KR101165609B1 - 다관절 자동 나사 체결 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다관절로 이루어진 자동 나사 체결 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 복수의 관절부 및 상기 관절부에 회동 가능하게 결합되어 대상물에 대해 나사를 체결하는 체결부를 포함하며, 상기 체결부는 나사의 공급 경로를 제공하는 나사 공급관과, 상기 나사 공급관 내에 연통 및 착탈 가능하게 결합되고, 복수의 나사가 수용되는 나사집과, 직진 운동을 이용하여 상기 나사를 상기 나사 공급관의 공급 경로 상으로 이동시키는 나사 푸셔와, 상기 나사 공급관 내에 연통되게 결합되며, 상기 나사 공급관 내로 에어를 공급하여 상기 공급 경로 상에 있는 상기 나사를 상기 나사 공급관 내의 일측단부에 배치시키는 에어 공급기 및 상기 나사 공급관 내에 삽입되어 상기 나사 공급관 내의 일측단부에 배치된 나사를 회전시켜 상기 대상물에 체결하는 전동 드라이버를 포함한다.

Description

다관절 자동 나사 체결 장치{APPARATUS FOR AUTOMATIC FASTENING SCREW HAVING MULTIPLE JOINT}
본 발명은 다관절 자동 나사 체결 장치에 관한 것으로써, 특히 다관절로 이루어진 자동 나사 체결 장치에서 전동 드라이버에 나사를 공급하는 방식에 관한 것이다.
일반적으로 대량 생산 라인, 예컨대 자동차 조립 라인에서의 나사 체결 작업은 지그에 고정된 조립품에 대해 자동 나사 체결 장치에 의하는데, 상기 자동 나사 체결 장치는 나사생산성 향상 및 인건비 절감 등의 장점을 제공하고 있다.
국내 등록실용신안 제0409627호는 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 자동 나사 체결 장치는 분배기(20)에 나사를 공급하는 공급기(10)와, 상기 공급기(10)에 의하여 공급된 나사를 체결기(30)의 조우(jaw;31)로 공급하는 분배기(20) 및 상기 조우(31)로 공급된 나사를 조립품의 원하는 장소에 체결하는 체결기(30)를 포함한다.
상기와 같은 구조의 자동 나사 체결 장치는 상기 공급기(10) 내에 무질서하 게 놓인 나사를 1개씩 분리하고, 압축 에어(air)에 의해 분배기(20)의 호스(hose;21)를 통해 조우(31)로 공급하며, 진공(vaccumn)을 이용하여 공급된 나사를 정렬한 후 체결기(30)의 전동 드라이버(32)를 이용하여 상기 나사를 자동으로 체결하게 된다.
그러나, 상기와 같은 자동 나사 체결 장치는 상기 체결기(30)가 수직한 형태이므로, 상기 체결기(30)의 하부에 조립품의 체결 위치가 배치되어 있어야만 나사를 체결할 수 있는 문제점이 있다.
즉, 상기 체결기(30)와 상기 조립품의 체결 위치가 어긋나 있게 되면 나사의 체결이 불가능해지는 등 체결 위치에 제한이 있는 문제점이 있다.
한편, 상기 수직한 형태의 체결기(30)의 문제를 해결하기 위하여 다관절 로봇의 형태인 체결기(미도시)를 사용하는 경우에도 나사의 체결 위치에 제약을 받는 문제점이 있다.
즉, 다관절 로봇 형태의 체결기의 경우, 관절의 꺾임이 자유로운데 비해 이에 연결된 호스의 꺽임은 제한되므로, 상기 호스의 꺽임 한계에 따라 상기 관절의 꺽임도 제한을 받게 되어 결과적으로 나사의 체결 위치가 제한적이게 된다.
또한, 호스를 통해 나사를 공급하게 되면, 호스 내에 나사가 끼이게 되는 등 나사의 원활한 공급에 문제가 있다.
미설명 부호 W는 전원이고, C는 제어기이다.
이에 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 나사 체결 위치의 조절이 자유롭고, 나사의 공급이 원활한 다관절 자동 나사 체결 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 관절부 및 상기 관절부에 회동 가능하게 결합되어 대상물에 대해 나사를 체결하는 체결부를 포함하며, 상기 체결부는 나사의 공급 경로를 제공하는 나사 공급관과, 상기 나사 공급관 내에 연통되게 결합되고, 복수의 나사가 수용되며, 상기 수용된 나사 중 최상부의 나사가 상기 나사 공급관 내에 노출되는 나사집과, 직진 운동을 이용하여 상기 나사집 최상부의 나사를 밀므로써 상기 나사를 상기 나사 공급관의 공급 경로 상으로 이동시키는 나사 푸셔와, 상기 나사 공급관 내에 연통되게 결합되며, 상기 나사 공급관 내로 에어를 공급하여 상기 공급 경로 상에 있는 상기 나사를 상기 나사 공급관 내의 일측단부에 배치시키는 에어 공급기 및 상기 나사 공급관 내에 삽입되어 상기 나사 공급관 내의 일측단부에 배치된 나사를 회전시켜 상기 대상물에 체결하는 전동 드라이버를 포함한다.
상기 전동 드라이버는 플레이트 상에 결합된 상태로 하우징 내에 수용되되, 상기 하우징 내부의 하면에는 가이드 레일이 설치되어 일측이 상기 하우징에 결합되고, 타측이 상기 플레이트에 결합된 실린더의 피스톤 운동에 의해 상기 플레이트가 상기 가이드 레일 상에서 슬라이딩되는 것이 바람직하다.
상기 나사 공급관에는 상기 전동 드라이버가 삽입되는 상부 경로 및 상기 나사가 이동되는 하부 경로가 형성되고, 상기 하부 경로의 일측단부는 상부 경로와 연결되도록 경사져 단일 경로가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 나사 푸셔는 상기 하우징 상에 결합된 액츄에이터 및 상기 액츄에이터의 구동에 의하여 상기 나사 공급관 내에서 직진 운동에 의해 상기 나사를 미는 푸쉬바를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전동 드라이버는 상기 나사 공급관 내에서 상기 나사와 접촉되는 드라이버 비트와, 상기 플레이트 상에 결합되어 상기 드라이버 비트에 회전력을 제공하는 서보 모터 및 상기 서보 모터의 토크를 제어하는 토크 제어기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다관절 자동 나사 체결 장치에 의하면, 복수의 관절부 및 상기 관절부와 같이 동작되는 체결부로 이루어진 다관절 형태이므로, 나사가 체결되어야 하는 대상물의 위치에 맞게 자유로이 움직일 수 있으므로 나사 체결 작업이 용이한 장점이 있다.
또한, 다관절 로봇 형태의 나사 체결 장치 사용 시 종래 긴 호스의 꼬임 등에 의해 관절의 움직임을 제한하던 문제를 본 발명에서는 탄창 형태의 나사집이 나 사 공급관에 결합되어 나사를 공급하므로 관절의 움직임을 자유롭게 할 수 있다.
또한, 복수의 나사가 수용되어 최상부의 나사가 이탈될 때마다 탄성력에 의하여 차상부의 나사가 최상부로 배치되는 나사집이 상기 나사 공급관에 착탈 가능하게 결합됨으로써 나사 공급관으로 나사의 공급을 원활하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 자동 나사 체결 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 다관절 자동 나사 체결 장치 중 체결부를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3의 체결부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 다관절 자동 나사 체결 장치(100)는 복수의 관절부(200) 및 상기 복수의 관절부(200)에 회동 가능하게 결합되어 대상물(미도시)에 대해 나사를 체결하는 체결부(300)를 포함한다.
상기 복수의 관절부(200)는, 예컨대 다관절 로봇의 관절과 같이 각각 독립적으로 회동 가능하다.
상기 체결부(300)는 상기 관절부(200)에 회동 가능하게 결합되는 하우징(housing;310)과, 상기 하우징(310)에 내장되는 플레이트(plate;320)와, 상기 플레이트(320) 일측에 배치되되, 상기 하우징(310) 외부로 노출되는 나사 공급관(330)과, 상기 나사 공급관(330)에 연통 가능하게 결합되는 나사집(340)과, 상기 하우징(310) 상에 결합되는 나사 푸셔(screw pusher;350)와, 상기 나사 공급관(330)에 연통 가능하게 결합되는 에어 공급기(air supply;360)와, 상기 플레이트(320) 상에 결합되는 전동 드라이버(electromotion driver;370)와, 상기 플레이트(320) 상에 일측이 결합되고, 타측이 상기 하우징(310)에 결합되는 실린더(cylinder;380)를 포함한다.
상기 플레이트(320)는 상기 하우징(310) 내의 하면에 설치된 가이드 레일(guide rail;311) 상에 결합되되, 상기 실린더(380)의 피스톤(piston) 작용에 의해 상기 가이드 레일(311) 상에서 직선운동을 한다.
상기 나사 공급관(330)은 내부에 상부 경로(331) 및 상기 상부 경로(331) 하부에 하부 경로(332)가 형성되며, 상기 하부 경로(332)의 일측단부는 상부로 경사진 경사로(333)를 통해 상기 상부 경로(331)와 연결되어 상기 나사 공급관(330)의 일측 외부에 이르기까지 상기 상부 경로(331)와 동일한 축의 단일 경로(334)가 형성된다.
상기 나사집(340)은 복수의 나사(390)를 수용하기 위한 것으로서, 상기 나사집(340) 내의 하부에는 탄성체(341)가 삽입되어 최상부에 배치된 나사(390)가 상기 나사집(340)으로부터 이탈 시 그 아래에 있던 나사(390)가 상기 탄성체(341)의 팽창에 의해 상기 최상부의 위치에 배치된다.
상기 나사집(340)의 상부 양측에 형성된 관통홀(343)으로는 스프링(spring;344)에 의하여 연결된 한 쌍의 후크(hook;345)가 노출될 수 있는데, 상기 후크(345)에 의해 상기 나사집(340)이 상기 나사 공급관(330)에 결합된다.
즉, 상기 나사집(340)은 상기 나사 공급관(330)에 형성된 결합홀(335)을 통 해 삽입되어 결합되는데, 상기 삽입 시 상기 스프링(344)을 수축시켜 나사집(340)이 결합홀(335)을 통과하게 한 후 수축된 스프링(344)을 복원시키게 되면 후크(345)의 상단부가 나사 공급관(330)의 내면에 걸쳐지게 되어 상기 나사집(340)이 상기 나사 공급관(330)에 결합되게 한다.
마찬가지로, 상기 나사 공급관(330)으로부터 나사집(340)을 분리 시에는 상기 스프링(344)을 수축시켜 나사 공급관(330)의 내면에 걸쳐진 후크(345)를 이탈시키면 된다.
상기 나사집(340)의 상부에는 나사(390)가 배출되기 위한 배출홀(342)이 형성되는데, 상기 배출홀(342)은 양측, 즉 배출홀(342)의 축 상에 나사(390)가 배치된 경우 나사(390)의 앞뒤가 뚫려진 형태이다.
상기 나사집(340)은 예컨대 총기류에 결합되는 탄창 또는 탄알집과 유사한 구조 및 동작 원리를 가질 수 있다.
상기 나사 푸셔(350)는 상기 하우징(310) 상에 결합된 액츄에이터(actuator;351) 및 상기 엑츄에이터(351)에 의하여 직선 운동을 하는 푸쉬바(push bar;352)를 포함한다.
상기 푸쉬바(352)는 상기 나사 공급관(330) 내, 즉 나사 공급관(330)의 하부 경로(332)에 삽입되어 액츄에이터(351)의 구동에 의한 직진 운동으로 나사집(340)에 수용된 나사(390) 중 나사집(340) 외부로 노출된 최상부의 나사(390)를 밀어 상기 하부 경로(332) 상에 위치하게 한다.
상기 에어 공급기(360)는 상기 나사 공급관(330) 중 하부 경로(332)에 연통 되게 결합되어 상기 하부 경로(332)에 에어를 공급함으로써, 에어압에 의해 상기 하부 경로(332) 상에 놓인 나사(390)를 일측단부의 단일 경로(334) 상에 이동시킨다.
상기 전동 드라이버(370)는 상기 플레이트(320) 상에 결합된 서보 모터(servo motor;371)와, 상기 서보 모터(371)의 구동에 의하여 회전되는 드라이버 비트(driver bit;372) 및 상기 서보 모터(371)의 토크(torque)를 제어하는 토크 제어기(373)를 포함한다.
상기 드라이버 비트(372)는 회전에 의해 상기 나사(390)를 대상물에 체결하는 부분으로 상기 나사 공급관(330)의 상부 경로(331) 내에 삽입되며, 상기 플레이트(320)가 상기 가이드 레일(311) 상에서 슬라이딩됨에 따라 상기 상부 경로(331) 내에서 직선 운동을 하여 전진에 의해 상기 나사(390)에 접촉되거나 후진에 의해 상기 하부 경로(332)가 상기 상부 경로(331)와 연결되는 부분을 개방할 수 있다.
상기 토크 제어기(373)는 상기 서보 모터(371)와 벨트(belt;374)에 의하여 연결되어, 즉 토크 제어기(373)의 회전축과 서보 모터(371)의 회전축이 벨트(374)에 의하여 연결되어 상기 서보 모터(371)의 회전 속도를 제어함으로써, 상기 드라이버 비트(372)의 과도한 회전을 방지하여 대상물에 나사(390)의 적절한 체결이 이루어질 수 있게 한다.
도 5 내지 도 8은 도 2의 다관절 자동 나사 체결 장치의 동작을 순차적으로 나타낸 동작도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다관절 자동 나사 체결 장치(100)에 의하여 대상물에의 나사(390) 체결은 먼저 복수의 나사(390)가 수용된 나사집(340)을 나사 공급관(330)의 하부에 형성된 결합홀(335)을 통해 삽입 결합한다.
이때, 상기 나사집(340)의 상단은 상기 나사 공급관(330)의 하부 경로(332) 상단에 접촉하게 됨과 더불어 나사집(340)의 최상부 나사(390)의 노출된 부분이 상기 하부 경로(332)의 상단에 의해 가압되어 나사집(340) 상부에 형성된 배출홀(342)에 대응되도록 위치하게 된다.
상기 나사집(340)이 결합된 상태의 다관절 자동 나사 체결 장치(100)는 복수의 관절부(200) 및 체결부(300)의 회동에 의해 나사(390)가 체결될 대상물로 이동하여 나사 공급관(330)의 일측단부가 상기 대상물의 나사(390) 체결 위치에 접촉된다.
도 6을 참조하면, 상기 나사 푸셔(350)의 액츄에이터(351) 구동에 의해 푸쉬바(352)가 나사 공급관(330)의 하부 경로(332) 내에서 일측으로 전진하여 나사집(340)에 수용된 최상부의 나사(390)를 밀어 하부 경로(332) 상으로 이동시킨다.
여기서, 상기 푸쉬바(352)는 상기 나사집(340)의 배출홀(342) 중 나사(390) 후방의 배출홀(342)을 통해 나사(390)를 밀어 나사(390) 전방의 배출홀(342)을 통해 상기 나사(390)가 하부 경로(332) 상으로 이동되게 한다.
도 7을 참조하면, 상기 하부 경로(332) 상에 위치한 나사(390)는 상기 나사(390)가 위치한 곳보다 후방에 연결되어 에어압을 제공하는 에어 공급기(360)에 의하여 앞으로 전진하되, 하부 경로(332)의 경사로(333)를 경유하여 상부 경 로(331)와 동일한 축에 형성된 단일 경로(334)에 배치된다.
도 8을 참조하면, 단일 경로(334) 상에 배치된 나사(390)를 대상물에 체결하기 위하여 전동 드라이버(370)의 드라이버 비트(372)가 나사(390)에 접촉되게 한다.
이는 실린더(380)의 피스톤이 수축되어 플레이트(320)가 가이드 레일(311) 상에서 슬라이딩되어 상기 플레이트(320) 상에 결합된 전동 드라이버(370)가 동반하여 전진함으로써 이루어진다.
상기와 같이 나사(390)와 드라이버 비트(372)가 접촉되어 체결 준비가 완료되면 상기 서보 모터(371)의 구동에 의해 드라이버 비트(372)가 회전되면서 대상물에 대해 상기 나사(390)를 체결하게 된다.
상기와 같은 구조의 다관절 자동 나사 체결 장치(100)에 의하면, 복수의 관절(200)부 및 상기 관절부(200)와 같이 동작되는 체결부(300)로 이루어진 다관절 형태이므로, 나사(390)가 체결되어야 하는 대상물의 위치에 맞게 자유로이 움직일 수 있으므로 나사(390) 체결 작업이 용이한 장점이 있다.
또한, 다관절 로봇 형태의 나사 체결 장치 사용 시 종래 긴 호스의 꼬임 등에 의해 관절의 움직임을 제한하던 문제를 본 발명에서는 탄창 형태의 나사집(340)이 나사 공급관(330)에 결합되어 나사(390)를 공급하므로 관절의 움직임을 자유롭게 할 수 있다.
또한, 복수의 나사(390)가 수용되어 최상부의 나사(390)가 이탈될 때마다 탄성력에 의하여 차상부의 나사(390)가 최상부로 배치되는 나사집(340)이 상기 나사 공급관(330)에 착탈 가능하게 결합됨으로써 나사 공급관(330)으로 나사(390)의 공급을 원활하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당 분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.
도 1은 종래 자동 나사 체결 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절 자동 나사 체결 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 다관절 자동 나사 체결 장치 중 체결부를 나타낸 사시도
도 4는 도 3의 체결부를 나타낸 분해 사시도.
도 5 내지 도 8은 도 2의 다관절 자동 나사 체결 장치의 동작을 순차적으로 나타낸 동작도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100... 다관절 자동 나사 체결 장치 200... 관절부
300... 체결부 310... 하우징
320... 플레이트 330... 나사 공급관
340... 나사집 350... 나사 푸셔
360... 에어 공급기 370... 전동 드라이버
380... 실린더 390... 나사

Claims (5)

  1. 복수의 관절부(200) 및 상기 관절부(200)에 회동 가능하게 결합되어 대상물에 대해 나사(390)를 체결하는 체결부(300)를 포함하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100)에 있어서,
    상기 체결부(300)는:
    나사(390)의 공급 경로를 제공하는 나사 공급관(330);
    상기 나사 공급관(330) 내에 연통 및 착탈 가능하게 결합되고, 복수의 나사(390)가 수용되는 나사집(340);
    직진 운동을 이용하여 상기 나사(390)를 상기 나사 공급관(330)의 공급 경로 상으로 이동시키는 나사 푸셔(350);
    상기 나사 공급관(330) 내에 연통되게 결합되며, 상기 나사 공급관(330) 내로 에어를 공급하여 상기 공급 경로 상에 있는 상기 나사(390)를 상기 나사 공급관(330) 내의 일측단부에 배치시키는 에어 공급기(360); 및
    상기 나사 공급관(330) 내에 삽입되어 상기 나사 공급관(330) 내의 일측단부에 배치된 나사(390)를 회전시켜 상기 대상물에 체결하는 전동 드라이버(370)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전동 드라이버(370)는 플레이트(320) 상에 결합된 상태로 하우징(310) 내에 수용되되, 상기 하우징(310) 내부의 하면에는 가이드 레일(311)이 설치되어 일측이 상기 하우징(310)에 결합되고, 타측이 상기 플레이트(320)에 결합된 실린더(380)의 피스톤 운동에 의해 상기 플레이트(320)가 상기 가이드 레일(311) 상에서 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나사 공급관(330)에는 상기 전동 드라이버(370)가 삽입되는 상부 경로(331) 및 상기 나사(390)가 이동되는 하부 경로(332)가 형성되고, 상기 하부 경로(332)의 일측단부는 상부 경로(331)와 연결되도록 경사져 단일 경로(334)가 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 나사 푸셔(350)는 상기 하우징(310) 상에 결합된 액츄에이터(351) 및 상기 액츄에이터(351)의 구동에 의하여 상기 나사 공급관(330) 내에서 직진 운동에 의해 상기 나사(390)를 미는 푸쉬바(352)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100).
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 전동 드라이버(370)는 상기 나사 공급관(330) 내에서 상기 나사(390)와 접촉되는 드라이버 비트(372)와, 상기 플레이트(320) 상에 결합되어 상기 드라이버 비트(372)에 회전력을 제공하는 서보 모터(371) 및 상기 서보 모터(371)의 토크를 제어하는 토크 제어기(373)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 자동 나사 체결 장치(100).
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