KR101810878B1 - 중공형 스카라 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1,2축을 중공타입으로 구성하여 배선의 용이성이 제공될 수 있도록 하고, 공구가 결합되는 구동축의 구성을 개량하여 작동시 먼지발생이 없고 또 외부로부터 수분 유입을 근본적으로 차단할 수 있는 구성을 제안하여 각종 식음료 제조공정에서 IP65 보호등급 이상의 성능을 갖도록 함으로 해서 위생적으로 안전하게 사용할 수 있는 중공형 스카라 로봇을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 기체에 고정되는 베이스와; 베이스에 내장 설치된 정역구동하는 제1구동모터에 의해 회전하는 중공형의 제1축을 포함하는 제1구동수단의 제1축과 결합한 제1아암과; 상기 제1아암을 구동하는 제1축과 반대측에 설치되며, 제1축과 동축상에 위치하도록 베이스 상단에 설치된 정역구동하는 제2구동모터에 의해 회전하는 중공형의 제2축과 결합한 제2아암과; 상기 제2아암에 내장설되어 하단에 공구가 설치되는 구동축을 회전시키는 정역구동하는 제3구동모터를 포함하는 제3구동수단 및 구동축을 승강시키는 정역구동하는 제4구동모터를 포함하는 제4구동수단으로 구성한 중공형 스카라 로봇에 있어서; 상기 구동축은 제4구동수단에 의해 승강되는 볼스플라인 구성의 상부재와, 환봉 구성의 하부재로 분할 구성하여 연결수단인 커플링으로 상호 연결구성한 것이다.

Description

중공형 스카라 로봇{Hollow type scara robot}

본 발명은 평면과 인접한 경로를 따라 부품들을 신속하게 조작하는데 사용하는 다축 다관절 구조를 갖는 중공형 스카라 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1,2축을 중공타입으로 구성하여 배선의 용이성이 제공될 수 있도록 하고, 공구가 결합되는 구동축의 구성을 개량하여 작동시 먼지발생이 없고 또 외부로부터 수분 유입을 근본적으로 차단할 수 있는 구성을 제안하여 각종 식음료 제조공정에서 IP65 보호등급 이상의 성능을 갖도록 함으로 해서 위생적으로 안전하게 사용할 수 있는 중공형 스카라 로봇을 제공코자 하는 것이다.

스카라 로봇은 평면과 인접한 경로를 따라 부품들을 신속하게 조자작하는데 사용된다.

대표적인 예로는 대한민국 공개특허공보(A)10-2013-0100749호(2013.09.11.)의 다중-축 로봇의 관절화된 구보 및 그러한 구조를 포함하는 로봇 등이 제안되고 있다.

상기한 선행기술의 경우 고정 프레임, 제1축 주변에서 상기 프레임 상에 관절화된 암, 상기 제1축 주변에서 상기 암의 피벗(pivoting)을 명령하는 제1 전기 액츄에이터, 상기 제1축에 평행한 제2축 주변에서 상기 암 상에 관절화된 포어암, 상기 제2축 주변에서 상기 포어암의 피벗을 명령하는 제2 전기 액츄에이터, 상기 제1 및 제2축들에 평행한 제3축 주변에서 상기 포어암 상에 관절화된, 공구 고정용 샤프트, 슬라이드-소켓의 피벗을 명령하는 제3 전기 액츄에이터, 너트-소켓의 피벗을 명령하는 제4 전기 액츄에이터를 포함하고, 상기 슬라이드-소켓은 상기 제3축 주변에서 상기 포어암에 대해 회전 가능하고 상기 포어암에 대해 병진되게(in translation) 연결되며, 상기 슬라이드-소켓에는, 축방향으로 배치된, 특히 볼들과 같은 맞물림 부재들이 제공되고, 상기 맞물림 부재들은 상기 샤프트의 적어도 하나의 세로 홈과 협동(cooperating)할 수 있으며, 상기 너트-소켓은 상기 제3축 주변에서 상기 포어암에 대해 회전 가능하고 상기 포어암에 대해 병진되게(in translation) 연결되며, 상기 너트-소켓에는, 상기 이동 축 주변에서 헬리컬형으로 배치된, 특히 볼들과 같은 맞물림 부재들이 제공되고, 상기 맞물림 부재들은 상기 샤프트 상에 배치된 적어도 하나의 헬리컬 홈과 협동(cooperating)할 수 있고, 상기 관절화된 구조는 또한 상기 슬라이드-소켓 및 상기 너트-소켓을 회전되게(in rotation) 고정할 수 있는 커플링 장치를 포함하고, 및 상기 슬라이드-소켓 및 상기 너트-소켓은 상기 포어암의 단부에 배치된 구성을 제공하고 있다.

그러나 상기한 구성의 경우 하부에 공구 등이 적용되는 샤프트에 헬리컬 홈을 형성하여 승강이 이루어질 수 있도록 구성하고 있는 것으로, 이러한 구성의 경우 헬리컬 홈을 통해서 외부의 수분이 로봇 내부로 유입될 우려가 있고 그로 인해 기계적 전기적 결함이 발생할 우려가 있었다.

또한 내부 분진이 이 헬리컬 홈을 통해서 외부로 배출될 우려가 있었다.

한편 각종 식음료를 제조공정에서는 분진 발생으로 인한 위생성이 요구되는 바, 먼지로부터 완벽하게 보호함과 아울러 모든 방향의 낮은 압력의 분사되는 물로부터 보호될 수 있는 IP65 등급 이상으로 제공할 수 있는 로봇이 요구되고 있다. 그러나, 상기와 같은 종래의 스카라 로봇들은 빠른 기동성을 제공하여 생산성 향상을 기대할 수 있는 이점은 있으나, 위생성이 요구되는 식음료 제조공정에서는 제한적으로 사용되고 있는 실정으로 IP65 보호등급 이상을 제공할 수 있는 로봇을 제공하지 못하고 있다.

KR 1020130100749 A 2013.09.11.

이에 본 발명자는 상기한 종래 스카라 로봇이 갖는 문제점인 배선에 관한 문제점과, 작동과정에서의 먼저 발생과, 작업장에서 발생하는 수분이 로봇 내부로 유입되는 등의 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것이다.

즉, 본 발명에서는 제1,2축을 중공타입으로 구성하여 배선에 관련된 제반 문제점을 해결토록 하였으며, 공구가 하단에 설치되는 구동축의 구성을 적극적으로 개량하여 수분 유입을 완벽하게 제어하면서도 작동성을 보장할 수 있도록 함으로 해서 작동상에서의 먼지발생 억제와, 수분이 구동축 등을 따라서 스카라 로봇의 내구 구성으로 유입되는 것을 완벽하게 차단할 수 있도록 하여 기계적인 결함 및 전기적 결함이 발생하는 것을 방지하는 기능성을 갖도록 함으로 해서 IP65 보호등급 이상의 위생성이 요구되는 식음료 제조공정에서 제한적으로 사용되고 있는 것을 다양한 공정으로 확대 적용할 수 있도록 하여 생산성 향상을 기대하면서 위생성을 유지할 수 있는 중공형 스카라 로봇을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결 수단으로 첫째 기체에 고정되는 베이스와; 베이스에 내장 설치된 정역구동하는 제1구동모터에 의해 회전하는 중공형의 제1축을 포함하는 제1구동수단의 제1축과 결합한 제1아암과; 상기 제1아암을 구동하는 제1축과 반대측에 설치되며, 제1축과 동축상에 위치하도록 베이스 상단에 설치된 정역구동하는 제2구동모터에 의해 회전하는 중공형의 제2축과 결합한 제2아암과; 상기 제2아암에 내장설되어 하단에 공구가 설치되는 구동축을 승강시키는 정역구동하는 제3구동모터를 포함하는 제3구동수단 및 구동축을 회전시키는 정역구동하는 제4구동모터를 포함하는 제4구동수단으로 구성한 중공형 스카라 로봇에 있어서;

상기 구동축은 제3구동수단에 의해 승강되는 볼스플라인 구성의 상부재와, 환봉 구성의 하부재로 분할 구성하여 연결수단인 커플링으로 상호 연결구성한 것을 특징으로 한다.

둘째 상기 볼스플라인 구성의 상부재에는 제2아암에 설치된 축지부재의 상측으로 제3구동수단과 벨트 연결되는 승강용 볼스크루풀리를 설치하고, 축지부재의 하측으로 제4구동수단과 벨트 연결되는 구동용 스플라인 풀리를 설치하며, 상기 제3,4구동수단의 제3,4구동모터는 동기화 상태로 구동되도록 한 것을 특징으로 한다.

셋째 제2아암의 하측으로 결합되며 구동축의 하부재가 통과하는 구동축 작동용 커버에 오일씰을 적용하여 수밀성을 보장할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

넷째 상기 베이스에 적용된 제1축 및 제1아암에 적용된 제2축에 오일씰을 결합하여 베이스 내부 및 제1아암 내부의 수밀성을 보장할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇을 사용하는 경우 하기와 같은 효과를 기대할 수 있다.

-제1축과 제2축이 중공형으로 구성되므로 베이스 쪽에서 인입되는 전력선을 제2아암 내부로 배선하는 작업이 용이하다.

-상부재와 하부재로 구성되는 구동축이 동축상에 위치하므로 정밀한 작동성을 보장할 수 있다.

-구동축의 하부재와 구동축 작동용 커버 사이, 그리고 베이스와 제1축 및 제1아암과 제2축 사이에 오일씰이 결합되는 구성으로, 로봇 내부로 수분 유입을 방지할 수 있으므로 누수로 인한 기계적, 전기적 결함을 일소할 수 있으며, 또한 로봇 내부에서 발생하는 분진 등이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

-따라서 본 발명의 중공형 스카라 로봇의 경우 높은 IP 보호등급을 제공할 수 있으므로 종래 위생성이 요구되는 식음료 작업라인에 제한적으로만 사용되던 것을 라인 전체에 적용하여 사용할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇의 일 실시례를 보인 외형 사시도
도 2는 도 1의 정면도
도 3은 도 1의 측면도
도 4는 도 1의 평면도
도 5는 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇의 단면도
도 6은 본 발명에서 제공하는 구동축의 결합상태를 보인 사시도
도 7은 도 6의 단면도

이하 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇의 바람직한 일 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇의 일 실시례를 보인 외형 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 정면도, 도 3은 도 1의 측면도, 도 4는 도 1의 평면도를 각각 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇(1)은 도시된 바에 의하면 각종 산업기계의 기체나 바닥 등에 고정설치하는 베이스(2)가 하측으로 배치되며, 베이스(2)의 상측으로는 베이스(2)에 설치되는 제1축(3)과 결합되는 제1아암(4)의 일측단을 배치하여 제1아암(4)이 베이스(2)에 내장 설치되며 정역회전하는 제1구동모터(8)에 의해 임의의 각도로 회동 각운동 할 수 있도록 구성한다.

상기 베이스(2) 상측으로 일단이 결합되는 제1아암(4)의 타단에는 제1아암(4)에 설치되는 제2축(5)과 결합되는 제2아암(6)의 일단을 배치하여 제2아암(6)이 임의의 각도로 회동 각운동 할 수 있도록 구성한다. 이때 제2아암(6)을 구동하는 제2축(5)의 구동은 제1축(3)과 동축상에 위치하도록 베이스(2) 상단에 설치되며 정역회전하는 제2구동모터(12)에 의해 회전된다.

상기 제2아암(6)은 제1아암(4)의 단부 상측 또는 하측에 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 제1아암(4)이 제1아암(4)의 단부 하측에 적용되도록 한 구성을 도시하고 있다.

그리고 상기 제1아암(4)과 결합되는 제2아암(6)의 타단에는 하단이 외부로 노출되도록 구동축(7)을 설치하며, 구동축(7)은 제2아암(6)의 내부에 설치되어 동기식으로 작동하는 제3,4구동수단에 의해 수직으로 승강하는 작동과 정회전 및 역회전하는 작동이 독립적으로 제공되거나 혹은 복합적으로 제공될 수 있게 한다.

도 5는 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇의 단면도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에서 제공하는 구동축의 결합상태를 보인 사시도, 도 7은 도 6의 단면도를 각각 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇(1)의 내부 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 베이스(2)는 일측으로 측면덮개(2a)에 의해 밀폐되는 구성을 가진다. 베이스(2) 내측으로 정역회전하는 제1구동모터(8)가 내장되며, 제1구동모터(8)에 의해 구동되는 중공형의 제1축(3)을 외부로 도출되도록 설치한다.

제1구동모터(8)를 이용하여 제1축(3)을 구동시키는 제1구동수단(9)은 베이스(2)에 지지되는 구성으로 제1구동수단(9)으로는 모터축에 설치한 구동기어(9a)와, 구동기어(9a)와 기어 결합되도록 제1축(3)에 자유회전하도록 설치한 아이들기어(9b)와, 제1축(3)에 고정된 상태로 아이들기어(9b)와 기어 결합되는 피동기어(9c)에 의해 이루어진다.

상기 베이스(2)에는 제1축(3) 및 제1구동수단(9)을 조립하기 위한 제1마감커버(10)가 마련되며, 제1축(3)과 제1마감커버(10)의 면접부분에는 오일씰(11)이 결합하여 수밀성이 제공되도록 함으로 해서 베이스(2) 내부로 수분이 유입되는 것을 방지하고, 아울러 내부에서 발생하는 분진이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

베이스(2) 상측으로 노출되는 제1축(3)에는 제1아암(4)의 일단이 고정되며, 제1축(3)이 결합된 반대쪽으로는 하측으로 중공형의 제2축(5)을 제1아암(4)에 베어링으로 지지되도록 설치한다.

상기 제1아암(4)은 내부가 빈 상부 개방향으로 구성되고 덮개(4a)에 의해 밀폐된 구성으로 이루어진다.

제1아암(4)에는 제1축(3)의 상측으로 제1축(3)과 동축상에 위치하도록 정역회전하는 제2구동모터(12)가 배치되며, 제2구동모터(12)는 베이스(2) 상단으로 결합된 제1모터케이스(13)에 내장된 상태로 배치된다.

상기 제2축(5)은 제2구동모터(12)에 조립된 구동풀리(14a)와, 제2축(5)에 조립된 피동풀리(14b)를 벨트(14c)로 연결하여 동력이 전달되도록 한 제2구동수단(14)에 의해 구동될 수 있도록 한다.

이때 상기 중공형의 제2축(5)과 제1아암(4)에 결합되는 제2마감커버(15)의 면접부분에는 오일씰(16)을 결합하여 수밀성을 제공할 수 있도록 함으로 해서 외부로부터의 수분 유입을 방지하고, 내부에서 발생하는 분진이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

상기 제1아암(4)에 구비되는 제2축(5)의 하측으로는 제2아암(6)의 일단이 결합되며, 제2축(5)과 반대쪽의 제2아암(6)에는 구동축(7)이 수직으로 설치된다.

제2아암(6)이 상측으로는 제2모터케이스(17)가 설치되며, 제2모터케이스(17) 내부에는 제2아암(6)에 수직으로 세워지는 구동축(7)이 위치하며, 또한 구동축(7)을 승강시키는 정역회전하는 제3구동모터(18)를 포함하는 제3구동수단(19)과, 구동축(7)을 회전시키는 정역회전하는 제4구동모터(20)를 포함하는 제4구동수단(21)을 설치하며, 제3구동모터(18)와 제4구동모터(20)는 모두 정역 회전이 가능하며, 또한 동기화 상태로 구동이 이루어지도록 하여 구동축(7)이 승강과 구동이 동시해 이루어질 수 있도록 구성한다.

구동축(7)의 바람직한 예로는 상부재(7a)와 하부재(7b)로 분할되고, 연결수단인 커플링(7c)에 의해 상호 일체로 연결된 구성으로 이루어진다.

상기 구동축(7)을 구성하는 상부재(7a)는 볼스크루(7a-1)와 스플라인(7a-2)이 복합적으로 적용된 볼스플라인으로 구성되며, 하부재(7b)는 외주연이 매끈한 환봉 또는 파이프 타입으로 구성된다. 또한 하부재(7b)의 하단에는 공구 또는 그리퍼 등이 설치된다.

상기 볼스플라인 구성의 상부재(7a)는 제2아암(6)에 고정브래킷(23)을 이용하여 고정된 축지부재(22)를 통과하는 구성을 가지며, 축지부재(22)의 상측과 하측에는 각각 승강용 볼스크루풀리(19b)와 구동용 스플라인풀리(21b)를 볼스플라인 구성의 상부재(7a)와 결합상태가 되도록 설치한다.

이때 승강용 볼스크루풀리(19b)는 상부재(7a)와 스크루 조립되어 정방향 또는 역방향 회전할 때 상부재(7a)를 승강시키는 기능성을 제공하며, 구동용 스플라인풀리(21b)는 상부재(7a)와 스플라인(7a-2) 조립되어 구동력을 제공하면서도 상부재(7a)가 구동용 스플라인풀리(21b) 내에서 승강이 이루어질 수 있는 구성을 제공하게 된다.

상기 승강용 볼스크루풀리(19b)는 제3구동모터(18)를 포함하는 제3구동수단(19)에 의해 구동되며, 바람직하기로는 제3구동모터(18)에 결합한 승강용 구동풀리(19a)와 승강용 볼스크루풀리(19b)를 벨트(19c)로 연결한 구성으로 이루어진다.

상기 구동용 스플라인풀리(21b)는 제4구동모터(20)를 포함하는 제4구동수단(21)에 의해 구동되며, 바람직하기로는 제4구동모터(20)에 결합된 구동용 구동풀리(21a)와 구동용 스플라인풀리(21b)를 벨트(21c)로 연결한 구성으로 이루어진다.

그리고 상기 제2아암(6)의 하측으로는 구동축(7)의 하부재(7b)가 통과하는 구동축 작동용 커버(24)가 결합되며, 구동축 작동용 커버(24)에는 하부재(7b)와 면접부분에 오일씰(25)를 결합하여 수밀성을 제공할 수 있도록 함으로 해서 외부로부터의 수분 유입을 방지하고, 내부에서 발생하는 분진이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에서 제공하는 중공형 스카라 로봇(1)의 경우 제1축(3) 및 제2축(5)이 중공형으로 구성되므로 베이스(2) 쪽에서 제2아암(6)으로의 전선 배선이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한 구동축(7)의 경우 상부재(7a)와 하부재(7b)가 동축상에 배치되어 연결수단인 커플링(7c)으로 상호 연결되는 구성이면서 상부재(7a)에 구동축(7)의 승강을 위한 제3구동수단(19)과 구동을 위한 제4구동수단(21)을 동기화 작동되도록 설치하고 있어 작동 정밀성을 제공할 수 있으며, 구동축(7)의 하부재(7b)와 구동축 작동용 커버(24)가 오일씰(25)에 의해 작동성을 제공할 수 있으므로 작동상에서의 먼지발생 억제와, 수분이 구동축(7) 등을 따라서 스카라 로봇(1)의 내부 구성으로 유입되는 것을 완벽하게 차단할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명을 사용하는 경우 수분 유입으로 인해 발생할 수 있는 기계적인 결함 및 전기적 결함 발생을 방지하는 기능성을 제공하는 것은 물론이고, 위생성이 요구되는 식음료 제조공정에서 먼지로부터 완벽하게 보호함과 아울러 모든 방향의 낮은 압력의 분사되는 물로부터 보호될 수 있는 IP65 보호등급 이상으로 제공할 수 있어 식음료 제조과정에서의 다양한 공정에 본 발명을 적용하여 사용할 수 있게 될 것으로 예상되며, 그로 인해 생산성 향상을 기대하면서 위생성을 유지할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:중공형 스카라 로봇 2:베이스
2a측면덮개 3:제1축
4:제1아암 4a:덮개
5:제2축 6:제2아암
7:구동축 7a:상부재
7a-1:볼스크루 7a-2:스플라인
7b:하부재 7c:커플링
8:제1구동모터 9:제1구동수단
9a:구동기어 9b:아이들기어
9c:피동기어 10:제1마감커버
11,16,25:오일씰 12:제2구동모터
13:제1모터케이스 14:제2구동수단
14a:구동풀리 14b:피동풀리
14c,19c,21c:벨트 15:제2마감커버
17:제2모터케이스 18:제3구동모터
19:제3구동수단 19a:승강용 구동풀리
19b:승강용 볼스크루풀리 20:제4구동모터
21:제4구동수단 21a:구동용 구동풀리
21b:구동용 스플라인풀리 23:고정브래킷
22:축지부재 24:구동축 작동용 커버

Claims (4)

1. 기체에 고정되는 베이스(2)와; 베이스(2)에 내장 설치된 정역구동하는 제1구동모터(8)에 의해 회전하는 중공형의 제1축(3)을 포함하는 제1구동수단(9)의 제1축(3)과 결합한 제1아암(4)과; 상기 제1아암(4)을 구동하는 제1축(3)과 반대측에 설치되며, 제1축(3)과 동축상에 위치하도록 베이스(2) 상단에 설치된 정역구동하는 제2구동모터(12)에 의해 회전하는 중공형의 제2축(5)과 결합한 제2아암(6)과; 상기 제2아암(6)에 내장설되어 하단에 공구가 설치되는 구동축(7)을 승강시키는 정역구동하는 제3구동모터(18)를 포함하는 제3구동수단(19) 및 구동축(7)을 회전시키는 정역구동하는 제4구동모터(20)를 포함하는 제4구동수단(21)으로 구성한 중공형 스카라 로봇(1)에 있어서;
   상기 구동축(7)은 제3구동수단(19)에 의해 승강되는 볼스플라인 구성의 상부재(7a)와, 환봉 구성의 하부재(7b)로 분할 구성하여 연결수단인 커플링(7c)으로 상호 연결구성하며;
   상기 볼스플라인 구성의 상부재(7a)에는 제2아암(6)에 설치된 축지부재(22)의 상측으로 제3구동수단(19)과 벨트(19c) 연결되는 승강용 볼스크루풀리(19b)를 설치하고, 축지부재(22)의 하측으로 제4구동수단(21)과 벨트(21c) 연결되는 구동용 스플라인풀리(21b)를 설치하며, 상기 제3,4구동수단(19)(21)의 제3,4구동모터(18)(20)는 동기화 상태로 구동되도록 하고;
   제2아암(6)의 하측으로 결합되며 구동축(7)의 하부재(7b)가 통과하는 구동축 작동용 커버(24)에 오일씰(21)을 적용하여 수밀성을 보장할 수 있도록 하고;
   상기 베이스(2)에 적용된 제1축(3) 및 제1아암(4)에 적용된 제2축(5)에 오일씰(11)(16)을 결합하여 베이스(2) 내부 및 제1아암(4) 내부의 수밀성을 보장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 중공형 스카라 로봇.
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