KR101811948B1

KR101811948B1 - 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇

Info

Publication number: KR101811948B1
Application number: KR1020160064941A
Authority: KR
Inventors: 이재열; 전광우; 홍성호; 정구봉
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-12-26
Also published as: KR20170134826A

Abstract

본 발명은 로봇의 구동모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇에 관한 것이다. 이를 위해, 서보모터(630); 서보모터(630)를 구동하기 위한 구동회로부(660); 서보모터(630)와 구동회로부(660)를 둘러싸는 구동기프레임(615); 서보모터(630)를 냉각하기 위한 모터냉각부(635); 및 구동회로부(660)를 냉각하기 위한 구동회로냉각부(690);가 제공된다.

Description

냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇{Driving Module with a Cooling means, Shaft Driving Device Therewith and Robot Using Thereof}

본 발명은 로봇의 구동모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇에 관한 것이다.

용접 로봇은 자동차, 조선, 해양플랜트, 에너지산업 등 그 적용 시장이 확대되고 있고, 용접의 특성상 밀폐되거나 협소한 구역(예 : 박스 거더) 등을 포함하는 복잡한 구조물 내부에서의 용접을 포함하고 있다.

이러한 용접을 인력으로 수행하는 경우 작업자의 높은 숙련도를 요구할 뿐만 아니라 밀폐 환경, 아크열과 가스로 인한 고온이 안전사고의 원인이 되고 작업피로도를 높이는 요인이 되었다.

따라서, 종래에는 좁은 협소 공간에 용접 로봇을 투입하여 용접을 수행하곤 하였다. 즉, 투입된 로봇은 별도로 설치된 레일, 파이프 또는 H-빔 등을 따라 이동하면서 용접을 하였는데, 이를 위해 사전에 레일, 파이프 또는 H-빔 등을 설치해야 했고, 작업이 완료된 후에는 사후적으로 레일, 파이프 또는 H-빔 등을 철거해야 하는 번거로움이 컸다.

아울러, 좁은 공간에서의 용접작업은 용접 아크열과 좁은 공간의 폐쇄성으로 인해 80℃ 이상의 고온 분위기를 형성하고, 로봇이나 관련장비는 100℃ 이상으로 가열되어 고장의 원인이 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 중간중간에 용접작업을 중단하고 냉각을 시키거나 선풍기, 송풍팬으로 공간 전체를 강제 냉각하면서 용접하곤 하였다. 이와 같은 작업 방식은 작업 속도가 느리고, 선풍기, 송풍팬의 강한 바람이 용접 품질에 직접적인 영향을 주는 단점이 있다.

특히, 로봇 아암을 동작시키는 구동모듈(예 : 서보모터)은 가장 뜨거운 아크열에 근접되고, 지속적으로 반복 동작하기 때문에 내부열이 누적되어 과열되곤 하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 협소공간 내에 지속적인 용접작업을 수행할 수 있도록 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 구동모듈중 발열이 많은 모터부분과 구동회로부분을 독립적으로 냉각할 수 있는 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은, 규격화된 구동모듈을 임의 갯수만큼 연결하여 복수 자유도의 로봇의 아암을 구성할 수 있는 냉각수단이 설치된 구동모듈, 이를 포함하는 축구동장치 및 이를 이용한 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서보모터(630); 서보모터(630)를 구동하기 위한 구동회로부(660); 서보모터(630)와 구동회로부(660)를 둘러싸는 구동기프레임(615); 및 구동기프레임(615)내에 설치되는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈이 제공된다.

그리고, 서보모터(630)는 중공형 회전축(620)과 중공형 모터(630)를 갖는 서보모터인 것이 바람직하다.

아울러, 구동기프레임(615)내에는 감속기가 더 구비되는 것이 바람직하다.

냉각수단은, 서보모터(630)를 냉각하기 위한 모터냉각부(635); 및 구동회로부(660)를 냉각하기 위한 구동회로냉각부(690);중 적어도 하나를 포함하는 것이 가장 바람직하다.

모터냉각부(635)는, 서보모터(630)를 둘러싸고, 내부의 냉각홀로 냉각유체가 유동하며 열교환하는 냉각홀블록(634); 냉각홀블록(634)의 양측면에 조립되는 상부커버(631)와 하부커버(637); 및 냉각홀블록(634)과 연통되는 유입커넥터(639)와 유출커넥터(638);를 포함할 수 있다.

냉각홀블록(634)과 상부커버(631) 사이에 구비되어 냉각유체의 누설을 방지하는 제 1 고무패드(633); 와 냉각홀블록(634)과 하부커버(637) 사이에 구비되어 냉각유체의 누설을 방지하는 제 2 고무패드(636);중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

구동회로냉각부(690)는, 일면이 구동회로부(660)에 밀착되는 제 1 냉각판(691); 제 1 냉각판(691)의 타면에 설치되고, 내부에 유로(697)를 갖는 냉각유로블록(696); 및 유로(697)와 연통되어 냉각유체의 유입 및 유출을 가능하게 하는 제 1 커넥터(693)과 제 2 커넥터(694);를 포함할 수 있다.

냉각유로블록(696)은 냉각유체의 누설을 방지하기 위해 고무패드(692)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 냉각유로블록(696)의 타면에 설치되는 제 2 냉각판(695)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 실시예로서, 전술한 바에 따른 제 1 구동모듈(820); 및 일단에 제 1 구동모듈(820)이 수용되는 제 1 모듈수용부(810)가 형성되고, 일단과 다른 각도를 형성하는 타단에 제 2 구동모듈(840)이 수용되는 제 2 모듈수용부(830)가 형성되며, 제 1, 2 모듈수용부(810, 830)를 상호 연결하는 연결아암(605)을 포함하는 하우징(610);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 축구동장치에 의해 달성될 수 있다.

제 1 모듈수용부(810)과 제 2 모듈수용부(830)의 중심축선은 상호 직각을 형성하는 것이 바람직하다.

하우징(610)은, 제 1 구동모듈(820)의 일부를 개방할 수 있도록 제 1 모듈수용부(810)에 형성된 제 2 커버(608); 및 제 2 구동모듈(840)의 일부를 개방할 수 있도록 제 2 모듈수용부(830)에 형성된 제 3 커버(531);중 적어도 하나를 더 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 실시예로서, 전술한 바에 따른 복수의 축구동장치(800)를 연속적으로 연결한 로봇 아암(500)을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 해양 플랜트의 박스 거더(L:W:H = 1m×1m×1m)와 같은 좁은 협소공간 내에서 지속적인 용접작업을 수행할 수 있다. 이로 인해, 작업 속도가 빠르고, 과열로부터 로봇과 각종 기기를 보호할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 고가의 핵심부품인 구동모듈을 효과적으로 냉각시킬 수 있기 때문에 성능향상, 수명연장 등의 효과가 있다.

또한, 규격화된 구동모듈을 임의 갯수만큼 연결하여 복수 자유도의 로봇의 아암을 구성할 수 있다. 따라서, 다양한 작업환경이나 작업조건에 맞는 로봇을 신속하고 편리하게 설계, 제작할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 박스 거더(10)와 같은 협소공간내에 투입되어 용접을 하는 이동형 로봇의 상태도,
도 2는 도 1에 도시된 이동형 로봇의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 이동형 로봇중 로봇아암(500)의 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 로봇아암(500)중 구동모듈(600)의 부분 확대도,
도 5는 도 3에 도시된 로봇아암(500)중 고정축아암(530)의 부분 단면도,
도 6은 도 4에 도시된 구동모듈(600)의 반단면 사시도,
도 7은 도 6중 모터냉각부(635)의 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 모터냉각부(635)의 분해사시도,
도 9는 도 6중 구동회로냉각부(690)의 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 구동회로냉각부(690)의 분해사시도,
도 11은 본 발명에 따른 구동모듈이 적용된 축구동장치(800)의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

본 출원에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

로봇의 전체 구성

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 박스 거더(10)와 같은 협소공간내에 투입되어 용접을 하는 이동형 로봇의 상태도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이동형 로봇의 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 해양 플랜트에서 사용하는 철재 박스 거더(10)는 가로×세로×높이 = 1m×1m×1m 인 협소 공간이다. 이와 같이 협소한 공간내에 로봇을 투입하여 박스 거더(10)의 모서리 영역을 용접하게 된다(도 1의 용접비드(5) 참조).

모바일 베이스(100)는 박스 거더(10)의 좁은 바닥면상에서 자유롭이 이동, 회전할 수 있도록 구성되고, 측면에는 토오치 교환장치(300)와 치즐교환장치(400) 및 와이어 커터(700)를 구비하며, 상면에는 6축 아암(즉, 6자유도의 개별 축 제어가 가능함을 의미)(500)이 착탈 가능하게 구성된다.

와이어 커터(700)는 용접을 시작하기 전에 토오치(310)에 노출된 용접 와이어의 길이를 일정하게 하도록 절단하는 장치이다. 용접중에는 용접 와이어가 자동으로 공급되지만 용접이 한번 완료될 때마다 와이어 커터(700)를 이용하여 용접 와이어의 길이를 일정하게 절단해 준다.

로봇 아암의 구성

도 3은 도 2에 도시된 이동형 로봇중 로봇아암(500)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 모바일 베이스(100)의 상면에는 아암(500)의 착탈 연결을 위한 베이스 연결구(130)가 형성되어 있고, 아암(500)의 제 1 축아암(510) 일측 단부가 삽입되어 결합된다. 제 1 축아암(510)의 타측단부에는 제 2 축아암(520)이 연결되고, 제 2 축아암(520)의 타측 단부에는 고정축아암(530)의 일단이 연결된다. 고정축아암(530)의 타단에는 제 3 축아암(540)의 일단이 연결되고, 제 3 축아암(540)의 타단에는 제 4 축아암(550)의 일단이 연결된다. 제 4 축아암(550)의 타단에는 제 5 축아암(560)의 일단이 연결되고, 제 5 축아암(560)의 타단에는 제 6 축아암(570)의 일단이 연결된다. 그리고, 제 6 축아암(570)의 타단에는 매니퓰레이터(580)가 연결된다. 각 축은 내장된 서보모터를 통해 각 아암의 회전각을 제어할 수 있음을 의미한다.

비록, 도 2와 같은 본 발명의 실시예에서, 로봇의 아암(500)은 제 1 축아암(510), 제 2 축아암(520), 고정축아암(530), 제 3 축아암(540, 제 4 축아암(550), 제 5 축아암(560), 제 6 축아암(570)이 일련되도록 연결되었으나, 고정축아암(530)은 임의의 축 사이에 연결되도록 설계를 변경할 수 있고, 필요에 따라 생략할 수도 있다.

아울러, 본 실시예의 로봇 아암(500)은 6축 제어로 구성되었으나 설계자의 필요에 따라 2축, 3축, 4축, 5축 제어로 아암의 일부를 생략할 수 있고, 같은 방식으로 7축, 8축 등으로 연장할 수도 있다.

도 2 및 도 3의 로봇 아암(500)은 제 1 축아암(510)에서 지지되는 외팔보 형태이므로 제 1 축아암(510)에서 상대적으로 가장 큰 모멘트가 작용하고, 제 6 축아암(570)에서 상대적으로 제일 작은 모멘트가 작용한다. 따라서, 제 1 축아암(510)내의 구동모터(미도시)는 상대적으로 가장 큰 정격용량을 갖는 모터로 설계하고, 제 6 축아암(570)내의 구동모터(미도시)는 상대적으로 가장 작은 정격용량을 갖는 모터로 설계한다. 예를 들어, 제 1 축아암(510)내의 구동모터는 대형으로서 144 Watt의 정격출력, 0.727 Nm의 정격토오크, 160 : 1의 감속비를 갖는 사양으로 설계하고, 제 2, 3, 4, 5축아암(520, 540, 550, 560)의 구동모터는 중형으로서 114 Watt의 정격출력, 0.415 Nm의 정격토오크, 160 : 1의 감속비를 갖는 사양으로 설계하고, 제 6 축아암(570)내의 구동모터는 소형으로서 114 Watt의 정격출력, 0.415 Nm의 정격토오크, 120 : 1의 감속비를 갖는 사양으로 설계한다.

고정축아암(530)은 회전이 필요하지 구간에 설치하여 아암의 길이를 연장하고 자유도를 억제하는 역할을 한다.

매니퓰레이터(580)는 제공되는 공압의 온/오프 동작에 따라 토오치, 치즐 등을 잡거나 놓아 버릴 수 있다.

구동모듈의 구성

도 4는 도 3에 도시된 로봇아암(500)중 구동모듈(600)의 부분 확대도이고, 도 6은 도 4에 도시된 구동모듈(600)의 반단면 사시도이다. 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 중공의 회전축(620)이 길이 방향으로 설치되고, 이를 회전시키기 위한 회전력을 발생시키는 중공형 모터(630)와 모터 케이스(632)가 둘레에 일체로 설치된다. 모터 케이스(632)의 둘레에는 모터(630)를 냉각시키기 위한 모터냉각부(635)가 구비된다. 이러한 모터(630)는 서보모터(630)라고도 칭한다.

브레이크(640)는 모터(630)의 일측에 구비되어 회전축(620)을 원하는 위치에서 멈추도록 한다. 하모닉 드라이브(650)는 중공형 모터(630)의 회전력을 큰 감속비로 회전축(620)에 전달한다. 이러한 연결을 위해 크로스 롤러베어링(655)이 게재된다.

토크센서(675)는 하모닉 드라이브(650) 인근에 설치되어 회전축(620)의 토크를 감지한다. 엔코더(680)는 회전축(620) 인근에 설치되어 회전축(620)의 상대 회전각과 회전속도를 감지한다.

통신부(670)는 회전축(620)의 단부 영역에 설치되어 구동모듈(600)을 제어하기 위한 각종 제어신호와 센서 신호 등이 전송되거나 수신되며, 전원도 공급받는다.

구동프레임(615)은 원통형 구동모듈(600)의 외부를 구성하는 부품으로서, 앞서 설명한 구동모듈(600)의 구성요소가 구동프레임(615)의 내부에 수용된다.

구동회로부(660)는 입력된 제어명령과 센서신호에 기초하여 모터(630)의 제어를 수행하는 구성요소이다. 이러한 구동회로부(660)는 발열이 심하고, 열에 취약하며, 과열되었을 때 제어가 불가능하거나 화재의 염려까지 있다. 따라서, 구동회로냉각부(690)는 구동회로부(660)에 최대한 가깝게 설치되어 구동회로부(660)를 냉각시키는 기능을 한다.

절대각센서(662)는 구동회로부(660)중 회전축(620) 인근에 설치되어 회전축(620)의 절대회전각을 측정한다.

하우징(610)은 앞서 설명한 구동모듈(600)이 수용되는 공간으로 로봇 아암(500)의 외관을 구성한다. 도 4에 도시된 하우징(610)은 중앙을 기준으로 상하가 분리되어 있으며, 내부 구동모듈(605)의 회전에 따라 분리된 상하 하우징(610)이 상대 회전을 일으킨다.

제 1 커버(607)는 회전축(620)의 일단 근처에서 하우징(610)을 개방할 수 있도록 한다. 제 1 커버(607)가 개방되면 통신부(670)가 노출되어 필요한 인터페이스, 입력, 관리, 수리 등이 용이해진다. 제 2 커버(608)는 회전축(620)의 타단 근처에서 하우징(610)을 개방할 수 있도록 한다. 제 2 커버(608)가 개방되면 구동회로부(660)가 노출되어 필요한 인터페이스, 입력, 관리, 수리 등이 용이해진다.

연결아암(605)은 하우징(610)과 일체로 성형되며 또 다른 구동모듈(600)과 연결하는 기능을 한다.

도 5는 도 3에 도시된 로봇아암(500)중 고정축아암(530)의 부분 단면도이다. 고정축아암(530)은 앞서 설명한 바와 같이, 회전이 필요하지 구간에 설치하여 아암의 길이를 연장하고 자유도를 억제하는 역할을 한다. 하우징(537)은 중앙의 고정브라켓(535)에 분리되지 않도록 고정되며, 상대 회전을 일으키지 않도록 2개의 고정로드(533)가 고정브라켓(535)과 제 3 커버(531) 사이 그리고 고정브라켓(535)과 제 4 커버(532) 사이에 연결된다. 즉, 로봇아암(500)의 연속적 연결을 위해 고정축아암(520)의 양측에도 연결아암(605)이 각각 형성되어 있다.

모터냉각부의 구성

이하에서는 전술한 구동모듈(600) 내에 설치된 모터냉각부(635)의 구성에 대해 도 7과 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 7은 도 6중 모터냉각부(635)의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 모터냉각부(635)의 분해사시도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각홀블록(634)은 서보모터(630)와 모터케이스(632)를 둘러싸고 밀착되고, 내부의 냉각홀(642)로 냉각유체가 유동하며 열교환을 한다. 냉각홀블록(634)은 열전도율이 좋은 금속으로 제작되는 것이 바람직하며, 구리, 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 냉각홀(642)의 유로는 나선, 지그재그 등 어떠한 것이라도 무방하나 단면적이 높을수록 열교환에 유리하다.

상부커버(631)와 하부커버(637)는 냉각홀블록(634)의 양측면에 조립되어 냉각홀(642)에 의한 유로를 완성한다. 상부커버(631)는 냉각홀블록(634)을 통과한 냉각유체를 되돌리는 역할을 하고, 하부커버(637)는 유입커넥터(639)로 진입한 냉각유체를 분배하고, 되돌아오는 냉각유체를 유출커넥터(638)로 배출하는 구조를 갖는다.

제 1 고무패드(633)는 냉각홀블록(634)과 상부커버(631) 사이에 삽입되어 냉각유체의 유출을 방지하고, 제 2 고무패드(636)는 냉각홀블록(634)과 하부커버(637) 사이에 삽입되어 냉각유체의 유출을 방지한다.

구동회로냉각부의 구성

도 9는 도 6중 구동회로냉각부(690)의 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 구동회로냉각부(690)의 분해사시도이다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 냉각판(691)은 구동회로부(660)에 밀착되어 구동회로부(660)에서 발생하는 고온의 열을 냉각시킨다. 이를 위해 제 1 냉각판(691)은 열전도율이 높은 금속으로 제작되며, 구리, 알루미늄 등을 포함한다. 제 2 냉각판(695)은 축선방향에서 중공형 모터(630) 쪽을 향한다.

제 1, 2 냉각판(691, 695) 사이에는 냉각유로블록(696)이 위치한다. 냉각유로블록(696)의 일측에는 냉각유체의 유입을 위한 제 1 커넥터(693)가 형성되고, 타측에는 냉각유체의 유출을 위한 제 2 커넥터(694)가 형성된다. 냉각유로블록(696)의 내부에는 동심의 원형, 나선형 등 다양한 형상의 유로(697)가 형성될 수 있다. 고무패드(692)는 유로(697)에서 냉각유체의 유출을 막는 역할을 한다.

본 실시예에서의 냉각유체는 물 또는 공기 등이 될 수 있고, 모터냉각부와 구동회로냉각부는 직렬 또는 병렬로 연결되어 냉각유체의 폐회로를 구성할 수 있다. 아울러, 냉각유체의 순환을 위해 필요한 장치(예 : 펌프, 물탱크, 방열장치 등)는 모바일 베이스(100)에 설치되어 있다.

축 구동장치의 구성

도 11은 본 발명에 따른 구동모듈이 적용된 축구동장치(800)의 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 축구동장치(800)는 일단에 제 1 구동모듈(820)이 수용되는 제 1 모듈수용부(810)가 형성되고, 타단에 제 2 구동모듈(840)이 수용되는 제 2 모듈수용부(830)가 형성된다. 제 1, 2 구동모듈(820, 840)은 앞서 도 4와 도 6에 설명한 구동모듈이며, 동일한 사양일 수도 있도, 상이한 모터 사양일 수도 있다.

이러한 제 1, 2 모듈수용부(810, 830)는 도 11에 도시된 바와 같이 축선방향이 상호 직각을 형성하도록 구성된다. 연결아암(605)은 이와 같은 제 1, 2 모듈수용부(810, 830)를 연결하는 중공의 아암이다.

제 2 커버(608)는 제 1 구동모듈(820)의 일단을 개방할 수 있도록 하우징(610)중 제 1 모듈수용부(810)에 형성된다. 제 2 커버(608)는 쉽게 착탈 가능하여 필요시 개방하여 수리, 관리, 점검, 배선 등에 활용할 수 있다.

제 3 커버(531)는 제 2 구동모듈(840)의 일단을 개방할 수 있도록 하우징(610)중 제 2 모듈수용부(830)에 형성된다. 제 3 커버(531)는 쉽게 착탈 가능하여 필요시 개방하여 수리, 관리, 점검, 배선 등에 활용할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 축구동장치(800)는 제 1, 2 모듈수용부(810, 830)가 형성된 하우징(610) 및 제 1 모듈수용부(810)에 수용된 제 1 구동모듈(820)로 구성될 수 있다. 도 11에서 점선으로 표시된 제 2 구동모듈(840)은 인접한 축구동장치의 구동모듈이나 추가로 조립될 구동모듈을 나타낸다.

즉, 도 11과 같은 축구동장치(800), 하우징(610), 독립된 구동모듈 등을 연속적으로 조립하여 도 1 또는 도 2와 같은 다축(예 6축)의 로봇아암(500)을 구성할 수 있다.

실시예의 용접준비 동작 및 용접 동작

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 구체적인 동작 방법을 설명하도록 한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 용접 준비를 위해 모바일 베이스(100)와 로봇 아암(500)을 분리한다. 모바일 베이스(100)는 약 25 Kg의 중량이고, 로봇 아암(500)은 약 15 Kg의 중량이다. 따라서, 조립된 상태의 약 40 Kg을 한번에 박스 거더(10)내에 투입하기는 어려우나 분리되었을 때에는 손쉽게 투입하여 조립할 수 있는 장점이 있다.

그 다음, 모바일 베이스(100)에 전력, 제어 신호선, 공압 등을 연결하면 용접 준비가 완료된다. 4개의 바퀴(110)를 구동 및 조향 제어하여 원하는 위치로 모바일 베이스(100)를 이동시킨 후, 6축의 아암(500)을 제어하여 미리 프로그램된 용접라인을 따라 용접작업을 수행한다. 각 바퀴(110)는 개별 회전과 조향이 가능하므로 협소 공간 내부에서 최소의 회전반경으로 목표 위치에 도달할 수 있다.

그 다음, 매니퓰레이터(580)에 토오치(310)를 끼운후 와이어 커터(700)에서 용접와이어의 길이를 일정하게 절단하여 용접을 시작한다. 용접은 일회에 끝날 수도 있고, 다중 용접(Multi-Path)을 수행할 수도 있다. 그리고, 용접작업이 완료되면, 모바일 베이스(100)와 로봇아암(500)을 분리하여 박스 거더(10) 밖으로 꺼낸다.

모터냉각부의 동작

이하에서는 모터냉각부(635)의 동작에 대해 도 7과 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 냉각매체는 물인 경우를 기준으로 설명되나 이는 공기인 경우를 배제하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 먼저, 별도의 냉각수관(미도시)을 통해 유입커넥터(639)로 유입되는 냉각수는 하부커버(637)를 통해 분산된 후 냉각홀블록(634)에서 몇개의 냉각홀(642)을 통과하면서 열교환을 한다.

그 뒤, 상부커버(6310)에 모인 냉각수는 또 다른 냉각홀(642)을 통해 하부커버(637)와 유출커넥터(638)를 통해 유출된다. 이와 같은 유동이 계속되면서 냉각홀블록(634)은 차가운 금속 상태를 유지하게 되고, 냉각홀블록(634)에 밀착된 중공형 모터(630)는 과열되지 않고 일정한 온도에서 계속 동작할 수 있게 된다.

도 1과 도 2에서 도시된 바와 같은 6축의 구동모듈(600)이 사용되는 경우 냉각수관(미도시)은 6개의 구동모듈(600)을 직렬 또는 병렬로 순환하면서 냉각 동작을 수행한다.

구동회로냉각부의 동작

이하에서는 구동회로냉각부(690)의 동작에 대해 도 9와 도 10을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 냉각매체는 물인 경우를 기준으로 설명되나 이는 공기인 경우를 배제하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 먼저, 별도의 냉각수관(미도시)을 통해 제 1 커넥터(693)로 유입되는 냉각수는 냉각유로블록(696)을 통해 유동하면서 열교환을 한다. 그 뒤, 열교환을 마친 냉각수는 제 2 커넥터(694)를 통해 유출된다. 이러한 열교환이 계속되면서 제 1, 2 냉각판(691, 695)은 차갑게 냉각되고, 제 1 냉각판(691)에 밀착되어 있는 구동회로부(660)는 과열되지 않고 일정한 온도에서 계속 동작할 수 있게 된다.

비록 본 실시예에서는 물을 이용한 냉각만을 설명하였으나 공기를 이용한 냉각도 가능하며, 구동모듈 별로, 또는 냉각 용량별로 수냉식과 공냉식을 혼용하여 사용할 수도 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

5 : 용접 비드,
10 : 박스 거더,
100 : 모바일 베이스,
110 : 바퀴,
130 : 베이스 연결구,
300 : 토오치 교환장치,
400 : 치즐 교환장치,
500 : 로봇 아암,
510 : 제 1 축아암,
520 : 제 2 축아암,
530 : 고정축아암,
531 : 제 3 커버,
532 : 제 4 커버,
533 : 고정로드,
534 : 고정로드,
535 : 고정브라켓,
537 : 하우징,
540 : 제 3 축아암,
550 : 제 4 축아암,
560 : 제 5 축아암,
570 : 제 6 축아암,
580 : 매니퓰레이터,
600 : 구동모듈,
605 : 연결아암,
607 : 제 1 커버,
608 : 제 2 커버,
610 : 하우징,
615 : 구동기 프레임,
620 : 회전축,
630 : 중공형 모터,
631 : 상부커버,
632 : 모터케이스,
633 : 제 1 고무패드,
634 : 냉각홀블록,
635 : 모터냉각부,
636 : 제 2 고무패드,
637 : 하부커버,
638 : 유출커넥터,
639 : 유입커넥터,
640 : 브레이크,
642 : 냉각홀,
645 : 고무링,
650 : 하모닉 드라이브,
655 : 크로스롤러베어링,
660 : 구동회로부,
662 : 절대각센서,
670 : 통신부,
675 : 토크센서,
680 : 엔코더,
690 : 구동회로냉각부,
691 : 제 1 냉각판,
692 : 고무패드,
693 : 제 1 커넥터,
694 : 제 2 커넥터,
695 : 제 2 냉각판,
697 : 유로,
700 : 와이어 커터,
800 : 축구동장치,
810 : 제 1 모듈수용부,
820 : 제 1 구동모듈,
830 : 제 2 모듈수용부,
840 : 제 2 구동모듈.

Claims

서보모터(630);
상기 서보모터(630)를 구동하기 위한 구동회로부(660);
상기 서보모터(630)와 상기 구동회로부(660)를 둘러싸는 구동기프레임(615); 및
상기 구동기프레임(615)내에 설치되는 냉각수단을 포함하고,
(i) 상기 냉각수단은,
상기 서보모터(630)를 냉각하기 위한 모터냉각부(635); 및
상기 구동회로부(660)를 냉각하기 위한 구동회로냉각부(690);를 포함하고,
(ii) 상기 모터냉각부(635)는,
상기 서보모터(630)를 둘러싸고, 내부의 냉각홀로 냉각유체가 유동하며 열교환하는 냉각홀블록(634);
상기 냉각홀블록(634)의 양측면에 조립되는 상부커버(631)와 하부커버(637); 및
상기 냉각홀블록(634)과 연통되는 유입커넥터(639)와 유출커넥터(638);를 포함하고,
(iii) 상기 구동회로냉각부(690)는,
일면이 상기 구동회로부(660)에 밀착되는 제 1 냉각판(691);
상기 제 1 냉각판(691)의 타면에 설치되고, 내부에 유로(697)를 갖는 냉각유로블록(696); 및
상기 유로(697)와 연통되어 냉각유체의 유입 및 유출을 가능하게 하는 제 1 커넥터(693)과 제 2 커넥터(694);를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 서보모터(630)는 중공형 회전축(620)과 중공형 모터(630)를 갖는 서보모터인 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 구동기프레임(615)내에는 감속기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 냉각홀블록(634)과 상기 상부커버(631) 사이에 구비되어 상기 냉각유체의 누설을 방지하는 제 1 고무패드(633); 와
상기 냉각홀블록(634)과 상기 하부커버(637) 사이에 구비되어 상기 냉각유체의 누설을 방지하는 제 2 고무패드(636);중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 냉각유로블록(696)은 상기 냉각유체의 누설을 방지하기 위해 고무패드(692)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각유로블록(696)의 타면에 설치되는 제 2 냉각판(695)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수단이 설치된 구동모듈.
제 1, 2, 3, 6, 8, 9 항중 어느 한 항에 의한 제 1 구동모듈(820); 및
일단에 상기 제 1 구동모듈(820)이 수용되는 제 1 모듈수용부(810)가 형성되고, 상기 일단과 다른 각도를 형성하는 타단에 제 2 구동모듈(840)이 수용되는 제 2 모듈수용부(830)가 형성되며, 상기 제 1, 2 모듈수용부(810, 830)를 상호 연결하는 연결아암(605)을 포함하는 하우징(610);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 축구동장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 모듈수용부(810)과 상기 제 2 모듈수용부(830)의 중심축선은 상호 직각을 형성하는 것을 특징으로 하는 축구동장치.
제 10 항에 있어서,
상기 하우징(610)은,
상기 제 1 구동모듈(820)의 일부를 개방할 수 있도록 상기 제 1 모듈수용부(810)에 형성된 제 2 커버(608); 및
상기 제 2 구동모듈(840)의 일부를 개방할 수 있도록 상기 제 2 모듈수용부(830)에 형성된 제 3 커버(531);중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축구동장치.
제 10 항에 따른 복수의 축구동장치(800)를 연속적으로 연결한 로봇 아암(500)을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇.