KR101229025B1 - 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매니퓰레이터(Manipulator)가 장착된 로봇 플랫폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속도로 및 고속화 도로에서 고장 및 사고 차량을 신속히 수거할 수 있는 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼은 사고 차량 또는 고장 차량이 탑재될 데크와; 상기 데크 상에 장착되며, 제1 회전관절과, 제2 회전관절 및, 프리즘관절로 구성된 SCARA(Sele1ctive Compliance Assembly Robot Arm)형 매니퓰레이터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼은 다관절식 매니퓰레이터를 사용하여 교통 혼잡성에 상관없이, 사고 또는 고장 차량들을 신속히 갓길로 이동시킬 수 있어, 차량 사고나 고장에 기인한 고속도로 정체 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Description

다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼{ROBOT PLATFORM WITH A MULTI-JOINT MANIPULATOR}

본 발명은 매니퓰레이터(Manipulator)가 장착된 로봇 플랫폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속도로 및 고속화 도로에서 고장 및 사고 차량을 신속히 수거할 수 있는 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼에 관한 것이다.

일반적으로, 고속도로나 고속화도로에서 차량 고장 시, 운전자의 갓길 주차가 가능한 경미한 고장 상태의 경우에는 큰 문제가 되지 않으나, 고속도로 차선 중간에서 차량의 운행이 불가능하여 차량을 세워야하는 심각한 차량 고장 또는 사고 시, 해당 차량들이 주 도로에서 갓길로 옮겨 지기 전까지, 교통의 흐름에 큰 지장을 주며, 장시간의 교통 정체로 이어진다.

이러한 사고 차량들의 처리를 위해 현재 수행되고 있는 통상적인 절차는 다음과 같다. 먼저 주변 운전자로부터 전화 연락을 통해 교통 통제부서에 접수되고, 교통 통제 부서에서 사고 지점에 접근이 용이한 인근의 렉커(Wrecker) 업체에 연락을 한다. 그 후 사고 현장에 렉커가 도착하여, 해당 차량을 갓길로 견인하는 절차를 행하는 것으로 알려져 있다.

이러한 렉커는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 이루어지는데, 통상 렉커(10)의 데크(12)에는 유압시스템에 의해 360°자유롭게 회전되고 다수의 아암(14)이 각각의 실린더(15)에 의해 신축기능을 갖는 통상의 픽업용 크레인(16)을 구비하고 있으며, 상기 픽업용 크레인(16)의 아암(14) 끝단에 360°회전되는 회전실린더(18)가 설치되어있고 이 회전실린더(18)의 축에서 하부로 연장된 수직부재(20)의 하단에는 좌우로 동일한 길이를 갖는 수평부재인 행거(22)가 장착되어있다.

상기 행거(22)에는 수직부재(20)를 중심으로 좌우에 각각 하나의 포크(24)가 설치되어 있으며, 이 포크(24)는 좌우로 이동 가능함은 물론 핀(26)을 중심으로 제약 없이 접히는 구성인 슬라이더(23)상에 마련된다. 또한, 상기 포크(24)의 상면에는 사고나 고장 차량의 차체를 들어올릴 때 해당 차량의 차체의 손상을 방지하기 위한 고무시트(28)가 마련되어 있다.

그런데, 이러한 렉커는 사고 현장의 접근성이 어려운 1차선에서의 차량 고장 또는 사고에는 교통을 통제한 상황에서 해당 사고 차량에 렉커가 접근하여 견인한 후 갓길로 이송시키는데, 많은 시간이 소요될 수 있다.

또한, 해당 사고 차량이 전복되어, 옆으로 눕거나 뒤집힌 경우에는, 별도의 장비인 크레인 등을 이용하여 전복된 차량을 원래의 상태로 되돌린 후에야, 견인이 가능하기에, 견인 처리가 완료될 때까지 극심한 교통혼잡을 야기하며, 대기하고 있는 차량 운전자들의 시간적 낭비, 정신적 스트레스 등을 유발시킨다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 차량 사고 접수 후 사고 현장에 도착하여, 교통 혼잡성에 상관 없이 해당 사고 차량 또는 고장 차량들의 빠른 수습(갓길 이동)에 적합한 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼은 사고 차량 또는 고장 차량이 탑재될 데크와; 상기 데크 상에 장착되며, 제1 회전관절과, 제2 회전관절 및, 프리즘관절로 구성된 SCARA(Sele1ctive Compliance Assembly Robot Arm)형 매니퓰레이터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프리즘관절의 하단부에는 측면이 자기장 차폐 물질로 도포되었으며, 끝부분에는 충격흡수재가 부착된 엔드-이펙터(End-Effector)가 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼은 조작자의 수작업에 의해, 신호를 발생시키는 태그(Tag)를 사고 차량에 부착시키며; 매니퓰레이터의 제1 회전관절의 회전운동과 제2 회전관절의 회전운동으로 상기 태그와 수평면에서 일정 오차 범위 내에 정렬이 되도록 상기 매니퓰레이터를 자동 이동시키며; 하단에 엔드-이펙터가 장착된 프리즘관절을 Z축 방향으로 하강시키며; 상기 프리즘관절의 Z축 이동을 정지시키며; 전자력을 발생시켜 상기 엔드-이펙터를 상기 사고 차량에 부착시키며; 상기 전자력을 유지한 채, 상기 엔드-이펙터를 Z축 이송량만큼 상승시키며; 상기 전자력을 유지한 채, 상기 제1 회전관절의 회전운동과 제2 회전관절의 회전운동으로, 상기 매니퓰레이터를 초기 위치로 복귀시키는 자동화 시퀀스를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼은 다관절식 매니퓰레이터를 사용하여 교통 혼잡성에 상관없이, 사고 또는 고장 차량들을 신속히 갓길로 이동시킬 수 있어, 차량 사고나 고장에 기인한 고속도로 정체 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 견인용 렉커를 개략적으로 나타낸 정면도.
도 2는 도 1의 행거부의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 개략도.
도 4는 도 3의 엔드-이펙터(End-Effector)의 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 적용례 도시도.
도 7은 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 자동화 시퀀스 흐름도.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 개략도이며, 도 4는 도 3의 엔드-이펙터의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 적용례 도시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 자동화 시퀀스 흐름도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼(30)은 사고 차량 또는 고장 차량(61)이 탑재될 데크(33)와; 상기 데크(33) 상에 제1 회전관절(31-1)과, 제2 회전관절(31-2) 및, 프리즘관절(31-3)로 구성된 SCARA(Sele1ctive Compliance Assembly Robot Arm)형 매니퓰레이터(31)로 이루어진다.

상기 SCARA형 매니퓰레이터(31)의 상기 제1 회전관절(31-1) 및 제2 회전관절(31-2)은 360°회전가능하며, 상기 프리즘관절(31-3)은 상ㆍ하로 이동가능하다.

또한, 상기 SCARA형 매니퓰레이터(31)의 작업영역(Work-Space)은 수평방향으로 전방 갓길, 측방 1차선 도로까지 도달할 수 있도록 고안되었다. 따라서, 추돌 사고 등으로 전방 갓길에 정지해 있는 고장 차량 또는 사고 차량(61)의 수거는 물론, 2차선, 1차선에 정지해 있는 고장 차량 또는 사고 차량의 수거가 용이하다.

또한, 상기 SCARA형 매니퓰레이터(31)는 작동이 불필요한 일반적인 주행 및 높이 제한이 있는 고속도로 진입의 경우, 상기 매니퓰레이터(31)의 상기 제1 회전관절(31-1)이 상기 데크(33)쪽으로 내려앉아, 높이에 제약을 받지 않으면서 일반적인 주행에 방해가 되지 않도록 구성되었다.

여기서, 상기 프리즘관절(31-3)에는 엔드-이펙터(End-Effector, 32)가 장착되어 있으며, 이러한 엔드-이펙터에 의해, 사고 차량 또는 고장 차량(61)이 옆으로 전복되거나 완전히 뒤집혀 전복되더라도 상기 매니퓰레이터(31)는 해당 사고 차량 또는 고장 차량(61)을 보다 수월하게 데크(33)에 탑재시킬 수 있다.

이제, 도 4를 참조하여, 상기 엔드-이펙터(32)를 보다 상세히 살펴보기로 한다.

상기 엔드-이펙터(32)는 전류를 흘렸을 때만 자기력을 발생시키는 전자석이며, 그 측면은 자기장 차폐처리가 되어 있다. 또한, 상기 엔드-이펙터(32)는 사고 차량 또는 고장 차량(61)의 수거시, 해당 차량(61)의 프레임 외형에 손상이 가지 않도록 끝부분에 탄성변형이 되는 고무나 우레탄과 같은 충격흡수재(41)가 부착되었다.

이러한 충격흡수재(41)로 인해, 전자력이 발생되어 사고 차량 또는 고장 차량(61)을 수거하기 위해, 상기 엔드-이펙터(32)를 해당 차량(61)에 부착시켜 상기 데크(33)에 탑재를 하더라도, 해당 차량(61)에 큰 충격이 가지 않도록 쇼크업소버(Shock-Absorber) 기능, 즉, 스프링댐퍼(Spring-Damper) 기능을 수행할 수 있도록 하였다.

또한, 이러한 충격흡수재(41)로 인해 추가적으로 얻을 수 있는 효과는 고장난 차량이나 전복되지 않은 사고 차량(61)에 상기 엔드-이펙터(32)를 부착할 시에, 해당 차량(61)의 상단 프레임 형태나 곡선의 구배(勾配; Gradient) 등에 상관없이 부착할 수 있다.

또한 추돌 사고로 인해 옆으로 전복(90°전복)되거나 완전히 전복(180°전복)되어도, 상기 엔드-이펙터(32)가 부착될 수 있다.

또한, 상기 엔드-이펙터(32)의 측면에 자기장 차폐 물질로 도포함으로써, 해당 사고 차량(61)에 상기 엔드-이펙터(32)를 부착하여 데크(33)에 탑재한 채 이동하더라도, 해당 차량(61) 및 주변 차량에 미치는 전자기력의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 엔드-이펙터(32)의 설계 시, 전자석이 해당 차량(61)의 중량으로 인한 중력을 충분히 극복할 수 있도록, 설계 단계에서 에어갭(Air Gap; 본원에선 전자석 끝단과 부착시키고자 하는 차량 간 거리)과 스프링댐퍼(본원에선, 고무나 우레탄의 두께) 및 전자석의 단면적을 선정하며, 고정된 에어갭, 단면적 및 권선수 등을 바탕으로 해당 사고 차량(61)의 무게에 따라 상이한 전자기력을 발생시키도록 전류량을 조절할 수 있다. 즉, 이론적으로 차량별 중력 이상의 전자기력이 가해지면, 상기 엔드-이펙터(32)에 부착시켜 들어올릴 수 있다.

이하, 식(1)은 말굽형 전자석의 전자기력을 나타낸다.

(1)

여기서, F는 전자기력, μ는 투자율, A는 전자석의 단면적, I는 전류, δ은 에어갭, N은 권선수를 나타낸다. 널리 공지된 바와 같이, 전자기력은 전류의 제곱에 비례하고, 에어갭의 제곱에 반비례한다.

본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼(30)은 조작자의 수작업으로 해당 고장 차량 또는 사고 차량(61)에 상기 엔드-이펙터(32)를 접근ㆍ부착시켜, 해당 차량(61)을 회수하는 작업이 가능하며, 조작자의 개입을 최소화하는 자동화 시퀀스도 가능하다.

이하에, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼의 자동화 시퀀스의 예를 설명하고자 한다.

1) 신호를 발생시키는 태그(Tag)를 대상 차량에 부착(조작자의 수작업).

2) 매니퓰레이터(31)의 제1 회전관절(31-1)의 회전운동과 제2 회전관절(31-2)의 회전운동으로 태그와 수평면에서 일정 오차 범위 내에 정렬이 되도록 매니퓰레이터(31)의 자동 이동.

3) 하단에 엔드-이펙터(32)가 장착된 프리즘관절(31-3)이 Z축 방향으로 하강.

4) 엔드-이펙터(32)의 끝단에 부착된 터치센서(도시되지 않음)가 온되면, 프리즘관절(31-3)의 Z축 이동 정지(여기서, 상기 터치센서는 탈부착이 가능함).

5) 전자력을 발생시켜 엔드-이펙터(32)를 해당 차량(61)에 부착.

6) 전자력을 유지한 채, 3)의 엔드-이펙터(32)를 Z축 이송량 만큼 상승.

7) 전자력을 유지한 채, 2)의 작업을 역으로 반복하여, 제1 회전관절(31-1)의 회전운동과 제2 회전관절(31-2)의 회전운동으로, 매니퓰레이터(31)를 초기 위치로 복귀.

8) 바닥이 충격흡수가 가능한 쿠션으로 덮혀진 탑재 공간으로 엔드-이펙터(32)를 Z축 방향으로 하강하고 전자력을 해제.

단, 여기서, 전자기력에 약한 태그와 터치센서는 전자기력을 발생시키는 5) 작업 전에 회수.

이제, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼(30)은 대형 충돌 및 추돌 사고와 같이 다수의 차량의 수거가 필요한 경우에 적합하도록, 데크(33)의 후단에 추가 데크(51)를 장착시킬 수 있으며, 상기 데크(33)와 후단의 추가 데크(51) 간에는 컨베이어 장치가 적용될 수 있다.

여기서, 설명의 간소화를 위해, 상기 데크(33)와 후단의 보조 데크(51) 간에 배치된 컨베이어 장치나, 기타 해당 고장 차량 또는 사고 차량(61)을 고정시키는 부속장치에 관한 설명은 생략하였다.

비록, 본 발명의 실시 예에선, 전술한 바와 같은 컨베이어 장치나 부속장치가 도시되지 않았더라도, 이러한 컨베이어 장치나 부속장치는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면, 특별한 어려움 없이도 추가시킬 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에선, 제1 회전관절(31-1)과, 제2 회전관절(31-2) 및, 프리즘관절(31-3)로 이루어진 SCARA형 매니퓰레이터(31)가 도시되었으나, 이러한 회전관절의 갯수는 제한되지 않음은 물론이다.

또한, 본 발명의 실시 예에선, 엔드-이펙터(32)가 장착된 프리즘관절(31-3)이 사용되었으나, 다른 거치형 장치가 사용된 프리즘관절이 사용될 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 렉커 12, 33: 데크
14: 아암 15: 실린더
16: 크레인 18: 회전실린더
20: 수직부재 22: 행거
23: 슬라이더 24: 포크
26: 핀 28: 고무시트
30: 로봇 플랫폼 31: 매니퓰레이터
31-1: 제1 회전관절 31-2: 제2 회전관절
31-3: 프리즘관절 32: 엔드-이펙터
41: 충격흡수재 51: 보조 데크

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 조작자의 수작업에 의해, 신호를 발생시키는 태그(Tag)를 사고 차량에 부착시키며;
   매니퓰레이터의 제1 회전관절의 회전운동과 제2 회전관절의 회전운동으로 상기 태그와 수평면에서 일정 오차 범위 내에 정렬이 되도록 상기 매니퓰레이터를 자동 이동시키며;
   하단에 엔드-이펙터가 장착된 프리즘관절을 Z축 방향으로 하강시키며;
   상기 프리즘관절의 Z축 이동을 정지시키며;
   전자력을 발생시켜 상기 엔드-이펙터를 상기 사고 차량에 부착시키며;
   상기 전자력을 유지한 채, 상기 엔드-이펙터를 Z축 이송량만큼 상승시키며;
   상기 전자력을 유지한 채, 상기 제1 회전관절의 회전운동과 제2 회전관절의 회전운동으로, 상기 매니퓰레이터를 초기 위치로 복귀시키는 자동화 시퀀스를 구비하는 것을 특징으로 하는 다관절식 매니퓰레이터가 장착된 로봇 플랫폼.

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