱 기구(click-stop mecha-nism)의 관련 사시도.

제6도는 크릭 스톱 기구의 단면도.

제7도는 손목의 회전 기구도.

제8도는 제2에어 실린더(air cylinder)의 단면도.

제9(a)도, 제9(b)도, 제9(c)도, 제9(d)도는 4점 위치 결정 동작 설명도.

제10도 및 제11도는 본 발명에 관한 공업용 로보트의 워크 착탈 서어비스 동작을 설명하는 설명도.

본 발명의 공업용 로보트에 관한 것으로, 특히 특별한 핸드 구동 기구를 갖춘 공업용 로보트에 관한 것이다.

공업용 로보트는 제어 장치나 구동 장치를 내장한 본체로 부터 뻗은 핸드의 선단에 파지 장치가 장착되어 있으며, 이 파지 장치로 팰리트(pallet)의 위에 재치된 워크를 파지하고 미리 정해진 경로를 거쳐서 워크를 다른 위치에 운반하거나 또는 공작기계의 척(chuck)까지 운반하거나 한다. 최근 공업용 로보트 소형화의 요망에 따라서 공작기계상에 설치할 수 있는 공업용 로보트가 개발되었다.

그런데 미가공워크를 위크 피이더(feeder)로 부터 파지하여 이를 선방등의 척에 장착하고 있는 가공필의 워크를 척으로 부터 탈착하여 이를 테이블등에 재치하는 서어비스를 실행하는 로보트에 있어서는 미가공 워크 장착면과 워크 피이더면 또는 테이블면이 직교하고 있으므로 파지부(핸드)는 손곡에서 90°회전 가능하지 않으면 안된다. 또한 더블 핸드, 즉 2개의 파지부를 2단 구조의 것에 있어서는 일방의 파지부에 의하여 척으로 부터 가공될 워크를 탈각하고 이어서 180°회전하여 타방의 타지부가 파지하고 있는 미가공 워크를 척에 장착하거나 또는 일방의 파지부가 파지하고 있는 가공필 워크를 재치후 180°회전하여 타방의 파지부에 의하여 미가공 워크를 워크 피이더로 부터 파지하는 동작이 필요하다. 결국 파지부는 손목의 회전기구에 의하여 0°, ±90°, 180°의 4점 위치 결정이 필요하게 된다.

그러나 종래 이와 같은 4점 위치 결정을 실행할 수 있는 소형의 간단한 구조의 공업용 로보트는 없었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 소형의 구조가 간단하고 4점 위치 결정이 가능한 공업용 로보트를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 공작 기계상에 설치할 수 있는 소형의 공업용 로보트를 제공하는데 있다.

이 밖의 본 발명의 특징과 장점에 대하여는 첨부 도면에 의한 상세한 설명에 의하여 명백해진다.

제1도는 본 발명에 관한 로보트를 공작기계의 상부에 설치한 상태를 예시한 사시도로써, 참고 부호 1은 공작기계이다. 참고 부호 1a는 주축에 연결한 척으로서 후술하는 공업용 로보트에 의하여 운반된 워크를 파지한다. 참고 부로 1b는 공작기계의 개폐문이며, 제1도는 개폐문이 열려있는 상태를 나타낸 것이다. 워크가 절삭 가공되고 있을때, 개폐문(1b)은 화살표 방향으로 이동하여 가동 부분을 덮는다. 참고 부호 2는 워크대로써, 이것은 철틀로서 테이블형으로 조립되어 상면에는 워크(3)를 재치하는 복수개의 워크 피이더 팰리트(2a)가 이동 가능하게 배설되어 있다. 즉, 이들 워크 피이더 팰리트(2a)들은 도면에 나타내지 않은 구동장치에 의하여 워크대(2)의 상면에서 거의 타원으로 회전 이동하여 로보트의 파지 장치의 하부로 이동하였을 대 리프트 부재(2b)에 의하여 상방으로 들어 올리도록 구성되어 있다. 제2도는 리프트 부재의 구조를 나타낸 도면이다. 동 도면에서 참고 부호 2c는 워크 피이더 팰리트(2a)를 밀어올리는 대로서, 상부에는 워크 피이더 팰리트(2a)의 위치 결정 구멍과 감합하는 돌기(2b)가 있으며 하측에는 가이드 봉(2e)이 4각으로 장착되어 있다. 이 가이드 봉(2e)은 워크대(2)의 상면을 관통하고 있다. 참고 부호 2f는 압상봉으로서 하단에 나사가 형성되었으며 이 나사에는 압상 나사(2g)가 나합하고 있다. 이 압상나사(2g)는 구동 모우터(2h)와 벨트(2i)로 연결되어 구동 모우터(2h)가 회전하면 압상나사(2g)도 회전하여 압상봉(2h)이 상하 이동하여 대(2c)가 워크 피이더 팰리트(2a)를 상하 방향으로 이동 시킨다.

그리고 참고 부호 2j는 브레이크이다. 제1도의 참고 부호4는 로보트로서, 공작기계(1)의 상면에 장착되며 도시하지 않은 에어 실린더에 의하여 주축방향(Z축 방향)으로 이동 가능한 본체(41)와, 이 본체(41)에 회동 가능하게 추지된 아암(42)과, 더블해드(43)와, 손목(44)과, 본체(41)와, 이 본체(41)에 회동 가능하게 추착된 에어 실린더(45)를 갖고 있다. 상기 더블 핸드(43)는 후술하는 손목 회전 기구에 의하여 일체로 회전하는 제1, 제2파지부(43A)(43B)를 2단 중첩한 구성을 가지며, 뿐만 아니라 독립하여 개폐 가능한 핑거(43C)(43D)를 각각 갖고 있다. 또 손목(44)은 아암(42)의 선단에 장착된 도시하지 않은 유지판에 고착되어 후술하는 손목 회전기구에 의하여 회전 가능하게 구성되어 있다. 제3도는 이와 같은 손목의 주변 개략도이고, 제4도는 손목의 상세도이다. 제3도에 있어서 참고 부호 42는 아암이고, 43은 더블 핸드이고, 44는 손목이며, 44A는 유지판이다. 이 유지판(44A)에는 원호형의 가이드 홈(44B)이 형성되어 있으며, 아암(42)과 손목(44)의 각도θ가 소정 각도로 되도록 조정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 너트(44C)를 늦춰서 각도θ를 소정값에 조정 후 이 너트를 조이면 아암(42)과 손목(44)의 각도를 소정값에 유치할 수가 있다. 그리고 이 각도θ는 워크 피이더로 부터 미가공 워크를 파지할 때 피지부(43a), (43b)의 파지면이 워크 피이더면에 평행이 되도록 조정된다. 그런데 손목(44)은 제4(a)도, 제4(b)도의 횡단면도 및 종단면도로 부터 명백한 바와 같이 한 쌍의 유지판(44a)에 더하여 거의 원통형의 본체부(44C), 이 본체부내에 회동 가능하게 수용된 회전축(44d), 이 회전축에 감긴 와이어(44e), (44e'), 베어링(44f), 회전축(44d)을 0°, ±90°, 180°의 4점 위치에 확실하게 유지하기 위한 4개의 크릭 스톱 기구(44g)등을 갖고 있다. 와이어(44e)는 그 일단을 회전축(44d)에 나사로 고정하고 이 회전축에 수회 감긴후 후술하는 아암내의 회전기구의 풀리를 거쳐서 후술하는 이동 가능한 에어 실린더에 고정된다.

또 와이어(44e')는 같이 일단을 회전축(44d)에 나사로 고정하고 이 회전축에 감기며 그 타단을 같이 에어 실린더에 나사로 고정하고 있다. 따라서 도시하지 않은 에어 실린더를 이동시켜서 와이어(44e)를 제4(b)도의 우방향 또는 좌방향으로 잡아 당기면 회전축(44d)에 일체로 고정된 더블 핸드(43)(제1도, 제2도 참조)는 회전한다.

크릭 스톱 기구(44g)는 손목의 진동을 방지하여 손목(44)을 확실하게 0°, ±90, 180°위치에 유지하는 기능을 갖고 있다. 즉 부하토오크의 병동이 있으면 와이어(44e), (44e°)가 탄성 변형하여 손목(44)이 진동한다. 그러므로 이 진동을 방지하기 위하여 회전축(44d)의 0°, ±90, 180°의 원주 위치에 위치 결정용의 4개의 V자형홈(44d-1)을 형성함과 동시에 제5도, 제6도에 예시한 바와 같이 원통형의 본체부(44c)에 90°간격으로 크릭스톱기구(44g)를 배설하고 있다.

제6도는 크릭 스톱 기구(44g)의 단면도이다. 도면 중 참고 부호 44g-1은 본체부(44c)에 형성한 나사부엘 감합하는 중공의 록 너트(lock nut)이고, 44g-2 보올(ball)이고, 44g-3은 록 너트의 중공부에 배설되어 보올(44g-2)을 회전축(44d)의 중심 방향으로 부세하는 스프링이다. 보올(44g-2)은 회전축(44d)이 회전하고 있을때는 그 원주면(44d-2)에 압접한다. 그러나 회전축(44d)이 0°, ±90, 180°의 위치에 회전하여 정지한 때는 보올(44g-2)이 스프링(44 g-3)의 부세력에 의하여 V자형홈(44d-1)에 빠져서 회전축(44d)의 진동을 억제한다.

제1도에 되돌아와서, 에어 실린더(45)는 아암(42)을 회동하는 기능을 갖고 있으며 그 피스톤 로드의 일단은 아암(42)에 추착되어 있다. 따라서 도시하지 않으나 에어 실린더(45)의 양단에 각각 형성된 공기 송입관중 우단의 공기 송입관으로 부터 에어 실린더(45)내에 송입하며 피스톤 로드는 신장하여 아암(42)을 화살표 A 방향으로 회전시키며 또 좌단의 공기 송입관으로 부터 에어 실린더(45)내에 공기를 송입하면 피스톤 로드가 들어가서 아암(42)은 화살표 B 방향으로 회전케 된다.

이상으로 부터 리프트 부재(2b)에 의하여 들어올린 때의 워크 피이더 팰리트(2a)의 위치 및 척 위치에 따라서 아암(42)의 회전 각도 및 로보트 본체(41)의 주축방향 이동 거리를 리미트 스위치, 스토퍼 등에 의하여 정해 놓으면 확실한 워크의 탈착 서어비스를 실행할 수가 있다.

제7도는 손목의 회전 기구도이고, 제8도는 와이어와 에어 실린더의 결합 관계 설명도이다. 또한 제1도~제3도에 예시한 부분과 동일 부분에는 동일 부호로 표기하였다.

그런데 중공이며 기다란 상자형의 아암(42)내에는 제1, 제2의 에어 실린더, 풀리등에 의하여 손목의 회전 기구(51)가 형성되어 있다. 즉, 참고 부호 51a는 제1의 에어 실린더이며, 아암(42)의 프레임(42a)에 고정되어 손목(44)의 180°회전에 상당하는 스트로우크를 피스톤 로드(51f)에 준다.

그리고 에어 실린더(51a)의 양단에는 공기 송입관(51a-1)(51a-2)이 장착되어 있다. 참고 부호 51b는 제1에어 실린더(51a)에 장착된 풀리로서, 이 풀리와 손목(44)의 회전축(44d)사이에는 제4도, 제5도에 관련하여 설명한 바와 같이 와이어(44e)(44e')가 걸쳐서 이 와이어를 제7도의 좌방향 또는 우방향으로 잡아 당김으로써 회전축(44d)을 정 또는 역회전 시킬 수가 있다. 참고 부호 51c는 제1의 에어 실린더(51d)에 일체로 형성된 가이드 바아(bar)로서, 후술하는 제2에어실린더가 이 가이드 바아에 따라서 이동한다. 참고 부로 51d는 제2에어 실린더로서, 제8도에 상세하게 예시한 바와 같이 다리부(51d-1), 이 다리부에 구성된 베어링(51d-2), 와이어 장착금구(51d-3), 양단에 형성된 공기 송입관(51d-4), (51d-5)등을 갖고 있다. 그리하여 제2에어 실린더(51d)는 베어링(51d-2)(제 7도 참조)을 통하여 가이드(51c)에 이동 자재하게 감합됨과 동시에 와이어(44e), (44e')에 와이어 장착 금부(51d-3)에 의하여 고착되어 있다. 그리고 와이어 장착 금부(51d-3)는 실린더 프레임(51d-6)에 나사로 고정되어 있다.

또 일단이 각각 손목(44)의 회전축(44d)에 나사로 고정되어 있는 와이어(44e), (44e')의 타단에는 나사(44e-1)(44e'-1)가 장착되어 그 나사를 와이어 장착 금부(51d-3)에 형성한 구멍에 삽입후 양단으로 부터 너트를 조입으로써 각 와이어와 제2실린더(51d)사이는 고착된다. 제7도의 참고 부호 51e는 한 쌍의 로울러보서 아암(42)에 지지되어 있다.

그리고 아암(42)과 손목(44)과의 각도θ(제3도 참조)를 조정하면 손목의 회전축(44d)으로 부터 와이어 장착 금부(51d-3)까지의 와이어 변화하지만 이 와이어 길이의 조정은 나사(44e-1), (44e'-1)(제8도 참조)를 조작함으로써 실행된다. 참고 부로 51f는 프스톤 로드로서, 제1, 제2 에어 실린더(51d) 내에 배설된 피스톤 로드(51h)가 각각 장착되어 있다. 참고 부호 51i는 스토퍼(stopper)로서, 그 위치를 미세조정함으로서 피스톤 로드(51f)의 스트로우크(stroke)길이를 조정할 수 있다.

제7도를 참조하면서 손목 또는 파지부의 4점 위치 결정의 동작을 설명한다. 그리고 제9도는 4점 위치 결정의 동작 설명도이다.

손목(44)은 제1, 제2에어 실린더(51a), (51b)의 4개의 공기실에 어떠한 조합으로 공기압을 보내는가에 따라서 0°, ±90, 180°의 4점에 위치 결정된다. 그리고 제7도에 있어서의 피스톤 로드(51f) 및 제2 실린더(51d)의 위치 상태에 있어서는 손목(44)은 90°위치에 회전 위치 결정되어 있다.

그런데 제7도에 나타낸 상태에 있어서, 공기 송입구(51a-2)(51d-4)로 부터 공기를 송입하면 제2의 실린더(51d)가 좌방향으로 이동하여 제9(a)도에 나타내는 상태로 된다.

이 제2실린더(51d)의 이동에 수반하여 와이어(44e), (44e')도 이동하여 회전축(44)은 0°위치에 위치 결정된다.

또 제7도에 나타낸 상태에 있어서, 공기 송입구(51a-1)로 부터 공기를 송입하면 피스톤 로드(51f)가 우방향으로 180°스트로우크 상당량 이동한다. 이때 최초의 90°분의 스트로우크 이동에 의하여 피스톤(51h)이 제2에서 실린더(51d)의 우측벽에 당접하며 그후 이 피스톤 로드(51f)의 남은 90°분의 스트로우크에 의하여 제2에어 실린더는 제9(b)에 나타내는 바와 같이 90°의 스트로우크에 상당하는 거리 우방향으로 이동하며 손목(44)은 180°위치에 위치 결정된다.

또한 180°위치에 위치 결정되어 있는 상태에 있어서(제9(b)도 참조) 공기 송입구(51a-1)로 부터 공기를 송입하면 제2에어 실린더(51d)는 제9(c)도에 나타내는 바와 같이 우방향으로 90°스트로우크 상당량 더 이동하며 이에 수반하여 와이어가 잡아당겨서 회전축(44)은 270°(-90°)위치에 위치 결정된다. 그리고 제9(d)도는 90°위치에 위치 결정되어 있는 때의 상태도이다.

다음에 본 발명에 관한 로보트를 사용하여 워크대(2)를 공장기계(1)의 사이에서 워크(3)를 이동시키는 동작, 즉 워크의 착탈 서어비스의 동작에 대하여 제10도, 제11도에 따라서 설명한다. 그리고 동작 설명에 있어서, 공작 기계의 주축방향을 X축으로 하고 아암(42)이 회전하는 방향을 A축으로 한다.

로보트를 사용함에 있어서 먼저 아암(42)을 -A축 방향으로 회전시키고 제10도에 있어 실선으로 나타낸 바와 같이 척(1A)의 앞에서 척 중심축과 파지 장치(43a)의 파지 중심축을 일치시키도록 손목(44)의 회전 각도를 조절한 후 너트(44c)(제3도 참조)를 조여서 손목(44)을 고정한다. 이와 동시에 도시하지 않은 -A축 방향의 스토퍼를 조정하여 아암(42)의 -A축 방향의 회전을 규제하며 또 도시하지 않은 위치 결정판을 조절하여 아암(42)의 -X축 방향의 극한 위치도 규제한다.

이어서 아암을 +X축 방향으로 이동시키고 또한 이를 +A축 방향으로 회전시켜서 파지 장치(43a)의 파지면이 워크 피이더면과 평행이 되도록 한다(제10도에 있어 일점 쇄선으로 나타냄). 그 후 도시하지 않은 남은 스토퍼를 조절하여 아암(42)의 +A축 방향의 회전을 규제함과 동시에 도시하지 않은 위치 결정판도 조절하여 아암(42)의 +X축 방향의 이동 위치를 규제한다.

이와 같은 조정을 실행한 후 다음과 같은 로보트에 의한 공작기계에서의 서어비스를 실행한다. 그리고 초기시에 파지 장치(43a)는 워크를 파지하고 있지 않으며 파지 장치(43b)는 미강공 워크(3')를 파지하고 있는 것으로 한다.

(A)팰리타이징(palletizing) 없는 시이퀸스 예

1. 개폐문 개방 신호가 공작기계(1)의 후부에 갖춰진 제어 장치(9)(제10도 참조)로 부터 발하여, 개폐문(1b)(제1도 참조)이 열린다.

2. 아암 동작 신호에 의하여 아암(42)이 -A축 방향으로 회전한다.

3. 아암 이동 신호에 의하여 아암(42)-X축 방향으로 이동한 후, 파지 장치(43a)의 핑거(43c)가 닫혀서 척(1a)에 장착되어 있는 가공필의 워크(3)을 파지한다.

4. 척(1a)이 열려서 워크(3)을 개방한다.

5. 아암 이동 신호에 의하여 아암(42)이 +X축 방향으로 약간 이동한다.

6. 파지 장치(43a), (43b)가 손목(44)에 대하여 180°회전한 후 아암 이동 신호에 의하여 아암(42)-X축 방향으로 이동하여 파지 장치(43b)가 파지하고 있는 미가공의 워크(3')를 척(1a)에 운반한다.

7. 척(1a)이 닫혀서 미가공의 워크(3')를 파지한 후 핑거(43b)가 열려서 미가공 워크(3')를 놓는다.

8. 아암 이동 신호에 의하여 아암(42)이 +X축 방향으로 이동한 후 아암 동작 신호에 의하여 아암(42)이 +A축 방향으로 회전한다.

9. 공작기계(1)의 개폐문(1b)이 닫힌다.

10. 파지 장치(43a), (43b)가 손목(44)에 대하여 90°회전하여 파지 장치(43b)가 상측으로 된다.

11. 미가공의 워크(3')를 재치한 워크 피이더 팰리트(2a)가 제11(a)도에 나타내는 바와 같이 상승하여 미가공 워크(3')를 파지 장치(43b)까지 운반한다.

12. 핑거(43d)가 닫혀서 미가공의 워크를 파지한 후 워크 피이더 팰리트(2a)가 중도까지 하강한다(제11(b)도 참조).

13. 파지 장치(43a), (43b)가 손목(44)에 대하여 180°회전하여 파지 장치(43a)가 하측으로, 파지 장치(43b)가 상측으로 된다(제11(c)도 참조).

14. 워크 피이더 팰리트(2a)가 상승한다(제11(d)도 참조).

15. 파지 장치(43a)의 핑거(43c)가 열려서 파지하고 있던 워크(3)를 워크 피이더 팰리트(2a)상에 재치한다(제11(e)도 참조).

16. 워크 피이더가 하강함과 동시에 파지 장치(43a), (43b)가 손목(44)에 대하여 90°회전하여 다음 동작에 들어간다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 2개의 에어 실린더를 직렬로 배설함과 동시에 피스톤 로드를 공통으로 하여 일방의 실린더를 이동 가능하게 배설하였으므로, 각 실린더의 4개의 공기실에 적당한 조합에 의하여 공기압을 송입함으로써 손목의 4점 위치 결정을 실행할 수가 있다.

또 본 발명에 의하면, 손목 기구에 액츄에이터(actuator)를 실장하지 않고 와이어 등에 의하여 회전부(손목)와 구동부를 따로 떼었으므로 손목부를 소형, 경량으로 할 수가 있다.

또한 4점의 위치 결정에 있어서의 스트로우크의 미세조정은 피스톤 로드에 형성한 스토퍼의 위치를 미세조정만 하면 되므로 위치 조정 조작이 간단하다.

Claims (6)

1. 공작기계의 주축을 축방향과 직교하는 면에 따라서 회전 가능한 아암고, 이 아암 선단에 형성된 파지 장치와, 파지 장치를 회전시키는 회전축을 갖는 손목 기구를 갖는 공업용 로보트에 있어서, ①전기 아암은 중공상으로 형성되며, ②또한 그 내부에 유체의 송입에 의하여 이동하는 피스톤 로드를 공통으로 가짐과, ③동시에 서로 직렬로 접속된 2개의 실린더와 풀리를 갖고 있으며, ④제1 실린더는 고정되고, ⑤제2 실린더는 이동 가능하게 지지되며, ⑥전기 손목 기구의 회전축과 풀리 사이는 벨트 또는 와이어 등의 인장 부재로 연결된과 동시에 이 인장 부재에 전기 이동 가능하게 지지된 제2 실린더가 연결되어 이 제2 실린더를 이동시킴으로써 인장 부재를 이동시켜서 회전축을 회전시킴을 특징하는 공업용 로보트.
2. 제1항에 있어서, 전기 안장 부재를 제1 및 제2인장 부재로 구성하고 제1인장 부재의 일단을 전기 회전축에 감아서 고정함과 동시에 타단을 전기 풀리를 통하여 전기 이동 가능하게 지지된 제2 실린더에 연결하고 또한 제2 인장 부재의 일단을 전기 회전축에 고정함과 동시에 타단을 전기 이동 가능하게 지지된 제2 실린더에 연결하여서 됨을 특징으로 하는 공업용 로보트.
3. 제1도는 2항에 있어서, 전기 유체를 에어로 함과 동시에 제1 및 제2 실린더를 에어 실린더로 함을 특징으로 하는 공업용 로보트.
4. 제3항에 있어서, 전기 제1 및 제2의 에어 실린더는 그 양단에 각각 공기 송압관이 있으며 총계 4개의 공기 송입관 중 소정의 공기 송입관으로 부터 공기압을 송입함으로써 제2의 에어 실린더를 이동시켜서 회전축을 회전시킴과 동시에 공기압을 송입하는 공기 송입관의 조합에 의하여 회전축을 0°위치, ±90위치, +180°위치에 각각 결정함을 특징으로 하는 공업용 로보트.
5. 제4항에 있어서, 전기 회전축의 외주에 90°간경으로 4개의 홈을 형성함과 동시에 이 홈에 계합하도록 이회전축의 둘레에 90°간격으로 4개의 계지부재를 배설하여서 됨을 특징으로 하는 공업용 로보트.
6. 제1 및 제2항에 있어서, 전기 파지 장치는 서로 독립하여 동작하는 2단 구조의 2개의 핸드가 있음을 특징으로 하는 공업용 로보트.

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