KR100749349B1

KR100749349B1 - 로봇 손목 구동용 동력전달장치 및 동력전달장치

Info

Publication number: KR100749349B1
Application number: KR1020060025522A
Authority: KR
Inventors: 다카시 하가; 요 츠루미; 쥰 다메나가
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-08-14
Also published as: DE102006012951B4; TWI295222B; DE102006012951A1; JP4484741B2; CN101493131B; KR20060103119A; JP2006263878A; US20060213307A1; CN1836853A; CN101493131A; TW200633824A

Abstract

경량(輕量) 콤팩트성(性)을 손상시키지 않고, 다음 단 부재(어태치먼트 포함)의 장착구멍의 설계 자유도가 높은 로봇 손목 구동용의 동력전달장치를 제공한다.

외치기어(138)의 자전(自轉)성분을 꺼내는 내측 핀(136)과 제1 출력 플랜지체(100)를 하나의 부재로 일체 형성함으로써, 제1 출력 플랜지체(100)의 내부에 별도 부재로서의 내측 핀이나 캐리어 볼트가 끼워맞춰질 필요를 없앤다. 그 결과, 제1 출력 플랜지체(100)로의 다음 단 부재(131) 장착구멍(170)의 설계 자유도를 높인다.

로봇, 손목, 동력전달장치, 외치기어, 내치기어, 플랜지

Description

로봇 손목 구동용 동력전달장치 및 동력전달장치{Power transmission apparatus for driving the wrist of robot and power transmission apparatus}

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 로봇 손목 부분에 장착된 동력전달장치(190)의 전체 일부 단면도이다.

도 2는, 본 발명의 실시형태에 관련된 동력전달장치 부분의 전체도이며, (A)가 정면도, (B)가 화살표 ⅡB선을 따른 단면도이다.

도 3은, 다음 단 부재 장착구멍을 마련한 도 2 기재의 동력전달장치이며, (A)가 정면도, (B)가 화살표 ⅢB선을 따른 단면도이다.

도 4는, 종래기술인 동력전달장치의 전체도이며, (A)가 정면도, (B)가 화살표 ⅣB선을 따른 단면도, (C)가 이면도(裏面圖)이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 제1 출력 플랜지체(體)

102 : 제2 출력 플랜지체(體)

120, 122, 124, 126 : 베어링

128 : 장착볼트

130 : 편심체용 베어링

132 : 내측 롤러

134 : 내치(內齒)

136 : 내측 핀

138 : 외치기어

140 : 편심체

142 : 내치기어

150 : 케이싱

160 : 입력축

170 : 장착구멍

176 : 어태치먼트

180 : 손목

190, 390, 490 : 동력전달장치

228 : 캐리어 볼트

본 발명은, 동력전달장치, 특히, 입력된 동력을 다음 단(段) 부재(어태치먼트 포함)로 전달 가능한 로봇 손목 구동용으로서 적용하는데 적합한 동력전달장치에 관한 것이다.

종래, 특허문헌 1 기재의 동력전달장치가 알려져 있다. 이 동력전달장치는, 출력축을 플랜지 모양의 형상으로 하여, 다음 단 부재(예컨대, 산업용 로봇의 어태 치먼트 등)에 직접 장착할 수 있도록 한 것이다.

상기 특허문헌 1 기재의 동력전달장치와 대략 같은 구성의 동력전달장치(290)를 도 4에 나타내었다. (A)는 그 동력전달장치(290)의 정면도, (B)는 화살표 ⅣB선을 따른 단면도, (C)는 이면도(裏面圖)이다.

동력전달장치(290)는, 입력축(260)과, 입력축(260)의 회전에 수반하여 편심 회전하는 편심체(240)와, 편심체(240)의 편심 회전을 전달하는 편심체용 베어링(230)과, 편심체용 베어링(230)에 끼워맞추는 외치기어(238)와, 외치기어(238)가 내접 맞물림하는 내치기어(234)를 가지고 있다. 내치기어(234)와 외치기어(238) 사이에는, 근소한 치수차(齒數差)가 존재한다. 여기서, 내치기어(234)는 케이싱(250)도 겸하고 있다.

외치기어(238)에는 복수의 내측 핀 구멍(238a)이 구비되어, 이 내측 핀 구멍(238a)을 내측 핀(236) 및 내측 롤러(232)가 유격(遊隔)을 가지도록 삽입되어 있다.

내측 핀(236)은, 제1 출력 플랜지체(200) 및 제2 출력 플랜지체(202)에 끼워맞춰져 있다. 제1 출력 플랜지체(200)와 제2 출력 플랜지체(202)는, 캐리어 볼트(228)를 통하여 연결되어 있다.

도면의 부호 270은, 그 동력전달장치(290)에 로봇의 어태치먼트(도시생략)를 장착하기 위한 장착구멍(혹은 장착홀)이다.

입력축(260)이 축심(Ｏ4)을 중심으로 회전하면, 입력축(260)의 외주에 마련된 편심체(240)가 회전한다. 편심체(240)의 회전에 의해서, 외치기어(238)도 입력 축(260)의 주위에서 요동 회전하려고 하지만, 내치기어(234)에 의해서 그 자전이 구속되어 있으므로, 외치기어(238)는 내치기어(234)에 접하면서 대부분 요동만을 행하도록 된다.

이 외치기어(238)의 회전은, 내측 핀 구멍(238a) 및 내측 핀(236)(및 내측 롤러(232))에 의해서 그 요동 성분이 흡수되어, 외치기어(238)와 내치기어(242)의 치수차(齒數差)로부터 생기는 자전 성분만이 제1 출력 플랜지체(200)를 통하여 어태치먼트로 전달된다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2002-061720호 공보

이와 같은 동력전달장치를 특히 산업용 로봇에 사용하는 경우에 있어서는, 산업용 로봇의 목적, 예컨대 용접, 운반, 조립 등에 따라서, 장착하는 어태치먼트 등의 다음 단 부재(이하, 단순히 어태치먼트 등이라고 표현하는 경우가 있다)는 필연적으로 다른 것이 된다. 즉, 많은 종류의 어태치먼트 등에 대하여 동력을 전달가능할 것이 요구되고 있다.

이로 인하여, 동력전달장치의 출력 플랜지체에 장착구멍(예컨대 탭)을 절삭하여, 장착나사 등에 의해서 어태치먼트 등을 장착하고자 했을 경우, 출력 플랜지체 내에 다른 부재(예컨대 내측 핀이나 캐리어 볼트 등)가 끼워맞춰져 있으면, 필연적으로 그 부재를 피해서 장착구멍을 마련할 필요가 있고, 장착구멍의 형성위치나 형성가능 갯수가 제한되어 버린다(도 4(A) 참조).

바꿔 말하면, 장착하려고 하는 어태치먼트 등의 종류에 따라서는, 충분한 장착 강도(强度)를 얻으면서 장착구멍을 마련할 수 없어서, 별도의 이음 플랜지를 준비하여 연결하지 않으면 안되는 경우나, 동력전달장치 자체 또는 장착할 어태치먼트 등의 장착부분의 재설계가 필요하게 되는 등 문제가 생기는 경우도 있었다.

따라서 본 발명은, 어태치먼트 등을 장착하기 위한 장착구멍의 설계 자유도가 높은 출력 플랜지체를 가지는 동력전달장치를 제공하여, 보다 많은 종류의 어태치먼트 등을 별도의 이음 플랜지를 준비하거나 동력전달장치 등을 재설계하거나 하지 않고 직접 장착 가능하게 하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 내치기어와, 이 내치기어에 내접 맞물림하는 외치기어를 구비하고, 입력된 동력을 어태치먼트로 전달 가능한 로봇 손목 구동용 동력전달장치에 있어서, 상기 내치기어와 외치기어의 상대회전 성분을 꺼내기 위한 내측 핀과, 이 내측 핀과 연결되는 출력 플랜지(flange)체(體)를 구비하고, 상기 내측 핀과 상기 출력 플랜지체가 하나의 부재로 일체적으로 형성되며, 또한, 상기 출력 플랜지체의 내측 핀 반대면에 상기 어태치먼트와 연결하기 위한 장착구멍이 형성되어 있는 구성으로 함으로써, 상기 목적을 해결하는 것이다.

본 발명에 의하면, 내측 핀과 출력 플랜지체를 일체로 형성함으로써, 내측 핀의 위치를 피해서 어태치먼트 등을 장착하기 위한 장착구멍을 설계하지 않으면 안되는 문제점을 회피할 수 있어서, 보다 자유롭게 어태치먼트 등을 장착하기 위한 장착구멍을 설계할 수 있다.

다만, 본 발명에서는, 상술한 예, 혹은 후술하는 예와 같이 내측 핀을 양측 지지로 지지하는 타입의 감속기에도, 또한, 출력 플랜지체로부터 편측 지지 상태로 돌출시키는 타입의 감속기에도 적용가능하다. 양측 지지로 지지하는 타입의 감속기에 있어서는, 캐리어 볼트의 존재를 부정하는 것은 아니지만, 본 발명에 관련된 내측 핀은 출력 플랜지와 일체화되어 있어서 캐리어 볼트로서의 기능을 충분히 다할 수 있는 강도를 가지고 있기 때문에, 캐리어 볼트를 전폐(全廢)시키고, 모두 내측 핀으로서 기능시킬 수 있도록 하면, 본 발명의 작용을 한층 현저하게 얻을 수 있다.

또, 본 명세서에서는, 산업용 로봇에 있어서, 보다 작업부(어태치먼트)에 가까운 쪽을 「다음 단(段)」이라고 표현한다.

＜실시예＞

이하, 첨부 도면에 근거하여, 본 발명의 실시형태의 일례를 상세하게 설명한다. 다만, 상기 설명한 종래예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는, 아래 두 자리가 공통인 번호를 붙임으로써, 중복부분의 설명은 적절히 생략하고, 다른 부분만 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 일례에 관련된 동력전달장치가 로봇의 손목부분에 장착된 상태를 나타내는 전체 일부 단면도이다. 다만, 이하의 설명에 있어서, 로봇의 손목부분이란, 로봇에 구비되는 복수의 축 중, 제4축 이후의 부분을 의미하고 있다. 보다 구체적으로는, 선회, 전후, 상하의 기본 3축으로 구성되는 로봇의 아암부 이후(보다 어태치먼트측)의 부분을 의미하고 있다.

아암부로부터 이어지는 로봇의 아암(154)에는, 3개의 관절(J4, J5, J6)을 가지는 손목이 마련되고, 마지막으로 어태치먼트(176)(일부만 도시)가 장착되어 있다. 본 실시형태에서 손목에 있어서의 관절은 3개이지만, 이에 한정되지 않고 4 이상, 혹은 2 이하의 관절로 구성되어 있어도 좋다. 이들 관절(J4, J5, J6)에는, 각각 동력전달장치가 구비되어 있다. 관절(J4)에는 동력전달장치(190)가 구비되고, 관절(J5)에는 동력전달장치(490)(외관만 도시)가 구비되며, 관절(J6)에는 동력전달장치(390)가 구비되어 있다. 관절(J4)은 축심(Ｏ1)을 중심으로 하여 X방향으로 회전 가능하고, 관절(J5)은 축심(Ｏ2)을 중심으로 하여 Y방향으로 회전 가능하고, 관절(J6)은 축심(Ｏ3)을 중심으로 하여 Z방향으로 회전 가능하다. 즉, 이들 관절(J4, J5, J6)이 협동하여 회전함으로써, 어태치먼트(176)를 삼차원적으로 자유자재로 조종하는 것이 가능하게 되어 있다.

이들 관절(J4, J5, J6)에 구비되는 동력전달장치(190, 390, 490)는, 세부(細部)는 다르지만 기본적으로는 같은 구성으로 되어 있다.

다음으로 도 2를 이용하여 동력전달장치(190)를 대표예로서 설명한다. 다른 동력전달장치도 대략 같은 구성이므로, 동일 또는 유사한 부재에 대해서는 아래 두 자리가 동일한 부호를 붙이기로 하고, 중복 설명은 생략한다. 도 2는, 상기 동력전달장치(190)의 전체도이며, (A)가 정면도, (B)가 ⅡB선을 따른 단면도이다.

본 실시형태에 있어서는, 내측 핀(136)은 제1 출력 플랜지체(출력 플랜지체)(100)와, 하나의 부재로 일체적으로 형성되어 있다. 여기서, 「하나의 부재로 일체적으로 형성」이라는 것은, 압입이나 접착 등의 수단으로 복수의 부재가 고착됨 으로써 일체적으로 구성되는 것이 아니고, 단조(鍛造) 등 본래적으로 일체성을 가진 채로 형성되는 것을 의미하고 있다.

또한, 상기 내측 핀(136)과 일체로 되어 있는 제1 출력 플랜지체(100)와, 제2 출력 플랜지체(제2 출력 플랜지체)(102)는, 제2 출력 플랜지체(102)의 내측 핀 반대측으로부터 나사삽입된 볼트(128)에 의해서 내측 핀(136)을 통하여 연결, 고정되어 있다. 여기서는 캐리어 볼트는 사용되고 있지 않다. 제1 출력 플랜지체(100)에는, 도 2(A)에서 사선을 그어 나타낸 완전히 아무것도 없고, 또한 평평한 제1 출력 플랜지면(100a)이 내측 핀 반대측에 확보되어 있다. 이로 인하여, 여기에 미리, 혹은 다음 단 부재(131) 측의 구멍위치에 맞춰서, 사후적으로, 자유롭게 장착구멍을 형성할 수 있다. 그 형성예를 도 3에 나타낸다. 여기서, 도면의 부호 170은 형성한 장착구멍의 일례를 나타내고 있다.

다음으로, 본 실시형태의 작용에 대해서 설명하는데, 여기에서도 중복 부분은 생략하고, 다른 부분만을 설명한다.

외치기어(138)의 자전 성분을 전달하는 내측 핀(136)은, 제1 출력 플랜지체(100)와 일체 형성되어 있으므로, 제1 출력 플랜지체(100)의 다음 단 부재(131)측(내측 핀 반대측)에는 사선을 그어 나타낸 제1 출력 플랜지면(100a)이 확보되어 있다(도 2(A) 참조). 도 3에는, 편의상 이 제1 출력 플랜지면(100a)에 도 4와 같은 위치에 나사 구멍(170)이 형성되어 있지만, 도 4와의 비교로부터 분명한 바와 같이, 형성 위치는 이 위치에 전혀 한정되지 않는다. 이것은, 이 제1 출력 플랜지면(100a)에 종래 존재하고 있던 내측 핀(236)이나 캐리어 볼트(228) 등의 끝면이 전 혀 존재하고 있지 않기 때문이다.

이로 인하여, 설사 다음 단 부재가 바뀌어도, 별도의 이음 플랜지를 준비하거나 동력전달장치 자체를 그에 맞춰서 설계 변경하거나 할 필요성은 적다.

특히, 산업용 로봇의 손목부에 장착하여 사용되는 동력전달장치의 경우, 로봇의 정확한 제어(위치결정), 넓은 작업 범위의 확보 및 전력절감을 위해서는, 조금이라도 경량이고 콤팩트한 장치인 것이 바람직하다.

따라서 본 실시형태와 같이 중량 증대 등을 초래하지 않고, 장착구멍(170)의 가공위치의 자유도를 높인 의의는 크다.

또한, 본 실시형태에서는, 종래의 캐리어 볼트를 폐지하여, 모두 내측 핀(136)만으로 제1 출력 플랜지체(100)와 제2 출력 플랜지체(102)를 연결하고 있다. 그러나, 제1 출력 플랜지체는 내측 핀(136)과 일체화되어 있고, 제2 출력 플랜지체는 볼트(128)에 의해서 강고(强固)하게 연결되어 있으므로, 각 내측 핀(136)이 각각 종래의 캐리어 볼트로서의 연결기능도 충분히 달성하고 있다.

게다가, 모든 내측 핀(136)이 동력전달에 기여할 수 있으므로, 각 내측 핀 하나당 부하는, 종래의 캐리어 볼트의 위치에 내측 핀(136)이 새롭게 배치된 만큼 경감되어 있다.

더욱이, 반지름방향으로 균등하게 내측 핀(136)이나 볼트(128)를 배치 구성할 수 있으므로, 운전할 때의 회전 밸런스가 뛰어난 동력전달장치를 실현할 수 있다.

다만, 본 실시형태에서는, 내측 핀(136)의 선단(先端)이 제2 출력 플랜지체 (102)에 의해서 지지된 구성으로 되어 있지만, 제2 출력 플랜지체를 생략하고, 내측 핀(136)이 편측 지지 상태로 제1 출력 플랜지체(100)로부터 돌출하도록 하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 즉, 내측 핀(136)의 선단측(상술한 실시형태에 있어서는 제2 출력 플랜지 체 측)의 구성은 특별히 한정되지 않는다.

또한, 본 실시형태에서는, 외치기어가 3개인 구성으로 되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전달용량에 알맞는 개수(예컨대 1개나 2개)로 구성하는 것도 가능하다.

＜산업상의 이용 가능성＞

본 발명은, 실시형태로서 설명한 산업용 로봇의 손목부분에 장착되는 동력전달장치로서의 이용으로 가장 현저한 효과가 얻어지지만, 이 이외의 상대 기계 등에 대하여 동력을 전달하기 위한 동력전달장치에도 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 어태치먼트 등에 맞춰서 별도의 이음 플랜지를 준비하거나, 동력전달장치 등의 설계를 변경하거나 하는 것을 회피할 수 있어서, 콤팩트하고 회전 밸런스가 좋으며, 강도가 높은 동력전달장치의 설계를 실현할 수 있다.

Claims

내치기어와, 이 내치기어에 내접 맞물림하는 외치기어를 구비하고, 입력된 동력을 어태치먼트로 전달 가능한 로봇 손목 구동용 동력전달장치에 있어서,

상기 외치기어에 삽입되고, 상기 내치기어와 외치기어와의 맞물림에 의해 발생하는 상대회전 성분을 꺼내기 위한 내측 핀과,

이 내측 핀과 연결되는 출력 플랜지(flange)체(體)를 구비하고,

상기 내측 핀과 상기 출력 플랜지체가 하나의 부재로 일체적으로 형성되며, 또한,

상기 출력 플랜지체의 내측 핀 반대면에 상기 어태치먼트와 연결하기 위한 장착구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 손목 구동용 동력전달장치.
내치기어와, 이 내치기어에 내접 맞물림하는 외치기어를 구비하고, 입력된 동력을 다음 단(段) 부재로 전달 가능한 로봇 손목 구동용 동력전달장치에 있어서,

상기 외치기어에 삽입되고, 상기 내치기어와 외치기어와의 맞물림에 의해 발생하는 상대회전 성분을 꺼내기 위한 내측 핀과,

이 내측 핀과 연결되는 출력 플랜지체를 구비하고,

상기 내측 핀과 상기 출력 플랜지체가 하나의 부재로 일체적으로 형성되며, 또한,

상기 출력 플랜지체의 내측 핀 반대면에 상기 다음 단 부재와 연결하기 위한 장착구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 손목 구동용 동력전달장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

더욱이, 상기 외치기어에 있어서의 출력 플랜지체 반대측에 제2 출력 플랜지체를 구비하며, 또한

상기 출력 플랜지체와 이 제2 출력 플랜지체가 상기 내측 핀에 의해서만 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 손목 구동용 동력전달장치.
내치기어와, 이 내치기어에 내접 맞물림하는 외치기어를 구비하고, 입력된 동력을 다음 단 부재로 전달 가능한 동력전달장치에 있어서,

상기 외치기어에 삽입되고, 상기 내치기어와 외치기어와의 맞물림에 의해 발생하는 상대회전 성분을 꺼내기 위한 내측 핀과,

이 내측 핀과 연결되는 출력 플랜지체를 구비하고,

상기 내측 핀과 상기 출력 플랜지체가 하나의 부재로 일체적으로 형성되며, 또한,

상기 출력 플랜지체의 내측 핀 반대면에 상기 다음 단 부재와 연결하기 위한 장착구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.
청구항 4에 있어서,

더욱이, 상기 외치기어에 있어서의 출력 플랜지체 반대측에 제2의 출력 플랜지체를 구비하며, 또한

상기 출력 플랜지체와 이 제2 출력 플랜지체가 상기 내측 핀에 의해서만 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동력전달장치.