KR101164378B1 - 병렬형 머니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

병렬형 머니퓰레이터가 개시된다. 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트에 결합된 복수의 모터장치와; 상기 복수의 모터장치에 각각 결합된 암모듈과; 상기 암모듈의 말단에 힌지결합된 지지부재를 포함하되, 상기 모터장치는, 모터와 상기 모터에 결합된 기어모듈을 포함하고, 상기 암모듈은, 상기 기어모듈에 결합되어, 상기 기어모듈에 탈조가 발생하지 않도록 외부힘을 흡수하는 탄성 암유닛과; 상기 베이스 플레이트와 힌지결합하며, 일단에는 상기 탄성 암유닛와 힌지결합하는 상부 암유닛과; 일단이 상기 상부 암유닛의 타단과 힌지 결합하며, 타단은 상기 지지부재와 힌지결합하는 하부 암유닛을 포함하는 병렬형 머니퓰레이터가 제공된다.

Description

병렬형 머니퓰레이터{Parallel manipulator}

본 발명은 병렬형 머니퓰레이터에 관한 것으로서, 산업적으로 활용되며, 물체를 공간적으로 정밀하게 이동시킬 수 있도록 하는 장치이다.

병렬형 머니퓰레이터는 반도체 산업, 전자부품 등 정밀산업에 사용되는 장비이다. 물체를 A공간에서 B공간으로 고속으로 옮겨주는 역할을 한다. 병렬형 머니퓰레이터는 복수의 로봇암과, 로봇암의 말단에 부착된 지지부를 이용하여, 물체를 이동시킨다. 복수의 로봇암에는 각각 모터가 결합된다. 모터에는 감속기어모듈이 결합되어 있다.

정밀산업분야에서의 병렬형 머니퓰레이터의 품질을 결정하는 것은 정밀도이다. 제어부에서 전달하는 신호에 맞게 1mm의 오차도 없이 정확한 지점으로 물체를 이동하여야 한다. 그러나 제어부의 신호와는 다르게 기계적으로 작동하는 병렬형 머니퓰레이터는 약간의 오차를 나타내며 물체를 이동시킨다.

예를 들어, 5mm를 전진하고, 곧바로 5mm를 후진하라는 입력신호가 주어지면, 실질적으로는, 전진은 5mm를 진행하나, 후진은 4.9mm 정도 밖에 이동이 되지 않는다. 이것은 모터의 기어모듈에 탈조(step out)가 있었기 때문이다. 감속기어모듈의 기어들은 서로 치합하는데, 가공상의 오차 또는 조립상의 오차로 인하여 적정수준 이상의 공간을 두고 기어들이 치합을 한다. 기어의 회전축에 과도한 부하가 걸리면 기어들이 정확히 치합하지 않고 헛돌게 되는데, 이러한 현상에 의해서 병렬형 머니퓰레이터는 주어진 신호에 정확하게 대응되는 위치로 물체를 이동시키지 못하게 된다.

이러한 탈조는 급격하게 방향을 바꿀 때, 발생한다. 탈조를 없애기 위해서는 정밀 가공된 기어들로 이루어진 모터를 사용하면 된다. 그러나 이러한 모터는 상당히 비싸다.

따라서, 모터의 구조적인 변경 없이, 탈조를 없앨 수 있는 병렬형 머니퓰레이터의 수요가 늘어나고 있다.

본 발명은 물체를 전후좌우로 급격하게 이동하더라도 탈조가 발생하지 않는 병렬형 머니퓰레이터를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 고가의 모터장치를 사용하지 않고도, 탈조를 없앨 수 있는 병렬형 머니퓰레이터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

베이스 플레이트와;

상기 베이스 플레이트에 결합된 복수의 모터장치와;

상기 복수의 모터장치에 각각 결합된 암모듈과;

상기 암모듈의 말단에 힌지결합된 지지부재를 포함하되,

상기 모터장치는,

모터와 상기 모터에 결합된 기어모듈을 포함하고,

상기 암모듈은,

상기 기어모듈에 결합되어, 상기 기어모듈에 탈조가 발생하지 않도록 외부 힘을 흡수하는 탄성 암유닛과;

상기 베이스 플레이트와 힌지결합하며, 일단에는 상기 탄성 암유닛과 힌지결합하는 상부 암유닛과;

일단이 상기 상부 암유닛의 타단과 힌지 결합하며, 타단은 상기 지지부재와 힌지결합하는 하부 암유닛을 포함하는 병렬형 머니퓰레이터가 제공된다.

또한, 상기 탄성 암유닛은 판스프링인 것을 특징으로 하는 병렬형 머니퓰레이터가 제공된다.

이상과 같이, 본 발명은 물체를 전후좌우로 급격하게 이동하더라도 탈조가 발생하지 않는 병렬형 머니퓰레이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 고가의 모터장치를 사용하지 않고도, 탈조를 없앨 수 있는 병렬형 머니퓰레이터를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 머니퓰레이터의 사시도.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하되, 이는 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로써 본 발명의 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 머니퓰레이터의 사시도이다.

본 실시예의 병렬형 머니퓰레이터(10)는, 베이스 플레이트(11)와; 상기 베이스 플레이트(11)에 결합된 복수의 모터장치(12)와; 상기 복수의 모터장치(12)에 각각 결합된 암모듈(13)과; 상기 암모듈(13)의 말단에 힌지결합된 지지부재(14)를 포함하되, 상기 모터장치(12)는, 모터(121)와 상기 모터에 결합된 기어모듈(122)을 포함하고, 상기 암모듈(13)은, 상기 기어모듈(122)에 결합된 탄성 암유닛(131)과;상기 베이스 플레이트(11)와 힌지결합하며, 일단에는 상기 탄성 암유닛(131)과 힌지결합하는 상부 암유닛(132)과; 일단이 상기 상부 암유닛(132)의 타단과 힌지 결합하며, 타단은 상기 지지부재(14)와 힌지결합하는 하부 암유닛(133)을 포함한다.

본 실시예의 병렬형 머니퓰레이터(10)는 탈조가 없어, 정밀한 운동이 가능한 장비이다.

병렬형 머니퓰레이터는 3개의 암모듈로 이루어지는 것이 일반적이다. 따라서, 본 실시예에서는 3개의 암모듈로 구성된 병렬형 머니퓰레이터(10)를 예시한다. 그러나 2개 이상의 암모듈로 이루어진 병렬형 머니퓰레이터도 본 실시예의 기술적 원리를 그대로 적용할 수 있다.

베이스 플레이트(11)에는 3개의 모터장치(12)가 결합된다. 3개의 모터장치(12)는 베이스 플레이트(11)의 중심을 기준으로 등각으로 배치될 수 있다. 모터장치(12)는 모터(121)와 기어모듈(122)을 포함하여 구성된다. 모터장치(12)의 회전축은 베이스 플레이트(11)의 외부를 향하여 배치되며, 기어모듈(122)도 외부를 향하여 배치된다. 기어모듈(122)은 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기어들의 치합되어 내장되어 있다. 또한, 기어모듈(122)은 감속 기어들의 조합으로 구성되어 있다.

각각의 모터장치(12)에는 암모듈(13)이 결합된다. 따라서, 암모듈(13)도 3개로 구성된다. 각각의 암모듈(13)의 구성은 동일하다.

탄성 암유닛(131)은 기어모듈(122)과 결합된다. 탄성 암유닛(131)은 판스프링으로 구성될 수 있다. 탄성 암유닛(131)은 암모듈(13)이 평상시에 작동할 경우에는 수축이나 팽창이 이루어지지 않을 정도의 탄성계수를 확보하고 있다. 그러나 기어모듈(122)에서 탈조가 발생할 정도의 강한 저항이 상부 암유닛(132)으로 부터 전달될 경우, 형태가 변형(판스프링의 경우 휘어지는 것)되어 상기 저항을 줄여줄 수 있다.

상부 암유닛(132)은, 베이스 플레이트(11)와 힌지결합하며, 일단에는 탄성 암유닛(132)과 힌지결합한다.

하부 암유닛(133)은, 일단이 상부 암유닛(132)의 타단과 힌지 결합하며, 타단은 지지부재(14)와 힌지결합한다.

지지부재(14)에는 3개의 하부 암유닛(133)과 힌지결합된다. 3개의 하부 암유닛(133)이 운동하는 형태에 따라, 지지부재(14)는 다양한 형태로 가동 범위의 공간을 운동할 수 있다. 지지부재(14)에는 진공흡착기와 같이 물체를 파지할 수 있는 장치가 별도로 결합되어 있을 수 있다.

이상의, 상부 암유닛(132), 하부 암유닛(133) 및 지지부재(14)는 종래에 병렬형 머니퓰레이터에서도 볼 수 있는 것이므로, 상세한 설명을 생략한다. 본 실시예에서는 탄성 암유닛(131)이 어떻게 탈조 없애줄 수 있는지 상세히 설명하기로 한다.

기어모듈(122)에서 발생하는 탈조는 회전축에 갑작스러운 저항이 발생했을 때 발생한다. 일반적으로, 병렬형 머니퓰레이터(10)를 천천히 작동시켜 물체를 이동하는 경우에는 탈조 발생하지 않는다. 정지 상태에서 물체를 이동시키는 경우에도 탈조는 발생하지 않는다. 기본적으로 병렬형 머니퓰레이터(10)에 사용되는 기어모듈(122)은 탈조가 발생하지 않도록 최소한의 설계는 되어 있다.

그러나 고속으로 물체를 A지점에서 B지점으로 옮기는 반복적이고 연속적인 작업을 할 경우, 왕복운동의 터닝 포인트에서는 운동 방향을 변화시키기 위해서 강한 힘이 필요하다(예를 들어, A에서 B로 운동하다가, 갑자기 B에서 A방향으로 운동시킬 경우). 터닝포인트 부분에서 운동방향을 바꾸기 위해서 모터(121)의 강력한 토크가 필요하다. 이러한 강한 토크(회전력)에 의해 기어모듈(122)의 기어들이 치합하지 않고 헛도는 현상이 발생한다. 이것이 탈조이다. 결과적으로, 한 두 번의 치합이 어긋남으로써, 그만큼 물체를 정확히 이동시키기 어렵게 된다.

따라서, 모터(121)가 탈조를 일으킬 만큼 강한 회전력이 발생시키기 전에, 모터(12)에서 발생된 토크를 상쇄할 완충수단이 필요하다. 본 실시예에서는 탄성 암유닛(131)이 모터(121)에서 탈조가 발생할 힘이 순간적으로 전달되면, 이를 순간적으로 완충한다.

예를 들어, 100 정도의 힘이 기어모듈(122)에 주어질 경우, 탈조는 발생하지 않는다. 이때에는 탄성 암유닛(131)의 변형도 없다. 결과적으로 100 정도의 힘은 기어모듈(122)에서 모두 완충할 수 있게 된다. (여기서 100이라는 숫자는 예시를 위한 상대적인 숫자에 불과함)

그러나 120이라는 회전력이 모터(121)에서 외부로 전달될 경우, 탄성 암유닛(131)은 순간적인 변형이 일어나게 되어, 그 힘을 20정도 흡수한다. 기어모듈(122)에는 100 정도의 힘만 전달되므로, 역시 탈조는 발생하지 않는다.

본 실시예의 병렬형 머니퓰레이터(10)를 제조하기 위해서는, 탈조가 일어나는 회전력이 어느 정도인지를 분석해야한다. 이후, 탈조가 일어날 정도의 힘이 발생하면 탄성 암유닛(131)이 그 힘을 흡수할 수 있도록 한다. 탄성 암유닛(131)은 판스프링 형태일 수 있다. 이때, 판스프링을 복수로 겹쳐서 활용할 수도 있다.

이와 같이, 탈조 현상을 없애기 위하여, 본 실시예에서는 충격을 흡수할 수 있는 탄성 암유닛(131)을 사용하였다. 종래에는 치합이 정교한 기어모듈을 사용하였고, 그 결과 병렬형 머니퓰레이터는 고가였다. 그러나 본 실시예에서는 탄성 암유닛(131)을 추가함으로써, 간단히 탈조를 없앨 수 있었다. 그 결과, 상대적으로 저렴한 비용으로 병렬형 머니퓰레이터를 제조할 수 있게 되었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 이로써 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 실시예를 바탕으로 균등한 범위까지 당업자가 변형 및 추가하는 범위도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

병렬형 머니퓰레이터(10) 베이스 플레이트(11)
모터장치(12) 암모듈(13)
지지부재(14)

Claims (2)

1. 베이스 플레이트와;
   상기 베이스 플레이트에 결합된 복수의 모터장치와;
   상기 모터장치에 각각 결합된 암모듈과;
   상기 암모듈의 말단에 힌지결합된 지지부재를 포함하되,
   상기 모터장치는,
   모터와 상기 모터에 결합된 기어모듈을 포함하고,
   상기 암모듈은,
   상기 기어모듈에 결합되어, 상기 기어모듈에 탈조가 발생하지 않도록 외부힘을 흡수하는 탄성 암유닛과;
   상기 베이스 플레이트와 힌지결합하며, 일단에는 상기 탄성 암유닛와 힌지결합하는 상부 암유닛과;
   일단이 상기 상부 암유닛의 타단과 힌지 결합하며, 타단은 상기 지지부재와 힌지결합하는 하부 암유닛을 포함하되,
   상기 탄성 암유닛은 판스프링인 것을 특징으로 하는 병렬형 머니퓰레이터.
   
   
   
   
   
   
   
   
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