KR20210041583A - 적어도 하나의 조인트 토크 센서를 포함하는 로봇 아암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 힘의 부차 흐름을 최적화하여 모멘트 측정의 정확도를 향상시키기 위한 목적을 가지는 로봇 아암 (2) 에 관한 것으로, 로봇 아암은 기어 종동측의 카운터 주행면 (13) 을 포함하고, 카운터 주행면 상에 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링 (14) 이 안착하고, 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 틈새 (15) 는 추가적 동적 실링 (16) 을 이용하여 밀봉되고, 이러한 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서 (10) 의 출력 플랜지 (10.3) 가 결합된다.

Description

적어도 하나의 조인트 토크 센서를 포함하는 로봇 아암

본 발명은 복수의 부재 및 이러한 부재들을 상호 조절 가능하게 연결하는 복수의 조인트를 포함하는 로봇 아암에 관한 것으로, 적어도 하나의 후방에 지지되는 부재는 메인 베어링 배열체를 이용하여 전방에 지지되는 부재에서 회전 가능하게 지지되고, 각각의 기어의 기어 하우징은 관련된 조인트 내에서 전방에 지지되는 부재에 결합되고, 기어의 종동 샤프트에는 조인트 토크 센서가 연결되며, 조인트 토크 센서는 종동측에서 토크를 감지하기 위해 형성되고, 조인트 토크 센서는 입력 플랜지, 출력 플랜지 및 입력 플랜지와 출력 플랜지를 연결하는 측정부를 포함하고, 이러한 측정부에는 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소가 배치된다.

예컨대 EP 1 353 159 B1 및 EP 1 503 196 A1 으로부터 중공 휠을 구비한 기어를 포함하는 장치가 각각 공지되어 있는데, 이러한 중공 휠에는 구동부로서 사용되는 전기 모터가 배정된다. 토크 센서는 하모닉 드라이브 기어 또는 유성 기어의 중공 휠과 하나의 유닛을 형성한다. 토크 센서는 모놀리식 디스크형 기록부의 형태로 형성되고, 제 1 힘 도입 지점들을 포함하는 원형환 형상의 내부 플랜지, 제 2 힘 도입 지점들을 포함하는 원형환 형상의 외부 플랜지 및 양쪽 플랜지 사이에 형성되며 반경으로 연장되는 연결 레그들로 구성되며, 이러한 연결 레그들은 기계적으로 취약해진 부분을 각각 포함하고, 이러한 취약한 부분에는 전기적 출력 신호들을 생성하는 압력 또는 연신 감응적 측정값 센서들이 제공된다. 측정값 센서들은 휘트스톤 브리지의 원리에 따라 토크를 산출할 수 있는 방식으로 각각 1/4-, 절반- 또는 전체 브리지에 연결되고, 기록부는 하나로 연결되어 있으나 구획된 편평한 상측을 포함하고, 연결 레그들의 기계적으로 취약한 부분들은 각각 하나의 얇은 멤브레인 방식의 종결부를 포함하는 하측의 리세스들로 형성되며, 멤브레인 방식의 종결부들의 편평하고 평면적인 상측에는 측정값 센서들이 적치된다.

본 발명의 과제는 적어도 하나의 조인트 토크 센서를 이용하여 조인트 토크의 결정, 특히 측정이 개선되고, 특히 더 정확하게 수행될 수 있는 로봇 아암을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 과제는 복수의 부재 및 이러한 부재들을 상호 조절 가능하게 연결하는 복수의 조인트를 포함하는 로봇 아암에 의하여 해결되는데, 적어도 하나의 후방에 지지되는 부재는 메인 베어링 배열체를 이용하여 전방에 지지되는 부재에서 회전 가능하게 지지되고, 각각의 기어의 기어 하우징은 관련 조인트 내에서 전방에 지지되는 부재에 결합되며, 기어의 종동 샤프트에는 조인트 토크 센서가 연결되고, 조인트 토크 센서는 종동측에서 토크를 감지하기 위해 형성되며, 조인트 토크 센서는 입력 플랜지, 출력 플랜지 및 입력 플랜지를 출력 플랜지와 연결하는 측정부를 포함하고, 이러한 측정부에 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소가 배치되고, 로봇 아암은 기어 종동측의 카운터 주행면을 더 포함하고, 카운터 주행면 상에는 기어 하우징을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링이 안착되고, 전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이에서 메인 베어링 배열체에 의하여 결정되는 틈새는 추가 실링을 이용하여 밀봉되고, 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서의 출력 플랜지가 결합된다.

본 발명에 따르는 특징들은 특히, 힘의 부차 흐름을 최적화함으로써 모멘트 측정의 정확도를 향상시키는 목표를 추구한다.

일반적으로, 추가 실링은 기어 종동부의 영역 내의 임의적 지점에 배치될 수 있다. 그러나, 추가 실링의 배열은, 이러한 추가 실링이 토크 흐름 내에서 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소 앞에 배치되어, 추가 실링이 힘의 부차 흐름을 형성하지 않도록 선택되는 것이 중요한데, 이러한 힘의 부차 흐름은 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소에 의한 측정에 편차를 야기할 수 있다.

이러한 과제는 특히, 복수의 부재 및 이러한 부재들을 상호 조절 가능하게 연결하는 복수의 조인트를 포함하는 로봇 아암에 의하여 해결되고, 적어도 하나의 후방에 지지되는 부재는 메인 베어링 배열체를 이용하여 전방에 지지되는 부재에서 회전 가능하게 지지되고, 각각의 기어의 기어 하우징은 관련 조인트 내에서 전방에 지지되는 부재에 결합되고, 기어의 종동 샤프트에 조인트 토크 센서가 연결되며, 조인트 토크 센서는 종동측에서 토크를 감지하기 위해 형성되고, 조인트 토크 센서는 입력 플랜지, 출력 플랜지 및 입력 플랜지를 출력 플랜지와 연결하는 측정부를 포함하고, 이러한 측정부에 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소가 배치되고, 로봇 아암은 조인트 토크 센서의 입력 플랜지를 기어의 종동 샤프트에 결합시키는 결합부를 더 포함하고, 결합부는 카운터 주행면을 포함하며, 카운터 주행면 상에 기어 하우징을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링이 안착되고, 전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이에서 메인 베어링 배열체에 의하여 결정되는 틈새는 추가적 동적의, 특히 비접촉 실링을 이용하여 특히 방진 방식으로 밀봉되고, 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서의 출력 플랜지가 결합된다.

로봇 및 특히 감응성 로봇, 즉 굽힘- 또는 강성 제어 로봇에서, 일반적으로 종동 모멘트를 측정하기 위해 토크 센서 또는 조인트 토크 센서 (GMS) 가 관련 로봇 조인트 내에 각각 통합되고, 특히 구동 모터, 기어 및 조인트를 위한 메인 베어링과 함께 통합된다. 이때 조인트 토크 센서는, 경우에 따라 발생하는 2차 하중 비율을 제외하고 메인 베어링 및 장착 부품들의 변형으로 인하여 전적으로 토크 하중만을 받는다. 틸팅 모멘트 및 기타 힘은 메인 베어링을 통하여 전달된다. 이러한 전적인 토크 하중은 메인 베어링 및 조인트 토크 센서를 포함하여 기어, 모터가 순차적으로 배열되는 것에 비해 핵심적 이점을 가진다.

일반적으로, 메인 베어링 및 치차부, 즉 기어를 포함하여 완비되는 로봇 조인트는 다 함께 밀봉된다. 이로부터, 조인트 토크 센서가 통합된 로봇 조인트에서는, 실링 마찰로 인하여 생성되는 힘의 부차 흐름이 토크의 측정을 왜곡시킬 수 있다는 본질적 단점이 초래된다.

이러한 힘의 부차 흐름은 정격 모멘트에 대한 수 백분율의 자릿수만큼 측정 정확도의 불량화를 야기할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 조인트 구성에서 특히 주안을 두는 것은 실링 마찰을 감소시키는 것이다. 한편, 이러한 주안점은 마찰 최소화가 고급 재료 및/또는 코팅에 의해 달성되어야 할 시 추가적 비용 팩터를 나타내고, 다른 한편으로 높은 실링 효과 및 높은 측정 정확도 사이에 목표 상충이 존재한다. 본래 이 두가지는 동시에 이상적 방식으로 달성될 수 없다.

따라서 본 발명의 목적은 모멘트 측정이 왜곡되지 않으면서도 보다 양호한 실링 효과를 가지도록 통합된 조인트 토크 센서를 이용하여 로봇 조인트의 밀봉을 구현하는 것으로 간주할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가능한 구동 조건 하에서 힘의 주요 흐름 및 힘의 부차 흐름을 분석할 시, 기어의 밀봉을 메인 베어링의 밀봉으로부터 분리함으로써 모멘트 측정의 왜곡이 방지될 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명에 따르면, 기어의 밀봉은 기어와 조인트 토크 센서 사이에 배치될 수 있고, 예컨대 변형 파동 기어의 플렉스 스플라인에 직접 연결되어 배치될 수 있다. 따라서 기어의 밀봉은 메인 베어링 내환과 조인트 토크 센서의 내부 플랜지 사이에 위치할 수 있다. 이로써 기어의 완전한 밀봉이 달성될 수 있다. 접촉 실링의 통상적 마찰 모멘트는 조인트 토크 센서의 정격 모멘트의 1 내지 2 퍼센트에 이른다. 그러나 본원에서 실링은 모멘트 측정에 영향을 미치는 힘의 부차 흐름을 나타내지 않는다. 모멘트 측정은 힘 흐름 내에서 기어의 실링 이후에 비로소 수행된다. 로봇 아암의 구조부, 즉 로봇 아암의 부재에 인가되는 토크는 조인트 토크 센서에 의해 거의 완전하게 측정되는데, 다만 메인 베어링의 이론적인 힘의 부차 흐름을 제외하고 그러하다.

한편, 기어 실링에 비하여 메인 베어링의 밀봉을 위한 요건은 현저히 낮다. 예컨대 최소의, 즉 적은 양의 그리스 만이 요구되며, 그리스의 주도는 낮은 점도를 포함할 수 있다. 예컨대 커버 디스크와 같은 비접촉 실링이 활용될 수 있는데, 이러한 비접촉 실링은 최소의 힘 부차 흐름만을 나타낼 뿐, 모멘트 측정에 거의 전혀 영향을 미치지 않는다. 베어링 마찰에 의한 힘의 부차 흐름은 근본적으로 방지될 수 없긴 하다. 그러나 이러한 마찰은 현저히 최소화될 수 있다. 오히려 결정적인 것은 실링의 마찰이다.

감응적 로봇을 위해, 모멘트 측정의 높은 측정 정확도와 동시에 조인트 밀봉이 가장 중요하다. 본 발명에 따르는 해결방안, 즉 기어에서의 실링 방식 및 이와 별도로 메인 베어링에서 상이한 실링 방식을 이용하여, 기어 및 이로 인하여 조인트의 완전한 밀봉이 달성되면서도 모멘트 측정이 현저하게 영향받지 않는다.

메인 베어링 배열체는 하나 이상의 구름 베어링을 포함할 수 있고, 구름 베어링은 로봇 아암의 운동학적 연쇄 내에서 조인트와 관련하여 후방에 지지되는 부재를 이러한 조인트에서 전방에 지지되는 부재에서 조절 가능하게 지지하기 위해 형성된다. 바람직하게는, 조인트는 회전 조인트일 수 있다. 이에 따르면, 메인 베어링 배열체는 로봇 아암의 운동학적 연쇄 내에서 조인트와 관련하여 후방에 지지되는 부재를 이러한 조인트에서 전방에 지지되는 부재에서 회전 가능하게 지지하기 위해 형성될 수 있다. 따라서 메인 베어링 배열체로 인하여, 후방에 지지되는 부재와 전방에 지지되는 부재 사이에 틈새가 형성되는데, 전방에 지지되는 부재와 관련하여 후방에 지지되는 부재의 조절 가능성이 보장되어야 하기 때문이다. 이점에 있어서, 틈새는 전방에 지지되는 부재 및 후방에 지지되는 부재의 서로 대향하는 2개의 정면벽에 의해 형성된다. 하나 이상의 구름 베어링을 포함하는 메인 베어링 배열체로 인하여 적어도 하나의 구름 베어링 환은 전방에 지지되는 부재와 연결되고, 동일한 구름 베어링의 다른 구름 베어링 환은 후방에 지지되는 부재와 연결된다. 따라서 언급한 틈새는 구름 베어링의 내환 및 외환에 의해서도 형성될 수 있다. 따라서 비접촉 실링은 특히 메인 베어링 배열체의 구름 베어링의 내환과 외환 사이에 배치될 수 있다.

메인 베어링 배열체를 이용하여 조절 가능하게 지지되는, 후방에 지지되는 부재는 모터, 특히 전기 모터에 의하여 구동된다. 모터는 특히 전방에 지지되는 부재 내에 배치될 수 있다. 모터는 구동 모멘트를 생성하고, 구동 모멘트는 바람직하게는 기어를 통하여 후방에 지지되는 부재에 전달된다. 기어는 기어 하우징을 포함한다. 기어는 일반적으로 윤활되어 형성되는 적어도 하나의 구름부 쌍을 포함하므로, 기어 하우징은 특히, 기어 하우징의 내부에 그리스 및/또는 오일을 봉입하기 위해 역할한다. 이때 특히, 기어의 입력 부재뿐만 아니라 기어의 출력 부재에서도 기어 하우징 관통부의 영역 내에서 틈새 밀봉이 중요하다. 따라서 기어 하우징과 입력 부재 또는 출력 부재 사이에서 이러한 틈새들은 동적 접촉 실링들을 이용하여 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉된다. 기어의 입력 부재는 변형 파동 기어의 경우에 변형 파동 기어의 파동 발생기의 일부일 수 있다. 기어의 출력 부재는 변형 파동 기어의 경우에 변형 파동 기어의 플렉스 스플라인의 일부일 수 있다.

윤활제 밀봉 방식의 밀봉이란 특히, 기어의 방식에 따라 그리고 그리스이든 및/또는 오일이든 기어 내에 존재하는 윤활제의 방식에 따라, 동적 접촉 실링이, 기어 하우징과 입력 부재 또는 출력 부재 사이의 틈새로부터 그리스 및/또는 오일이 유출되는 것을 적어도 거의 또는 완전하게 방지하도록 밀봉할 수 있는 것을 의미한다.

기어의 출력 부재는 기어의 종동 샤프트를 형성할 수 있거나 이러한 종동 샤프트에 연결될 수 있다. 예컨대 변형 파동 기어의 경우에, 출력 부재 또는 종동 샤프트는 변형 파동 기어의 플렉스 스플라인에 의해 형성될 수 있거나 바람직하게는 직접적으로 이러한 플렉스 스플라인과 연결될 수 있다.

조인트 토크 센서는 입력 플랜지, 출력 플랜지 및 적어도 하나의, 특히 복수의 측정부를 포함한다. 로봇 아암의 각각의 조인트에 적어도 하나의 조인트 토크 센서가 구비될 수 있다. 각각의 조인트 토크 센서는 모놀리식 블록을 포함할 수 있고, 모놀릭식 블록은 이점에 있어서 입력 플랜지, 출력 플랜지 및 적어도 하나의, 특히 복수의 측정부를 포함할 수 있다. 입력 플랜지는 특히 블록의 내환부에 의해 형성될 수 있고, 출력 플랜지는 블록의 외환부에 의해 형성될 수 있으며, 내환부 및 외환부는 복수의 스포크부를 통해 연결된다. 스포크부들은 측정부들의 부분들이다. 각각의 스포크부는 예컨대 스트레인 게이지 스트립 (DMS) 과 같은 적어도 하나의, 특히 복수의 측정값 센서를 지지한다. 조인트 토크 센서는 예컨대 EP 1 353 159 B1 및 EP 1 503 196 A1 과 유사하게 형성될 수 있다.

결합부는 기어의 종동부재와 조인트 토크 센서의 입력 플랜지 사이에서 토크를 전달하는 연결부를 형성한다. 결합부는 예컨대 별도의 부품일 수 있고, 이러한 부품은 한편으로 기어의 종동 부재와, 다른 한편으로 조인트 토크 센서의 입력 플랜지와 분리 가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로, 결합부는 기어의 종동부재의 일부일 수 있거나 기어의 종동 부재와 일체형으로 형성될 수 있다. 다시 대안적으로, 결합부는 조인트 토크 센서의 입력 플랜지의 일부일 수 있거나 조인트 토크 센서의 입력 플랜지와 일체형으로 형성될 수 있다.

기어 하우징을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링은 적어도 하나의 반경 샤프트 실링 환으로 형성될 수 있다.

반경 샤프트 실링 환은 실링 립 또는 복수의 실립 립들을 포함할 수 있고, 실링 립은 결합부의 카운터 주행면에 접촉하며 인접한다. 단일의 반경 샤프트 실링 환 대신 2개 이상의 반경 샤프트 실링 환이 제공될 수 있다.

제 1 실시 변형예에서, 결합부는 기어의 종동 샤프트에 형성될 수 있고, 반경 샤프트 실링 환의 밀봉 립이 접촉하며 인접하는 카운터 주행면은 이러한 종동 샤프트의 옆면벽에 의해 형성될 수 있다. 이러한 실시 변형예에서 결합부는 기어의 종동 샤프트의 부분이다.

제 2 실시 변형예에서, 결합부는 조인트 토크 센서의 입력 플랜지에 형성될 수 있고, 반경 샤프트 실링 환의 실링 립이 접촉하며 인접하는 카운터 주행면은 조인트 토크 센서의 입력 플랜지의 옆면벽에 의해 형성될 수 있다. 이러한 실시 변형예에서 결합부는 조인트 토크 센서의 입력 플랜지의 부분이다.

제3 실시 변형예에서 결합부는 별도의 소자로 형성될 수 있고, 이러한 소자는 조인트 토크 센서의 입력 플랜지 및/또는 기어의 종동 샤프트에 고정되고 반경 샤프트 실링 환의 밀봉 립이 접촉하며 인접하는 카운터 주행면은 별도의 소자의 옆면벽에 의해 형성될 수 있다. 이러한 실시 변형예에서 별도 소자로 형성되는 결합부는 예컨대 스크류를 이용하여 한편으로 조인트 토크 센서의 입력 플랜지에, 다른 한편으로 기어의 종동 샤프트에 스크류 체결될 수 있다.

전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이의 틈새를 방진 방식으로 밀봉하는 동적 비접촉 실링은 적어도 하나의 틈새 실링 또는 라비린스 실링으로 형성될 수 있다. 틈새 실링 또는 라비린스 실링은 메인 베어링 배열체의 구름 베어링의 내환과 메인 베어링 배열체의 구름 베어링의 외환 사이에 배치될 수 있거나 관련 조인트의 전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이에 배치될 수 있다.

전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이의 틈새를 특히 방진 방식으로 밀봉하는 동적 비접촉 실링은 메인 베어링 배열체의 적어도 하나의 실링 디스크로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 실링 디스크는 특히 메인 베어링 배열체의 구름 베어링의 내환과 메인 베어링 배열체의 구름 베어링의 외환 사이에 배치될 수 있다. 이점에 있어서 실링 디스크는 구름 베어링의 일부일 수 있다.

로봇 아암은 일반적으로 복수의 모터를 포함할 수 있고, 모터들은 각각, 모터가 모터 하우징을 이용하여 각각의 조인트에서 전방에 지지되는 로봇 아암의 부재에 계류되면서 조인트들 중 하나의 조인트를 각각 조절하기 위해 형성되고, 이때 모터의 모터 샤프트는 기어의 입력 부재에 결합되며, 기어는 출력 부재를 포함하고, 출력 부재는, 이러한 출력 부재가 기어의 종동 샤프트를 형성하고 결합부를 통하여 조인트 토크 센서의 입력 플랜지에 결합되면서, 각각의 조인트에서 후방에 지지되는 로봇 아암의 부재에 결합된다. 모터들은 바람직하게는 전기 모터들일 수 있다. 로봇 아암은 특히 로봇 아암의 각각의 조인트에서 본 발명에 따르는 실링 배열체를 포함할 수 있다.

각각의 기어 하우징은 모터 샤프트와 관련하여 적어도 하나의 추가적 동적 접촉 실링을 이용하여 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉될 수 있다. 따라서 기어는 기어 하우징을 포함한다. 이미 언급한 바와 같이, 기어는 일반적으로 윤활되어 형성되는 적어도 하나의 구름부 쌍을 포함하므로, 기어 하우징은 특히 기어 하우징 내부에서 그리스 및/또는 오일을 봉입하기 위해 역할한다. 이때 특히 기어의 입력 부재에서 뿐만 아니라 기어의 출력 부재에서도 기어 하우징 관통부의 영역 내에서 틈새의 밀봉이 중요하다. 따라서 기어 하우징과 입력 부재 또는 출력 부재 사이의 틈새는 동적 접촉 실링을 이용하여 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉된다.

윤활제 밀봉 방식의 밀봉은 특히, 기어의 방식에 따라 그리고 그리스이든 및/또는 오일이든 기어 내에 존재하는 윤활제의 방식에 따라, 동적 접촉 실링이, 기어 하우징과 입력 부재 또는 출력 부재 사이의 틈새로부터 그리스 및/또는 오일이 유출되는 것을 적어도 거의 또는 완전하게 방지하는 방식으로 밀봉할 수 있는 것을 의미한다.

적어도 하나의 추가 동적 접촉 실링은 추가 반경 샤프트 실링 환으로 형성될 수 있다.

추가 반경 샤프트 실링 환은 실링 립 또는 복수의 실링 립을 포함할 수 있고, 이러한 실링 립은 모터 샤프트에 접촉하며 인접한다. 단일의 반경 샤프트 실링 환 대신 2개 이상의 반경 샤프트 실링 환이 제공될 수 있다.

기어 하우징이 오로지 결합부에 인접하는 동적 접촉 실링 및 모터 샤프트에 인접하는 추가적 동적 접촉 실링만을 이용하여 예컨대 그리스 및/또는 기어유와 같은 윤활제의 유출에 반하여 동적으로 밀봉되는 것이 고려될 수 있다. 기어 하우징이 여타의 동적 접촉 실링을 포함하지 않는 것이 고려될 수 있다.

전방에 지지되는 부재와 후방에 지지되는 부재 사이에서 메인 베어링 배열체에 의하여 결정되는 틈새를 특히 방진 방식으로 밀봉시키는 동적 비접촉 실링은 이러한 틈새를 밀봉하는 관련 조인트의 단일 실링일 수 있으며, 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서의 출력 플랜지가 결합된다.

메인 베어링 배열체에 의하여 결정되는, 로봇 아암의 관련 조인트의 각각의 틈새가 단일의 동적 비접촉 실링을 이용하여 밀봉되거나 2개 이상의 동적 비접촉 실링을 이용하여 밀봉되는지와 무관하게, 본 발명에 따르는 효과는 경우에 따라서, 완전한 비접촉 실링이 사용되지 않으나 경우에 따라서 작은 범위 내에서 접촉식으로 작동하는 다른 실링이 사용될 때 이미 충분한 수준으로 달성되며, 이러한 다른 실링은 일반적 접촉 실링 및 특히 공지된 반경 샤프트 실링 환에 비해 현저히 감소된 마찰을 포함한다. 현저한 감소는 특히 메인 베어링 배열체에서 실링의 마찰이 동적 비접촉 실링에 비해 높긴 하나 그럼에도 불구하고 메인 베어링 배열체에서 실링의 마찰이 예컨대 공지된 반경 샤프트 실링 환과 같이 기어에 사용되며 관련 조인트에 속하는 접촉 실링에 비하여 50% 를 초과하는 만큼 더 낮을 때 얻어진다. 이와 같은 실링은 때때로 마찰 감소 실링으로 지칭된다. 이러한 실링은, 예컨대 튜브 스프링 없이 형성됨으로써 배정된 샤프트에 미치는 압력이 현저히 낮은 반경 샤프트 실링 환 방식의 실링일 수 있다. 경우에 따라서 실링은 반경 압력 없이 배정된 샤프트를 거의 동일 평면으로 둘러싸는 펠트 환으로도 형성될 수 있다.

결합부에 인접하는 동적 접촉 실링은 메인 베어링의 내환과 연결되는 제 1 지지 환에 고정될 수 있다.

조인트 토크 센서의 출력 플랜지는 메인 베어링의 외환과 연결되는 제 2 지지 환에 고정될 수 있다.

이하의 설명에서 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명의 구체적 실시예가 상세히 논의된다. 이러한 예시적 실시예의 구체적 특징들은 어떤 구체적인 연관 관계에서 그러한 특징들이 언급되고 경우에 따라서 개별적으로 또는 추가 조합으로 고찰되는지와 무관하게 본 발명의 전반적 특징들을 나타낼 수 있다.
도면은 다음과 같다:
도 1 은 복수의 부재 및 조인트를 포함하는 예시적 로봇 아암의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 본 발명에 따르는 로봇 아암의 대표적 조인트의 단면도이다.

도 1 의 실시예의 경우, 로봇 (1) 은 부속 로봇 제어부 (3) 를 포함하는 로봇 아암 (2) 을 포함한다. 로봇 아암 (2) 은 복수의 부재 (4) 및 이러한 부재들 (4) 을 상호 조절하는 조인트들 (5) 을 포함한다. 각각의 조인트 (5) 는 로봇 아암 (2) 의 각각 하나의 모터 (9)(도 2) 에 의해 구동된다. 로봇 제어부 (3) 는, 조인트들 (5) 의 자동 조절에 의해 로봇 아암 (2) 의 부재들 (4) 을 이동시키도록 모터들 (9) 을 제어하기 위해 형성 및 구성된다. 로봇 아암 (2) 은 적어도 하나의 조인트 (5) 를 포함하고, 이러한 조인트는 본 발명에 따르는 조인트 밀봉 배열체를 포함하며, 조인트 밀봉 배열체는 도 2 에 상세하게 단면도로 도시되어 있다. 본원 실시예의 경우에 로봇 아암 (2) 의 모든 조인트들 (5) 은 회전 조인트들 (5a) 로 형성된다. 본원 실시예의 경우에 각각의 회전 조인트 (5a) 는 회전축 (D)(도 2) 둘레에서 회전 가능하고 본 발명에 따르는 조인트 밀봉 배열체를 포함한다.

로봇 아암 (2) 은 복수의 모터 (9) 를 포함하고, 모터들은 이러한 모터 (9) 가 모터 하우징 (9a) 을 이용하여 각각의 조인트 (5) 에서 전방에 지지되는, 로봇 아암 (2) 의 부재 (4a) 에 계류되고 모터 (9) 의 모터 샤프트 (9b) 는 기어 (7) 의 입력 부재 (7.1) 에 결합되면서 각각의 조인트 (5) 를 조절하기 위해 각각 형성되고, 기어는 출력 부재 (7.2) 를 포함하고, 출력 부재는, 이러한 출력 부재 (7.2) 가 기어 (7) 의 출력 샤프트 (8) 를 형성하고 결합부 (12) 를 통하여 조인트 토크 센서 (10) 의 입력 플랜지 (10.2) 에 결합되면서, 각각의 조인트 (5) 에서 후방에 지지되는 로봇 아암 (2) 의 부재 (4b) 에 결합된다.

따라서 로봇 아암 (2) 은 복수의 부재 (4) 및 이러한 부재들 (4) 을 상호 조절 가능하게 연결하는 복수의 조인트 (5) 를 포함하고, 후방에 지지되는 부재 (4b) 는 메인 베어링 배열체 (6) 를 이용하여 전방에 지지되는 부재 (4a) 에서 회전 가능하게 각각 지지되고, 각각의 기어 (7) 의 기어 하우징 (7a) 은 관련 조인트 (5) 에서 후방에 지지되는 부재 (4b) 에 결합되고, 기어 (7) 의 종동 샤프트 (8) 에는 조인트 토크 센서 (10) 가 연결되며, 조인트 토크 센서는 종동측에서 토크를 감지하기 위해 형성되고, 조인트 토크 센서 (10) 는 입력 플랜지 (10.1), 출력 플랜지 (10.3) 및 입력 플랜지 (10.1) 를 출력 플랜지 (10.3) 와 연결하는 측정부 (10.2) 를 포함하고, 이러한 측정부에는 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소 (11) 가 배치되며, 로봇 아암은 조인트 토크 센서 (10) 의 입력 플랜지 (10.1) 를 기어 (7) 의 종동 샤프트 (8) 에 결합시키는 결합부 (12) 를 더 포함하고, 결합부는 카운터 주행면 (13) 을 포함하며, 카운터 주행면 상에 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링 (14) 이 안착되고, 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 틈새 (15) 는 동적 비접촉 실링 (16) 을 이용하여 방진 방식으로 밀봉되고, 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서 (10) 의 출력 플랜지 (10.3) 가 결합된다.

본원 실시예의 경우, 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링 (14) 은 적어도 하나의 반경 샤프트 실링 환으로 형성된다.

결합부 (12) 는 조인트 토크 센서 (10) 의 입력 플랜지 (10.1) 에 형성되고, 반경 샤프트 실링 환의 실링 립 (14a) 이 접촉하며 인접하는 카운터 주행면 (13) 은 조인트 토크 센서 (10) 의 입력 플랜지 (10.1) 의 옆면벽에 의해 형성된다.

전방에 지지되는 부재 (4a) 와 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이의 틈새 (15) 를 방진 방식으로 밀봉하는 동적 비접촉 실링 (16) 은 적어도 하나의 틈새 실링, 라비린스 실링 또는 특히 적어도 하나의 실링 디스크로 형성된다.

본원 실시예의 경우에, 각각의 기어 하우징 (7a) 은 모터 샤프트 (9b) 와 관련하여 적어도 하나의 추가적 동적 접촉 실링 (17) 을 이용하여 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉된다. 본원 실시예의 경우에 적어도 하나의 추가적 동적 접촉 실링 (17) 은 추가적 반경 샤프트 실링 환으로 형성된다.

기어 하우징 (7a) 은 오로지 결합부 (12) 에 인접하는 동적 접촉 실링 (14) 및 모터 샤프트 (9b) 에 인접하는 추가적 동적 접촉 실링 (17) 만을 이용하여 기어유의 유출에 반하여 동적으로 밀봉된다.

전방에 지지되는 부재 (4a) 와 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 틈새 (15) 를 방진 방식으로 밀봉시키는 동적 비접촉 실링 (16) 은 이러한 틈새 (15) 를 밀봉하는 관련 조인트 (5) 의 단일 실링이고, 후방에 지지되는 부재에는 조인트 토크 센서 (10) 의 출력 플랜지 (10.3) 가 결합된다.

결합부 (12) 에 인접하는 동적 접촉 실링 (14) 은 메인 베어링 (6) 의 내환 (6.1) 과 연결되는 제 1 지지 환 (18.1) 에 고정된다.

조인트 토크 센서 (10) 의 출력 플랜지 (10.3) 는 메인 베어링 (6) 의 외환 (6.2) 과 연결되는 제 2 지지 환 (18.2) 에 고정된다.

Claims (15)

1. 복수의 부재 (4) 및 상기 부재들 (4) 을 상호 조절 가능하게 연결하는 복수의 조인트 (5) 를 포함하는 로봇 아암으로서,
   적어도 하나의 후방에 지지되는 부재 (4b) 는 메인 베어링 배열체 (6) 를 이용하여 전방에 지지되는 부재 (4a) 에서 회전 가능하게 지지되고, 각각의 기어 (7) 의 기어 하우징 (7a) 은 관련 조인트 (5) 내에서 상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 에 결합되고, 상기 기어 (7) 의 종동 샤프트 (8) 에는 조인트 토크 센서 (10) 가 연결되며, 상기 조인트 토크 센서는 종동측에서 토크를 감지하기 위해 형성되고, 상기 조인트 토크 센서 (10) 는 입력 플랜지 (10.1), 출력 플랜지 (10.3) 및 상기 입력 플랜지 (10.1) 를 상기 출력 플랜지 (10.3) 와 연결하는 측정부 (10.2) 를 포함하고, 상기 측정부에 적어도 하나의 토크 센서 측정 요소 (11) 가 배치되고,
   상기 로봇 아암은 기어 종동측의 카운터 주행면 (13) 을 포함하고, 상기 카운터 주행면 상에 상기 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링 (14) 이 안착되고, 상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 상기 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 상기 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 틈새 (15) 는 추가적 동적 실링 (16) 을 이용하여 밀봉되고, 상기 후방에 지지되는 부재에 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 출력 플랜지 (10.3) 가 결합되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로봇 아암은 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 입력 플랜지 (10.1) 를 상기 기어 (7) 의 상기 종동 샤프트 (8) 에 결합시키는 결합부 (12) 를 포함하고, 상기 결합부는 카운터 주행면 (13) 을 포함하며, 상기 카운터 주행면 상에 상기 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 동적 접촉 실링 (14) 이 안착하고, 상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 상기 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 상기 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 틈새 (15) 는 추가적 동적의, 특히 비접촉 실링 (16) 을 이용하여 특히 방진 방식으로 밀봉되고, 상기 후방에 지지되는 부재에 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 출력 플랜지 (10.3) 가 결합되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 기어 하우징 (7a) 을 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉하는 상기 동적 접촉 실링 (14) 은 적어도 하나의 반경 샤프트 실링 환으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 결합부 (12) 는 상기 기어 (7) 의 상기 종동 샤프트 (8) 에 형성되고, 상기 반경 샤프트 실링 환의 밀봉 립 (14a) 이 접촉하며 인접하는 상기 카운터 주행면 (13) 은 상기 종동 샤프트 (8) 의 옆면벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 결합부 (12) 는 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 입력 플랜지 (10.1) 에 형성되고, 상기 반경 샤프트 실링 환의 실링 립 (14a) 이 접촉하며 인접하는 상기 카운터 주행면 (13) 은 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 입력 플랜지 (10.1) 의 옆면벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 결합부 (12) 는 별도의 소자로 형성되고, 상기 별도의 소자는 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 입력 플랜지 (10.1) 및/또는 상기 기어 (7) 의 상기 종동 샤프트 (8) 에 고정되고, 상기 반경 샤프트 실링 환의 밀봉 립 (14a) 이 접촉하며 인접하는 상기 카운터 주행면 (13) 은 상기 별도의 소자의 옆면벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 상기 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이의 상기 틈새 (15) 를 방진 방식으로 밀봉하는 동적 비접촉 실링 (16) 은 적어도 하나의 틈새 실링 또는 라비린스 실링으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 상기 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이의 상기 틈새 (15) 를 방진 방식으로 밀봉하는 동적 비접촉 실링 (16) 은 상기 메인 베어링 배열체의 적어도 하나의 실링 디스크로 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로봇 아암 (2) 은 복수의 모터 (9) 를 포함하고, 상기 모터들은, 상기 모터 (9) 가 모터 하우징 (9a) 을 이용하여 상기 각각의 조인트 (5) 에서 상기 로봇 아암 (2) 의 전방에 지지되는 부재 (4a) 에 계류되고 상기 모터 (9) 의 모터 샤프트 (9b) 가 상기 기어 (7) 의 입력 부재 (7.1) 에 결합되면서 상기 조인트들 (5) 중 각각 하나의 조인트를 조절시키기 위해 각각 형성되고, 상기 기어는 출력 부재 (7.2) 를 포함하고, 상기 출력 부재는, 상기 출력 부재 (7.2) 가 상기 기어 (7) 의 상기 종동 샤프트 (8) 를 형성하고 상기 결합부 (12) 를 통하여 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 입력 플랜지 (10.1) 에 결합되면서, 상기 각각의 조인트 (5) 에서 상기 로봇 아암 (2) 의 후방에 지지되는 부재 (4b) 에 결합되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 기어 하우징 (7a) 은 상기 모터 샤프트 (9b) 와 관련하여 적어도 하나의 추가적 동적 접촉 실링 (17) 을 이용하여 윤활제 밀봉 방식으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가적 동적 접촉 실링 (17) 은 추가적 반경 샤프트 실링 환으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기어 하우징 (7a) 은 오로지 상기 결합부 (12) 에 인접하는 상기 동적 접촉 실링 (14) 및 상기 모터 샤프트 (9b) 에 인접하는 상기 추가적 동적 접촉 실링 (17) 만을 이용하여 기어유의 유출에 반하여 동적으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방에 지지되는 부재 (4a) 와 상기 후방에 지지되는 부재 (4b) 사이에서 상기 메인 베어링 배열체 (6) 에 의하여 결정되는 상기 틈새 (15) 를 방진 방식으로 밀봉시키는 상기 동적 비접촉 실링 (14) 은 상기 틈새 (15) 를 밀봉하는 관련 조인트 (5) 의 단일 실링이고, 상기 후방에 지지되는 부재에 상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 출력 플랜지 (10.3) 가 결합되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합부 (12) 에 인접하는 상기 동적 접촉 실링 (14) 은 상기 메인 베어링 (6) 의 내환 (6.1) 과 연결되는 제 1 지지 환 (18.1) 에 고정되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 토크 센서 (10) 의 상기 출력 플랜지 (10.3) 는 상기 메인 베어링 (6) 의 외환 (6.2) 과 연결되는 제 2 지지 환 (18.2) 에 고정되는 것을 특징으로 하는, 로봇 아암.

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