KR920006657B1 - 다관절(多關節)로보트 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

다관절(多關節)로보트

[도면의 간단한 설명]

제1도는 종래예를 표시한 정면도.

제2도는 동측면도.

제3도는 제1도 A부에서 표시한 관절구동부분의 단면도.

제4도는 이 발명의 실시예를 표시한 다관절로보트의 관절부의 단면도.

제5도는 제2아암의 동작을 설명하기 위한 설명도.

제 6도는 다관절로보트의 외관도

[발명의 상세한 설명]

[기술 분야]

이 발명은 산업용으로 널리 사용되는 다관절로보트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하면 적어도 두개의 제어아암과, 양제어아암의 관절부에 설치된 동일측상에서 상대한 2개의 감속기등을 가진 관절로보트에 있어서 관절부의 구동기구에 관한 것이다.

[배경 기술]

종래의 다관절로보트의 관절부의 구동기구에 관한 것으로서는 일본국 특개소 58-181586호 공보에 기재된것이 있는데 이것을 도면에 의하여 설명한다.

제1도는 종래예의 정면도이고 제2도는 동측면도.

제3도는 제1도 A부에서 표시된 제어아암으로서의 제1아암, 제2아암의 관절구동부분의 상세한 단면도이다.

이 도면에 있어서 1은 고정베이스 2는 고정베이스(1)위에서 회전하는 회전테이블 3은, 회전테이블(2)에 고정된 베이스 4는 베이스(3)위의 점(5)을 중심으로 요동하는 제1아암, 6은 제1아암(4)을 구동시키기 위한 제 1모터 7은 제 1아암(4)위의 점(8)을 중심으로 요동하는 제 2 아암, 9,10은 제 1아암(4)와 제 2 아암(7)과 함께 평행 링크를 구성하는 링크 및 링크지지부, 11은 링크지지부(10) 및 링크(9)를 통하여 제2아암(7)을 구동시키기 위한 제2모터 12는 제2아암(7)의 선단에 부착시킨 손목부이며 B 및 C의 화살표 방향으로 굽힘 및 비틀림동작을 한다. 따라서 이 로보트에 있어서는 제1모터(6)를 동작시킴으로서 제1아암(4)이 전후로 요동하며 제2모터(11)를 동작시킴으로서 링크지지부(10)가 상하로 요동하며 제1아암(4), 링크주 및 제2아암(7)의 평행링크기구의 구성에 의하여 제2아암(7)이 회전중심(8)을 중심으로 상하로 요동한다. 결국 제1모터(6)과 제2모터(11)를 제어함으로서 제1아암(4) 및 제2아암(7)에 의하여 구성되는 전후, 상하의 평면내의 입의의 점에 손목부(12)를 이동시킬 수 있다.

더욱 회전테이블(2)의 회동을 가함으로서 좌우를 포함한 공간 영역내의 임의 점에 이동시킬 수 있어 여러가지 작업을 할 수 있다.

다음에 제3도에 있어서, 15는 베이스(3)에 고정된 제1브라케트로서 제1모터(6)를 베이스(3)에 고정시켰다. 16은 제1모터축인데, 제1모터(6)의 출력축이다. 18은 후술하는 제1서클러 스프라인(circularspline), 제1프레이크 스플라인과 함께 통칭 하모닉 드라이브 콤퍼넌트(harmonic drive component)라브트는 감속기를 구성하는 제1웨이브 제너레이터 인데, 제1모터축(16)에 고정한다.

19는 제1서클러스플라인으로서, 제1모터축(16)과 동심적으로 제1브라케트(15)에 고정한다. 20은 제1프레이크 스프라인 21는 제1아암구동축 22는 제1베어링으로서, 제1아암 구동축(21)은 제1아암(4)의 한쪽측면에 고정되며 제1브라케트(15)에 지지된 제1베어링(22)에 의하여 제1아암(4)이 제1모토축(16)과 동심상에서 요동하도록 설치되어 있다.

제1프레이크스프라인(20)은 제1서클러 스프라인(l9)과 동심적이고 서로 치부(齒部)가 맞풀리는 위치에서 제1아암 구동축(21)에 고정되어있다. (23)은 제1베어링 커버로서 제1베어링(22)을 제1브라케트(15)내에 유지되었다. (24)는 제1브라케트(15)와 상대하는 측에 있어서, 베이스(3)에 고정된 제2브라케트로서, 제1아암을 끼우며 그 내경부가 제1아암(4)의 제1아암 구동축(21)과 동심이 되도록 베이스(3)에 고정되어있다. (25)는 제2베어링인데, 원추형로울러베어링을 사용하며 제1아암(4)의 다른쪽 측면에 고정된 슬리브형축(26)과의 사이에 장착되어 제1아암(4)이 제2브라케트(24)에 대하여 회전할 수 있게 지지되도록 설치되어 있다.

(27)은 제2베어링커버로서 제2브라케트(24)에 나사부(28)를 설치하고 그 나사부(28)에 나합되어 제2베어링(25)의 내륜을 유지함과 동시에 이에 예압(豫壓)을 미리주고 있다.

제 2 모터(11)는 제 1모터(6)와 제 1아암(4)에 대하여 동일축상의 상대하는 위치에 있는 것이다.

(29)는 제3브라케트인데 제2브라케트(24)에 고정되어 제2모터(11)를 돌설하고 있다. (30)은 제2모터축인데, 제2모터(11)의 출력축이다. (31)은 제2웨이브제네레이터로서 제2모터축(30)에 고정되어 있다. (32)는 제2서클러 스프라인인데 제2모터축(30)과 동심적으로 제3브라케트(29)에 고정되어 있다. (33)은 제2프레이크스프라인으로서, 제2모터축(30)과 동심적으로 위치되어 있으며 상기 제2웨이브 제네레이터(31), 제2서클러 스프라인(32)과 함께 하모닉 드라이브 감속기를 구성하고 있다. (34)는 제2아암 구동축, (35) 는 제 3 베어링, (36) 은 제 4 베어링 으로서, 제 2 아암 구동축(34) 은 제 3 베어링 (35) 과 제 4 베어링 (36) 에 의하여 제1아암(4)에 양단이 지지되고 그 중간위치에서 제2아암 구동축(34)에 고정된 아암지지부(10)가 제2모터축(30)과 동일축상에서 요동하도록 구성되어 있다.

제 3 베어링(35), 제 4 베어링(36)에는 앵글러 콘텍트볼 베어링 (Angular contact ball bearing) 이 사용된다.

다음에 동작에 관하여 설명한다.

제1모터(6)를 구동시키면, 제1아암(4)은 제1하모닉 드라이브 감속기를 통하여 제1아암 구동축(21)의 회전이 감속되어 제1모터축(16)의 축심을 중심으로하여 요동한다. 또 제2모터(11)를 구동시키면, 링지지부(10)가 제2하모닉 드라이브 감속기를 통하여 제2아암 구동축(34)의 회전이 감속되어 제2모터축(30)의 축심을 중심으로하여 요동한다.

아암지지부(10)는 상술한 바와 같이 제2아암(7) 및 제1아암(4), 링크(9)와 함께 평행링크를 구성하고 있으므로 제2모터(11)를 구동시키면 제2아암(7)이 요동하여 로보트를 동작시킬 수 있다.

또 로보트의 정밀도 및 강성을 확보하기 위하여 제3도에 표시한 관절부에서는 베어링커버(27)를 틀어박아 조정함으로서, 예압조정관리하는 것이다. 종래의 다관절로보트의 관절부의 구동장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 부품수가 많고 더구나 로보트의 정밀도를 확보함에 있어서 개개의 부품가공의 정밀도를 높일필요가 있는 이외에, 상술과 같이 조립식 예압 조정등이 필요하여 저가격으로 고정밀도의 로보트를 얻는데 곤란하였던 것이다.

특히 하모닉드라이브 감속기에서는 각 부분품을 동일축상에서 고정밀도로 부착시키지 않으면 아암이 진동하기 쉬우며 종래예와 같이 부품수가 많고 좌우로 분할된 구조형식에서는 고정밀도의 조립을 안전하게 확보한다는 것은 지극히 곤난한 문제점이었다.

이 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로써, 조립시에 숙련자에 의한 조정작업을 하지 않아도 안정된 고정밀도를 확보할 수 있고 염가의 다관절로보트를 얻는 데 그 목적이다.

이 발명의 다관절로보트는 적어도 두개의 제어아암과, 양제어아암의 관절부에 설치된 동일축상에서 상대하는 두개의 감속기등을 가진 다관절로보트에 있어서, 상기 두개의 감속기가 한쪽의 제어아암의 관절부에 고정된 공통의 서클러스프라인과, 이 공통의 서클러스프라인의 일단에 이 서클러스프라인과 상대적으로 회동하도록 부착되고 또 다른쪽의 제어아암의 관절부에 연결된 브라케트등을 갖춘 제1 및 제2의 하모닉드라이브 감속기등으로 된 것이다.

이 발명에 있어서, 바람직한 실시상태는 상기 공통의 서클러 스프라인과 브라케트간에 크로스로울러베어링을 장착한 것이다.

또한 이 발명에 있어서, 바람직한 실시상태는 상기 공통의 서클러스프라인의 타단에 크로스로울러베어링을 통하여 베이스에 고정된 다른쪽의 브라케트가 설치된 것이다. 그리고, 또, 이 발명에 있어서, 바람직한 실시상태는 상기 제1 및 제2의 하모닉드라이브감속기가 공통의 서클러스프라인, 이 공통의 서클러스프라인내에 동일축상에서 상대하여 맞물려 결합된 제1 및 제2의 프레이크스프라인, 이 프레이크스프라인의 각 동일축상에 내장된 제1및 제2의 웨이브제네레이터의 각축을 베어링을 통하여 지지하는 제1 및 제2의 브라케트 및 이 브라케트와 상기 서클러스프라인간에 각각 장착된 크로스로울러베어링에 의하여 유니트화되어있는 점이다. 또, 이 발명에 있어서, 바람직한 실시상태는 상기 제1 및 제2의 웨이브제네레이터의 각축과 상기 두개의 제어아암의 후방 또는 하방에 배치된 각 모터의 출력축과를 밸트 전달 기구에 의하여 연결하는데 있다. 또 다시, 이 발명에 있어서, 바람직한 실시 상태는 상기 제1 및 제2의 웨이브제네레이터의 각축에 브레이크 장치가 설치된다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이 발명의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제4도는 이 발명의 실시예를 표시한 다관절의 관절부의 단면도이며, 제5도는 제2아암의 동작을 설명하기 위한 설명도, 제6도는 다관절로보트의 외관도이다

이들의 도면에 있어서, 부호(1)-(11), (12), (16), (30)은 종래와 동일 또는 상당부를 표시한다. (38)은 커버이고, 상하로 2분할되어 내장하는 제1모터(6), 제2모터(11)등을 보호함과 동시에 외관을 보기 좋게 한다. (40)은 중심부에 슬리브(41)를 가진 凹형상을 한 제2브라케트이고 베이스(3)에 볼트(39)에 의하여 고정되어 있다. (18)은 제1웨이브제네레이터이며 상기 슬리브(41)내에 삽통되어 제1베어링(43), (44)로 지지되는 제1웨이브제네레이터축(42)의 선단에 고정되어 있으며 후술하는 제1프레이크스프라인과 공통의 서클러스프라인과 함께 제1하모닉 드라이브감속기를 구성한다. (20)은 제1프레이크스프라인데, 실크헤트(silkhat)형상을 이루고 있으며 그 칼라(Collar)부에 해당하는 부분이 제1브라케트(10)의 凹부내에 제1웨이브제네레이터축(42)과 동심적으로 볼트(45)에 의하여 고정되어 있다. (46)은 제1크로스로울러베어링인데 외륜은 제1브라케트(40)의 내측면단에 볼트(47)로 고정되며 내륜은 공통의 서클러스프라인의 한쪽단면에 볼트(48)로 고정되어 있다. (50)은 제1브라케트(40)와 상대하는 측에 회전자재하게 설치된 제2브라케트로서 공통의 서클러스프라인과 상대적으로 회전한다. 또 제2브라케트(50)는 제1브라케트(40)과 거이 동일한 형상을 하고 있으며 중심부에 슬리브(51)를 갖고 있다.

또 제2브라케트(50)와 외측면에는 편심위치에 편형식의 링크지지부(10)가 돌설되며 이 링크지지부(10)에 링크(9)의 일단이 로울러폴로워(roller follower) (49)를 통하여 회전자재하게 장착되어 있다. (31)은 제2웨이브제네레이터인데, 상기 슬리브(51)내를 삽통하여 제 2 베어링(53) (54)으로 지지된 제 2웨이브제네레이터(52)의 선단에 고정되어 있으며 후술하는 제2프레이크스프라인과 공통의 서클러스프라인과 함께 제2하모닉드라이브감속기를 구성한다.

(33)은 제2프레이크스프라인으로서, 제1프레이크스프라인(20)과 마찬가지로 실크헤트 형상을 하고 있으며 그 칼라부가 제2브라케트(48)의 凹부내에 제2웨이브제네레이터축(52)과 동심적으로 볼트(55)에 의하여 고정되어 있다.

(56)은 제2크로스로울러베어링으로서, 외륜은 제2브라케트(50)의 내측단면에 볼트(57)에 의하여 고정되며 내륜은 공통의 서클러스프라인의 다른쪽의 단면에 제1크로스로울러베어링(46)과 대칭되게 볼트(58)에 의하여 고정되어있다.

(60)은 이 발명에 있어서 중요한 요소인 제1 및 제2의 하모닉드라이브 감속기의 부품의 1개인 공통의 서클러스프라인이다.

이 서클러스프라인(60)은 내면양측예치형(齒形, Spline)을 갖고 있으며 상기 제1프레이크스프라인(20)과 제2프레이크스프라인(33)의 양쪽을 대칭적으로 동심적으로 내장시켜 상기 치형에 각각 맞물려 있다. 또 공통의 서클러스프라인(60)은 프렌지부(61)를 갖고 있으며 제1아암(4)에 볼트(62)로 고정되어 있다. 따라서, 제1아암은 공통의 서클러스프라인(60)과 제1브라켓트(40)의 사이에 개재된 제1크로스로울러베어링(46)에 의하여 베이스(3)에 대하여 회전할 수 있게 지지되어 있다.

또 제 2브라케트(50)는 제 2크로스로울러베어링(56), 공통의 서클러스프라인(60), 및 제1크로스로울러베어링(46)을 통하여 베이스(3)와 회절할 수 있게 지지되어 있다.

이상의 (18), (20), (40)-(44), (46), (50)-(54), (56), (60)의 부품내지요소는 전부 동축상에 부착되어 서클러스프라인(60)을 중심으로 장설되어 있다.

(64), (65)는 각각 제1풀리이며 제1모터축(16) 및 제1웨이브제네레이터축(42)에 고정되며 제1밸트(66)를 통하여 제1모터(6)의 회전이 제1웨이브제네레이터축(42)에 전달된다. (68), (69)는 제2슬리브로서, 제2모터축(30) 및 제2웨이브제네레이터축(52)에 고정되어, 제2벨트(70)를 통해 제2모터(11)의 회전이 제2 웨이브제네레이터축(52)에 전달된다.

상기 벨트 및 슬리브는 벨트 전동기구를 구성하고 있는 것이며 모터의 회전이 슬립(Slip)없이 확실하게 전달된다.

(72) 는 제 1 브레이크, (73) 은 제 1 브레이크부착판, (74) 는 제 2 브레이크, (75) 는 제 2 브레이크부착판인데, 제1브레이크부착판(72) 및 제2브레이크부착판(75)는 모두 베이스(3)에 고정되어 있다.

제1브레이크(72) 및 제2브레이크(74)는 각각 제1웨이브제네레이터축(42) 및 제2웨이브제네레이터축(52)에 회전축이 부착되며 고정측은 브레이크부착판(73), (75)에 고정되어 있다. (76)은 모터부착판인데, 베이스(3)에 고정되고 제1모터(6) 및 제2모터(11)가 부착되어 있다. 또 링크지지부(10)는 종래예와 다르게 제2브라케트(50)에 관절부의 축심에서 벗어나게 부착되어 있다.

링크지지부(10)와 로울러플로워(49)는 제 2 아암(7)의 회전지지 프랜지(도시생략)에도 제 2브라케트(50)에 부착되어 있는 것과 동일한 방법으로 부착되어 있으며 제 2 아암(7) 및 제1아암(4)과 함께 평행링크를 구성하고 있다.

다음에 상기 실시예의 동작을 설명한다.

우선, 제1모터(6)의 구동은 제1모터축(16)에 부착된 제1풀리(64)에 회전을 전달하여 밸트(66)를 통하여 종동측 제1풀리(65)를 회전시킨다. 제1풀리(65)는 제1웨이브제네레이터축(42)에 고정되어 있으므로, 제1웨이브제네레이터(18)는 회전되어 제1프레이크스프라인(20) 및 공통의 서클러스프라인(60)의 감속기능에 의하여 서클러스프라인(60)이 감속되어 베이스(3)에 대하여 회전운동을 한다.

서클러스프라인(60)은 상기한 것과 같이 제1브라케트(40) 및 제1크로스로울러베어링(46)을 통하여 회전할 수 있게 지지되고 제 1아암(4)과 고정되어 있으므로 제 1모터(6)의 구동에 의하여 제 1아암(4)을 동작시킬 수 있다. 또 제3도에 표시한 것과 같이 수직으로 아암이 동작하는 다관절로보트에서는 모터의 전원을 끊으면 아암의 자중에 의하여 아암이 낙하는 경우가 많으며 제1브레이크(72) 및 제2브레이크(74)는 전원오프시 아암낙하를 방지하는 것이다.

다음에 제2아암(7)의 동작에 관하여 설명한다.

제2모터(1)의 구동은 제1아암(4)의 경우와 같이 구동측 제2풀리(68)에서 제2밸트(70)를 통하여 종동축 제2풀리(69)에 전달되어, 제2웨이브제네레이터(31)를 회전시킨다. 설명을 알기 쉽게 하기 위하여 제1아암(4)이 구동하기 않는 경우를 예상하면, 공통의 서클러스프라인(60)은 베이스(3)와 일체로 고정되어 있는 것으로 생각되는 것이다.

즉 제2웨이브제네레이터(31)의 회전에 의하여 제2하모닉 드라이브감속기의 기능에 의하여 제2크로스로울러베어링(56)에 회전할 수 있게 지지되어 있는 제2프레이크스프라인(33)이 감속되어 회전하며, 동일하게 일체로 고정되어 있는 제2브라케트(50)를 회전시킬 수 있다.

제 2브라켓트(50)는 링크지지부(10) 및 제 1 아암(4), 링크(9)와 평행링크를 구성하고 있기 때문에 제 1아암(4)의 선단에 회전할 수 있게 부착된 제2아암(7)을 구동시킬 수 있어 로보트를 동작시킬 수 있다.

제4도에 표시한 하모닉드라이브감속기를 동축상에 구성시킨 로보트의 관절구조에서는 제1브라케트(40)를 베이스(3)에서 떼어내고, 또 제1아암(4)에서 공통의 서클러스프라인(60)을 떼어내면, 독립된 동축상의 관절유니트로서 취급되므로, 불적당할때는 이 유니트만을 교환하면 지극히 단시간으로 로보트를 복구할 수있다.

또 이 관절유니트에서는, 서클러스프라인(60)을 두개의 하모닉드라이브의 부품으로서 공유화하고 있으므로 그 기어절삭(gear Cutting)을 고정밀도로 또 저렴하게 할 수 있다.

또 제1 및 제2크로스로울러베어링(46), (56)은 부품단위에서 예압설정을 할 수 있으므로, 조립시의 조정이 불필요하고 로보트로서 높은 강성을 얻을 수 있다.

또 상기 실시예에서는, 주로 하모닉드라이브감속기의 서클러스프라인(60)이 일체화된 관절유니트부에 관하여 설명하였지만, 상기 실시예와 같이 제1모터(6), 제2모터(11)를 로보트의 제1아암(4)의 후방 또는 하방에 설치하면, 로보트의 베이스(3)의 선회시에 있어서 밸런스가 좋아지는 효과가 있다.

또 제1모터(6), 제2모터(11)를 로보트의 후방 또는 하방에 설치시켜 밸런스를 잡았지만, 벨트전동기를 사용하지 않고 모터를 직접 웨이브제네레이터축과 동축에 부착시켜 구동시켜도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 상기 실시예에서는, 공통의 서클러스프라인(60)의 양측에 있어서 치부의 치수에 관하여 언급하지 않았지만, 이것은 동수이거나 동수가 아니드레도 저장이 없다.

또 링크지지부(10)는 제2브라케트(50)에 대하여 편심위치에 부착되어 있지만, 아암 형식의 것으로 함으로서 그 일단을 제2브라케트(50)의 슬리브(51)에 동심적으로 고정시킬 수도 있다. 그리고 상기 실시예에서는, 수직다관절로보트에 관하여 설명하였지만, 수평다관절로보트에 적용시켜도 동등한 효과를 발휘한 다는것은 말할 나위 없다.

[산업상의 이용 가능성]

이 발명은 수직다관절로보트나 수평다관절로보트등의 다관절로보트 전반에 걸쳐 넘게 이용할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 적어도 두개의 제어아암과, 양제어암의 관절부에 설치된 동일축상에서 상대하는 두개의 감속기등을 가진 다관절로보트에 있어서, 상기 두개의 감속기가 한쪽의 제어아암의 관절부에 고정된 공통의 서클러스프라인과, 이 공통의 서클러스프라인의 일단에 이 서클러스프라인과 상대적으로 회전하도록 부착되고 다른쪽의 제어아암의 관절부에 연결된 브라케트등을 구비한 제1 및 제2의 하모닉 드라이브감속기로 된 것을 특징으로 하는 다관절로보트.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 공통의 서클러스프라인과 브라케트의 사이에 크로스로울러베어링을 장착시킨것을 특징으로 하는 다관절로보트.
3. 청구범위 제1항에 있어서, 공통의 서클러스프라인의 타단데 크로스로울러베어링을 통하여 베이스에 고정된 다른쪽의 브라케트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다관절로보트.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 제1및 제2의 하모닉드라이브감속기가 공통의 서클러스프라인, 이 공통의 서클러스프라인내에 동일축상에서 상대되어 맞물려 결합된 제1 및 제2의 프레이크스프라인, 이 프레이크스프라인의 각 동일축상에 내장된 제1 및2의 웨이브제네레이터, 이 웨이브제네레이터의 각축을 베어링을 통하여 지지하는 제1 및 제2의 브라케트 및 이 브라케트와 상기 서클러스프라인의 사이에 각각 장설된 크로스로울러베어링에 의하여 유니트화 되어 있는 것을 특징으로 하는 다관절로보트.
5. 청구범위 제4항에 있어서, 제1 및 제2의 웨이브제네레이터의 각축과 상기 두개의 제어아암의 후방 또는 하방에 설치된 각 모터의 출력축을 밸트전동기구에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 다관절로보트.
6. 청구범위 제4항에 있어서, 제1 및 제2의 웨이브제네레이터의 각축에 브레이크 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 다관절로보트.

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