KR20030066507A - Flexible tool fixture device for robot operation - Google Patents

Abstract

PURPOSE: A tool holder for a robot is provided to stop the rotation of the grinding motor and prevent the unevenness of a machined surface so as to improve the productivity. CONSTITUTION: A grinding motor holder(18) elastically deforms with two freedoms in a manner that a hemisphere groove is formed on a supporting shaft(12) to insert the end of a compression spring(16) into the groove. An index(20) regulates the direction of a grinding motor in a certain angle by connecting a grinding motor insertion(19) to the grinding motor holder fixed at the supporting shaft. The grinding motor elastically deforms with one freedom in a manner that a connecting shaft is inserted into a rotation shaft of the grinding motor so that the compression spring elastically deforms along a spline shaft.

Description

로봇 작업용 유연 공구고정장치{Flexible tool fixture device for robot operation}Flexible tool fixture device for robot operation

본 발명은 종래에 사람이 수작업으로 하던 연삭작업을 로봇 매니퓰레이터( 이하 로봇으로 지칭)나 전용기를 이용하여 작업함으로써 작업의 자동화를 가능하게 하고 연삭작업의 질을 높이는 장치이다. 연삭작업은 주물이나 단조품과 같이 가공 대상물의 형상이나 치수가 불균일하거나 가공대상물의 표면에 정규화하기 어려운 버 등이 존재하여 로봇을 이용하여 이들을 자동으로 제거하기가 용이하지 않다. 이러한문제를 개선하기 위하여 카메라와 같은 센서를 사용하여 이들을 on-line으로 인식하여 제거하는 방법 등이 제안되었으나 카메라는 대상물의 위치 인식오차로 인하여 사용에 많은 제한을 받는다. 또한, 조립작업과 같은 곳에 로봇과 함께 사용되는 유연조립공구로는 RCC(remote-center-control)가 있으나, 외팔보를 이용한 굽힘스프링의 원리와 일정 이상의 유연성을 방지하기 위한 구조를 갖고 대상물의 유연한 접합에 사용되고 있다.The present invention is a device that enables the automation of the work and improve the quality of the grinding work by working with a robot manipulator (hereinafter referred to as a robot) or a dedicated machine for the grinding work that has been manually performed by a person. Grinding operations such as castings and forgings, such as irregularities in the shape and dimensions of the object to be processed, or burrs that are difficult to normalize on the surface of the object to be processed are not easy to remove them automatically using a robot. In order to improve this problem, a method of recognizing and removing them on-line by using a sensor such as a camera has been proposed, but the camera is limited in use due to the position recognition error of the object. In addition, the flexible assembly tool used with the robot, such as assembly work, there is a remote-center-control (RCC), but the principle of bending spring using a cantilever and the structure to prevent more than a certain flexibility, flexible bonding of the object It is used for.

본 발명에서는 로봇을 이용하여 연삭작업을 할 때 로봇의 연삭작업이 교시된 부분과 위치오차가 발생하거나 임의의 버가 존재하여도 고안한 장치의 유연성으로 위치오차를 보상하거나 버로 인한 연삭기의 과부하를 방지하는 로봇 작업용 유연한 공구고정장치이다. 다양한 자동 연삭가공을 위하여 고정장치에 회전축의 수직방향으로 스프링 효과를 갖는 장치를 부착하여 유연성을 부여하고 회전축 방향으로는 압축스프링을 이용하여 유연성을 부여함으로써 전체 3 자유도의 유연한 미소 변위특성을 가짐으로써 로봇이나 전용기의 연삭작업의 성능을 향상시키거나 자동작업을 가능하게 하는 유연한 공구고정장치이다.In the present invention, the grinding operation of the robot when the grinding operation using the robot and even the position error occurs or even if any burr is compensated by the flexibility of the device designed to compensate for the position error or overload of the grinding machine due to the burr Flexible tool fixing device for robotic operation to prevent For the various automatic grinding process, it has flexibility by attaching the device with spring effect in the vertical direction of the rotation axis to the fixing device and gives flexibility by using the compression spring in the rotation axis direction, so that it has the flexible micro-displacement characteristics of all three degrees of freedom. It is a flexible tool fixing device that improves the performance of grinding work of robots or special machines or enables automatic work.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 고안한 유연한 공구고정장치는 연삭모터의 회전 시에 모터 축의 회전에 따라 연삭 모터 고정부가 회전하는 것을 방지하면서지지 축에 수직방향으로 2자유도의 유연성과 축 방향으로 1자유도의 유연성을 가짐으로써 연삭 대상물체의 불균질한 표면이나 로봇의 교시 위치오차를 보상하여 로봇의 연삭가공을 가능하게 하거나 연삭작업 시에 연삭기에 걸리는 과부하를 방지함으로써 연삭성능을 배가시키는 구조를 제공한다.The flexible tool fixing device designed to achieve the above object prevents the rotation of the grinding motor fixing part in accordance with the rotation of the motor shaft during the rotation of the grinding motor, while maintaining the flexibility of two degrees of freedom in the direction perpendicular to the supporting axis and in the axial direction. Flexibility of freedom provides a structure that doubles the grinding performance by compensating for the uneven surface of the object to be grounded or the teaching position error of the robot to enable the grinding of the robot or to prevent the overload of the grinding machine during the grinding operation. do.

도 1은 유연 공구고정장치의 상단부 조립도,1 is an assembly view of the upper end of the flexible tool fixing device,

도 2는 상단부 구조의 분해사시도,2 is an exploded perspective view of the upper structure;

도 3은 유연 공구고정장치의 하단부 조립도,3 is an assembly view of the lower end of the flexible tool fixing device,

도 4는 하단부 구조의 분해사시도.Figure 4 is an exploded perspective view of the bottom structure.

<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명><Description of the code used in the main part of the drawing>

11 : 상부하우징11: upper housing

12 : 지지축12: support shaft

13 : 구면 조인트13: spherical joint

14 : 스페이스 및 록너트14: space and locknut

15 : 하부하우징15: lower housing

16 : 가이더가 있는 압축스프링16: compression spring with guider

17 : 크로스 홀더17: cross holder

18: 연삭모터 고정부18: grinding motor fixing part

19 : 연삭모터 취부기19: grinding motor installation

20: 인덱서20: indexer

31 : 하단부 하우징31: lower housing

32 : 스프라인 축 단면도32: spline shaft section

41 : 연삭공구 연결축41: grinding tool connecting shaft

42 : 고정 세트 스크루42: fixed set screw

43 : 한계 변위 레인43: limit displacement lane

44 : 압축 스프링44: compression spring

45 : 스플라인 축45 spline shaft

로봇 작업용 유연 공구고정장치는 첨부의 도면과 같이 로봇에 취부되는 상단부와 연삭공구를 취부하는 하단부로 구성된다.Flexible tool fixing device for the robot operation is composed of an upper end mounted on the robot and a lower end for mounting the grinding tool as shown in the accompanying drawings.

도 1은 상단부와 2개의 연삭모터에 각 각 취부된 하단부를 포함하는 유연 공구고정장치의 전체구성을 나타내는 대표도이다. 상단부는 로봇의 지지축인 Z축에 수직방향인 X-Y 면에 배열된 다수의 압축스프링으로 구성된 2자유도 스프링 탄성 변형이 가능한 구조이며 하단부는 연삭모터의 회전축에 취부되어 회전과 함께 회전축 방향으로 1자유도의 유연한 스프링 변형을 할 수 있는 구조이다.1 is a representative view showing the overall configuration of a flexible tool fixing device including a lower end mounted on the upper end and two grinding motors, respectively. The upper part is a structure capable of elastic deformation of two degrees of freedom, consisting of a number of compression springs arranged on the XY plane perpendicular to the Z axis, the support axis of the robot, and the lower part is mounted on the rotation axis of the grinding motor, It is a structure that can make flexible spring deformation of freedom.

상단부의 세부적인 구성은 로봇의 말단구동장치에 고정 취부되는 상부하우징(11), 상부하우징(11)에 고정되고 몸체에 다수의 반구 홈을 구성하여 홈에 압축 스프링의 끝단이 삽입될 수 있도록 하여 모터 고정부의 회전을 방지하는 동시에 유연한 2자유도 운동을 가능하게 하는 지지축(12), 상부하우징에 고정되어 지지축의 2자유도 운동의 중심축이 되는 구면 조인트(13), 지지축(12)이 구면 조인트(13)에서 빠지지 않게하는 스페이스와 록 너트(14), 상부하우징에 고정되고 가이더를 포함한 압축 스프링(16)을 다수 지지하는 하부하우징(15), 연삭모터 고정부를 2축 탄성변형 가능하게 하는 가이더를 포함한 압축 스프링(16)으로 구성된다.또한, 지지축(12)에 연결되어 연삭모터 취부기(19)를 연결시켜주는 크로스 홀더(17)를 포함하는 연삭모터 고정부(18)와 임의의 각도로 연삭모터의 방향을 조절하는 인덱스(20)로 구성된다.Detailed configuration of the upper end is fixed to the upper housing 11, the upper housing 11 fixed to the end drive device of the robot and constitutes a plurality of hemisphere grooves in the body so that the end of the compression spring can be inserted into the groove Support shaft 12 which prevents rotation of the motor fixing part and enables flexible two degree of freedom movement, spherical joint 13 and support shaft 12 fixed to the upper housing to become the central axis of the two degree of freedom movement of the support shaft. ) Is a biaxial elasticity of the lower housing (15) fixed to the space and lock nut (14) of the spherical joint (13), the upper housing and supporting a plurality of compression springs (16) including the guider and the grinding motor fixing part. And a compression spring 16 including a guider for deforming. In addition, the grinding motor fixing part includes a cross holder 17 connected to the support shaft 12 to connect the grinding motor mounting device 19. 18) and random Road is composed of an index (20) for controlling the direction of the grinding motor.

하단부는 연삭모터의 회전축에 고정 취부되는 연삭공구 연결축(41), 하부 하우징(31)과 압축스프링(44), 스플라인 축(45), 그리고 스프링의 압축변위를 제어하는 한계변위레인(43) 및 세트 스크루(42)로 구성된다. 여기서 (32)는 하부하우징에 내장된 스플라인 축의 단면도를 나타낸다.The lower end portion of the grinding tool connecting shaft 41 fixedly mounted to the rotation shaft of the grinding motor, the lower housing 31 and the compression spring 44, the spline shaft 45, and the limit displacement lane 43 for controlling the compression displacement of the spring. And a set screw 42. (32) shows a cross section of the spline shaft embedded in the lower housing.

도 2는 상단부의 분해사시도를 나타낸 것이다. 도 2에서 상부하우징(11)은 로봇의 말단구동장치에 고정 취부될 수 있도록 세트 스크루와 같은 고정장치로 축을 고정한다. 지지축(12)은 구면 조인트(13)와 결합되어 구면 조인트를 회전축으로 연삭모터를 포함하는 하부하우징을 좌우방향 움직일 수 있게 하는 동시에 스페이스와 록 너트(14)로 고정하여 지지축(12)이 구면 조인트(13)에서 빠지지 않게 한다. 스프링 가이더 고정구 (15)는 상부하우징(11)과 결합되어 가이더를 포함하는 다수의 압축스프링(16)을 단면도(21)와 같이 평형으로 지지한다. 또한, 지지축(12)에는 압축스프링(16)과의 접합 부위에 반구의 홈을 파서 압축스프링(16)의 끝단이 이 홈에 삽입되어 모터고정부를 지지하는 동시에 연삭작업 시에 모터의 회전에 따른 모터 고정부의 회전을 방지하면서 스프링 탄성력에 의해 모터 고정부의 좌우방향, 즉 지지축의 수직방향으로 연삭모터가 유연한 탄성변형을 할 수 있도록 한다.Figure 2 shows an exploded perspective view of the upper end. In FIG. 2, the upper housing 11 fixes the shaft with a fixing device such as a set screw so that the upper housing 11 can be fixedly mounted to the end driving device of the robot. The support shaft 12 is coupled to the spherical joint 13 so that the lower housing including the grinding motor can be moved left and right in the rotary joint as the spherical joint, and the support shaft 12 is fixed by the space and the lock nut 14. Do not fall out of the spherical joint (13). The spring guider fixture 15 is coupled to the upper housing 11 to support a plurality of compression springs 16 including the guider in a balanced manner as shown in cross section 21. In addition, the support shaft 12 digs a hemispherical groove at the joint portion with the compression spring 16 so that the end of the compression spring 16 is inserted into the groove to support the motor fixing part, and at the same time rotate the motor during the grinding operation. By preventing the rotation of the motor fixing portion according to the spring elastic force allows the grinding motor to be flexible elastic deformation in the left and right directions, that is, the vertical direction of the support shaft.

크로스 홀더(17)는 지지축(12)과 양쪽으로 두 개의 연삭모터 취부기(19)를 연삭모터 고정부(18)에 연결시켜주는 역할을 하고 임의의 각도로 연삭모터의 방향을 조절하는 인덱스(20)는 크로스 홀더(17)에 의해 연삭 모터의 연삭 방향을 임의의 각도로 조절할 수 있다.The cross holder 17 serves to connect the two grinding motor mounting units 19 to the grinding motor fixing unit 18 on both sides of the support shaft 12 and to adjust the direction of the grinding motor at an arbitrary angle. The cross holder 17 can adjust the grinding direction of the grinding motor at any angle.

도 3은 유연 공구고정장치의 하단부를 나타내며 도 4는 하단부의 분해 사시도를 나타낸 것이다. 도 3과 4에서 연삭모터의 회전축에 고정 취부되는 하우징(31) 속에 압축스프링(44), 스플라인 축(45), 그리고 스프링의 압축변위를 제한하는 한계변위레인(43) 및 세트 스크루(42)로 구성된다. 스플라인 축은 가이드 레일 역할을 하는 하부 하우징(31) 내에서 압축 스프링(44)의 탄성 변위에 따라 병진운동을 하고, 세트 스크루(42)는 변위 제한 레인(43)과 고정 탭(45)에 체결함과 동시에 스플라인 중공축에 연삭공구를 고정하여 연삭 작업 중에 연삭모터의 축방향으로 큰 힘이 걸려도 이를 보상하는 방향으로 유연하게 일정 변위를 이동한다.Figure 3 shows the lower end of the flexible tool fixing device Figure 4 shows an exploded perspective view of the lower end. 3 and 4, the displacement spring 43 and the set screw 42 limiting the compression displacement of the compression spring 44, the spline shaft 45, and the spring in the housing 31 fixedly mounted to the rotary shaft of the grinding motor. It consists of. The spline shaft translates in accordance with the elastic displacement of the compression spring 44 in the lower housing 31 serving as a guide rail, and the set screw 42 engages the displacement limiting lane 43 and the fixed tab 45. At the same time, the grinding tool is fixed to the spline hollow shaft, so that even if a large force is applied in the axial direction of the grinding motor during the grinding operation, the displacement is flexibly moved in a direction to compensate for this.

위와 같이 본 장치는 연삭가공 시에 하단부의 연삭 모터의 연삭기에 걸리는 연삭 부하나 접촉부하를 지지축(12)에 전달하고 이것은 다시 가이더가 있는 압축스프링 (16)에 전달되어 축에 수직되게 2자유도를 가지고 유연하게 움직인다. 하단부는 연삭공구에 전달된 연삭 및 접촉 부하를 스플라인 축과 하부하우징의 스플라인 축을 따라 압축 스프링의 탄성변형에 의해 연삭공구의 축방향 변위를 제어한다. 이상과 같이 본 유연한 공구고정 장치는 상단부와 하단부를 구성하는 고안된 구조에 의해서 3자유도의 유연성을 가지게 된다.As above, the device transfers the grinding load or contact load to the support shaft 12 which is applied to the grinding machine of the lower grinding motor during the grinding process, which is in turn transferred to the compression spring 16 with the guider so as to be perpendicular to the axis. Move with flexibility. The lower end controls the axial displacement of the grinding tool by the elastic deformation of the compression spring along the spline shaft and the spline shaft of the lower housing with the grinding and contact loads transmitted to the grinding tool. As described above, the flexible tool fixing device has the flexibility of three degrees of freedom by the designed structure constituting the upper end and the lower end.

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 고안에 의한 로봇 작업용 유연 공구고정장치는불균일한 가공면을 연마하는 장치로 회전축의 수직방향으로 2자유도의 유연성을 부여하고 회전축방향으로 상하 1 자유도로 유연하게 움직이게 하여 전체 3자유도의 스프링 탄성변형을 하는 구조를 이룸으로써 대상물체의 불균질한 표면이나 로봇의 교시 위치오차로 인한 과부하가 발생할 때, 연삭모터의 회전 정지나 가공면의 불균질 등을 해소하여 생산성 향상 및 불량률 감소를 이루어 로봇을 이용한 연삭작업을 가능하게 하는 성능이 뛰어난 장치이다.According to the above configuration and operation, the flexible tool fixing device for robot working according to the present invention is a device for polishing a non-uniform processing surface, which gives flexibility of two degrees of freedom in the vertical direction of the rotation axis and moves it flexibly in the rotation axis direction with one degree of freedom. The spring elastic deformation of 3 degrees of freedom makes it possible to improve productivity by eliminating the rotational stop of the grinding motor and the unevenness of the machining surface when an overload occurs due to the uneven surface of the object or the teaching position error of the robot. It is an excellent device that enables grinding work using robots by reducing defect rate.

Claims (1)

상부하우징(11), 지지축(12), 구면 조인트(13), 구면 조인트(13), 스페이스와 록 너트(14), 하부하우징(15), 가이더를 포함한 압축 스프링(16), 크로스 홀더(17), 연삭모터 고정부(18), 연삭모터Upper housing 11, support shaft 12, spherical joint 13, spherical joint 13, space and lock nut 14, lower housing 15, compression spring 16 including guider, cross holder ( 17), grinding motor fixing part (18), grinding motor 취부기(19) 및 연삭모터의 방향을 조절하는 인덱스(20)로 구성되어 2자유도 스프링 탄성 변형을 하는 상단부와 연삭모터의 회전축에 취부되는 하우징(31), 세트 스크루(42), 한계 변위레인(43), 압축스프링(44), 스플라인 축(45)으로 구성되는 하단부로 구성되는 공구 고정장치를 구성하는데 있어서:It is composed of the mounting unit 19 and the index 20 for adjusting the direction of the grinding motor, the housing 31, the set screw 42, the limit displacement, which is mounted on the upper end of the two degree of freedom spring elastic deformation and the rotating shaft of the grinding motor In constructing a tool holding device comprising a lower end consisting of a lane 43, a compression spring 44 and a spline shaft 45: 상부하우징(11)에 결합되는 구면 조인트(13)를 회전축으로 하는 지지축(12)에 반구의 홈을 파서 압축스프링(16)의 끝단이 이 홈에 삽입되어 모터의 회전에 따른 모터 고정부의 회전을 방지하면서 스프링 탄성력에 의해 모터 고정부의 2 자유도 유연한 탄성변형을 하며The end of the compression spring 16 is inserted into the groove by inserting a hemispherical groove into the support shaft 12 having the spherical joint 13 coupled to the upper housing 11 as the rotation shaft, and the motor fixing part according to the rotation of the motor. While preventing rotation, the elasticity of the two degrees of freedom of the motor fixing part is flexible by the spring elastic force. 지지축(12)에 고정 연결되는 연삭모터 고정부(18)에 연삭모터 취부기(19)를 연결시켜 인덱스(20)로 임의의 각도로 연삭모터의 방향을 조절하는 구조를 가지며The grinding motor mounting unit 19 is connected to the grinding motor fixing unit 18 fixedly connected to the support shaft 12 to adjust the direction of the grinding motor at an arbitrary angle with the index 20. 연삭모터의 회전축에 연삭공구 연결축(41)을 취부하여 하우징(31) 속에 설치된 압축 스프링(44)이 스플라인 축(45)을 따라 연삭모터의 축방향으로 1 자유도의 유연한 탄성변형을 하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 총 3 자유도의 로봇 작업용 유연 공구고정장치 구조.The grinding tool connecting shaft 41 is mounted on the rotary shaft of the grinding motor so that the compression spring 44 installed in the housing 31 has a flexible elastic deformation of one degree of freedom in the axial direction of the grinding motor along the spline shaft 45. Flexible tool fixing device structure for a robot operation of a total of three degrees of freedom.