KR100793831B1 - 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천정이동 서보매니퓰레이터를 동력원을 통해 상하로 이동시킬 수 있으면서, 구동모터의 고장이나 전원 차단과 같은 비상시에 수동으로 견인할 수 있는 수직이송장치를 제공하기 위한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 외부에서 회전력을 인가받아 텔레스코픽 신축장치의 하부를 상하방향으로 이동시켜 상기 신축장치의 길이를 변화시키는 수동전달유닛과, 동력전달 경로상에 구비되어 상기 신축장치로의 동력전달을 선택적으로 차단하는 동력차단유닛을 구비한 서보매니퓰레이터의 수직이송장치를 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 비상시에도 서보매니퓰레이터를 수동으로 견인할 수 있다.

서보매니퓰레이터, 수직이송장치, 수동전달유닛, 마스터, 슬레이브

Description

천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치 {VERTICAL TRANSFER APPARATUS OF BRIDGE TRANSPORTED SERVOMANIPULATOR}

도 1은 본 발명의 천정이동 마스터-슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템을 도시한 사시도;

도 2는 도 1의 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템을 나타내는 사시도;

도 3은 도 2의 수직이송장치를 나타내는 사시도;

도 4은 도 2의 수직이송장치를 나타내는 상면도;

도 5는 도 3의 일부를 개략적으로 나타낸 구성도;

도 6은 도 5의 변형예를 나타내는 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 작업자 100: 마스터 서보매니퓰레이터 시스템

160: 마스터 핸들 200: 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템

202: 천정이동 이송장치 211: 그리퍼

230: 엑츄에이터 유닛 270: 수평이송장치

400: 결합장치 500: 수직이송장치

510: 텔레스코픽 신축장치 520: 구동유닛

530: 동력전달유닛 540: 수동전달유닛

550: 동력차단유닛 560: 낙하방지유닛

본 발명은 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서보매니퓰레이터를 동력원을 통해 상하로 이동시킬 수 있으면서, 구동 모터의 고장이나 전원 차단과 같은 비상시에 상기 매니퓰레이터를 수동으로 견인할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력을 이용하여 발전 또는 사용후핵연료를 처리하거나 이와 관련된 실험을 수행하기 위해서는 방사선 차폐시설인 핫셀(hot cell)이 제공되어야 한다. 이러한 핫셀 내부는 방사선 피폭 우려로 인하여 작업자가 투입되어 작업하지 못하고, 장치의 운전 및 유지 보수를 위하여 원격제어 매니퓰레이터 시스템이 사용되고 있다. 이러한 원격제어 매니퓰레이터 시스템은 크게 핫셀 외부에서 작업자가 조작하는 마스터 매니퓰레이터 시스템과, 핫셀 내부에서 상기 마스터 매니퓰레이터 시스템의 움직임을 모사하는 슬레이브 매니퓰레이터 시스템으로 이루어진다.

종래의 벽부착 기계식 마스터-슬레이브 매니퓰레이터 시스템은 슬레이브 매니퓰레이터가 핫셀 내부의 벽면에 고정되어 있기 때문에 작업 영역이 극히 제한적이어서 유용하지 못하다. 이러한 작업 영역의 제한성을 극복하기 위한 해결책으로서, 동일한 장치를 대수개를 직렬로 배치하여 작업을 수행할 수 있으나, 이는 낭비 가 심하고, 효율적이지 못하여 바람직한 해결방안이 아니다.

이러한 벽부착 기계식 매니퓰레이터의 단점인 작업영역의 제한성을 극복하기 위해 천정이동 이송장치에 매니퓰레이터를 부착한 형태의 전기식 천정이동 서보매니퓰레이터가 적용되고 있다. 여기서, 천정이동 이송장치는 크레인 같이 평면상의 운동이 가능한 이송장치의 하부에 텔레스코픽(telescopic) 신축장치를 부착한 형태가 일반적이며, 상기 신축장치의 하부 말단에 서보매니퓰레이터가 부착된다.

여기서, 서보매니퓰레이터의 높이를 조절하는 수직이송장치는 수평이송장치에 결합되는 고정부재와, 이러한 고정부재 내부로 이동부재가 겹쳐지거나 펼쳐지면서 상기 서보매니퓰레이터를 상하로 이동시킨다.

그리고, 이러한 이동부재의 상하방향 구동력은, 신호를 인가받아 회전력을 발생시키는 구동모터와, 이와 치차 형태로 동력을 전달받아 회전하는 체인 스프라킷(chain sprocket)과, 체인 스프라킷에 걸쳐지며 일단이 상기 이동부재에 연결되는 체인에 의해 발생하게 된다.

그러나, 상술한 종래 서보매니퓰레이터의 수직이송장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 방사선 환경의 핫셀 내에 위치하는 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템에서, 수직이송을 위한 동력을 제공하는 구동모터가 고장이 나거나, 또는 구동모터에 공급되는 전원이 차단되는 경우와 같은 비상시에 서보매니퓰레이터를 수동으로 견인할 수 없는 문제점이 있었다.

특히, 핫셀에서 작업중 모터 등에 이상이 생긴 경우, 유지보수를 위한 셀로 이동하기 위해 여러가지 장애물을 넘거나, 서보매니퓰레이터를 탈부착하기 위해 탈착대의 위치까지 상하로 이동시킬 필요가 있는데, 이러한 상황에서 서보매니퓰레이터의 수동 견인이 안되는 문제점은 더욱 부각된다.

둘째, 갑작스럽게 전원이 차단되는 등의 상황에서 서보매니퓰레이터가 급격하게 하부로 낙하되는 현상에 의해 서보매니퓰레이터가 파손되거나, 서보매니퓰레이터를 지지하는 여러가지 구조물에 충격을 주어 내구성에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 동력원을 통해 서보매니퓰레이터를 상하로 이동시킬 수 있으면서, 비상시는 상기 서보매니퓰레이터를 수동으로 견인할 수 있는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 갑작스런 환경변화시 서보매니퓰레이터가 급격하게 낙하하는 것을 방지하여 서보 매니퓰레이터의 내구성을 향상시킨 매니퓰레이터의 수직이송장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일단은 서보매니퓰레이터의 수평이송장치에 연결되고 타단은 서보매니퓰레이터에 연결되며, 상하방향으로 신축 가능한 신축유닛과, 제어 신호를 인가받아 회전력을 발생시키는 구동유닛과, 상기 구동유닛에서 회전력을 전달받아 상기 신축유닛의 하부를 상하방향으로 이동시켜 상기 신축유닛의 길이를 변화시키는 동력전달유닛과, 외부에서 회전력을 인가받아 상기 신축유닛의 하부를 상하방향으로 이동시켜 상기 신축유닛의 길이를 변화시키는 수동전달유닛과, 상기 동력전달유닛과 수동전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되어, 상기 신축유닛으로의 동력전달을 선택적으로 차단하는 동력차단유닛을 포함하여 구성되는 서보매니퓰레이터의 수직이송장치를 제공한다.

여기서, 상기 서보매니퓰레이터는 작업자가 조종하는 마스터 서보매니퓰레이터 시스템의 신호를 전달받아, 작업환경에서 상기 마스터 서보매니퓰레이터의 움직임을 모사하는 슬레이브 서보매니퓰레이터에 적용 가능하다.

그리고 상기 신축유닛은, 상기 서보매니퓰레이터의 수평이송장치에 구비되는 고정부재와, 상기 고정부재의 하부에 상하방향으로 이동가능하게 결합하며, 하단에 서보매니퓰레이터가 장착되는 하나 이상의 이동부재를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 고정부재와 하나 이상의 이동부재는 중공관 형태로 이루어지며, 상기 고정부재와 하나 이상의 이동부재는 어느 하나가 나머지 하나의 내부에 끼워져서 상호 결합될 수 있다.

한편, 상기 동력전달유닛은, 상기 구동유닛에서 발생한 회전력을 전달받아 회전운동하는 동력샤프트와, 상기 동력샤프트의 회전운동을 상하방향으로의 병진운동을 변환하여 상기 신축유닛에 전달하는 전환유닛을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전환유닛은, 상기 동력샤프트 상에 구비되는 체인 스프라킷(chain sprocket)과, 상기 체인 스프라킷에 걸쳐치며 일단이 상기 신축유닛의 하부에 연결되는 동력체인을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 수동전달유닛은, 외부로 노출되어 있으며 외부의 회전력을 인가받아 회전하는 수동회전축과, 상기 수동회전축의 회전운동과 연계하여 상기 동력샤프트를 회전시키는 수동전달축을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 동력차단유닛은 상기 동력전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되는 제1동력차단유닛과, 상기 수동전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되는 제2동력차단유닛을 포함하며, 상기 제1동력차단유닛과 제2동력차단유닛 중 어느 하나가 동력을 전달하는 상태일 때 나머지 하나는 반드시 동력이 차단되어야 한다.

그리고 본 실시예에서 상기 제1동력차단유닛은 전원이 인가되면 동력을 전달하고 전원이 차단되면 동력을 차단하며, 상기 제2동력차단유닛은 전원이 인가되면 동력을 차단하고 전원이 차단되면 동력을 전달하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치는 상기 전환유닛으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되며, 동력이 전달되지 않을 때 상기 서보매니퓰레이터 및 상기 신축유닛의 자중에 의해 서보매니퓰레이터가 낙하되는 것을 방지하기 위한 낙하방지유닛을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 낙하방지유닛은, 상기 전환유닛으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되는 래칫 기어(ratchet gear)와, 상기 래칫 기어와 동축상에 제공되며, 자중에 의한 낙하방향 회전력으로 상기 래칫 기어를 동력전달 기어에 밀착시켜 일체화하는 누름판과, 상기 래칫 기어의 일정 방향 회전운동을 차단하는 스토퍼를 포함한다.

여기서, 상기 누름판 및 스토퍼는 래칫 기어와 한 쌍으로 이루어져, 상기 동 력전달 기어의 측면에 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 낙하방지유닛은, 상기 동력샤프트 상에 구비되거나, 상기 수동전달유닛에서 상기 동력샤프트로 동력이 전달되는 경로상에 구비될 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 천정이동 마스터-슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템의 전체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템(200)는 직접 사용후 핵연료 등의 방사선 노출 위험이 있는 프로세스 셀(process cell)에 설치되어 있으며, 마스터 서보매니퓰레이터 시스템(100)은 상기 프로세스 공간의 외부에 위치하여 작업자(1)가 조작하게 된다. 여기서, 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템은 천정이동 이송장치(202)에 의해 공간적인 이동이 가능하며, 이러한 이송장치는 구체적으로 프로세스 셀의 천정에서 x, y 축으로 이동하는 수평이송장치(270)과, 상기 수평이송장치(270)에 연결되며 하부에 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)가 장착되어 상하방향으로 높이를 조절할 수 있는 수직이송장치(500)로 구성된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4 및 도 5 내지 6을 참조하여 후술하기로 한다.

작업자(1)가 마스터 서보매니퓰레이터(101)를 조작하면, 동작신호가 전기신호로 변환된 후 슬레이브 서보매니퓰레이터(201) 및 천정이동 이송장치(202)에 전 달되어 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)가 움직이게 된다. 즉, 마스터 서보매니퓰레이터(101)의 움직임을 그대로 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)가 모사하여 움직이게 된다.

슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템(200)이 설치된 프로세스 셀의 내부는 복수의 카메라(301, 302)가 촬영하여 영상을 작업자(1)의 모니터(310) 화면에 제공하게 된다. 작업자(1)는 모니터 화면을 보면서 마스터 서보매니퓰레이터 시스템(100)를 조작하여 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템(200)의 움직임을 제어하게 된다. 카메라(301, 302)의 위치는 프로세스 셀의 벽면, 천정이동 이송장치(202) 또는 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템(200) 상에도 부착될 수 있으며, 카메라의 개수는 자유롭게 구성할 수 있음은 당연하다. 카메라의 재질은 방사성에 강한 재질로 구성되는 것이 좋으며, 방사성이 강한 재질로 커버를 구성하여 카메라를 밀봉시키는 것도 가능하다.

작업자(1)의 앞에는 컨트롤 패널(320)이 구비되어 있는데, 컨트롤 패널(320)에는 카메라(301, 302)의 촬영 각도를 조절할 수 있는 조이스틱(340)이나, 기타 동작 버튼(330) 등으로 구성되어 있다.

동작 버튼(330)은 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)의 각 관절을 마스터 서보매니퓰레이터(101)에 의하지 않고 움직이게 하는데 유용하다. 이는 마스터 서보매니퓰레이터(101)의 고장이나 기타 위험 상황에서 동작 버튼(330)을 조작하여 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)의 움직임을 제어할 수 있다.

도 2를 참조하여, 슬레이브 서보매니퓰레이터에 대하여 설명하면 다음과 같 다.

상기 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)는 이송장치(202) 하부에 탈부착이 가능하도록 장착되어 있다. 이송장치(202)는 프로세스 셀의 천장에서 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)를 수평방향으로 이송하는 수평이송장치(270)와, 수직방향으로 하강 또는 상승시키는 수직이송장치(500)를 포함하여 구성되며, 이중 수평이송장치에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 수평이송장치(270)은 x축 방향으로 길게 연장된 한쌍의 x축 가이드레일(271)과, y축 방향으로 길게 연장된 한쌍의 y축 가이드레일(275) 상을 움직인다. 여기서, y축 가이드레일(275)은 중간부재(273)에 의해 결합되어 있다.

그리고 수평이송장치(500)은 x축 가이드레일(271)을 따라 이동하기 위한 이동바퀴(미도시)와, y축 가이드레일(275)을 따라 이동하는 스틸바퀴(277)이 구비된다. 그리고 y축 가이드 레일(275)의 끝단에는 스토퍼(279)가 형성되어 상기 스틸바퀴가 y축 가이드 레일(275) 외부로 이탈되는 것을 방지하게 된다.

한편, 이송장치 하우징(260)의 내부에는 모터, 감속기, 클러치 및 기어 등수평 이송력을 발생시키기 위한 여러 가지 부속유닛들이 내장된다.

그리고 상기 수평이송장치(270)의 하부에는 수직이송장치(500)가 구비된다. 여기서, 수직이송장치(500)의 하단에는 수직이송유닛(250)과 슬레이브 서보매니퓰레이터(201)가 탈부착 가능하게 하는 결합장치(400)가 장착되어 있다.

상기 수직이송장치(500)는 신축유닛(510)의 길이방향 변화에 의해 서보매니퓰레이터를 하강 또는 상승시키게 된다.

여기서, 상기 신축유닛(510)은 일단에 서보매니퓰레이터의 수평이송장치(270)가 연결되고 타단에 서보매니퓰레이터(201)가 연결되며, 상하방향으로 신축이 가능한 구조로 이루어진다. 본 실시예에서는 상기 신축유닛(510)이 서보매니퓰레이터의 수평이송유닛(270)에 구비되는 고정부재(512)와, 상기 고정부재(512)의 하부에 상기 고정부재(512)와 상하방향으로 이동 가능하게 결합하며 하단에 서보매니퓰레이터(201)가 장착되는 이동부재(514)를 포함하여 구성된다.

이와 함께, 본 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정부재(512)와 이동부재(514)가 모두 단면이 원형인 중공관 형태로 이루어지며, 이동부재(514)의 외경이 고정부재(512)의 내경보다 작게 구성되어 고정부재(512)의 내부로 끼워져서 결합될 수 있다. 하지만, 이와 달리, 고정부재(512)와 이동부재(514)의 단면이 사각형 등의 다각형으로 이루어지거나, 고정부재(512)가 이동부재(514)의 내부로 끼워져서 상호 결합되는 등 다양한 형태로 변형이 가능하다.

그리고 상기 수직이송장치(500)의 구동과 관련된 유닛들은 상기 이송장치 하우징(260) 내부에 구비된다.

도 3 내지 도 5을 참조하여, 본 발명에 따른 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치(500)의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3와 도 4는 수직이송장치를 나타내는 사시도와 상면도이고, 도 5는 도 3의 일부를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 여기서, 도 3 내지 도 5의 수직이송유닛은 도시 편의상 신축유닛을 생략하였다.

본 발명에 따른 서보매니퓰레이터의 수직이송장치(500)는 다양한 형태의 서 보매니퓰레이터에 적용이 가능하며, 본 실시예는 천정이동 마스터-슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템 중 특히 슬레이브 서보매니퓰레이터 시스템에 적용된 형태를 예시한 것이다.

본 발명에 따른 서보매니퓰레이터의 수직이송장치(500)는, 크게 신축유닛(510), 구동유닛(520), 동력전달유닛(530), 수동전달유닛(540) 및 동력차단유닛(550)을 포함하여 구성된다.

상기 신축유닛(510)은 일단에 서보매니퓰레이터의 수평이송장치(270)가 연결되고 타단에 서보매니퓰레이터가 연결되며, 상하방향으로 신축이 가능한 구조로 이루어진다.

본 실시예에서는 상기 신축유닛(510)이 서보매니퓰레이터의 수평이송유닛(270)에 구비되는 고정부재(512)와, 상기 고정부재(512)의 하부에 상기 고정부재(512)와 상하방향으로 이동 가능하게 결합하며 하단에 서보매니퓰레이터가 장착되는 하나 이상의 이동부재(514)를 포함하여 구성된다.

하지만, 본 실시예와 달리 상기 신축유닛(510)은 상하방향으로 신축이 가능한 벨로우즈 형태로 이루어지는 등 다양하게 변형이 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 상기 이동부재(514)가 둘로 이루어진 형태를 예시하고있으나, 이동부재(514)가 다수 개로 구성되어 일반적인 안테나에서와 같이 겹겹이 내부로 끼워지는 형태로 이루어져, 길이방향으로 신축 가능한 범위를 확장시키는 것도 가능하다.

이와 함께, 고정부재(512)와 이동부재(514)의 단면이 사각형 등의 다각형으 로 이루어지거나, 고정부재(512)가 이동부재(514)의 내부로 끼워져서 상호 결합되는 등 다양한 형태로 변형이 가능하다.

상기 구동유닛(520)은 제어 신호를 인가받아 회전력을 발생시키는 역할을 수행하며, 서보모터(servomotor)와 감속기 등을 이용하여 구성될 수 있다.

상기 동력전달유닛(530)은 상기 구동유닛(520)에서 회전력을 전달받아 신축유닛(510)의 하부를 상하방향으로 이동시켜 신축유닛(510)의 길이를 변화시킨다. 상기 동력전달유닛(530)은 구체적으로 구동유닛(520)에서 발생한 회전력을 전달받아 회전하는 동력샤프트(531)와, 동력샤프트(531)의 회전운동을 상하방향의 병진운동으로 변환하여 신축유닛(510)에 전달하는 전환유닛(537)을 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 동력샤프트(531)는 구동유닛(520)에 연결된 구동기어(523), 아이들기어(535) 및 동력샤프트(531)의 종동기어(533)가 순차적으로 맞물리면서 동력을 전달받는 형태를 예시하고 있다.

그리고 상기 전환유닛(537)은 상기 동력샤프트(531)의 중앙부에 구비되는 체인 스프라킷(chain cprocket; 538))과, 상기 체인 스프라킷(538)에 걸쳐치며 일단이 신축유닛(510)의 하부에 연결되는 동력체인(539)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 동력체인(539)의 일단은 이동부재(514) 내부 일측에 연결되며, 동력샤프트(531) 상에 구비된 체인 스프라킷(538)의 회전운동에 의해 체인이 상하 방향으로 움직이게 되어 결과적으로 신축유닛(510)의 길이를 변화시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 수직이송장치(500)는, 상기 구동유닛(520)에 의한 구동과 별도로 외부에서 회전력을 인가받아 신축유닛(510)의 하부를 상하방향으로 이동시켜 신축유닛(510)의 길이를 변화시키는 수동전달유닛(540)을 더 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 상기 수동전달유닛(540)은, 수동회전축(541)과, 수동회전축(541)의 회전운동과 연계하여 동력샤프트(531)를 회전시키는 수동전달축(543)을 포함한다.

상기 수동회전축(541)은 상기 수직이송장치(500)의 외부로 노출된 형태로 구비되며, 끝단이 아이볼트 형태 등으로 이루어져 외부의 걸고리 등과 쉽게 결합하여 회전력을 전달하기 용이하게 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 수동전달축(543)은 상기 수동회전축(541)이 회전력을 전달받아 상기 동력샤프트(531)에 전달하는 역할을 수행하며, 본 실시예는 상기 수동회전축(541)과 수동전달축(543)이 베벨기어(bevel gear)로 이루어져 수직 회전축을 가진 수동회전축(541)의 회전력이 수평 회전축을 가진 수동전달축(543)으로 전달되는 형태로 이루어진다.

그리고 이러한 수동전달축(543)의 회전은 아이들기어(547)와, 동력샤프트(531)에 구비된 동력전달 기어(561)가 순차적으로 맞물리면서 동력샤프트(531)에 전달된다.

한편, 본 발명에 따른 수직이송장치(500)는, 동력전달유닛(530)과 수동전달유닛(540)의 동력전달 경로상에 동력차단유닛(550)이 구비된다.

본 실시예에서 상기 동력차단유닛(550)은, 구동유닛(520)에 의해 동력전달유닛(530)으로 회전력이 전달되는 경로 상에 구비되는 제1동력차단유닛(551)과, 수동전달유닛(540)에서 동력전달유닛(530)으로 회전력이 전달되는 경로 상에 구비되는 제2동력차단유닛(553)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1동력차단유닛(551)은 전원이 공급될 때 동력이 전달되고 전원이 차단될 때 동력이 차단되는 형태로 이루어지며, 반대로 제2동력차단유닛(553)은 전원이 공급될 때 동력이 차단되고 전원이 차단될 때 동력이 전달되는 형태로 이루어진다.

그리고 상기 동력차단유닛(550)은 코일에 전류가 인가되면 영구자석이 형성하는 자기장 내에서 코일에 유도력이 발생하고, 이러한 유도력에 의해 좌우 회전축 간에 동력이 전달하거나 차단하는 클러치(clutch) 형태인 것이 일반적이며, 이러한 동력차단유닛(550)의 구성은 당업자에게 잘 알려진 사항으로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 구성에 의해, 일반적인 정상 동작시에는 제1동력차단유닛(551)은 동력을 전달하고, 제2동력차단유닛(553)은 동력을 차단한다. 따라서, 구동유닛(520)에 의한 회전력은 동력샤프트(531)를 거쳐 최종적으로 전환유닛(537)에 의해 신축유닛(510)의 길이를 변화시키며 서보매니퓰레이터를 상하방향으로 이동시킬 수 있게 된다. 그리고 전원이 차단되는 경우에는 제1동력차단유닛(551)은 구동유닛(520)과 단절되며, 제2동력차단유닛(553)은 동력을 전달하게 된다. 이에 따라, 수동전달유닛(540)의 회전력은 동력샤프트(531)를 거쳐 전환유닛(537)에 의해 신축 유닛(510)의 길이를 변화시키게 된다.

이와 같이, 제1,2동력차단유닛(551, 553)은 전원의 공급에 대응하여 동력을 전달/차단함으로써, 필요에 따라 구동유닛(520)에 의한 동력과 외부에서 인가된 동력을 선택적으로 사용하며, 전환유닛(537)으로 전달되는 동력의 구동원을 변화시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 서보매니퓰레이터의 수직이송장치(500)는 전환유닛(537)으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되며, 상기 서보매니퓰레이터 및 신축유닛의 자중에 의해 서보매니퓰레이터가 낙하되는 것을 방지하는 낙하방지유닛(560)을 더 포함하여 구성된다.

상기 낙하방지유닛(560)은 다양한 형태로 구현이 가능하며, 본 실시예에서는 상기 낙하방지유닛(560)은 도 3에 도시된 바와 같이 한쪽 방향으로만 회전을 시키도록 하는 래칫(ratchet) 구조로 이루어진 형태를 예시하고 있다.

상기 낙하방지유닛(560)은, 구체적으로 상기 전환유닛(537)으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되는 동력전달 기어(561)와, 상기 동력전달 기어와 동축상에 제공되는 래칫 기어(ratchet gear; 563a, 563b)와, 상기 래칫 기어와 동축상에 제공되며 자중에 의한 낙하방향 회전력으로 상기 래칫 기어에 접촉하여 동력전달 기어(561)와 래칫 기어(563a, 563b)를 압착하여 일체로 회전하게 하는 누름판(567a, 567b)과, 상기 래칫 기어(563a, 563b)의 일정 방향 회전운동을 차단하는 스토퍼(565a, 565b)를 포함한다.

이와 함께, 본 실시예는 상기 래칫 기어 (563a, 563b), 누름판(567a, 567b) 및 스토퍼(565a, 565b)가 한 쌍으로 이루어지며, 상기 동력전달 기어(561) 의 좌우 양 측면에 구비되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 래칫 구조의 원리를 설명하면 다음과 같다.

체인 스프라킷(538)에 걸쳐진 동력체인(539)에는 이동부재(514)가 연결되어 있으며, 상기 이동부재(514)의 하단에는 서보매니퓰레이터가 장착되어 있다. 따라서 상기 동력체인(539)에는 상기 이동부재(514) 및 서보매니퓰레이터의 자중에 의해 하측으로 지속적인 힘이 걸리게되며, 이러한 힘은 체인 스프라킷(538)이 구비된 동력샤프트(531)를 회전시키려는 회전력으로 작용한다. 상기 낙하방지유닛(560)은 이러한 회전력을 상기 스토퍼에 구속하여 서보매니퓰레이터의 낙하를 방지하게 된다.

래칫 구조와 관련하여, 우선 동력샤프트(531) 상에는 나사산이 형성되어 있고, 누름판(567a, 567b)에는 이에 대응되는 나사홈이 형성되어 있다. 여기서, 톱날이 형성된 래칫 기어(563a, 563b)의 중심에는 상기 동력샤프트(531)의 축경보다 큰 홀이 형성되어 있어, 자유롭게 회전 및 이동이 가능하도록 구성된다.

따라서, 볼스크류의 동작과 같이 동력샤프트(531)가 회전하면 한 쌍의 누름판(567a, 567b) 중 제1누름판(567a)이 제1래칫 기어 (563a)가 구비된 방향으로 조여지며, 이에 따라 제1래칫 기어(563a)와 동력전달 기어(561)의 측면을 강하게 압착하여, 상기 래칫 기어(563a)와 동력전달 기어(561)를 일체화시키게 되고, 제 1 래칫 기어 (563a)는 제1스토퍼(565a)에 의해 회전이 방지되어 최종적으로 동력전달 기어(561)의 회전운동을 저지할 수 있게 된다.

이동부재(514)와 서보매니퓰레이터의 자중에 의한 동력샤프트(531)의 회전력이 항상 낙하하는 방향으로 발생되는데, 이 회전력은 동시에 제1누름판(567a)이 제1래칫 기어(563a)과 동력전달 기어(561)를 면접촉에 의한 마찰이 생기도록 조이는 힘을 발생시키며, 하중이 무거울수록 그 힘은 커진다.

한편, 수동전달유닛(540)에 의해 수동으로 핸들을 조작시키는 경우 회전력은 기어를 통해 직접 동력전달 기어(561)를 회전시키므로 제1누름판(567a)이 조여지는 현상은 일어나지 않는다. 수동으로 핸들을 돌리다 힘을 주지 않으면 서보매니퓰레이터와 이동부재의 자중에 의한 동력샤프트(531)의 회전력이 발생되고 이는 제1누름판(567a)의 조임을 유발하여 동력샤프트(531)의 회전이 방지된다.

그리고 제2누름판(567b)는 제1누름판(567a)과 동력샤프트(531)의 회전에 따라 동일한 방향으로 움직이기 때문에, 동력샤프트(531)의 회전방향에 따라 제1누름판(567a)이 제1래칫 기어(563a)를 압착하여 동력전달 기어(561)와 일체화되면 제2누름판(567b)는 제2래칫 기어(563b)와 이격된 상태가 되며, 반대로 제1누름판(567a)이 제1래칫 기어(563a)와 이격된 상태가 되면 제2누름판(567b)는 제2래칫 기어(563b)를 압착하여 동력전달 기어(561)과 일체화되게 된다.

따라서, 제2누름판(567b), 제2래칫 기어(563b) 및 제2스토퍼(565b)에 의해 동력샤프트의 반대방향으로의 급격한 회전을 방지할 수 있게 된다.

도 6를 참조하여, 본 발명에 따른 천정이동 서보매니퓰레이터의 수직이송장치(500)의 변형예를 설명하면 다음과 같다.

본 변형예의 기본적인 구성은 상술한 실시예와 동일하다. 즉, 서보매니퓰레 이터의 수직이송장치(500)는 신축유닛(510), 구동유닛(520), 동력전달유닛(530), 수동전달유닛(540) 및 동력차단유닛(550)을 포함하여 구성된다. 다만, 본 변형예는 수동전달유닛(540)에 의한 동력전달구조가 변형되었다.

구체적으로, 낙하방지유닛(660)이 동력샤프트(531)상에 구비되는 대신 중간의 아이들축(641)상에 구비되며, 동력샤프트(531)는 상기 아이들축(641)과 기어(647, 679)에 의해 동력이 전달되어 회전하는 구조로 이루어진다.

상술한 일 실시예는 체인 스프라킷(538)과 동력전달 기어(561)가 직접 연결되어 있어 이동부재(514)와 서보매니퓰레이터의 자중에 의한 토크가 상기 동력전달 기어(561)에 직접 전달되는 구조이며, 수동전달유닛(540)에서 수동전달축(543)을 회전시키는 힘을 줄이기 위하여 동력전달 기어(561)의 크기가 제1기어와 아이들기어보다 크게 형성된 구조로 이루어진다. 이러한 구조적인 특징에 따라, 낙하를 저지하기 위한 토크를 낙하방지유닛(560)이 모두 받게 되어, 구동조건에 따라 낙하방지유닛(560)의 구성요소, 특히 스토퍼(565a, 565b)가 파손될 위험이 있다.

또한, 갑작스런 충격 등에 의한 마찰열에 의해 누름판(567a, 567b), 래칫기어(561a, 561b), 동력전달 기어(561)들이 고착화될 수 있는 가능성도 존재한다.

본 변형예는 낙하방지유닛(660)을 아이들축(641) 상에 구비하고, 아이들축(641)과 동력샤프트(531)의 회전을 기어로 전달함으로써, 낙하방지유닛(660)이 받는 토크를 두 동력전달 기어(647, 649)의 기어비를 조절하여 줄일 수 있게 된다.

다음으로, 상기와 같은 구성을 가지는 천정이동 서보매니퓰레이터의 수직이송장치(500)의 동력전달과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 정상운전시 구동유닛(520)에 의해 서보매니퓰레이터의 높이를 조절하는 과정을 설명한다.

우선, 정상운전시 제어신호를 인가받아 구동유닛(520)에서 회전력이 발생한다. 이렇게 발생된 회전력은 구동유닛(520)에 결합된 구동기어와 아이들기어 및 종동기어를 차례로 거치면서 동력샤프트(531)에 전달되어, 동력샤프트(531)가 회전한다. 그리고 동력샤프트(531)상에 구비된 전환유닛(537)의 체인 스프라켓은 동력샤프트(531)와 함께 회전하며, 체인 스프라켓에 걸쳐진 동력체인(539)을 상하방향으로 구동시킨다. 이때, 제1동력차단장치에는 전원이 공급되어 동력을 전달할 수 있는 상태가 되며, 반대로 제2동력차단장치에는 전원이 공급되어 동력이 차단된 상태가 된다.

한편, 상기 동력체인(539)의 일단은 이동부재(514)와 연결되어 있어, 동력체인(539)의 움직임에 따라 이동유닛이 상하방향으로 이동하게 되어, 신축유닛(510)의 길이를 변화시키게 된다. 그리고 신축유닛(510)의 끝단에는 서보매니퓰레이터가 장착되어 있어, 최종적으로 서보매니퓰레이터의 높이를 조절할 수 있다.

다음으로, 회부의 회전력을 인가받아 서보매니퓰레이터의 높이를 조절하는 과정을 설명한다.

외부로 노출된 수동회전축(541)에 적절한 걸고리를 이용하여 회전력을 인가함으로써 수동회전축(541)을 회전시킨다. 그리고 수동회전축(541)은 베벨기어에 의해 수동전달축(543)에 회전력을 전달하며, 이러한 수동전달축(543)의 회전은 수동기어, 아이들기어 및 래칫 기어(561)를 순차적으로 거치며 동력샤프트(531)에 회전 력을 전달한다. 그리고 동력샤프트(531)상에 구비된 전환유닛(537)의 체인 스프라켓은 동력샤프트(531)와 함께 회전하며, 체인 스프라켓에 걸쳐진 동력체인(539)을 상하방향으로 구동시킨다.

이때, 제1동력차단장치에는 전원공급이 차단되어 동력이 차단된 상태가 되며, 반대로 제2동력차단장치에는 전원공급이 차단되어 동력 전달 상태가 된다.

그리고 동력체인(539)의 일단은 이동부재(514)와 연결되어 있어, 동력체인(539)의 움직임에 따라 이동유닛이 상하방향으로 이동하게 되어, 신축유닛(510)의 길이를 변화시키고, 최종적으로 서보매니퓰레이터의 높이를 수동으로 조절할 수 있게된다.

한편, 전환유닛(537)으로 동력이 전달되는 경로상에는 낙하방지유닛(560)이 구비되어 있어, 구동유닛(520)에 걸리는 전원이 갑자기 중단되는 경우 등에 있어서 서보매니퓰레이터와 이동유닛의 자중에 의해 체인 스프라킷(538)에 급격환 회전력이 발생하게 되면, 체인 스프라킷(538)과 결합된 동력샤프트(531)는 일시적으로 급격한 회전운동이 발생한다.

이러한 동력샤프트(531)의 회전에 따라 누름판(567a, 567b) 중 어느 하나가 래칫 기어(563a, 563b)가 구비된 방향으로 조여지며, 이에 해당하는 래칫 기어(563a, 563b)와 동력전달 기어(561)의 측면을 강하게 압착한다. 이에 따라, 누름판(567a, 567b)에 의해 압착되는 래칫 기어(563a, 563b)와 동력전달 기어(561)를 일체화시키게 되고, 래칫 기어(563a, 563b)는 이에 대응하는 스토퍼(565a, 565b)에 의해 회전이 방지되어 최종적으로 동력전달 기어(561)의 회전운동을 저지하게 된 다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치는 다음과 같은 효과가 있다.

외부로 노출되는 수동조작유닛을 구비함으로써, 구동모터가 고장이 나거나 구동모터에 공급되는 전원이 차단되는 경우와 같은 비상시에 서보매니퓰레이터를 수동으로 견인할 수 있는 이점이 있다.

이에 따라, 비상시에 핫셀에 위치하는 여러가지 장애물을 넘어 수리를 위한 공간으로 원활히 이동이 가능하며, 서보매니퓰레이터를 탈부착하기 위하여 탈착대에도 쉽게 안착시킬 수 있는 이점이 있다.

둘째, 갑작스럽게 전원이 차단되는 등의 상황에서 서보매니퓰레이터가 급격하게 하부로 낙하되는 현상에 의해 매니퓰레이터가 파손되거나, 서보매니퓰레이터를 지지하는 여러가지 구조물에 충격을 주는 현상을 방지하여 서보매니퓰레이터 시스템의 내구성을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (14)

1. 일단은 천정이동 서보매니퓰레이터의 수평이송장치에 연결되고 타단은 서보매니퓰레이터에 연결되며, 상하방향으로 신축 가능한 신축유닛;

   제어 신호를 인가받아 회전력을 발생시키는 구동유닛;

   상기 구동유닛에서 회전력을 전달받아 상기 신축유닛의 하부를 상하방향으로 이동시켜 상기 신축유닛의 길이를 변화시키는 동력전달유닛;

   외부에서 회전력을 인가받아 상기 신축유닛의 하부를 상하방향으로 이동시켜 상기 신축유닛의 길이를 변화시키는 수동전달유닛; 및

   상기 동력전달유닛과 수동전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되어, 상기 신축유닛으로의 동력전달을 선택적으로 차단하는 동력차단유닛;

   을 포함하여 구성되는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 서보매니퓰레이터는, 작업자가 조정하는 마스터 서보매니퓰레이터 시스템의 신호를 전달받아 작업환경에서 상기 마스터 서보매니퓰레이터 시스템의 움직임을 모사하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 신축유닛은,

   상기 천정이동 서보매니퓰레이터의 수평이송장치에 구비되는 고정부재; 및

   상기 고정부재의 하부에 상하방향으로 이동가능하게 결합하며, 하단에 서보매니퓰레이터가 장착되는 이동부재;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 고정부재와 이동부재는 중공관 형태로 이루어지며, 상기 고정부재와 이동부재는 어느 하나가 나머지 하나의 내부에 끼워져서 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 동력전달유닛은,

   상기 구동유닛에서 발생한 회전력을 전달받아 회전운동하는 동력샤프트; 및

   상기 동력샤프트의 회전운동을 상하방향으로의 병진운동을 변환하여 상기 신축유닛에 전달하는 전환유닛;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전환유닛은,

   상기 동력샤프트 상에 구비되는 체인 스프라킷(chain cprocket); 및

   상기 체인 스프라킷에 걸쳐치며, 일단이 상기 신축유닛의 하부에 연결되는 동력체인;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 수동전달유닛은,

   외부로 노출되어 있으며, 외부의 회전력을 인가받아 회전하는 수동회전축; 및

   상기 수동회전축의 회전운동과 연계하여 상기 동력샤프트를 회전시키는 수동전달축;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 동력차단유닛은 상기 동력전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되는 제1동력차단유닛과 상기 수동전달유닛의 동력전달 경로상에 구비되는 제2동력차단유닛을 포함하며, 상기 제1동력차단유닛과 제2동력차단유닛 중 어느 하나가 동력을 전달하는 상태일 때 나머지 하나는 동력을 차단하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1동력차단유닛은 전원이 인가되면 동력을 전달하고 전원이 차단되면 동력을 차단하며, 상기 제2동력차단유닛은 전원이 인가되면 동력을 차단하고 전원이 차단되면 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
10. 제5항에 있어서,

    상기 전환유닛으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되어 상기 신축유닛의 신축과 연계한 회전운동을 선택적으로 차단함으로써, 상기 신축유닛의 급격한 낙하를 방지하는 낙하방지유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 낙하방지유닛은,

    상기 전환유닛으로 동력이 전달되는 경로상에 구비되는 동력전달 기어;

    상기 동력전달기어와 동축상에 제공되는 래칫 기어(ratchet gear);

    상기 동력전달 기어와 동축상에 제공되며, 자중에 의해 낙하하는 방향으로 발생되는 토크로 상기 래칫 기어와 접촉하여 상기 동력전달 기어와 래칫 기어를 압착하여 일체로 회전하게 하는 누름판; 및

    상기 래칫 기어의 일정 방향 회전운동을 저지하는 스토퍼;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 래칫 기어, 누름판 및 스토퍼는 상기 동력전달 기어에 한 쌍으로 이루어져, 상기 동력전달 기어의 양 측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
13. 제10항에 있어서,

    상기 낙하방지유닛은 상기 동력샤프트 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.
14. 제10항에 있어서,

    상기 낙하방지유닛은 상기 수동전달유닛에서 상기 동력샤프트로 동력이 전달되는 경로상에 구비되는 것을 특징으로 하는 천정이동 서보매니퓰레이터 수직이송장치.

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