기술분야

본 발명은 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소형 로봇에 의한 용접 작업 등이 가능하도록 로봇의 팔(또는 다리)을 제어하는 구동장치를 협소한 내부 공간이 아닌 외부에 설치하고, 2중 풀리 구조 시스템을 이용해 로봇의 어깨 및 팔꿈치의 관절을 제어 및 구동할 수 있도록 어깨 관절 구동샤프트 내에 팔꿈치관절 구동샤프트를 설치하는 구동장치를 이용해 협소한 선체 내부 공간에서도 용접기 운반 및 용접 작업 등을 자유로이 할 수 있도록 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치에 관한 것이다.

 

배경기술

조선 분야에서는 작업 환경을 개선시켜 생산성을 향상시키고, 산업 재해를 예방하기 위해 선박 및 해양 구조물의 선체 내부의 협소한 공간에는 작업자가 직접 들어가서 용접 작업 등을 할 수 없다. 이에 소형의 로봇을 투입해 용접 작업을 수행하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

협소한 선체 공간에서 로봇에 의한 용접 작업 등을 수행하기 위해서는 소형의 용접 장치를 운반하기 위한 소형의 로봇 운반 장치를 필요로 한다. 하지만 소형 로봇 팔 역시 소형으로 제작되는 관계로 팔을 제어하는 구동기구 및 구동장치를 팔 내부의 협소한 공간에 설치하는 것이 곤란한 경우가 많이 발생하고 있는 실정이다.

따라서 로봇을 이용해 용접 작업 등을 할 수 없는 선체 내부의 협소한 공간에 대한 설계를 변경하거나, 이에 따른 선체 제작 및 조립에 불필요한 공정이 추가로 발생되어 생산성이 저하되고 비용이 증가하게 되는 단점이 있다. 이에 소형 로봇을 이용해 협소한 공간에서 용접 같은 작업을 할 수 있는 기술이 필요 하다.

 

해결하려는 과제

종래 기술에서는 협소한 선체 공간에서 소형 로봇에 의한 용접 작업 등이 가능하도록 로봇을 최소화시키기 위해서 로봇 팔의 관절 자체를 소형화할 수는 있다. 하지만 소형화 된 팔의 자세를 제어하는 구동장치를 협소한 팔의 내부공간에 설치하는데 상당한 어려움이 있었다.

또한 구동장치 자체를 소형화하는데도 어려움이 있을 뿐만 아니라 소형의 구동장치로부터 나오는 구동력이 약해서 로봇의 어깨 및 팔꿈치 관절의 자세를 제어하는데 한계가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 소형 로봇에 의한 용접 작업 등이 가능하도록 로봇의 팔을 제어하는 구동장치를 협소한 내부 공간이 아닌 외부에 설치하고, 2중 풀리 구조 시스템을 이용해 로봇의 어깨 및 팔꿈치의 관절을 제어 및 구동할 수 있도록 어깨관절 구동샤프트 내에 팔꿈치관절 구동샤프트를 설치하는 구조이며, 이러한 구동장치를 이용해 협소한 선체 내부 공간에서도 용접기의 운반이나 용접 작업 등을 용이하게 수행할 수 있는 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

 

 

과제의 해결 수단

이와 같은 목적을 달성하기 위한 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치는 어깨관절부와 팔꿈치관절부를 구동시키는 관절구동부를 어깨관절부나 팔꿈치관절부의 외부공간에 구비하되, 어깨관절부를 구동시키는 어깨관절 구동모터와 팔꿈치관절부를 구동시키는 팔꿈치관절 구동모터를 각각 로봇운반장치의 본체에 설치하고, 어깨관절 구동모터는 한 쌍의 어깨구동 베벨기어 및 어깨구동풀리와 타이밍벨트에 의해 어깨관절부의 어깨관절 구동샤프트를 회전시키며, 팔꿈치관절 구동모터는 한 쌍의 팔꿈치구동 베벨기어 및 팔꿈치구동 풀리와 타이밍벨트에 의해 팔꿈치 관절 구동부의 팔꿈치관절 구동샤프트를 회전시키고, 팔꿈치관절 구동샤프트는 팔꿈치관절 동력전달벨트, 팔꿈치 회전샤프트에 의해 하부 팔을 회전 구동시키는 것을 특징으로 한다.

더불어 본 발명에 따른 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치에 있어서, 팔꿈치관절 구동샤프트는 어깨관절 구동샤프트 내부에 동심축 형태로 설치될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치에 있어서, 어깨관절 구동모터로부터 모터의 회전력이 한 쌍의 어깨구동 베벨기어를 통해 제1어깨구동풀리에 전달되고, 타이밍벨트와 연결된 제2어깨구동풀리에 동력이 전달되며, 제2어깨구동풀리와 연결된 어깨관절 구동샤프트가 이 어깨관절 구동샤프트와 일체형으로 연결된 상부팔의 상단부를 축 회전 구동시킬 수 있다.

이외에도 본 발명에 따른 2중 풀리 구조를 이용한 로봇의 관절구동장치에 있어서, 팔꿈치관절 구동모터로부터 모터의 회전력이 한 쌍의 팔꿈치구동 베벨기어를 통해 제1팔꿈치구동풀리에 전달되고, 타이밍벨트와 연결된 제2팔꿈치구동풀리에 동력이 전달되어 제2팔꿈치구동풀리와 연결된 팔꿈치관절 구동샤프트를 구동시키며, 이 팔꿈치관절 구동샤프트에 전달되는 구동력은 상부팔의 팔꿈치관절 동력전달벨트와 연결된 팔꿈치 회전샤프트를 회전시키고, 이 팔꿈치 회전샤프트에 결합된 하부팔을 축 회전 구동시킬 수 있다.

 

발명의 효과

로봇 용접기와 로봇 운반 장치의 소형화에는 한계가 있으므로, 본 발명에서는 로봇의 팔을 작동시키는 어깨관절 구동모터와 팔꿈치관절 구동모터를 로봇의 팔의 내부 공간이 아닌 외부의 로봇 운반 본체의 적절한 위치에 설치하고, 어깨관절 구동샤프트의 내부에 팔꿈치관절 구동샤프트를 설치하는 구성에 의해 로봇 용접기를 탑재하기 충분한 소형 로봇 운반 장치를 활용할 수 있는 장점이 있다.