KR100247869B1 - 산업용 로봇의 브레이크 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 로봇의 브레이크 제어장치에 관한 것으로서, 각각 구분된 두 종류의 접지로 이루어진 접지부, 산업용 로봇에 전원이 인가되는 경우, 상기의 접지부 중 하나를 활성화시키고, 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우, 다른 하나의 접지를 활성화시키는 접지상태 구분부, 산업용 로봇의 각 축에 브레이크를 거는 장치인 브레이크부, 상기의 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우에 활성화되는 접지 및 상기의 브레이크부의 출력단 사이의 접속여부를 결정하는 수동 스위치, 상기의 브레이크부의 출력단과 임의의 스위치를 통하여 연결된 브레이크 감시저항, 및 브레이크부의 출력단과 감시저항 사이의 연결 여부를 결정하는 상기의 스위치에 대한 접속여부를 결정하는 브레이크 상태 확인부로 구성된다. 또한 감시저항에 걸리는 전압을 VBK1, ⃛ ,VBKn라고 정의할 때, 브레이크 상태 확인장치는 각 VBK 신호를 입력으로 하는 저역 통과 필터, 상기의 저역 통과 필터를 통과한 VBK1, ⃛ ,VBKn 신호를 입력으로 받고, 외부의 제어신호를 이용하여, 입력 신호 중, 하나의 신호를 선택하여 출력시키는 멀티플렉서, 멀티플렉서의 출력신호를 증폭시키는 증폭부, 및 증폭부의 출력신호를 독립적인 전압레벨의 신호로 출력시키는 아이솔레이션 앰프로 이루어진다.

Description

산업용 로봇의 브레이크 제어장치(Brake control unit of industrial robots)

본 발명은 산업용 로봇의 브레이크 제어장치에 관한 것으로서, 특히 산업용 로봇에 전원이 공급되고 있는지의 여부를 구분하여, 전원이 공급되고 있는 경우에는 브레이크의 수동조작을 방지하고, 전원이 공급되고 있지 않은 경우에만 수동에 의한 브레이크 제어가 가능하도록 하며, 브레이크에 흐르는 전류를 감시함으로서, 각 축에 대한 브레이크가 정상적으로 동작하고 있는지를 검사할 수 있는 브레이크 제어장치에 관한 것이다.

종래에는 하나의 브레이크 해제신호에 의하여 여러 축의 브레이크를 해제시켰으므로, 전원이 오프(Off) 될 때, 수직축의 낙하위험이 있었다. 또한 다축용 로봇의 경우, 브레이크의 위치가 메뉴 플레이터의 내부 깊숙이 위치하게 되므로, 브레이크 고장을 쉽게 찾아내기 위해서는 각 축별로 브레이크 상태를 검사해야 할 필요성이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산업용 로봇을 구성하는 다수의 축에 대하여, 개별적인 브레이크 해제가 가능하고, 또한 각 축별로 브레이크의 상태 판단이 가능한 브레이크 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 산업용 로봇의 브레이크 제어장치는 각각 구분된 두 종류의 접지로 이루어진 접지부; 산업용 로봇에 전원이 인가되는 경우, 상기의 접지부 중 하나를 활성화시키고, 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우, 다른 하나의 접지를 활성화시키는 접지상태 구분부; 산업용 로봇의 각 축에 브레이크를 거는 장치인 브레이크부; 상기의 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우에 활성화되는 접지 및 상기의 브레이크부의 출력단 사이의 접속여부를 결정하는 수동 스위치; 상기의 브레이크부의 출력단과 임의의 스위치를 통하여 연결된 브레이크 감시저항; 및 브레이크부의 출력단과 감시저항 사이의 연결 여부를 결정하는 상기의 스위치에 대한 접속여부를 외부의 제어신호에 의해 결정하는 브레이크 상태 확인부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 또한, 각 축별 브레이크 상태를 감시하기 위한 브레이크 상태 확인장치는 상기의 감시저항에 걸리는 전압을 VBK1, ⃛ ,VBKn라고 정의할 때, 각 VBK 신호를 각 VBK 신호를 입력으로 하는 n개의 저역 통과 필터(Low Pass Filter); 상기의 저역 통과 필터를 통과한 VBK1, ⃛ ,VBKn 신호를 입력으로 받고, 외부의 제어신호를 이용하여, 입력 신호 중, 하나의 신호를 선택하여 출력시키는 멀티플렉서; 멀티플렉서의 출력신호를 증폭시키는 증폭부; 및 증폭부의 출력신호를 독립적인 전압레벨의 신호로 출력시키는 아이솔레이션 앰프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 브레이크 제어장치에 대한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 브레이크 상태 확인장치에 대한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 전원공급부 120: 정류부

130: 접지상태 구분부 140: 상태 확인동작 구동부

151: 브레이크 상태 확인부 152: 수동 스위치

153: 브레이크부 160: 24 볼트 접지부

161: 26 볼트 접지부 162: 공통 접지부

210: 저역 통과 필터 220: n × 1 멀티플렉서

230: 증폭부 240: 아이솔레이션 앰프

이하에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 산업용 로봇의 브레이크 제어장치에 대한 구성도로서, 전원공급부(100), 정류부(120), 및 브레이크 제어부(100)로 이루어지는데, 브레이크 제어부(100)는 접지상태 구분부(130), 상태 확인동작 구동부(140), 및 복수개의 축 브레이크 동작부로 이루어지며, 하나의 축 브레이크 동작부는 브레이크의 정상/비정상 상태를 검사하기 위한 브레이크 상태 확인부(151), 수동 스위치(152), 브레이크부(153), 24 볼트 접지부(160), 26 볼트 접지부(161), 및 공통 접지부(162)로 구성된다. 즉 접지부는 본 발명에 따른 브레이크 제어장치의 동작을 위하여 구분되어 있다.

전원공급부(110)로부터 공급된 3상의 AC 전원은 모터(101)를 구동시키며, 또 한 26 볼트의 2차측 전원신호는 정류부(120)를 통하여, 정류된 신호로 변환된 후, 접지상태 구분부(130)로 보내진다.

접지상태 구분부(130)는 두 가지의 구분된 접지부, 즉 24 볼트 전원신호에 대한 접지부(160), 혹은 26 볼트 전원신호에 대한 접지부(161)로의 접지 연결 동작을 수행하는데, 연결된 하나의 접지부외의 다른 접지부는 접지상태로 되지 않게 된다. 접지상태 구분부(130)는 하나의 a 접점식 자기접점(MC:Magnetic Contactor)과 하나의 b 접점식 MC로 구성되어 한 쌍으로 동작하며, a 접점식 MC는 전원공급부(110)로부터의 전원이 인가된 상태에서 입력단과 출력단이 접속상태로 되어 브레이크 제어부(100)가 26 볼트 접지부(161)를 이용하도록 한다. 또한 b 접점식 MC는 전원공급부(110)로부터 전원이 인가되지 않은 상태일 경우, 입력단과 출력단이 접속상태로 되어 브레이크 제어부(100)가 24 볼트 접지부(160)를 이용하도록 한다.

브레이크부(153)는 실제로 산업용 로봇의 각 축에 대하여 브레이크를 거는 동작을 수행하는데, 브레이크부(153)로 전류가 흐르는 경우에 브레이크가 걸린 상태가 되고, 전류가 흐르지 않는 경우에 브레이크 상태가 해제된다.

수동 스위치(152)는 사용자가 수동으로 브레이크부(153)를 제어하여, 각 축에 걸려있는 브레이크 상태를 해제하거나, 각 축에 브레이크를 걸기 위하여 사용되는데, 수동으로 선로를 연결시키거나 선로의 연결상태를 해제시키는 동작을 하는 임의의 소자를 사용할 수있다.

만일 전원공급부(110)로부터 전원이 인가되는 상태라면, 접지상태 구분부(130)에서의 동작에 의하여, a접점 MC는 단락 되고, b접점 MC는 개방되므로, 브레이크 제어장치의 접지는 26 볼트 접지부(161)로 연결된다. 이 때 수동 스위치(152)의 접지 연결단자는 24 볼트 접지부(160)에 연결되어 있어서, 접지 상태를 이루지 못하므로, 수동 스위치(152)를 온(ON) 시킨다고 하더라도, 전류가 흐르지 못하게되어, 수동 스위치(152)를 통한 제어가 불가능하게 된다. 그러나 전원공급부(110)로부터 전원이 인가되는 상태에서는 a접점 MC는 개방되고, b접점 MC는 단락 되므로, 브레이크 제어장치의 접지는 24 볼트 접지부(160)로 연결된다. 그러므로 수동 스위치(152)를 온(ON) 시키면, 수동 스위치(152)를 통하여 전류가 흐를 수 있게 되므로, 수동 스위치(152)를 통한 제어가 가능하게 된다.

즉 전원공급부(110)로부터 전원이 인가된 상태이어서, 모터(101)로 전원이 전달되고 있지 않은 상태, 측 산업용 로봇이 동작하지 않는 상태에 있는 경우에만 수동 스위치(152)에 의한 브레이크 제어가 가능하게 된다.

상태 확인동작 구동부(140)는 전원공급부(110)로부터 전원이 모터로 인가되지 않는 경우, 즉 수동 스위치(152)를 통한 제어가 차단된 상태에서 각 브레이크부(153)를 통하는 전류가 흐를 수 있도록 통로를 만들어준다.

상태 확인동작 구동부(140)는 반도체 계전기를 이용하여 구현되는데, 반도체 계전기의 입력단 중 한쪽 선에는 +5 볼트 전원에 연결되고, 다른 한쪽 선은 외부에서 제어가 가능한 브레이크 신호(/BRK)선에 연결되어 있으며, 반도체 계전기의 출력단 중 한쪽 선에는 +24 볼트의 전원에 연결되고, 다른 한쪽 선에는 각 브레이크 상태 확인부(151)의 입력단 중, 전원이 인가될 단자에 연결된다. 만일 브레이크 신호(/BRK)가 0 볼트의 신호라면, 반도체 계전기 입력단의 +5 볼트 전원단자로부터 브레이크 신호선으로 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 반도체 계전기의 출력단에도 +24 볼트의 전원 단자로부터 다른 한쪽의 단자로 전류가 흐르는데, 이 단자는 각 브레이크 상태 확인부(151)의 입력단 중, 전원단자와 연결되어 있으므로 브레이크 상태 확인부(151)의 입력단으로 전류가 흐르게 된다.

브레이크 상태 확인부(151)는 입력단으로 상태 확인동작 구동부(140)의 출력단 중, 전류가 흘러나가는 단자와 공통 접지부를 입력단으로 하고, 브레이크부(153)를 흐르는 전류가 입력되는 단자와 저항(R)이 연결된 단자를 출력단으로 하는 반도체 계전기, 및 반도체 계전기의 출력단 중, 전류가 흘러나가는 단자에 연결된 저항으로 구성되는데, 이 저항(R)은 26 볼트 접지부와 연결되어 있으며, 또한 릴레이 소자(RY10)를 통하여, 공통 접지부와도 연결되어 있다.

릴레이 소자 RY10(170)을 제어하여, 브레이크 상태 확인부(151)를 구성하는 저항(R)이 공통 접지부(162)에 연결되도록 하고, 상태 확인동작 구동부(140)의 브레이크 신호(/BRK)에 의하여 상태 확인동작 구동부(140)의 출력단에 전류가 흐르게 되면, 각 브레이크 상태 확인부(151)의 출력단도 연결상태가 되어 전류가 흐르게 된다. 사용자는 수동 스위치(152)에 의한 제어가 차단된 상태에서, 상태 확인동작 구동부(140)의 브레이크 신호(/BRK)를 인가함으로서, 출력단에 전류를 흐르게 하고, 이 전류는 각 브레이크 상태 확인부(151)에 사용된 반도체 계전기를 구동시킴으로서, 브레이크부(153)로부터 흐르는 전류를 반도체 계전기의 출력단에 연결되어 있는 저항(R)에 흐르게 한다. 그리고 이 저항의 양단에 걸리는 전압을 측정하여, 브레이크의 정상성 여부를 판단하게 된다.

즉 상기와 같은 동작에 의하여, 산업용 로봇을 구성하는 각 축에 대한 브레이크 상태를 확인하므로서, 개별적인 브레이크 상태 확인이 가능해진다.

도 2는 브레이크 상태 확인장치에 대한 구성도로서, 도 1에 보인 브레이크 제어장치의 각 축 브레이크 동작부(150)의 브레이크 상태 확인부(151)를 구성하는 저항에 걸리는 전압인 브레이크 상태 신호(VBK1, ⃛ ,VBKn)를 입력으로 하고, 각 입력에 대한 저역 통과 필터(210), n × 1 멀티플렉서(220), 멀티플렉서(220)의 출력값을 증폭시키는 증폭부(230), 및 아이솔레이션(isolation) 앰프(240)로 이루어진다.

브레이크 상태 확인장치는 도 1에 보인 브레이크 제어장치의 브레이크 상태 신호(VBK1, ⃛ ,VBKn)를 입력으로 받는데, 이 신호들은 저역 통과 필터(210:Low Pass Filter)를 거치면서, 잡음을 제거한 후, n × 1 멀티플렉서(220)의 입력으로 들어간다.

멀티플렉서(220)는 외부의 제어신호에 의하여, 입력되는 n개의 VBK신호 중에서 하나의 브레이크 상태 신호를 선택하여 출력시킨다. 만일 산업용 로봇의 축이 8개이어서, 각 축에 대한 브레이크 상태신호가 총 8개라면, 멀티플렉서(220)로 들어가는 입력신호는 8개가 되고, 이 8개의 입력신호 중, 하나를 선택하기 위하여, 멀티플렉서(220)의 제어신호는 3개의 신호선으로 구성된다.

멀티플렉서(220)의 출력신호는 OP 앰프를 이용한 증폭부(230)에 의하여 증폭된 후, 아이솔레이션 앰프(240)로 입력된다. 증폭부는 하나의 OP 앰프, OP 앰프의 비반전 입력단과 멀티플렉서(220)의 출력단 사이에 연결되는 저항(R22), 멀티플렉서(220)의 출력단과 접지 사이에 연결되는 저항(R23), OP 앰프의 반전 입력단과 접지 사이에 연결되는 저항(R24), 및 OP 앰프의 반전 입력단과 출력단 사이에 연결되는 궤환저항(R25)으로 이루어지며, OP 앰프의 비반전 입력단에 걸리는 전압을 V_i라고 하고, OP 앰프의 출력단에 걸리는 전압을 V_out이라고 할 때, 증폭도는 다음 식과 같다.

아이솔레이션(isolation) 앰프(240)는 증폭부(230)의 출력신호를 받아서, 별도의 전압레벨로 변환시켜 출력시키는데, 이 신호는 차후 A/D 변환기로 들어가서 디지털 신호로 변환되고, 이상여부를 판단 받게 된다.

상기와 같은 브레이크 상태확인 과정을 멀티플렉서(220)의 제어신호를 이용하여 모든 브레이크 상태신호에 대하여 수행함으로서, 브레이크가 정상적인 동작을 하는지 검사할 수 있게된다. 즉 상기의 예와 같이 산업용 로봇의 각 축에 대한 브레이크 상태신호가 8개라면, 멀티플렉서(220)의 제어신호선은 3개가 되고, 3개의 제어신호선에 디지털 제어신호 "0"으로부터 "111"까지의 8개의 제어신호를 인가함으로서, 모든 브레이크 상태신호를 순차적으로 선택하게 되며, 선택된 브레이크 상태신호는 증폭부(230)를 거쳐 아이솔레이션 앰프(240)의 출력단으로 나오게 되므로, 이 아이솔레이션 앰프(240)의 출력단에 나타나는 신호를 검사하여, 각 축에 대한 브레이크의 이상유무를 확인할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 산업용 로봇의 브레이크 제어장치를 사용하면, 산업용 로봇을 구성하는 다수의 축에 대하여, 개별적인 브레이크 해제가 가능하므로, 산업용 로봇의 전원을 끄는 경우에도 수직축의 낙하를 방지할 수 있으며, 또한 각 축에 대한 브레이크의 동작 상태를 용이하게 판단할 수있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 각각 구분된 두 종류의 접지로 이루어진 접지부;

   산업용 로봇에 전원이 인가되는 경우, 상기의 접지부 중 하나를 활성화시키고, 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우, 다른 하나의 접지를 활성화시키는 접지상태 구분부;

   산업용 로봇의 각 축에 브레이크를 거는 장치인 브레이크부;

   상기의 산업용 로봇에 전원이 인가되지 않는 경우에 활성화되는 접지 및 상기의 브레이크부의 출력단 사이의 접속여부를 결정하는 수동 스위치;

   상기의 브레이크부의 출력단과 임의의 스위치를 통하여 연결된 브레이크 감시저항; 및

   브레이크부의 출력단과 감시저항 사이의 연결 여부를 결정하는 상기의 스위치에 대한 접속여부를 외부의 제어신호에 의해 결정하는 브레이크 상태 확인부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇의 브레이크 제어장치.
2. 제 1항의 산업용 로봇의 브레이크 제어장치에 있어서, 감시저항에 걸리는 전압을 VBK1, ⃛ ,VBKn라고 정의할 때, 각 VBK 신호를 입력으로 하는 n개의 저역 통과 필터(Low Pass Filter);

   상기의 저역 통과 필터를 통과한 VBK1, ⃛ ,VBKn 신호를 입력으로 받고, 외부의 제어신호를 이용하여, 입력 신호 중, 하나의 신호를 선택하여 출력시키는 멀티플렉서;

   멀티플렉서의 출력신호를 증폭시키는 증폭부; 및

   증폭부의 출력신호를 독립적인 전압레벨의 신호로 출력시키는 아이솔레이션 (isolation) 앰프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 상태 확인장치.

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