KR0183709B1 - 로보트 핸드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로보트 핸드 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 구동 수단(22), 회전 샤프트(31)를 지지하고 있는 외장 커버(51), 상기 구동 수단(22)에 의해 왕복 운동할 수 있는 이동 부재(28), 상기 이동 부재(28)의 양측에 회전 가능하게 연결된 제1링크부재(23), 상기 제1링크부재(23)에 회전 가능하게 연결된 일단부 및, 상기 회전 샤프트(31)에 회전 가능하게 연결된 타단부를 구비한 제2링크부재(24) 및, 상기 제2링크부재(24)와 소정의 각도를 유지하면서 상기 회전 샤프트(31)에 회전 가능하게 연결된 커넥터(32)- 핑거(21)의 연장부를 포함하는 로보트 핸드 장치(20)가 제공된다. 본 발명의 로보트 핸드 장치는 전체적인 무게를 감소시킬 뿐만 아니라 상대적으로 큰 출력을 발휘할 수 있으므로 장치의 소형화/경량화와 함께 작동 효율을 극대화시키는 효과를 달성하였다.

Description

로보트 핸드 장치

제1도는 종래 기술에 따른 로보트 핸드 장치의 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 로보트 핸드 장치의 정면도로서, 핑거가 이격된 상태에서 커버를 제거하여 도시한 것이다.

제3도는 제2도의 로보트 핸드 장치를 핑거가 근접한 상태에서 도시한 것이다.

제4도는 제2도의 로보트 핸드 장치의 커넥터 및 핑거 연장부에 대한 사시도.

제5도는 제2도의 로보트 핸드 장치를 커버 조립 상태에서 일부 단면으로 도시한 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 로보트 핸드 장치(종래 기술) 13 : 서보 모터

15 : 기어 16 : 핑거

17 : 고정 지그 18 : 제2샤프트

20 : 로보트 핸드 장치(본 발명) 22 : 리니어 모터

21 : 핑거 23 : 제1링크부재

24 : 제2링크부재 28 : 이동 플레이트

본 발명은 링크 기구를 이용한 로보트 핸드 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 모터와 복수개의 링크 기구를 이용하여 작업 대상물을 파지할 수 있는 로보트 핸드 장치에 관한 것이다.

로보트 핸드는 작업 대상물을 현재의 위치에서 다른 위치로 이동시킬 수 있도록 작업 대상물을 파지하는 장치로서, 작업 대상물의 크기, 형상, 중량 및 작업 조건을 고려하여 설계되어야 한다. 본 발명은 특히 반도체 제조 공정에서 사용되는 웨이퍼의 카세트를 취급하는 로보트 핸드에 관한 것으로서, 클리인 룸(clean room)에서 사용될 수 있는 것이다.

제1도는 종래 기술에 따른 로보트 핸드 장치(10)의 개략적인 파단 사시도이다. 로보트 핸드 장치(10)는 상부 커버(11) 및 하부 커버(12) 내에 배치된 교류 서보 모터(13) 및 샤프트-기어 기구와, 상기 커버 외부에 배치된 핑거부(16)를 포함한다, 하부 커버의 내측에 배치된 고정 지그(17)에는 교류 서보 모터(13) 및 제1샤프트(14)가 회전 가능하게 고정되어 있으며, 모터의 축에서 발생한 동력은 제1샤프트(14)에 기어로 전달된다. 커버 외측에 배치된 핑거(16)는 ㄷ자 형상의 부재로서 상부에 제2샤프트(18)를 포함하며, 제2샤프트(18)는 하부 커버(12)를 관통하여 베어링으로 회전 가능하게 유지되어 있다. 하부 커버(12)의 내측을 통과하는 제2샤프트(18)에는 기어가 설치되어 있으며, 이 기어는 제1샤프트(14)에 설치된 워엄 기어(19)와 맞물려 모터의 동력을 핑거(16)에 전달한다. 좌측 및 우측에 배치된 워엄 기어(19)의 치형은 서로 반대 방향으로 형성되어 있다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 모터의 회전에 따라 핑거(16)는 제2샤프트(18)를 회전축으로 회전할 수 있다. 좌측 및 우측 워엄 기어(19)의 치형은 서로 반대 방향으로 형성되어 있기 때문에, 제1샤프트(14)의 일 방향 회전에 따라 핑거(16)는 서로 접근하여 작업 대상물을 파지하거나, 서로 이격됨으로써 파지된 작업 대상물을 핑거로부터 분리시킬 수 있다.

위와 같은 종래 기술에 따른 로보트에서는 교류 서보 모터를 구동원으로 사용하고, 다시 워엄 기어로 서보 모터의 운동을 전달하는 방식을 채택하였다. 이러한 방식에서는 몇가지 문제점이 발생하는데 이를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 교류 서보 모터는 자체 중량이 상대적으로 크므로 전체 로보트의 중량이 증가하는 경향이 있다. 둘째, 서보 모터의 제어를 위한 케이블이 여러 가닥 포함되므로 장치의 단순화가 불가능하고, 모터를 제어하는 것도 복잡해진다. 세째, 워엄 기어의 사용으로 인하여 백 래쉬(back rash)가 발생하므로 로보트 핸드의 작동에 있어 유격이 발생한다. 상술한 문제점은 로보트의 원활한 작동에 부정적인 영향을 미치며, 오동작이 발생할 경우 이를 수정하는 것에도 상당한 곤란이 존재한다.

본 발명의 목적은 위와 같은 문제점을 개선할 수 있도록 종래 기술에서 채용되었던 교류 서보 모터 및 워엄 기어를 핸드 장치로부터 배제하고 리니어 모터 및 링크 기구를 이용한 소형 및 경량의 로보트 핸드 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 링크 기구의 구조적 특징을 이용하여 물체를 잡았을 때 별도의 동력없이 임의의 외력에 의한 로보트 핸드의 개방을 방지할 수 있는 신뢰성 있는 로보트 핸드 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 리니어 모터 및 센서 수단을 장치에 제공하여 로보트 핸드의 작동에 있어 정확성을 기하고 제어의 편리성을 추구하고 오동작을 방지할 수 있는 로보트 핸드 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 구동 수단, 회전 샤프트를 지지하고 있는 외장 커버, 상기 구동 수단에 의해 왕복 운동할 수 있는 이동 부재, 상기 이동 부재의 양측에 회전 가능하게 연결된 제1링크부재, 상기 제1링크부재에 회전 가능하게 연결된 일단부 및, 상기 회전 샤프트에 회전 가능하게 연결된 타단부를 구비한 제2링크부재 및, 상기 제2링크부재와 소정의 각도를 유지하면서 상기 회전 샤프트에 회전 가능하게 연결된 커넥터- 핑거의 연장부를 포함하는 로보트 핸드 장치가 제공된다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 이동 부재는 상부 부재와 하부 부재의 사이를 왕복하며, 상기 이동 부재에는 센서 독이 설치되며, 상기 상부 부재와 하부 부재에는 리미트 센서가 설치된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상부 부재와 하부 부재 사이에는 지지용 부재가 설치되며, 상기 이동 부재에는 지지용 부재를 통과시키는 통공이 형성되어 있어 상하 이동이 자유롭다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 구동력을 감소시키고 외력에 대응가능한 링크 기구 구조로 되어 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 커넥터-핑거의 연장부는 커넥터에 형성된 돌출부를 핑거에 형성된 조립홈에 상호 끼워맞춤 방식으로 결합함으로써 형성되며, 상기 커넥터와 핑거에는 케이블용 통로가 제공되어 핑거의 하단에 형성된 센서 수용부로 연통되어 케이블이 외부로 돌출되지 않는다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 구동 수단은 리니어 스텝 모터이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 따른 로보트 핸드 장치(20)의 주요부를 외장 커버를 제거한 상태에서 도시한 것이며, 핑거(21)는 이격된 상태(즉, 작업 대상물이 핸드 장치로부터 분리된 상태)로 도시되어 있다. 이러한 장치는 로보트 핸드 장치가 링크 기구를 통해 작동하므로 제1도의 장치와는 상이한 구성이다.

본 발명에 따른 로보트 핸드 장치(20)는 리니어 스텝 모터(22)와 복수개의 링크부재(23, 24)로 이루어진 링크 기구를 포함한다. 리니어 스텝 모터(22)는 하부 프레임(25)의 저부에 제공되며, 하부 프레임(25)은 좌·우 측면에 제공된 측면 플레이트(27)에 의해 상부 프레임(26)과 연결된다. 상부 프레임(26)과 하부 프레임(25) 사이에는 이동 플레이트(28)가 제공되며, 이것은 리니어 스텝 모터(22)의 샤프트(29)의 단부와 연결되어 있어 모터 샤프트(29)가 상하로 왕복 구동됨에 따라 상하로 운동한다. 지지 부재(30)는 상부 프레임(26)과 하부 프레임(25) 사이에 제공되며, 이동 플레이트(28)에는 2개의 통공이 형성되어 있어 그 통공을 통해 지지 부재(30)가 삽입된다. 따라서 이동 플레이트(28)는 지지 부재(30)를 통공에 삽입시킨 상태에서 상하로 운동하게 되며, 리니어 스텝 모터의 샤프트 단부(29)는 이동 플레이트(28)의 저부에 제공된 연결구에 결합됨으로써 이동 플레이트(28)를 상승시키거나 하강시킬 수 있는 구동력을 전달하게 된다.

상부 프레임(26) 및 하부 프레임(25)에는 리미트 센서(도시되지 않음)가 제공되어 있다. 리미트 센서들은 이동 플레이트(28)가 모터 샤프트(29)에 의해 상방향으로 또는 하방향으로 운동하여 상부 프레임(26) 또는 하부 프레임(25)에 도달하는 것을 검지하기 위한 것으로서, 이동 플레이트의 상면 및 저면에 제공된 센서 독(sensor dog)과 연계된다. 로보트 핸드의 작동에 있어서는 이동 플레이트(28)가 하부 프레임(25)의 센서에 의해 검지되면, 필요에 따라 외부 신호에 의해 리니어 스텝 모터(22)가 작동하여 이동 플레이트(28)를 상향 운동시키고, 이동 플레이트(28)가 상부 프레임(26)의 센서에 의해 검지되면 리니어 스텝 모터(22)의 작동이 중단된다.

도면에서 보아 이동 플레이트(28)의 좌측 및 우측에는 제1링크부재(23)가 제공된다. 제1링크부재(23)는 이동 플레이트(28)에 제공된 소형의 베어링상에서 회전 가능하게 유지되기 때문에, 이동 플레이트(28)가 상하로 운동하는데 따라서 소정의 각도로 변위될 수 있다. 제1링크부재(23)와 이동 플레이트(28)가 연결된 지점의 반대편에는 제1링크부재(23)에 제2링크부재(24)가 연결되어 있으며, 이들은 소형의 베어링상에서 회전이 가능하도록 연결된다. 로보트 핸드의 원활한 작동을 위해 제1링크부재(23) 및 제2링크부재(24)의 무게는 가능한한 가벼운 것이 바람직스럽다. 바람직한 실시예에서는 알루미늄 재료를 사용하며, 링크의 가운데 부분에 타원형의 공간을 형성하여 중량을 대폭 감소시켰다.

제2링크부재(23)가 제1링크부재(24)와 연결되어 있는 지점의 반대편에는 제2링크부재(24)가 회전 샤프트(31)에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 회전 샤프트(31)는 제5도에 도시된 바와 같이 외측 커버(51)의 내측에 설치된 베어링(52)에 지지된다. 회전 샤프트(31)에는 커넥터(32)가 회전 가능하게 연결되며, 커넥터(32)는 다시 제4도에 도시된 바와 같이 핑거(21)와 연결된다. 커넥터(32)와 핑거(21)의 장부는 회전 샤프트(31)를 중심으로 회전할 수 있다. 제2링크부재(24)와 커넥터-핑거 연장부(32, 21)는 상호간에 고정 각도를 유지하면서 회전 샤프트(31)를 중심으로 회전하므로, 제2링크부재(24)가 제1링크부재(23)에 의해 변위되면 핑거(21)도 회전 샤프트(31)를 중심으로 회전한다.

제4도에는 커넥터(32)와 핑거(21)의 연장부가 도시되어 있다. 커넥터(32)에는 회전 샤프트(31)가 삽입되는 축공(33)이 형성되어 있으며, 케이블이 통과하는 구멍이 형성되어 있다. 커넥터(32)에는 핑거(21)에 형성된 조립홈(34)에 삽입될 돌출부(35)가 형성된다.(도면에서는 조립홈(34)과 돌출부(35)가 조립된 상태로 도시되어 있다.) 핑거(21)는 관성 모멘트를 가능한한 감소시킬 수 있도록 플라스틱 제품으로 제작되는 것이 바람직스러우며, 커넥터(32)의 돌출부(35)에 대응되는 조립홈(34)을 지니고 있어 상호 끼워 맞춤 방식으로 조립된다. 핑거(21)의 내부에는 케이블 통로(36)가 형성된다. 케이블은 핑거(21)의 하부에 형성된 센서 수용부(37)에 수용된 센서에 연결되기 위한 것이며, 센서는 작업 대상물이 로보트의 핑거(21)에 파지되었는지의 여부를 검지하기 위한 것이다. 클리인 룸에서 작동하는 로보트는 가능한한 먼지를 발생할 수 있는 환경 요소를 회피하여야 하는데, 이처럼 센서용 케이블을 핑거(21)내에 형성된 케이블 통로(36)에 내장시키는 것은 클리인 룸의 청결 조건을 충족시킨다. 핑거(21)에 형성된 케이블 통로(36)는 커넥터(32)에 형성된 케이블 통로와 연통한다. 핑거의 하부 내측면에는 작업 대상물을 파지할 수 있도록 삽입홈(38)이 제공될 수 있으며, 도면에 도시된 실시예에서는 웨이퍼 카세트를 파지하기 위한 삽입홈(38)을 예시적으로 나타내었다.

다시 제3도를 참조하면 제2도의 로보트 핸드 장치(20)가 작업 대상물을 파지한 상태가 도시되어 있다. 리니어 스텝 모터(22)의 작동으로 이동 플레이트(28)가 하부 프레임(25)에 근접하면 이동 플레이트(28)에 연계된 제1링크부재(23)가 이동 플레이트(28)와 수평선상에 위치하게 된다. 이에 따라 제1링크부재(23)와 회전 가능하게 연결된 제2링크부재(24)는 회전 샤프트(31)를 중심으로 회전하게 된다. 전술한 바와 같이 커넥터-핑거 연장부(32, 21)는 제2링크부재(24) 소정의 각도를 유지하고 있으므로, 제2링크부재(24)의 회전에 따라 핑거(21)는 장치의 중심부를 향해 근접하여 작업 대상물을 파지할 수 있다.

제5도는 본 발명에 따른 로보트 핸드 장치가 외장 커버(51) 내에 설치된 것을 일부 절개된 상태로 도시한 것이다. 상기에 설명된 바와 같이 회전 샤프트(31)는 커버(51)에 설치된 베어링상에 유지되며, 핑거센서 케이블(c)은 커넥터(32) 및 핑거(21)에 형성된 통로를 통해 핑거(21)의 하부로 연장된다. 리니어 스텝 모터(22)에 연계되는 케이블(c)도 모터의 커버(51) 내에 내장되어 있는 것이 클리인 룸의 조건을 충족시키는데 바람직스럽다. 핑거(21)의 단부에 작업 대상물을 파지하는 부분은 도면에 도시된 바와 같이 파지홈(38)의 입구가 넓게 형성되어 삽입이 용이하게 되어 있다.

본 발명에 따른 로보트 핸드 장치는 종래 기술의 장치에 비해 소형, 경량의 리니어 스텝 모터를 사용하므로 전체적인 무게를 감소시킬뿐만 아니라 상대적으로 큰 출력을 발휘할 수 있으므로 장치의 소형화/경량화와 함께 작동 효율을 극대화시키는 효과를 달성하였다.

또한 기존 장치가 기어를 사용함으로써 발생하였던 백 래쉬에 의한 작업 오차를 근본적으로 개선할 수 있는 링크 기구를 도입하여 정확하고 신뢰성 있는 장치의 작동 효과를 달성하였다. 부수적으로는 서보 모터를 사용하지 않고 리니어 스텝 모터와 센서를 이용함으로써 제어의 단순화를 달성하였을 뿐만 아니라, 케이블 사용의 최소화를 이루어 클리인 조건을 충족시킬 수 있는 장치를 제공하는 효과를 달성하였다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (3)

1. 샤프트(29)를 왕복 구동시키는 리니어 스텝 모터(22), 회전 샤프트(31)를 지지하고 있는 외장 커버(51), 상기 구동 수단(22)의 샤프트(29) 단부에 고정되어 왕복 운동할 수 있는 이동 부재(28), 상기 이동 부재(28)의 양측에 회전 가능하게 연결된 제1링크부재(23), 상기 제1링크부재(23)에 회전 가능하게 연결된 인단부 및, 상기 회전 샤프트(31)에 회전 가능하게 연결된 타단부를 구비한 제2링크부재(24), 상기 제2링크부재(24)와 소정의 각도를 유지하면서 상기 회전 샤프트(31)에 회전 가능하게 연결된 커넥터(32)- 핑거(21)의 연장부 및, 상기 이동 부재(28)의 왕복 운동을 상부 부재(26)와 하부 부재(25)의 사이에서 제한 할 수 있도록, 상기 이동 부재(28)에 설치된 센서 독과, 상기 상부 부재(26) 및 하부 부재(25)에 각각 설치된 리미트 센서를 포함하는 로보트 핸드 장치(20).
2. 제1항에 있어서, 상기 상부 부재(26)와 하부 부재(25) 사이에는 지지용 부재(30)가 설치되며, 상기 이동 부재(28)에는 지지용 부재(30)를 통과시키는 통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로보트 핸드 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 커넥터(32)-핑거(21)의 연장부는 커넥터(32)에 형성된 돌출부(35)를 핑거(21)에 형성된 조립홈(35)에 상호 끼워맞춤 방식으로 결합함으로써 형성되며, 상기 커넥터(32)와 핑거(21)에는 케이블용 통로(36)가 제공되어 핑거(21)의 하단에 형성된 센서 수용부(37)로 연통되는 것을 특징으로 하는 로보트 핸드 장치.