KR920008805B1 - 매니퓰레이터의 전동장치 헤드 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

매니퓰레이터의 전동장치 헤드

제1도는 직선으로 뻗쳐진 상태에 있는 본 발명에 의한 전동장치헤드의 상징적 측면도.

제2도는 후방두부가 각을 이룬 상태에 있는 제1도의 전동장치헤드의 측면도.

제3도는 전동장치 헤드가 180。 회전된 상태에 있는 제2도의 전동장치헤드의 측면도.

제4도는 중앙두부가 선회된 상태에 있는 제1도의 전동장치헤드의 측면도.

제5도는 중앙 및 후방두부가 선회된 상태에 있는 제1도의 전동장치헤드의 측면도.

제6도는 구동부열(列)이 제1도의 배치에 상당하는 전동장치헤드를 통한 개략적 종단면도.

제7도는 구동부가 변형된 제6도의 전동장치헤드를 통한 종단면도.

제8도는 제6도 변형예의 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2,3, : 전방,중앙 및 후방두부(헤드) 4, 5, 6 : 선회축선

13, 18, 26 : 구동축 21 : 내측축

24 : 종동축 12 : 플랜지면

17, 25 : 감속기어장치 30, 31 : 플랜지부분

본 발명은 매니퓰레이터(manipulator)의 전동장치(傳動裝置)헤드에 관한 것이다. 대체로 공지의 매니퓰레이터는 6개의 선회축선을 갖고 있고 그중 나중 3개의 선회축선은 전동장치 헤드영역에 있다. 처음의 3개의 선회축은 한 회전프레임과 한 부움아암을 가진 대위에 설치되어 있으며, 전동장치헤드도 그 대 위에 있다. 이런 선회축선과 배열의 기초는 독일 공개특허공보 24 35 156호에서 나온 것이다. 3개의 나중의 선회축선을 내포하고 있는 전동장치헤드의 구동을 위해서 독일 특허출원 24 02 829에 알려져 있는 것과 같이 전동장치 헤드를 싣고 있는 아암속에 3개의 구동축이 동심으로 합목적적으로 배설되어 있다. 이 공지의 전동장치로 손의 움직임을 흉내낼수 있다.

곧 팔에 해당하는 전방 하우징에는 손목관절을 가진 손에 해당하는 중간 하우징이 횡축을 통하여 장착되어있고, 이 중간하우징에는 손의 손가락에 해당하는 후방하우징이 선회 가능하게 장착되어 있다. 후방하우징의 구동은 횡으로 놓여있는 내측축의 도움으로 베벨기어세트를 통하여 달성된다.

원리로는 독일특허출원 26 19 336도 역시 그렇지만 상기의 공지기술 수준으로는 연접두부가 직선으로 뻗은 상태에서 후방하우징은 상당한 시간동안 중단됨이 없이는 예각 특히 직각 선회를 전혀 수행할수 없다는 결점을 갖고 있는 것이 사실이다. 도리혀 전방두부(頭部)가 우선, 후방두부가 소망하는 위치에 놓이게 되기전에, 선회동작을 행해야 한다. 그리하여 그러한 구성은 중단하지 않고, 연속적으로 공간곡선을 따라 공구를 이동시킬수 없다.

그 때문에 독일 공개특허공보 29 27 485호 및 독일특허출원 27 45 932호는 전방 두부에 있는 경사평면을 따라 중간두부를 회전 가능하게 이동(안내)하는 기술을 기재하고 있다. 그래서 전동장치 두부안에 있는 내측축은 동심 구동축의 축에 경사져 배설되어 있다. 후방두부를 전방두부에 동심으로 구성함으로써 후방두부의 선회축과 거기에 플랜지로 연결되어 있는 공구가 전동장치에 의해 도달될 수 있는 구형단면의 점에 항상 수직이 되게할 수가 있다. 그외에 이 선행기술의 구성에 의해 공구를 공간곡선을 따라 중단없이 또한 연속적으로 이동하는 것 따라서 궤도를 제어하는 것이 가능하다.

그러나 이 방법에 의하면, 후방두부(6.축선)의 선회축선이 전동장치두부가 직선으로 뻗을 때 동심 구동축의 축선에 동축이 되게된다. 이 기본상태가 매니퓰레이터의 컴퓨터 제어작동시 어려움을 초래한다. 공구를 자체의 선회축선(6.축선)주위로 선회시키도록 미리 프로그램해주면 계산기 명령의 수행시에 전동장치 헤드전체를 동시구동축(4.축선)의 축선주위로 회전시켜야 할것인지 또는 후방두부만을 단독으로 이 축선 주위로 회전시켜야할 것인지가 불분명해진다. 여태까지는 이 불분명성을 단지 프로그램기술의 조작 내지 제어기술의 조작에 의해서 그러면서도 단지 불만족스럽게 극복해왔다.

따라서 본 발명의 첫째 목적은, 상기 불분명성이 전혀 생기지 않도록 매니퓰레이터의 전동장치 헤드를 형성하는데 있다. 이 과제는 신규하다. 그위에 본 발명은 전동장치 헤드의 콤팩트한 구조에 의해서 현저히 더 큰 전동장치 헤드의 활동공간을 얻으려하는 것이다. 이와같이 설정된 본 과제는 특허청구의 범위 제1항의 특징에 의한 발명으로 해결된다.

후방두부가 중앙두부에 대해 경사져 선회할수 있음으로써 공구의 작용(운동)범위는 훨씬 더 커진다. 그러나 종동축이 구동축과 동축이 되지 않기 때문에 컴퓨터 제어시의 불분명성이 회피된다.

첫째 실시예에서 본 발명은 전동헤드의 선회축선을 (축선 4 내지 6)이 하나의 공통점에서 교차되게 해야한다는 종래 기술이 주장하는 교시에서 이탈하고 있다. 본 발명에 의한 전동장치헤드가 직선으로 뻗은 상태에서 후방두부의 선회축선(6.축선)은 동심의 구동축에 대하여 오히려 각을 이루고 있다. 그러므로 두축은 어떻게 움직이더라도 상호 공통되는 위치에 놓이게 되는 일은 있을수 없다. 그에따라 각 전동축의 컴퓨터 제어운동시에 전연 불분명성이 개입될수가 없다. 그러나 그렇다고해서 공구가 구동축의 축선에 동축인 축선주위로 회전될수 없는 것은 아니다. 왜냐하면 특허청구의 범위 제7항의 내용대로 후방두부의 플랜지면이 구동축의 축선에 직각으로 배설될수 있기 때문이다. 그리하여 상술한 운동은 전동장치헤드가 뻗은 상태에서 전방후부가 동심 구동축의 축선주위로 회전함에 의해 수행된다. 본 발명은 그뿐만 아니라 플랜지면을 다른평면에 위치되게 할수도 있다.

특허청구의 범위 제3항 및 제4항에 의한 역시 중요한 변형예에서, 내측축과 종동축의 축선들이 구동축의 축선에 동축인 점에서 교차할때도 동일한 효과가 얻어질수 있음을 알수 있다. 그런방식을 취하면 궤도제어를 위한 기초계산보다 계산이 덜 필요하게 된다는 이점을 갖고 있다. 그러나 그렇게하면 플랜지면의 중심을 지나는 축선이 구동축에 놓여진다. 그러나 많은 작업과정에서 동작 기술상 유리한 방식인, 공구를 구동축에 동축 위치시키기 위해서는 플랜지면을 따라 공구를 반경방향으로 이동가능하고 신장가능하게 이동되게 하는 대책을 취할수 있다.

본 발명의 대상은, 발명의 내용에 있어 감속기어장치가 종동축에 또한 중앙두부에 설치될수 있기 때문에 전동장치헤드의 체적이 특히 작은 구조를 제공하는 것이다. 그로 인해 중앙 전동두부의 치수는 구동축 방향으로 필요한 만큼 커지게 되지만, 전동장치 헤드의 운동공간은 훨씬 더 커진다. 그리하여 후방두부의 플랜지면은 전동헤드가 뻗은 상태로부터 90°이상, 180°까지도 움직이는 것이 가능해진다.

특허청구 범위의 다른 종속항에는 본 발명의 유리한 구성양태가 주어져 있다. 특허청구 범위 제8항 내지 제11항에 의해서, 예컨대 아무 문제점없이 6축을 가진 매니퓰레이터를 5축 제어기로 전환시키고 따라서 다만 5개의 구동모터만 설치하는 것이 가능하다.

그러한 매니퓰레이터는 그대로 일정목적 예컨대 보호가스용접용에 사용될수 있다.

본 발명의 그 이상의 명세는 도면에서 알수 있다. 도면에는 본 발명이 예시적으로 또한 개략적으로 표시되어 있다. 제1도의 실시예에는 본 발명에 의한 전동장치헤드의 기하적 구성이 통상체로서 아주 개략적으로 표시되어 있다. 거기에는 전동장치 헤드가 전방두부(1)와 중앙두부(2)와 후방두부(3)를 갖고 있다. 전방두부(1)는, 매니퓰레이터의 부움의 종축에 대체로 상당하는 축선(4)의 둘레로 선회될 수 있다. 이 전방두부(1)에 중앙두부(2)가 선회축선(5) 주위로 회전가능하게 놓여있다. 두 축선(4),(5)은 교차점(7)에서 교차한다. 중앙두부(2)에는 다시 후방두부(3)가 선회축선(6)주위로 회전가능하게 놓여있다. 이 선회축선(6)은 교차점(8)에서 축선(4)과 교차한다. 선회축선(5),(6)의 교차점(9)은 축선(4)으로부터 반경방향으로 떨어져 있다. 선회축선(5),(6)은 서로 둔각 β을 이루며 그결과 두부(1),(2) 내지 (2),(3)의 경계면은 서로 예각을 이룬다. 각들은 대칭을 이루도록 선택하는 것이 바람직하다. 표시된 실시예에서는 각 두부(1),(2)사이의 경사면 및 각 두부(2),(3)사이의 경사면은 경사방향은 정반대이지만 전동장치헤드(1),(2),(3)의 종축선(4)과 이루는 각도는 같다. 그러나 본 발명은 선회축선(5),(6)사이가 둔각 β에 한정되는 것이 아니다. 두부(1),(2),(3)상호간의 전체 각 편의를 보다 크게하고 싶으면 할수록 각 β직각이상에서도)더 작게 선택할수 있다.

더욱이 대칭이 유리할때는 축선(5)와 (6)을 종축선(4)에 대해 같은 각도 α에 있게 한다. 후방두부(3)에는, 표시되어 있지 않은 공구 예컨대 용접공구를 장착하기 위한 플랜지면(12)을 가진 플랜지판(10)이 있다. 플랜지판(11)에는 핀표가 상징적으로 표시되어 있는데, 이것은 나중에 기재하게될 다양한 선회가능성에 따른 공구의 위치를 알수 있게 해 준다.

제2도의 실시예에는 후방두부(3)가 선회축(6)주위로 180°회전되는, 간단한 첫번째의 선회가능성이 표시되어있다.

각 두부 (1),(2),(3)사이의 선회면을 서로 대칭이 되게하고 이면이 축선(4)과 각도 90°-α를 이루게하면, 후방두부(3)가 그 선회축선(6)주위로 180°회전되게할 때 이 두부(3)의 편의는 각 2α가 된다.

제2도에 표시된 위치에 있는 전동장치 헤드를 제3도에 표시한 것같이 축선(4) 주위로 180°돌리면, 제2도의 상태에 대한 후방두부(3)의 경면상(鏡面像)이 얻어진다. 축선(5),(6)의 위치로부터 어떤 경우에나 축선(5),(6)의 교차점(9)은 축선(4) 주위의 한 원(圓) 궤도상에서 움직이기 때문에 어떤 상태에서도 선회축선(6)이 축선(4)과 동축이 되는일은 없다는 것을 알수 있다. 그 때문에 축 위치의 불분명성(애매성)을 배제할수 있다. 그리하여 현재의 기술 수준에서와 같은 프로그램조작이나 제어조작을 전혀 행할 필요가 없다.

제1도의 본 발명 구성은 현재의 기술수준에 있어서의 연접두부의 운동성을 능가하는 연접두부 및 보다 광범위한 운동성을 제공한다. 제4도는 중앙두부(2)를 선회축선(5) 주위로 선회시키면 전방두부(1)는 회전하지 않고 있는체 제3도의 각 위치에 해당하는 각 위치가 생기는 것을 보여준다. 제4도에 표시된 상태에서는 후방두부(3)의 선회각이 전방두부(1)에 대하여 총계 4α가 되도록 후방두부(3)를 선회축선(6) 주위로 선회시킬 수 있다. 이 상태에서 전방두부(1)를 축선(4) 주위로 회전시키면 상징적으로 표시된 핀표(11)에 관한 최대 유동공간(遊動空間)이 생긴다(제5도). 이 유동공간은 최신 기술수준에 있어서의 그것보다 더 크다. 그 이외에 본 발명에 의한 배열에 의해 협소상태 및 협착상태를 피할수 있음으로써 부분(1),(2),(3)의 상호간의 선회에 의한 접촉 사고의 위험이 현저하게 감소될 수 있다.

한편 본 발명에서는 대상은 제1도에 표시된 것과 같이 구동축의 축선(4)주위로 전동두부가 뻗친 위치에서 공구를 선회시킬 필요도 있다. 이 목적을 위해서는 단지 플랜지판(10)을 후방두부(3)에 축선(4)에 수직으로 장착할 필요가 있을 뿐이다. 핀(11)이 구동축의 축선(4)에 이와 같이 동축이 되는 것을 원하지 않는다면 플랜지판(10)의 수치를 다른 각도로 선택하는 것도 무방하다.

제6도의 실시예는 전동장치헤드 부분이 직선으로 뻗친 위치에 있는 본 발명에 의한 전동헤드의 구조를 보여준다. 그것에 의하면 내부 구동축(13)은 베벨기어(14),(15)를 통해 중공축(16)과 연결되어 있고, 이 중공축은 감속기어장치(17)를 통해 중앙두부(2)에 회전 확실하게 연결되어 있다. 이 중앙두부(2)는 이 베벨기어(14),(15)에 의해 선회축선(5) 주위로 회전된다. 이 중앙두부는 전방두부(19)에 있는 적당한 베어링을 통하여 선회축선(5)에 수직인 평면주위로 회전한다.

중앙구동축(18)은 베벨기어(19),(20)를 통하여 내측축(21)에 작용하고 이 내측축은 선회축선(5)과 일치되어 있다. 내측축(21)의 끝에는 후방두부(3)내에 있는 종동축(24)의 구동을 위해 베벨기어(22,)(23)가 배설되어 있고 후방두부(3)는 다시 중앙두부(2)에 대해 회전할 수 있도록 더욱이 선회축선(6)주위로 회전할 수 있게 되어있다. 여기 후방두부(3) 가까운 위치에서 중앙두부(2)에는 종동축(24)과 후방두부(3) 사이에 역시 감속기어장치(25)가 설치되어 있다.

외부구동축(26)은 감속기어장치(27)를 통하여 전방두부(1)에 직접 작용하며, 전방두부(1)는 부움아암(28)에 동축으로 배설되어 있고 이 아암에 회전 가능하게 장착되어 있다. 따라서 모든 감속기어장치(17),(25),(27)는 종동축에 배설되어 있어 전혀 헛노는일이(간극이 ) 없고 공간적으로 콤팩트하고 그래서 크기가 작은 전동두부장치의 구조물이 얻어진다. 감속기어장치(17),(25),(27)는 높은 감속을 위해 배설되어 있다.

이 구성으로부터 놀랄만한 변형구조가 도출된다. 그리하여 제7도에는 중앙 및 후방두부(2),(3)를 같은 구동축(13)으로 구동하면 한 구동모우터를 없앨수 있다는 것이 예시되어 있다. 그러면 베벨기어(14)가 중공축(16)을 구동하고 이 중공축은 베벨기어(22),(23)를 통하여 종동축(24)에 작용한다. 베벨기어(22)과 (23)의 감속비는 1:1로 선택해야 좋고 전동부(17)과 (25)의 감속관계는 감온크기가 되도록 해야한다.

그로부터, 일련의 구동부품(14),(16),(22),(23),(24),(25)을 통해 해당회전방향을 미리 줌으로써 후방두부(3)는 중앙두부(2)에 대해 반대방향으로 회전하게 된다. 그리하여 처리를 위한 구동모우터수는 적지만 제5도에 표시된 것과 같은 넓은 범위를 커버할 수 있다. 그러한 구성은 예컨대 보호가스용접작업에 충분하고도 합목적이다.

후방두부(3)를 중앙두부(2)와 같은 회전방향으로 회전시키고자하면, 예컨대 내측기어에 의해 일련의 구동부재(14),(16),(22),(23),(24),(25)에 해당 회전방향이 미리 주어져야 한다. 그런 경우는 같은 공간운동범위가 얻어지기는 하지만, 프로그래머가 운동경과를 검사하기가 덜 용이하다. 그러나 후방두부(3)가 그 중간영역에 있어 첫번째 경우와는 배향이 달라져 이것이 공간적 관계에 따라서는 프로그램 수행시 이점을 제공할수도 있다.

상기 두가지 가능한 방법을 다 사용하기를 원하는 경우에는 커플링의 도움으로 (보통 공구기계에 의해서 함) 이들 두부(2)와 (3)의 회전방향을 같은 방향 또는 반대방향으로 스위칭시킬 수 있는 절환전동장치를 두부(2)와 (3)사이에 배설할 필요가 있다.

마지막으로 두부(2),(3)는 커플링을 통하여 정지 브레이크에 연결될수도 있어, 중앙 및 후방두부(2),(3)는 적당한 접속에 의해 상호간에 회전 불가하게 유지될수 있으며, 그에 의해 종래 기술상태에 따른 동작도 가능해진다.

제8도에 따른 본 발명의 실시예에 의하면, 내측축(21)의 축선(5)과 종동축(24)의 축선(6)과의 교점(9′)은 구동축(13),(18),(26)의 공동 축선(4)에 동축으로 위치하고 있다. 이 목적을 위해서 두부(1)는 예컨대 플랜지부분(30),(31)로 분할되어 있으며, 그중 플랜지부분(30)은 부움아암(28)에 회전가능하게 놓여있고 플랜지부분(31)은 중앙두부(2)를 위한 베어링을 싣고 있다. 플랜지부분(31)이 횡으로 놓여 축선(5)의 위치는 축선(4)에 비스듬히 놓이며 그 때문에 축선(5)과 축선(6)의 교점(9′)은 축선(4)에 동축인 원하는 위치에 올수있게 된다.

플랜지면(12)은 실시예에 의하면 축선(4)에 대해 직각방향으로 향하고 있다. 공구를 축선(4)에 동축으로 돌리려면 플랜지면(12)을 따라 반경방향으로 동축관계가 될때까지 공구를 이동시키기만 하면 된다. 이 경우에는 내측축(21)과 구동축(24)의 구동은 중지된다.

플랜지면(12)이 축선(4)에 대해 반경방향에 있는 조건하에서 플랜지면(12)에 연결되어 있는 공구를 축선(4)(또는 축평행 이동된)에 동축되게 이동시키는 것이 이런 방법으로 가능하다. 이것은, 그의 팔다리가 공간직각 좌표에 대응하여 운동 안내되고 본 발명에 따라 형성된 전동장치헤드를 갖고 있는 그러한 매니퓰레이터에 대해서는 특별한 의미를 갖는 것이다.

제6도 및 제8도의 실시예에 일치하는 두 종류의 전동장치 두부는 컴퓨터 제어에 있어서 불분명성을 피할수 있고 또한 종래의 기술수준에 비하여 훨씬 더 큰 대체로 제5도와 같은 작용범위를 얻을수 있음을 확실히 알수 있다.

Claims (12)

1. 세개의 서로 동심적으로 배치된 구동축과 더불어, 차례로 배치되고 서로 경사진 축선 주위에 놓인 세개의 두부로 구성되어 있으며, 상기 세축중에서, 내부 구동축중의 하나는 베벨기어쌍과 중앙두부의 선회축선을 이루는 한 경사진 내측축을 통하여 공구를 싣는 후방두부와 연결되어 있고, 그의 종동기어가 간격을 가지고 동심적으로 내측축을 둘러싸는 베벨기어쌍을 가진 다른 내부구동축은 중앙두부와 회전 확실하게 결합되어 있는 매니퓰레이터의 전동장치헤드에 있어서, 후방두부(3)의 선회축선(6)은 공구를 위한 플랜지면(12)에 대해서는 90°아닌 각(α)으로 또한 구동축의 축(4)에 대해서는 180°아닌 각(예컨대 180°-α)으로 놓여 있는 것과, 중앙 두부(2)에는 고감속비의 감속기어장치(25)가 후방두부(3)의 구동을 위해서 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 전동장치헤드.
2. 제1항에 있어서, 후방두부(3)의 선회축선(6)과 내측축(21)의 축선(5)이 구동축(13,18,26)의 축선(4)에서 떨어져 있는 점(9)에서 교차하는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
3. 제1항에 있어서, 후방두부(3)의 선회축선(6)과 내측축(21)의 축선(5)이 구동축(13,18,26)의 축선(4)에 위치하는 점(9＇)에서 교차하는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
4. 제3항에 있어서, 내측축(21)과 종동축(24)의 경사축선(5 및6)의 교점(9′)이 구동축(13,18,26)의 축선(4)위에 놓여지도록, 전방두부(1)는 서로 옆에 놓여 연결된 두개의 플랜지부분(30,31)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
5. 제1항 내지 제4항중의 어느 하나에 있어서, 동심의 구동축중의 내부축(13)은 중앙두부(2)와 회전보장적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
6. 제5항에 있어서, 중앙두부(2)가, 중앙두부(2)에 지지되어 있는 감속기어장치(17)를 통하여, 간격을 가지고 내측축(21)을 둘러싸는 중동축(16)에 의해서 그의 구동축(14)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
7. 제1항에 있어서, 공구를 위한 후방두부(3)의 플랜지면(12)이 구동축(13,18,26)의 축(4)에 수직으로 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
8. 제1항에 있어서, 중앙 및 후방두부(2,3)가 하나의 공통 구동축(13)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
9. 제8항에 있어서, 후방두부(3)가 중앙두부(2)와 반대방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 중앙 및 후방두부(2,3)와 구동부재와 사이에 스위칭할 수 있는 변속기어를 설치하는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
11. 제8항에 있어서, 중앙 및 후방두부(2,3)의 사이에 억속 브레이크를 가진 스위칭 연결부재를 배설하는 것을 특징으로 하는 전동장치헤드.
12. 제1항에 있어서, 다시 감속기어장치(17)가 중앙두부(2)의 구동을 위해 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 매니플레이터의 전동장치헤드.

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