KR0121108B1 - 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇에 관한 것으로 베이스의 일측에 장착되는 모터와; 상기 모터에 의해 구동되는 종종 풀리와, 상기 베이스 일단에 그 일단부가 고정되고 상기 이송체의 저면에 굴대 설치된 제1보조축과 베이스의 일단에 굴대 설치된 절환 풀리와 상기 종동 풀리와 상기 이송체의 저면에 굴대 설된 제2보조축의 하부를 감아 돌아 그 타단부가 상기 베이스의 타단에 고정된 제1안내용 타이밍벨트를 가지는 운동 변환 수단을 구비하여서 된다. 이러한 본 발명은 베이스에 굴대 설치된 구종 풀리와 종동 풀리의 회전력에 의하여 안내용 타이밍 벨트를 좌우로 감아돌리는 것에 의하여 이송체를 이동시키는 것이므로 그 작동에 원활하게 이루어지게 됨과 아울러 제1 및 제2타이밍 벨트의 제1 및 제2보조축에 대한 접촉각을 극대화하여 장력 변화를 최소화하고 정확한 동력 전달이 이루어지며 제1안내용 타이밍 벨트는 동력을 전달하는 역할을 하고 제2안내용 타이밍 벨트는 보조 역할을 하도록 하였으므로 그 위치 정밀도가 크게 향상되고 전체 수명이 연장되며, 더욱이 제2보조축에 굴대설치된 상부 안내 풀리에 의해 스틱 슬립(stick slip)현상이 배제되어 위치 정밀도가 더욱 향상되는 등의 이점이 있다. 또한 모터를 이송체와 분리하여 베이스 외부에 설치하여 이송체의 부하를 감소시킴과 아울러 전원 등의 케이블 처리를 간편하게 할 수 있으며 이송체 상에 장착되는 기계 장치등의 구조물에 제약을 받지 않게 되는 것이다.

Description

타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇

제1도는 종래 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇의 평면도.

제2도는 종래 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇의 종단면도.

제3도는 내지 제6도는 본 발명에 의한 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇의 구성 및 작용을 보인 것으로,

제3도는 평면도.

제4도는 종단면도.

제5도는 타이밍 벨트가 장가된 형태를 보인 이송체의 평면도.

제6도는 보조 샤프트와 안내롤러의 구성을 보인 이송체의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 베이스 2 : 가이드

3 : 이송체 4 : 모터 하우징

5 : 모터 6 : 구동풀리

7 : 구동용 타이밍벨트 8 : 감속 풀리

9 : 종동풀리 10 : 주축

11 : 절환 하우징 12 : 절환축

13 : 절환풀리 14 : 제1보조축

15 : 제2보조샤프 16 : 안내풀리

본 발명은 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇에 관한 것으로, 특히 타이밍 벨트를 동력 전달원으로 적용하여 초고속화, 고정밀화하고, 작업능률을 향상하도록 한 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 직각 좌표 로봇 등 직선 왕복 운동을 필요로 하는 기계 구조는 모터에서 발생되는 동력을 편심, 편각 등을 흡수하기 위한 연결장치로 커플링(Coupling)을 거쳐 볼 스크류(ball screw)와 연결하여 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 주며, 볼 스크류의 프랜지(flange)에 장착된 이송체에 작업하고자 하는 별도의 기계장치를 부착하여 직선적으로 이동시키면서 작업을 수행하게 된다.

그리고 소음 및 진동의 문제를 배제하기 위하여 볼 스크류 대신 타이밍 벨트(timing belt) 및 풀리(pulley)를 이용하여 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 직각 좌표 로봇 및 기계 장치에 이용하기도 한다.

종래 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇은 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 베이스(21)위에 직선 안내를 하기 위한 가이드(22)가 양쪽으로 2열 배치하고, 상기 베이스(21)상에는 상기 가이드(22)에 의하여 직선 안내되는 이송체(23)가 탑재되어 있다.

상기 이송체(23)에는 동력원인 모터(24)가 브래키트 등으로 고정되어 있고, 상기 모터(24)의 축에 고정된 구동 풀리(25)와 풀리(25)와 이송체(23)에 축설된 감속풀리(26)를 타이밍 벨트(27)로 연결되어 있다.

상기 감속 풀리(26)가 고정된 주축(28)의 하단에는 종동 풀리(29)가 결합되고, 상기 베이스(21)의 양단부 A, B점에는 상기 중동 풀리(29)가 맞물리는 안내용 타이밍 벨트(32)의 양단이 고정되어 있다.

상기 주축(29)의 양측으로 임의의 위치에는 상기 안내용 타이밍 벨트(32)에 접하는 제1보조축(30)과 제2보조축(31)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같은 종래의 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇은 제1도 및 제2도에서 모터(24)가 도면에서 시계방향으로 회전하게 되면 구동 풀리(25)도 동일 방향으로 회전하게 되고, 구동용 타이밍 벨트(27)에 의하여 연결된 감속 풀리(26)가 회전하게 되는데, 이때 감속 풀리(26)는 그 직경에 반비례하여 감속 회전하게 된다.

상기 감속 풀리(26)에 전달된 동력은 그 주축(28)에 동축으로 고정된 종동 풀리(29)를 회전시키게 된다.

상기 종동 풀리(29)는 그 양단이 상기 베이스(21)의 양단 A, B점에 고정되어 있는 안내용 타이밍 벨트(32)에 맞물려 있으므로 이 안내용 타이밍 벨트(32)의 치(齒)를 타고 구르면서 도면에서 우측으로 이동하게 된다.

이에 따라 상기 종동 풀리(29)가 주축(28)을 통하여 결합되어 있는 이송체(23)가 베이스(21)상에서 가이드(22)에 의하여 안내되면서 우측으로 이동하게 된다.

또한 모터(24)가 도면에서 반시계방향으로 회전하게 되면 상술한 작동과 역방향 작용에 의하여 이송체(23)가 도면에서 좌측으로 이동하게 된다.

이러한 작용에 의하여 이송체(23)를 직선 왕복 운동시킬 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 장치는 안내용 타이밍 벨트(32)를 베이스(21)에 고정시킨 상태에서 이송체(23)에 굴대 설치된 종동풀리(29)를 회전시키는 것에 의하여 그 일측에 설치된 하나의 안내용 타이밍 벨트(32)와 맞물려 구름운동하면서 이동하도록 되어 있으므로 안내용 타이밍 벨트(32)의 장력 변화에 의하여 정확한 이동이 이루어지지 않는 등 이동 위치 정밀도가 낮아지며, 더욱이 이송체(23)의 중량이 무거울 경우에는 그 이동 위치 정밀도 저하는 더욱 심각하게 나타나게 되는 문제점이 있었다.

또한 안내용 타이밍 벨트(32)에 대한 종동 풀리(29)의 접촉각이 매우 작을 뿐만 아니라 백래쉬(backlash)가 발생되어 상술한 문제점이 더욱 크게 나타나게 되는 것이다.

그리고 모터(24)가 이송체(23)에 장착되어 함께 이동되기 때문에 이송체(23)에 걸리는 부하가 증가되며, 이송체(23)위에 장착되는 기계 장치등의 구조물이 제약을 받게 될 뿐만 아니라 모터(24)에 연결되는 전원등의 케이블의 처리가 어렵게 되며, 이송체(23)의 폭이 넓어지게 되며, 높낮이 차이 때문에 커버를 설치하기도 어렵게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 베이스에 장착된 모터에 의하여 구성되는 풀리에 의하여 안내용 타이밍 벨트에 이송체를 이동시키기 위한 동력을 직접 전달함과 아울러 풀리와 안내용 타이밍 벨트의 접촉각을 충분히 유지함으로써 안내용 타이밍 벨트의 장력 변화를 배제하여 정확한 위치 정밀도를 유지할 수 있도록 한 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복수개의 안내용 타이밍 벨트를 사용하여 백래시를 방지할 수 있도록 함으로써 타이밍 벨트의 장력 변화를 확실하게 배제하여 더욱 높은 정밀도를 유지할 수 있도록 하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 모터를 이송체와 분리하여 베이스 외부에 설치하여 이송체의 부하를 감소시킴과 아울러 전원 등의 케이블 처리를 간편하게 할 수 있도록 하며 이송체 상에 장착되는 기계 장치등의 구조물에 제약을 받지 않도록 하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 이송체를 베이스 위에서 가이드를 따라 직선 왕복 이동시키는 것에 있어서, 상기 베이스의 일측에 장착되는 모터와; 상기 모터에 의해 구동되는 종동 풀리와, 상기 베이스의 일단에 그 일단부가 고정되고 상기 이송체의 저면에 굴대 설치된 제1보조축과 베이스의 일단에 굴대설치된 절환 풀리와 상기 종동 풀리와 상기 이송체의 저면에 굴대 설치된 제2보조축의 하부를 감아돌아 그 타단부가 상기 베이스의 타단에 고정된 제1안내용 타이밍 벨트를 가지는 운동 변환 수단을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 타이밍 벨트 직각 좌표 로봇이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 타이밍 벨트 직각 좌표 로봇을 첨부도면에 도시한 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

제3도 내지 제6도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 타이밍 벨트 직각 좌표 로봇은 베이스(1)와 이 베이스(1)의 상면 양측에 2열로 배치된 가이드(2)와, 상기 가이드(2)에 의하여 안내되어 직선 이동하는 이송체(3)와, 상기 베이스(1)의 일측에 장착되어 상기 이송체(3)를 이송시키는 동력을 발생하는 모터(5)와, 상기 모터(5)의 회전력을 상기 이송체(3)를 직선 이동시킬 수 있는 직선 운동으로 변환시키는 운동 변환 수단으로 구성된다.

상기 모터(5)는 상기 베이스(1)의 일단측에 설치되는 모터 하우징(4)에 장착된다.

상기 운동 변환 수단은 상기 모터(5)의 축에 고정된 구동풀리(6)와, 상기 베이스(1)에 굴대 설치된 주축(10)에 고정되어 상기 구동 풀리(6)에 구동용 타이밍 벨트(7)로 연결된 감속풀리(8)와, 상기 감속 풀리(8)와 함께 주축(10)에 동축 고정된 종동 풀리(9)와, 상기 베이스(1)의 일단 A부에 그 일단부가 고정되고 상기 이송체(3)의 저면에 굴대 설치된 제1보조축(14)과 베이스(1)의 일단에 굴대 설치된 절환 풀리(13)와 상기 종동풀리(9) 및 이송체(3)의 저면에 굴대 설치된 제2보조축(15)을 감아 돌아 그 타단부가 상기 베이스(1)의 타단 B부에 고정된 제1안내용 타이밍 벨트(17)와, 상기 베이스(1)의 일단 A부에 그 일단부가 고정되고 상기 제2보조축(15)에 굴대 설치된 안내풀리(16) 및 제1보조축(14)을 감아돌아 그 타단부가 상기 베이스(1)의 타단 B부에 고정된 제2안내용 타이밍벨트(18)로 구성된다.

상기 베이스(1)의 일측에는 절환 하우징(11)에 절환축(12)에 의하여 굴대 설치되어 있다.

상기 제1 및 제2안내용 타이밍 벨트(17,18)는 서로 높이 차를 주어 서로 간섭을 주지 않도록 설치되어 있다. 즉, 상기 제1보조축(14)과 제2보조축(15)은 상기 제1안내용 타이밍 벨트(17)를 안내하는 하측 부분과 상기 제2안내용 타이밍 벨트(17)를 안내하는 하측 부분과 상기 제2안내용 타이밍 벨트(17)를 안내하는 상측 부분으로 구획 형성되어 있으며, 상기 제1안내용 타이밍 벨트(17)를 안내하는 종종 풀리(9)와 절환 풀리(13)는 그 높이가 상기 제1보조축(14) 및 제2보조축(15)의 하측 부분과 같은 높이로 되어 있고, 상기 제2안내용 타이밍 벨트(18)를 안내하는 안내 풀리(16)는 상기 제2보조축(15)의 상측 부분과 같은 높이로 되어 상기 제1 및 제2안내용 타이밍 벨트(17,18)가 서로 다른 높이에 위치하도록 되어 있다.

상기 운동변환수단의 제1 및 제2안내용 타이밍 벨트(17,18)는 제1 및 제2보조축(14,15)과 절환 풀리(13) 및 안내풀리(16)에 적어도 90도 이상 180도 가까운 각도로 감겨 있으므로 큰 접촉각을 가지게 된다.

상기 제1보조축(14)에는 상기 제1안내용 타이밍 벨트(17)를 안내하는 하부 안내부(14a)와 상기 제2안내용 타이밍 베이스(18)를 안내하는 상부 안내부(14b)가 일체형으로 형성되어 있으며, 상기 제2보조축(15)에는 상기 제1안내용 타이밍 벨트(17)가 안내되는 하부 안내부(15a)와 상기 제2안내용 타이밍 벨트(18)가 안내되는 상부 안내 풀리(16)가 독립적으로 회전 가능함과 아울러 백래시를 방지하는 구조로 되어 축설되어 있다.

상기 제1보조축(14)의 안내부(14a,14b)와 제2보조축(15)의 안내부(15a)는 각각 제1 및 제2안내용 타이밍 벨트(17,18)의 치에 맞물리는 타이밍 풀리형으로 형성되는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇은 모터(5)가 시계 방향으로 회전하게 되면 구동 풀리(6)도 동일한 속도와 동일한 방향으로 회전하게 되고, 구동용 타이밍 벨트(7)에 의하여 연결된 감속 풀리(8)는 일정한 감속 비율에 따라 감속되어 회전하게 된다. 이 회전력은 주축(10)의 감속 풀리(8) 하단에 일체형으로 고정된 종동 풀리(9)를 회전시키게 됩니다.

상기 종동 풀리(9)에는 일단이 베이스(1)의 일단 A부에 고정되어 제1보조축(14)의 하부 안내부(14a), 절환 풀리(13)를 감아 돌아 제1안내용 타이밍 벨트(17)가 감겨져 있고 이 제1안내용 타이밍 벨트(17)는 다시 제2보조축(15)의 하부 안내용(15a)를 감아돌아 그 타단이 베이스(1)의 타단 B부에 고정되어 있으므로 제1안내용 타이밍 벨트(17)에는 그 타단부가 일단부측으로 주행하려는 힘이 가해지는데 제1안내용 타이밍 벨트(17)는 그 양단부가 베이스(1)에 고정되어 있으므로 제1안내용 타이밍 벨트(17)가 주행하려는 힘은 제2보조축(15)에 전달되어 이 제1보조축(15)에 굴대 설치된 하부 안내부(14a)가 반시계방향으로 회전되면서 제1안내용 타이밍 벨트(17)에 의하여 우측으로 끌려가게 되며 결국 이송체(3)가 우측으로 이동하게 되는 것이다.

여기서 상기 제1보조축(14)의 하부 안내부(14a)도 반시계 방향으로 회전하면서 우측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 제2안내용 타이밍 벨트(18)는 종동 풀리(9)의 동력을 직접 전달받는 것은 아니나 일단이 베이스(1)의 일단 A부에 고정되어 있고, 제5보조축(15)의 상부 안내풀리(16)와 제1보조축(14)의 상기 안내부(14b)를 감아돌아 그 타단이 베이스(1)의 타단 B부에 고정되어 있으므로 상기 상부 안내부(14b)와 상부 안내 풀리(16)들은 상기 제2안내용 타이밍 벨트(18)를 장력이 변화되지 않도록 하는 작용을 함과 아울러 이송체(3)의 힘을 배가시키며, 위치 결정 정밀도를 높이게 되는 작용을 하게 되는 것이다.

여기서 상기 제2보조축(15)에 굴대 설치된 상기 안내풀리(16)는 시계 방향으로 회전하게 되고 제1보조축(14)의 상부 안내부(14b)는 반시계 방향으로 회전하면서 우측으로 이동하게 되는 것이다.

한편, 상기 모터(5)가 반시계 방향으로 회전하게 되면 상술한 작용과 역방향 작용에 의하여 이송체(3)가 좌측으로 이동하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의한 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇에서는 종래 로봇에서와 같은 이송체 설치된 풀리의 회전력에 의하여 그 풀리가 타이밍 벨트와 맞물려 구름 이동하는 방식이 아니라 베이스에 굴대설치된 구동 풀리와 종동 풀리의 회전력에 의하여 안내용 타이밍 벨트를 좌우로 감아돌리는 것에 의하여 이송체를 이동시키는 것이므로 그 작동이 원활하게 이루어지게 됨과 아울러 제1 및 제2타이밍 벨트 의 제1 및 제2보조축에 대한 접촉각을 극대화하여 장력 변화를 최소화하고 정확한 동력 전달이 이루어지며 제1안내용 타이밍 벨트는 동력을 전달하는 역할을 하고 제2안내용 타이밍 벨트는 보조 역할을 하도록 하였으므로 그 위치 정밀도가 크게 향상되고 전체 수명이 연장되며, 더욱이 제2보조축에 굴대설치된 상부 안내 풀리에 의해 스틱 슬립(stick slip)현상이 배제되어 위치 정밀도가 더욱 향상되는 등의 이점이 있다. 또한 모터를 이송체와 분리하여 베이스 외부에 설치하여 이송체의 부하를 감소시킴과 아울러 전원 등의 케이블 처리를 간편하게 할 수 있으며 이송체 상에 장착되는 기계 장치 등의 구조물에 제약을 받지 않게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 이송체를 베이스 위에서 가이드를 따라 직선 왕복 이동시키는 것에 있어서, 상기 베이스의 일측에 장착되는 모터와; 상기 모터에 구동되는 종동 풀리와, 상기 베이스의 일단에 그 일단부가 고정되고 상기 이송체의 저면에 굴대 설치된 제1보조축과 베이스의 일단에 굴대설치된 절환 풀리와 상기 종동 풀리와 상기 이송체의 저면에 굴대 설치된 제2보조축의 하부를 감아돌아 그 차단부가 상기 베이스의 타단에 고정된 제1안내용 타이밍 벨트를 가지는 운동 변환 수단을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 운동 변환 수단은 상기 베이스의 일단에 그 일단부가 고정되고 상기 제1보조축과 상기 제2보조축의 상부를 감아돌아 그 타단부가 상기 베이스의 타단에 고정된 제2안내용 타이밍 벨트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2보조축에는 상기 제1안내용 타이밍 벨트가 안내되는 하부 안내부가 형성됨과 아울러 그 상부에는 상기 제2안내용 타이밍 벨트가 안내되는 상부 안내 풀리가 굴대 설치됨을 특징으로 하는 타이밍 벨트 구동형 직각 좌표 로봇