KR101667274B1 - 백히팅용 케이블 로봇 - Google Patents

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권순도
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김상준
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Abstract

케이블에 가해지는 장력이 풀어지더라도 케이블이 윈치 드럼에서 이탈하는 것을 차단할 수 있도록 안전 장치를 구비한 백히팅용 케이블 로봇이 개시된다. 백히팅용 케이블 로봇은 지면에 안착되는 베이스와, 상기 베이스에 수직 방향으로 연장 설치되는 프레임부와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터와, 상기 프레임부에 지지되어 엔드 이펙터에 연결되는 다수의 케이블과, 상기 케이블의 길이를 조절하는 다수의 윈치를 포함하며, 케이블이 감겨있는 윈치의 드럼에는 케이블을 드럼의 중심축 방향으로 가압하여 케이블의 이탈을 방지하는 가이드 롤러를 구비한다.

Description

백히팅용 케이블 로봇{CABLE ROBOT FOR BACK HEATING}
본 발명은 백히팅용 케이블 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 건조 시 강판의 필렛 용접 후 발생하는 변형을 방지하고 잔류 응력을 제거하기 위해 용접 이면부에 토치로 가열 작업을 수행하는 백히팅용 케이블 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 강판의 필렛(Fillet) 용접 후 변형이 발생하며, 이러한 변형을 방지하고 잔류 응력을 제거하기 위해 용접 이면부에 토치로 가열하는 백히팅(Back heating) 작업을 수행하게 된다.
이 경우, 턴오버가 불가능한 블록의 경우 수직면에 대해 가열을 실시하는데, 작업 높이가 5m 이상되는 높은 위치에는 발판을 설치해야 하는 번거로움이 있으며, 장시간 가열 작업으로 인해 작업자의 근골격계 질환의 위험이 높다.
즉, 수직 백히팅의 경우 대부분 수작업으로 수행되며, 곡직사의 숙련도에 따라 작업 품질의 편차가 크다. 약 1m 간격으로 작업을 해야 하며, 높은 위치에는 발판을 설치해야 하므로 작업시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 자동 백히팅 장치의 경우 오토 캐리지를 이용한 방식이 있으나, 수직 백히팅에서는 낙하 위험이 있어 매우 위험하므로 거의 사용되지 않고 있는 실정이다.
선 출원된 대한민국 등록특허공보 제10-1529228호(2015.06.10)에는 고소 작업 시 안정성을 높여 낙하 위험을 줄인 백히팅용 케이블 로봇이 개시된바 있다. 도 1은 종래의 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 정면도이고, 도 2는 종래의 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 백히팅용 케이블 로봇(100)은 지면에 안착되는 베이스(110)와, 상기 베이스(110)에 수직 방향으로 연장 설치되는 프레임부(120)와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터(150)와, 상기 프레임부(120)에 지지되어 엔드 이펙터(150)에 연결되는 다수의 케이블(141)(142)과, 상기 케이블(141)(142)의 길이를 조절하는 다수의 윈치(180)를 포함하여 이루어진다.
윈치(180)는 4개로 구성되며, 베이스(110)에 구비된다. 상기 윈치(180)를 통해 케이블(141)(142)의 길이를 조절함에 따라 엔드 이펙터(150)를 이동시킨다. 베이스(110)의 하부에는 캐스터(111)가 구비되어, 베이스(110)가 지면에 대해 주행 및 고정 가능하게 구성된다. 아울러, 베이스(110)에는 슬라이드형 아웃트리거(170)를 설치하여, 협소 공간에 진입 시 장치의 폭을 최대한 좁혀도 전복 방지를 효과적으로 수행하게 된다. 베이스(110)의 일 측에는 정션 박스 및 제어 패널(160)이 구비된다.
프레임부(120)는 베이스(110)에 고정되는 제1 프레임(121)과, 상기 제1 프레임(121)의 상부에 높이 조절 가능하게 연결되는 제2 프레임(122)으로 구성된다. 제1 프레임(121)은 바(Bar) 형상으로 이루어져, 한 쌍이 베이스(110)에 수직으로 연장 설치된다. 제2 프레임(122)은 바 형상으로 이루어지며, 제1 프레임(121)의 상부에 슬라이딩 가능하게 연결된다.
제2 프레임(122)에는 수직 방향으로 다수의 높이 조정용 홀(123)이 이격 형성되며, 높이 고정 핀(124)을 통해 제1 프레임(121)과 제2 프레임(122)은 서로 구속되어 고정된다. 제2 프레임(122)의 상부에는 한 쌍의 제2 프레임(122)을 서로 연결하는 상측 지지 프레임(125)이 고정된다. 이러한 구성을 통해, 프레임부(120)는 정면도 상에서 대략 4각 형을 이루는 단일의 프레임 구조를 갖는다.
프레임부(120)에는 도르레(130)가 구비되고, 일부 케이블(141)이 도르레(130)를 통해 엔드 이펙터(150)에 연결된다. 즉, 도르레(130)는 한 쌍이 구비되며, 각각 제2 프레임(122)의 상측에 구비된다. 케이블은 일 측이 윈치(180)에 연결되고 타 측이 도르레(130)를 지나 엔드 이펙터(150)의 상부 양측에 연결되는 제1 케이블(141)과, 일 측이 윈치(180)에 연결되고 타 측이 엔드 이펙터(150)의 하부 양측에 연결되는 제2 케이블(142)로 구성된다.
종래의 백히팅용 케이블 로봇(100)은 엔드 이펙터(150)의 정밀한 위치 제어를 위해 케이블이 일정한 간격으로 윈치 드럼에 감겨 있어야 한다. 엔드 이펙터(150)의 위치 제어시 케이블에 매우 큰 장력이 가해지기 때문에, 갑작스러운 정전이나 비상 정지 시에는 순간적으로 장력이 줄어들어 케이블이 윈치 드럼에서 이탈하는 문제점이 있다. 케이블은 사람 손이 닿지 않는 협소한 공간에 설치되므로, 케이블이 윈치 드럼에서 이탈하는 경우 되감기가 매우 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 브레이크가 내장된 전동기를 사용할 수 있으나, 케이블 로봇은 매우 큰 장력으로 구동되는 반면에 모터에 내장된 브레이크는 동작 시 시간 지연이 있으므로 브레이크만으로 케이블의 풀림 문제를 원천적으로 해결하는 것은 어려움이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1529228호(2015.06.10)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 케이블에 가해지는 장력이 풀어지더라도 케이블이 윈치 드럼에서 이탈하는 것을 차단할 수 있도록 안전 장치를 구비한 백히팅용 케이블 로봇을 제공한다.
본 발명에 따른 백히팅용 케이블 로봇은 지면에 안착되는 베이스와, 상기 베이스에 수직 방향으로 연장 설치되는 프레임부와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터와, 상기 프레임부에 지지되어 엔드 이펙터에 연결되는 다수의 케이블과, 상기 케이블의 길이를 조절하는 다수의 윈치를 포함하며, 케이블이 감겨있는 윈치의 드럼에는 케이블을 드럼의 중심축 방향으로 가압하여 케이블의 이탈을 방지하는 가이드 롤러를 구비한다.
본 발명에 따른 백히팅용 케이블 로봇은 케이블의 이탈 및 풀어짐을 방지함으로써 비상 정지 시에도 시스템의 복구가 간편해지고, 케이블 드럼의 회전을 방해하지 않아 엔드 이펙터의 정밀한 위치 제어를 충실히 수행하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 정면도이고,
도 2는 종래의 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 평면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 정면도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 풀림 방지 장치를 도시한 사시도이며,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 풀림 방지 장치를 도시한 정면도이고,
이하 첨부된 도면에 따라서 백히팅용 케이블 로봇의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백히팅용 케이블 로봇을 도시한 정면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백히팅용 케이블 로봇(500)은 지면에 안착되는 베이스(510)와, 베이스(510)에 수직 방향으로 연장 설치되는 프레임부(520)와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터(550)와, 프레임부(120)에 지지되어 엔드 이펙터(550)에 연결되는 다수의 케이블(541)(542)과, 케이블(541)(542)의 길이를 조절하는 다수의 윈치(580)를 포함한다.
윈치(580)는 4개로 구성되며, 베이스(510)에 구비된다. 상기 윈치(580)를 통해 케이블(541)(542)의 길이를 조절함에 따라 엔드 이펙터(550)의 상하 및 좌우 이동을 제어한다. 베이스(510)의 하부에는 캐스터(511)가 구비되어, 베이스(510)가 지면에 대해 주행 및 고정 가능하게 구성된다. 아울러, 베이스(510)의 일 측에는 정션 박스 및 제어 패널(560)이 구비된다.
프레임부(520)는 베이스(510)에 고정되는 제1 프레임(521)과, 제1 프레임(521)의 상부에 높이 조절 가능하게 연결되는 제2 프레임(522)으로 구성된다. 제1 프레임(521)은 바(Bar) 형상으로 이루어져, 한 쌍이 베이스(510)에 수직으로 연장 설치된다. 제2 프레임(522)은 바 형상으로 이루어지며, 제1 프레임(521)의 상부에 슬라이딩 가능하게 연결된다.
제2 프레임(522)에는 수직 방향으로 다수의 높이 조정용 홀(523)이 이격 형성되며, 높이 고정 핀(524)을 통해 제1 프레임(521)과 제2 프레임(522)은 서로 구속되어 고정된다. 제2 프레임(522)의 상부에는 한 쌍의 제2 프레임(522)을 서로 연결하는 상측 지지 프레임(525)이 고정된다. 이러한 구성을 통해, 프레임부(520)는 정면도 상에서 대략 4각 형을 이루는 단일의 프레임 구조를 갖는다.
프레임부(520)에는 도르레(530)가 구비되고, 일부 케이블(541)이 도르레(530)를 통해 엔드 이펙터(550)에 연결된다. 즉, 도르레(530)는 한 쌍이 구비되며, 각각 제2 프레임(522)의 상측에 구비된다. 케이블은 일 측이 윈치(580)에 연결되고 타 측이 도르레(530)를 지나 엔드 이펙터(550)의 상부 양측에 연결되는 제1 케이블(541)과, 일 측이 윈치(580)에 연결되고 타 측이 엔드 이펙터(550)의 하부 양측에 연결되는 제2 케이블(542)로 구성된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 풀림 방지 장치를 도시한 사시도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 풀림 방지 장치를 도시한 정면도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백히팅용 케이블 로봇(500)은 케이블이 감겨있는 윈치(580)의 드럼(582)에 케이블에 가해지는 장력이 풀어지더라도 케이블이 드럼으로부터 이탈하는 것을 방지하는 케이블 이탈 방지 장치를 구비한다. 이하에서는, 케이블 이탈 방지 장치의 상세한 구성을 설명하기로 한다.
케이블 이탈 방지 장치는 윈치(580)의 드럼(582)에 가이드 롤러(620)를 구비한다. 가이드 롤러(620)는 케이블(541)을 드럼(582)의 중심축(581) 방향으로 가압하여 케이블의 이탈을 방지한다.
상기 가이드 롤러(620)는 드럼(582)의 외주면에서 이격되어 배치되고 드럼(582)과 나란하게 구비되어 축을 중심으로 회전 가능하게 구성된다. 가이드 롤러(620)는 드럼(582)의 외주면을 따라 다수개가 방사형으로 배치된다.
더욱 상세하게는, 케이블 이탈 방지 장치는 메인 프레임(610)과, 가이드 롤러 지지축(630)과, 가이드 롤러(620)와, 스프링(640)과, 제1 지지 플레이트(631) 및 제2 지지 플레이트(621)를 포함한다.
메인 프레임(610)은 베이스(510)에 고정 설치된다. 이 경우, 메인 프레임(610)은 드럼(582)과 일체로 이루어져 드럼(582)의 회전시 함께 회전되도록 구성되는 것도 가능하다.
가이드 롤러 지지축(630)은 소정의 길이를 갖는 원형 봉 형상으로 이루어지며, 메인 프레임(610)에 구비된다. 가이드 롤러 지지축(630)은 드럼(582)의 외곽에 둘레를 따라 방사형으로 다수개 배치된다. 가이드 롤러 지지축(630)은 드럼(582) 및 가이드 롤러(620)와 나란하게 배치된다. 가이드 롤러 지지축(630)은 가이드 롤러(620)가 드럼의 중심축 측으로 가압되도록 가이드 롤러(620)를 지지하는 기능을 한다.
가이드 롤러(620)는 소정의 길이를 갖는 원형 봉 형상으로 이루어지며, 메인 프레임(610)에 구비된다. 가이드 롤러(620)는 드럼(582)의 외곽에 둘레를 따라 방사형으로 다수개 배치된다. 가이드 롤러(620)는 드럼(582) 및 가이드 롤러 지지축(630)과 나란하게 배치된다. 드럼(582)의 외주면에서 외측으로 가이드 롤러(620)가 소정 간격 이격 배치되며, 가이드 롤러(620)의 외측에 가이드 롤러 지지축(630)이 소정 간격 이격 배치된다.
가이드 롤러(620)는 드럼(582)과 다른 축 상에서 회전 가능하게 구성되어, 드럼(582)의 회전을 방해하지 않는다.
스프링(640)은 가이드 롤러 지지축(630)과 가이드 롤러(620)의 사이에 구성되어, 가이드 롤러(620)를 드럼(582)의 중심축(581) 측으로 탄성 가압하는 기능을 한다. 스프링(640)은 용수철 스프링, 판 스프링 또는 그 밖의 다양한 형태의 스프링으로 구성될 수 있다.
제1 지지 플레이트(631) 및 제2 지지 플레이트(621)는 메인 프레임(610)에 구비된다. 제1 지지 플레이트(631)는 메인 프레임(610)에 고정 설치되며, 가이드 롤러 지지축(630)의 길이 방향을 따라 나란하게 연장 형성된다. 가이드 롤러 지지축(630)은 제1 지지 플레이트(631)에 연결된다. 이 경우, 가이드 롤러 지지축(630)은 제1 지지 플레이트(631)에 고정되거나 제1 지지 플레이트(631)에 축을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
아울러, 가이드 롤러(620)는 제2 지지 플레이트(621)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 지지 플레이트(631) 및 제2 지지 플레이트(621)가 반경 방향으로 가이드 롤러 지지축(630)과 가이드 롤러(620)의 사이에 배치된다. 스프링(640)은 제1 지지 플레이트(631)와 제2 지지 플레이트(621)의 사이에 개재된다. 즉, 드럼(582)의 외측에는 반경 방향을 따라 가이드 롤러(620), 제2 지지 플레이트(621), 스프링(640), 제1 지지 플레이트(631) 및 가이드 롤러 지지축(630)이 순서대로 배치된다.
이 경우, 제2 지지 플레이트(621)는 제1 지지 플레이트(631)에 대해 슬라이딩 가능하게 이루어진다. 제2 지지 플레이트(621)는 메인 프레임(610) 상에 반경 방향으로 슬라이딩 가능하게 이루어지며 가이드 롤러(620)는 제2 지지 플레이트(621)에 구비됨으로써, 스프링(640)의 탄성 가압시 제2 지지 플레이트(621)와 가이드 롤러(620)가 함께 드럼의 중심축 방향(반경 방향 내측)으로 슬라이딩 이동되거나, 탄성 가압 해제시 중심축 반대 방향(반경 방향 외측)으로 슬라이딩 이동된다. 예를 들어, 메인 프레임(610)에 반경 방향으로 가이드 홈을 형성하고, 제2 지지 플레이트(621)에 상기 가이드 홈을 따라 슬라이딩하는 가이드 돌출부를 형성하여, 제2 지지 플레이트(621)를 제1 지지 플레이트(631)에 대해 슬라이딩 가능하게 구성할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 백히팅용 케이블 로봇은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
500 : 백히팅용 케이블 로봇
510 : 베이스 511 : 캐스터
520 : 프레임부 521 : 제1 프레임
522 : 제2 프레임 523 : 높이 조절용 홀
524 : 높이 고정 핀 530 : 도르레
541,542 : 케이블 550 : 엔드 이펙터
580 : 윈치 581 : 중심축
582 : 드럼 610 : 메인 프레임
620 : 가이드 롤러 621 : 제2 지지 플레이트
530 : 가이드 롤러 지지축 531 : 제1 지지 플레이트
540 : 스프링

Claims (6)

  1. 지면에 안착되는 베이스(510)와, 상기 베이스(510)에 수직 방향으로 연장 설치되는 프레임부(520)와, 토치를 고정시키는 엔드 이펙터(550)와, 상기 프레임부(520)에 지지되어 엔드 이펙터(550)에 연결되는 다수의 케이블(541)(542)과, 상기 케이블(541)(542)의 길이를 조절하는 다수의 윈치(580)를 포함하는 백히팅용 케이블 로봇에 있어서,
    케이블이 감겨있는 윈치(580)의 드럼(582)에는 케이블을 드럼(582)의 중심축(581) 방향으로 가압하여 케이블의 이탈을 방지하는 가이드 롤러(620)를 구비하고, 상기 가이드 롤러(620)는 드럼(582)의 외주면을 따라 다수개가 방사형으로 배치되며,
    베이스(510)에 고정되는 메인 프레임(610)과, 상기 메인 프레임(610)에 구비되는 가이드 롤러 지지축(630) 및 상기 가이드 롤러 지지축(630)과 가이드 롤러(620)의 사이에 구성되어 가이드 롤러(620)를 드럼(582)의 중심축(581) 측으로 탄성 가압하는 스프링(640)을 포함하고,
    상기 메인 프레임(610)에 구비되는 제1 지지 플레이트(631) 및 제2 지지 플레이트(621)를 포함하고; 상기 가이드 롤러 지지축(630)은 제1 지지 플레이트(631)에 연결되며, 상기 가이드 롤러(620)는 제2 지지 플레이트(621)에 회전 가능하게 연결되고, 제1 지지 플레이트(631) 및 제2 지지 플레이트(621)가 반경 방향으로 가이드 롤러 지지축(630)과 가이드 롤러(620)의 사이에 배치되며, 상기 스프링(640)이 제1 지지 플레이트(631)와 제2 지지 플레이트(621)의 사이에 개재되고,
    상기 제1 지지 플레이트(631)는 메인 프레임(610)에 고정되며, 상기 제2 지지 플레이트(621)는 메인 프레임(610)에 반경 방향으로 슬라이딩 가능하게 연결되어, 제2 지지 플레이트(621)가 제1 지지 플레이트(631)에 대해 슬라이딩 가능한 것을 특징으로 하는 백히팅용 케이블 로봇.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 롤러(620)는 드럼(582)의 외주면에서 이격되어 배치되고 드럼(582)과 나란하게 구비되어 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 백히팅용 케이블 로봇.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020150135264A 2015-09-24 2015-09-24 백히팅용 케이블 로봇 KR101667274B1 (ko)

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WO2019208871A1 (ko) * 2018-04-25 2019-10-31 전남대학교산학협력단 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 이를 이용한 물류 관리 방법

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KR101052512B1 (ko) * 2008-05-13 2011-07-29 삼성중공업 주식회사 와이어의 정렬장치
KR101529228B1 (ko) 2014-07-04 2015-06-17 대우조선해양 주식회사 백히팅용 케이블 로봇

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