KR101842422B1

KR101842422B1 - 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터

Info

Publication number: KR101842422B1
Application number: KR1020160094848A
Authority: KR
Inventors: 이성욱; 서용칠; 정경민; 김창회; 최병선; 문제권
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-03-28
Also published as: KR20180012068A

Abstract

본 발명은 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 관한 것으로, 다른 구동모듈을 선회시키는 회전구동모듈과, 회전구동모듈에 탈착가능하게 결합되어 다른 구동모듈을 직선이동시키는 직선구동모듈, 및 툴을 물어 잡는 그리퍼를 작동시키는 그리퍼 구동모듈을 포함한다. 본 발명에 의하면 유압모터를 사용하여 고하중의 작업툴을 취급하면서도 정밀하게 회전각을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 부품들을 모듈화함으로써 구현하고자 하는 작업의 특성에 따라 가변적으로 조합하여 구성할 수 있게 된다.

Description

고방사선 내 작업용 매니퓰레이터{ MANUPULATOR FOR WORKING IN RADIATION AREA }

본 발명은 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고방사선 내에서 작업툴을 파지하여 이동시키기 위한 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력 발전시설에서 검사 보수 및 해체 작업을 하기 위해서는 고방사선으로 인해 매니퓰레이터를 많이 사용하고 있다. 매니퓰레이터는 작업툴을 교체할 수 있게 하여 다양한 작업을 수행할 수 있게 된다.

그러나, 종래에는 작업툴 이외에 단일품으로 구성된 하나의 매니퓰레이터를 사용하게 되므로 작업공간의 특성에 맞게 특화된 매니퓰레이터만을 사용하게 되고, 그로 인해 특수 매니퓰레이터를 제조하는데 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 매니퓰레이터 중에는 고하중을 취급하기 위해 유압모터를 사용하는 경우가 있는데, 이러한 고하중 매니퓰레이터는 유압모터의 특성상 위치 정밀도를 맞추기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 유압모터를 사용하는 경우에도 정밀한 제어를 가능하게 하고 작업특성에 맞게 조합할 수 있는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터는, 탈착가능하게 결합되는 다른 구동모듈을 선회시키는 회전구동모듈을 포함하여 작업툴을 작업위치로 이동시키는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터로서, 상기 회전구동모듈은 회전축에 의해 서로에 대하여 선회가능하게 결합되는 결합브라켓 및 회전브라켓, 상기 회전브라켓의 회전축상에 구비되는 유압모터, 상기 유압모터의 구동축에 축결합되는 입력축, 상기 입력축에 연결되는 감속기, 상기 감속기의 출력단에 구비되는 출력축, 상기 입력축에 연동되어 상기 감속기로 입력되는 유압모터의 회전속도를 검출하는 입력부 레졸버센서, 및 상기 출력축에 연동되어 상기 감속기 출력축의 회전속도를 검출하는 출력부 레졸버센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 회전브라켓은 상기 결합브라켓의 회전축 외주면에 회전가능하게 끼워져 결합되는 상부회전부, 상기 상부회전부와 소정간격을 두고 이격되게 구비되고 상기 결합브라켓에 회전가능하게 지지되는 하부회전부, 및 상기 상부회전부와 하부회전부를 연결하여 구비되고 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 제1플랜지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 회전브라켓은 상기 회전축의 단부와 상기 결합브라켓에 회전가능하게 결합되는 회전지지몸체, 및 상기 회전지지몸체의 외측에 고정결합되고 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 제2플랜지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 회전구동모듈은 상기 회전브라켓의 회전각을 제한하기 위해 상기 회전브라켓과 상기 결합브라켓에 구비되는 회전 리미트센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 입력부 레졸버센서는 상기 입력축에 연동되어 회전하는 제1레졸버 구동기어, 상기 제1레졸버 구동기어와 일체로 축회전하는 제1레졸버 구동축, 상기 제1레졸버 구동축과 일체로 축회전하는 제1레졸버 로터, 및 상기 제1레졸버 로터의 외측에 구비되는 제1레졸버 스테이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 출력부 레졸버센서는 상기 출력축의 축상에 연동가능하게 결합되는 레졸버 구동키, 상기 레졸버 구동키와 일체로 축회전하는 제2레졸버 구동축, 상기 제2레졸버 구동축과 일체로 축회전하는 제2레졸버 로터, 및 상기 제2레졸버 로터의 외측에 구비되는 제2레졸버 스테이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 회전구동모듈에 탈착가능하게 결합되어 다른 구동모듈을 직선이동시키는 직선구동모듈을 더 포함하고, 상기 직선구동모듈은 상기 회전구동모듈의 회전브라켓에 탈착가능하게 구비되는 붐실린더, 상기 붐실린더에 직선이동가능하게 구비되고 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 이송아암, 상기 이송아암과 일체로 이동가능하게 구비되는 이송너트, 상기 이송너트와 스크류결합되는 이송스크류, 상기 이송스크류를 축회전시켜 상기 이송너트를 이동시키는 제4유압모터, 상기 제4유압모터의 회전속도를 검출하는 제4입력부 레졸버센서, 상기 이송아암의 스트로크를 제한하는 수축리미트센서 및 확장리미트센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 직선구동모듈은, 상기 붐실린더의 내부에 구비되고 상기 이송아암의 외측을 지지하는 가이드롤러, 및 상기 이송아암을 직선이동가능하게 가이드하는 가이드봉을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 툴을 물어 잡는 그리퍼를 작동시키는 그리퍼 구동모듈을 더 포함하고, 상기 그리퍼 구동모듈은 상기 회전구동모듈이나 상기 직선구동모듈에 탈착가능하게 결합되는 제3결합브라켓, 상기 제3결합브라켓의 단부에 구비되고 환형의 유압공급유로가 형성된 유압 매니폴드, 상기 유압 매니폴드의 단부에 회전가능하게 구비되고 상기 유압 매니폴드의 유압공급유로와 연통되어 상기 그리퍼로 유압을 공급하는 로터리 매니폴드, 상기 제3결합브라켓의 내부에 구비되는 제3유압모터, 상기 제3유압모터의 구동축에 축결합되는 제3입력축, 상기 제3입력축에 연결되는 제3감속기, 상기 제3감속기의 출력단에 구비되고 상기 그리퍼를 회전시키는 제3출력축, 상기 제3입력축에 연동되어 상기 제3감속기로 입력되는 제3유압모터의 회전속도를 검출하는 제3입력부 레졸버센서, 및 상기 제3출력축에 연동되어 상기 제3출력축의 회전속도를 검출하는 제3출력부 레졸버센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 그리퍼 구동모듈은 상기 그리퍼의 회전각을 제한하기 위해 상기 제3결합브라켓과 상기 제3출력축에 구비되는 제3리미트센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서, 상기 그리퍼는, 상기 로터리 매니폴드와 일체로 거동가능하게 구비되고 상기 작업툴을 지지하는 툴홀더, 상기 툴홀더에 선회가능하게 구비되고 상기 작업툴을 상기 툴홀더에 고정시키는 그립부재, 상기 툴홀더에 구비되고 상기 로터리 매니폴더로부터 유압을 공급받는 홀더실린더, 및 상기 홀더실린더에 슬라이드이동가능하게 구비되고 유압에 의해 작동하여 상기 그립부재를 선회작동시키는 그립작동부재를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 의하면, 유압모터를 사용하여 고하중의 작업툴을 취급할 수 있을 뿐만 아니라 입출력단의 회전속도를 감지하여 제어에 이용함으로써 보다 정밀하게 회전각을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 매니퓰레이터의 아암의 역할을 하는 부품들을 모듈화함으로써 구현하고자 하는 작업의 특성에 따라 모듈들을 가변적으로 다양하게 조합하여 구성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터를 나타낸 사시도,
도 2 내지 도 4는 제1 실시예에 의한 회전구동모듈을 나타낸 도,
도 5 내지 도 7은 제2 실시예에 의한 회전구동모듈을 나타낸 도,
도 8 내지 도 10은 도 1에 도시된 그리퍼 구동모듈을 나타낸 도,
도 11 내지 도 13은 도 1에 도시된 직선구동모듈을 나타낸 도,
도 14 내지 도 17은 레졸버센서를 나타낸 도,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터는, 다른 구동모듈을 선회시키는 회전구동모듈(100,200)과, 회전구동모듈(100,200)에 탈착가능하게 결합되어 다른 구동모듈을 직선이동시키는 직선구동모듈(300), 및 작업툴을 물어 잡는 그리퍼(500)를 작동시키는 그리퍼 구동모듈(400)을 포함한다.

상기 회전구동모듈은 결합대상에 따라 두 가지 형태로 마련될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)은 일측이 작업현장에 고정결합되고 타측에 직선구동모듈(300) 등과 같이 다른 모듈이 체결되는 형태로 마련될 수 있다. 또는, 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)은 두 모듈 사이에 마련될 수 있다. 즉, 직선구동모듈(300) 또는 그리퍼 구동모듈(400)과 다른 회전구동모듈(200) 사이를 연결하는 형태로 마련될 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)은 회전축(120)에 의해 서로에 대하여 선회가능하게 결합되는 결합브라켓(110) 및 회전브라켓(130), 회전축(120)의 내부에 구비되는 유압모터(140), 유압모터(140)의 구동축에 축결합되는 입력축(145), 입력축(145)에 연결되는 감속기(150), 감속기(150)의 출력단에 구비되는 출력축(155), 입력축(145)에 연동되어 감속기(150)로 입력되는 유압모터(140)의 회전속도를 검출하는 입력부 레졸버센서(161), 출력축(155)에 연동되어 감속기(150) 출력축의 회전속도를 검출하는 출력부 레졸버센서(162), 회전브라켓(130)의 회전각을 제한하기 위한 회전브라켓(130)과 결합브라켓(110)에 구비되는 회전 리미트센서(170)를 포함한다.

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결합브라켓(110)은 베이스부재(111)와 상부회전지지부(112) 및 하부회전지지부(113)가 전체적으로 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 있다. 베이스부재(111)는 작업현장의 벽체나 다른 기구에 탈착가능하게 결합된다. 상부회전지지부(112)와 하부회전지지부(113)는 베이스부재(111)의 양단에 각각 외팔보 형상으로 구비되어 회전축(120)과 회전브라켓(130)을 회전가능하게 지지하게 된다. 회전축(120)은 상부회전지지부(112)에 고정결합되고, 회전축(120)의 외측에 회전브라켓(130)이 결합된다.

회전브라켓(130)은 회전축(120)의 외주면에 제1베어링(135)에 의해 회전가능하게 끼워져 결합되는 상부회전부(131), 결합브라켓(110)에 회전가능하게 지지되는 하부회전부(132), 및 상부회전부(131)와 하부회전부(132)를 연결하여 구비되는 제1플랜지부(133)를 포함한다.

하부회전부(132)는 상부회전부(131)와 소정간격을 두고 이격되게 구비되고 상부회전부(131)와 하부회전부(132) 사이에 제1플랜지부(133)가 구비되어, 회전브라켓(130)은 전체적으로 'ㄷ'자 형상을 이루고 있다. 제1플랜지부(133)의 양단에 상부회전부(131)와 하부회전부(132)가 각각 결합되어 있다. 상부회전부(131)와 하부회전부(132)는 회전축(120)의 양단에 각각 회전가능하게 지지되되, 하부회전부(132)는 회전축(120)에 제2베어링(136)으로 회전지지됨과 동시에 제3베어링(137)에 의해 결합브라켓(110)에 회전지지되어 있다. 제1플랜지부(133)에는 다른 구동모듈이 탈착가능하게 볼트결합된다.

회전축(120)은 관형상으로 형성되어 내부에 유압모터(140)와 입력축(145) 및 감속기(150)가 구비되어 있다. 따라서, 유압모터(140)와 입력축(145) 및 감속기(150)가 회전축(120)에 의해 외부로 노출되지 않아 방사능으로 인한 손상을 최소화할 수 있게 된다.

상부회전지지부(112)의 저면에 제1유압 매니폴드(141)가 고정결합되고, 제1유압 매니폴드(141)에 유압모터(140)가 고정결합되어 있다. 제1유압 매니폴드(141)는 외부로부터 유압을 공급받아 유압모터(140)로 공급하고, 유압모터(140)는 회전축(120)의 내부에서 제1유압 매니폴드(141)로부터 공급되는 유압에 의해 작동하게 된다.

유압모터(140)의 출력단에는 입력축(145)이 결합되어 일체로 회전하게 되고, 입력축(145)은 감속기(150)로 동력을 전달하여 유압모터(140)의 출력속도는 감소시키고 회전력을 증가시키게 된다. 따라서, 출력 대비 용량이 작은 유압모터를 사용할 수 있게 된다.

감속기(150)의 출력단에는 출력축(155)이 연결되어 있다. 입력축(145)에 입력부 레졸버센서(161)가 연동되어 유압모터(140)의 출력속도를 측정하고, 출력축(155)에는 출력부 레졸버센서(162)가 연동되어 감속기(150)에 의해 감속된 회전속도를 측정하게 된다. 입력부 레졸버센서(161) 및 출력부 레졸버센서(162)의 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

회전 리미트센서(170)는 회전브라켓(130)의 회전각을 제한함으로써 회전구동모듈(100)에 의한 선회한계를 정하여 고속회전에 대한 안전성을 향상시킬 수 있게 된다. 회전 리미트센서(170)는 결합브라켓(110)의 하부회전지지부(113)에 결합되고, 회전브라켓(130)의 하부회전부(132)의 일측이 회전 리미트센서(170)에 부딪히게 되면 유압모터(140)의 동력을 차단하게 된다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)은 회전축(220)에 의해 서로에 대하여 선회가능하게 결합되는 결합브라켓(210) 및 회전브라켓(230), 회전축(220)의 내부에 구비되는 유압모터(240), 유압모터(240)의 구동축에 축결합되는 입력축(245), 입력축(245)에 연결되는 감속기(250), 감속기(250)의 출력단에 구비되는 출력축(255), 입력축(245)에 연동되어 감속기(250)로 입력되는 유압모터(240)의 회전속도를 검출하는 입력부 레졸버센서(261), 출력축(255)에 연동되어 감속기(250) 출력축의 회전속도를 검출하는 출력부 레졸버센서(262), 회전브라켓(230)의 회전각을 제한하기 위한 회전 리미트센서(270)를 포함한다.

결합브라켓(210)은 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 결합브라켓(110)과 마찬가지로 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 있다. 결합브라켓(210)에는 회전축(220)이 고정결합되고, 회전축(220)의 단부에 회전브라켓(230)이 회전가능하게 결합되어 있다.

회전브라켓(230)은 회전축(220)와 결합브라켓(210)에 회전가능하게 결합되는 회전지지몸체(231), 및 회전지지몸체(231)의 외측에 고정결합되는 제2플랜지부(232)를 포함한다.

회전지지몸체(231)는 제4베어링(235)에 의해 회전축(220)의 단부에 회전지지되고 제5베어링(236)에 의해 결합브라켓(210)에 회전지지된다. 회전지지몸체(231)의 단부에 제2플랜지부(232)가 외팔보 형상으로 구비되어 있다. 제2플랜지부(232)에는 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합된다. 제2플랜지부(232)는 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 제1플랜지부(133)와 달리 양단이 지지되지 않고 일단만 회전지지몸체(231)에 의해 지지되는 구조이다. 따라서, 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 결합브라켓(110)은 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 결합브라켓(210)에 비해 보다 큰 하중을 지지할 수 있게 되고, 그로 인해 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 매니퓰레이터의 단부에 결합되어 다른 구동모듈들의 하중 전체를 지지하게 되며, 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)은 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)이나 그리퍼 구동모듈(400)의 중간에 연결되어 사용된다. 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)과 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)은 모두 다른 구동모듈을 선회시키는 관절의 역할을 하게 되는데, 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)과 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)을 서로 다른 각도로 결합함으로써 그리퍼(500)를 서로 다른 방향으로 이동시킬 수 있게 된다.

회전축(220)은 관형상으로 형성되어 내부에 유압모터(240)와 입력축(245) 및 감속기(250)가 구비되어 있다.

결합브라켓(210)에 제2유압 매니폴드(241)가 고정결합되고, 제2유압 매니폴드(241)에 유압모터(240)가 고정결합되어 있다. 제2유압 매니폴드(241)는 외부로부터 유압을 공급받아 유압모터(240)로 공급하고, 유압모터(240)는 회전축(220)의 내부에서 제2유압 매니폴드(241)로부터 공급되는 유압에 의해 작동하게 된다.

유압모터(240)의 출력단에는 입력축(245)이 결합되어 일체로 회전하게 되고, 입력축(245)은 감속기(250)로 동력을 전달하여 유압모터(240)의 출력속도를 감속시키게 된다. 감속기(250)의 출력단에는 출력축(255)이 연결되어 있다. 입력축(245)에 입력부 레졸버센서(261)가 연동되어 유압모터(240)의 출력속도를 측정하고, 출력축(255)에는 출력부 레졸버센서(262)가 연동되어 감속기(250)에 의해 감속된 회전속도를 측정하게 된다.

회전 리미트센서(270)는 회전브라켓(230)의 회전각을 제한함으로써 회전구동모듈(200)에 의한 선회한계를 정하여 안전사고를 방지하게 된다. 회전 리미트센서(270)는 결합브라켓(210)의 회전지지몸체(231)에 결합되고, 회전브라켓(230)의 회전지지몸체(231)의 일측이 회전 리미트센서(270)에 부딪히게 되면 유압모터(240)의 동력을 차단하게 된다.

직선구동모듈(300)은 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 회전구동모듈(100,200)의 회전브라켓에 탈착가능하게 구비되는 붐실린더(310), 붐실린더(310)에 직선이동가능하게 구비되고, 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 이송아암(320), 이송아암(320)과 일체로 이동가능하게 구비되는 이송너트(331), 이송너트(331)와 스크류결합되는 이송스크류(332), 붐실린더(310)의 내부에 구비되고 이송아암(320)의 외측을 지지하는 가이드롤러(341), 이송아암(320)을 직선이동가능하게 가이드하는 가이드봉(342), 이송스크류(332)를 축회전시켜 이송너트(331)를 이동시키는 제4유압모터(350), 제4유압모터(350)의 회전속도를 검출하는 제4입력부 레졸버센서(361), 이송아암(320)의 스트로크를 제한하는 수축리미트센서(371) 및 확장리미트센서(372)를 포함한다.

붐실린더(310)는 일단에 제3플랜지부(311)를 구비하여 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 회전브라켓(130)의 제1플랜지부(133)나 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 회전브라켓(230)의 제2플랜지부(232)에 탈착가능하게 결합된다. 붐실린더(310)는 타단에는 커버부재(312)를 구비하고 있다. 제3플랜지부(311)와 커버부재(312)에 가이드봉(342)의 양단이 각각 고정결합된다. 가이드봉(342)은 다수개가 서로 소정간격을 두고 평행하게 구비되어 이송아암(320)을 가이드한다.

이송아암(320)은 가이드봉(342)을 따라 직선이동가능하게 구비되고 가이드롤러(341)에 의해 지지된다. 가이드롤러(341)는 커버부재(312)의 내측벽에 고정결합되어 이송아암(320)의 외측을 지지하게 된다. 이송아암(320)에는 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)이나 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)이 플랜지결합되고 붐실린더(310)에 대하여 직선이동함으로써 직선구동모듈의 길이를 신장 또는 신축시키게 된다. 따라서, 이송아암(320)에 결합된 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)이나 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)을 직선이동시킬 수 있게 된다.

이송스크류(332)는 붐실린더(310)의 내부에 축회전가능하게 구비되고, 이송스크류(332)의 외측에 이송너트(331)가 스크류결합되어 있다. 이송너트(331)의 단부는 이송아암(320)에 고정결합되어 이송스크류(332)가 회전함에 따라 이송너트(331)가 이송아암(320)과 함께 직선이동하게 된다. 이송스크류(332)는 제4유압모터(350)에 의해 구동된다. 제4유압모터(350)의 출력단에는 제4입력부 레졸버센서(361)가 연동되어 회전속도를 검출하게 된다.

수축리미트센서(371)는 제3플랜지부(311)에 구비되고, 확장리미트센서(372)는 커버부재(312)에 구비되어 이송아암(320)의 스트로크를 제한하게 된다. 수축동작에서 이송아암(320)이 수축리미트센서(371)에 접촉하게 되면 제4유압모터(350)의 동력을 차단함으로써 수축되는 거리를 제한하게 되고, 확장동작에서 이송아암(320)의 단부가 확장리미트센서(372)가 접촉하게 되면 제4유압모터(350)의 동력을 차단하여 확장거리를 제한하게 된다.

그리퍼 구동모듈(400)은 회전구동모듈(100,200)이나 직선구동모듈(300)에 탈착가능하게 결합되는 제3결합브라켓(410), 제3결합브라켓(410)의 단부에 구비되는 제3유압 매니폴드(421), 제3유압 매니폴드(421)의 단부에 회전가능하게 구비되는 로터리 매니폴드(422), 제3결합브라켓(410)의 내부에 구비되는 제3유압모터(430), 제3유압모터(430)의 구동축에 축결합되는 제3입력축(435), 제3입력축(435)에 연결되는 제3감속기(440), 제3감속기(440)의 출력단에 구비되고, 그리퍼(500)를 회전시키는 제3출력축(445), 제3입력축(435)에 연동되어 제3감속기(440)로 입력되는 제3유압모터(430)의 회전속도를 검출하는 제3입력부 레졸버센서(461), 제3출력축(445)에 연동되어 제3출력축(445)의 회전속도를 검출하는 제3출력부 레졸버센서(462), 그리퍼의 회전각을 제한하기 위해 제3결합브라켓(410)과 제3출력축(445)에 구비되는 제3리미트센서(470)를 포함한다.

제3결합브라켓(410)의 일단에는 회전구동모듈(100,200)이나 직선 구동모듈(300)이 플랜지결합되는 제4플랜지부(411)가 구비되어 있다. 제3결합브라켓(410)의 타단에는 제3유압 매니폴드(421)가 구비되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 제3유압 매니폴드(421)와 로터리 매니폴드(422)에는 환형의 유압공급유로(423)가 각각 형성되어 있다. 제3유압 매니폴드(421)에는 외부 유압공급원으로부터 유압이 공급되는 유압공급홀(424)이 형성되어 유압공급유로(423)로 유압을 공급한다. 로터리 매니폴드(422)에는 유압공급홀(424)을 통해 유압공급유로(423)로 공급된 유압을 그리퍼(500)로 공급하는 유압유입홀(425)이 형성되어 있다. 유압공급유로(423)는 환형으로 형성되어 유압공급홀(424)과 유압유입홀(425)을 연통시킴으로써 그리퍼 구동모듈(400)에 대하여 그리퍼(500)가 회전하면서 그리퍼(500)로 유압을 공급할 수 있게 된다.

제3결합브라켓(410)의 내부에는 제4유압 매니폴드(431)가 고정결합되고, 제4유압 매니폴드(431)에 제3유압모터(430)가 고정결합되어 있다. 제3유압모터(430)의 출력단에 제3입력축(435)이 결합되어 일체로 회전하게 되고, 제3입력축(435)은 제3감속기(440)로 동력을 전달하여 제3유압모터(430)의 출력속도를 감속시키게 된다. 제3감속기(440)의 출력단에는 제3출력축(445)이 연결되어 있다. 제3입력축(435)에 제3입력부 레졸버센서(461)가 연동되어 제3유압모터(430)의 출력속도를 측정하고, 제3출력축(445)에는 제3출력부 레졸버센서(462)가 연동되어 제3감속기(440)에 의해 감속된 회전속도를 측정하게 된다. 제3출력축(445)에는 그리퍼(500)가 결합되어 회전하게 된다.

그리퍼(500)는 작업툴(600)을 지지하는 툴홀더(510), 작업툴(600)을 툴홀더(510)에 고정시키는 그립부재(520), 로터리 매니폴더(422)로부터 유압을 공급받는 홀더실린더(530), 및 유압에 의해 작동하여 그립부재(520)를 선회작동시키는 그립작동부재(540)를 포함한다.

툴홀더(510)는 그리퍼 구동모듈(400)의 로터리 매니폴드(422)와 일체로 거동가능하게 구비되어 그리퍼 구동모듈(400)에 대하여 회전하게 된다. 툴홀더(510)에는 다수개의 그립부재(520)가 선회가능하게 구비되어 그립작동부재(540)에 의해 선회하면서 작업툴(600)을 지지하게 된다.

홀더실린더(530)는 툴홀더(510)에 구비되고, 홀더실린더(530)에 그립작동부재(540)가 슬라이드이동가능하게 구비되어 있다. 로터리 매니폴드(422)로부터 홀더실린더(530)에 유압이 공급되고, 유압에 의해 그립작동부재(540)를 직선이동시키게 된다. 유압에 의한 그립작동부재(540)의 작동에 의해 그립부재(520)가 선회하면서 툴홀더(510)로부터 출몰하여 작업툴(600)에 형성된 툴고정홈(601)에 삽입됨으로써 그리퍼(500)에 작업툴(600)이 결합될 수 있게 된다.

제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 입력부 레졸버센서(161)와 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 입력부 레졸버센서(261), 그리퍼 구동모듈(400)의 제3입력부 레졸버센서(461), 그리퍼 구동모듈(400)의 제3출력부 레졸버센서(462), 및 직선구동모듈(300)의 제4출력부 레졸버센서(361)는 동일한 구조로 되어 있다.

도 14 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 입력부 레졸버센서(161,261)와 제3입력부 레졸버센서(461)는 유압모터의 입력축에 연동되어 회전하는 제1레졸버 구동기어(711), 제1레졸버 구동기어(711)와 일체로 축회전하는 제1레졸버 구동축(712), 제1레졸버 구동축(712)과 일체로 축회전하는 제1레졸버 로터(713), 및 제1레졸버 로터(713)의 외측에 구비되는 제1레졸버 스테이터(714)를 포함한다.

제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 입력축(145)과 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 입력축(245), 그리퍼 구동모듈(400)의 제3입력축(435)의 외주면에 제1레졸버 구동기어(711)와 치합되어 연동하는 제2연동기어(726)가 구비되어 유압모터로부터 출력되는 회전력을 레졸버센서로 전달하게 된다.

도 10 및 도 15에 도시된 바와 같이, 그리퍼 구동모듈(400)의 제3출력부 레졸버센서(462)는 제1레졸버 구동기어(711)가 제3출력축(445)에 연동되어 제3감속기(440)로부터 출력되는 회전력을 레졸버센서로 전달한다.

제1레졸버 로터(713)는 제1레졸버 구동축(712)과 일체로 회전하면서 제1레졸버 스테이터에 대하여 상대적으로 회전하게 되고, 이때 발생하는 전류에 의해 감속기에 의한 회전속도를 검출할 수 있게 된다.

제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 출력부 레졸버센서(162) 및 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 출력부 레졸버센서(262)는 동일한 구조로 되어 있다. 도 16 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 출력부 레졸버센서(162,262)는 출력축의 축상에 연동가능하게 결합되는 레졸버 구동키(721), 레졸버 구동키(721)와 일체로 축회전하는 제2레졸버 구동축(722), 제2레졸버 구동축(722)과 일체로 축회전하는 제2레졸버 로터(723), 및 제2레졸버 로터(723)의 외측에 구비되는 제2레졸버 스테이터(724)를 포함한다.

레졸버 구동키(721)는 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 출력축(155)과 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 출력축(255)의 키홈에 키결합되어 일체로 회전하게 된다. 따라서, 레졸버 구동키(721)가 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)의 감속기(150)와 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)의 감속기(250)의 출력단 회전속도를 검출할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 감속기의 입력단과 출력단에 각각 회전속도를 검출하는 레졸버센서를 구비하여 회전각을 정밀하게 제어할 수 있게 된다. 즉 유압모터를 사용하는 경우에도 입출력단의 회전속도를 감지하여 제어에 이용함으로써 보다 정밀하게 회전각을 제어할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 매니퓰레이터는 회전구동모듈과 직선 구동모듈(300)을 다양하게 조합하여 가변적으로 구성될 수 있다. 즉 매니퓰레이터를 고정시키기 위한 제1 실시예에 의한 회전구동모듈(100)과 그리퍼(500)를 구동시키기 위한 그리퍼 구동모듈(400)은 필수적이다. 그러나 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200), 직선구동모듈(300)은 구현하고자 하는 작업의 특성에 따라 선택하여 다양하게 조합할 수 있다. 가령, 도 1에 도시된 매니퓰레이터는 직선구동모듈(300)을 포함하고 있으나 도 18에 도시된 매니퓰레이터는 직선구동모듈(300)을 포함하지 않고 복수개의 제2 실시예에 의한 회전구동모듈(200)만을 포함하고 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 회전구동모듈 110 : 결합브라켓
111 : 베이스부재 112 : 상부회전지지부
113 : 하부회전지지부 120 : 회전축
130 : 회전브라켓 131 : 상부회전부
132 : 하부회전부 133 : 제1플랜지부
135 : 제1베어링 136 : 제2베어링
137 : 제3베어링 140 : 유압모터
141 : 제1유압 매니폴드 145 : 입력축
150 : 감속기 155 : 출력축
161 : 입력부 레졸버센서 162 : 출력부 레졸버센서
170 : 회전 리미트센서
200 : 회전구동모듈 210 : 결합브라켓
220 : 회전축 230 : 회전브라켓
231 : 회전지지몸체 232 : 제2플랜지부
235 : 제4베어링 236 : 제5베어링
240 : 유압모터 241 : 제2유압 매니폴드
245 : 입력축 250 : 감속기
255 : 출력축 261 : 입력부 레졸버센서
262 : 출력부 레졸버센서 270 : 회전 리미트센서
300 : 직선구동모듈 310 : 붐실린더
311 : 제3플랜지부 312 : 커버부재
320 : 이송아암 331 : 이송너트
332 : 이송스크류 341 : 가이드롤러
342 : 가이드봉 350 : 제4유압모터
361 : 제4입력부 레졸버센서 371 : 수축리미트센서
372 : 확장리미트센서 400 : 그리퍼 구동모듈
410 : 제3결합브라켓 411 : 제4플랜지부
421 : 제3유압 매니폴드 422 : 로터리 매니폴드
423 : 유압공급유로 424 : 유압공급홀
425 : 유압유입홀 430 : 제3유압모터
431 : 제4유압 매니폴드 435 : 제3입력축
440 : 제3감속기 445 : 제3출력축
461 : 제3입력부 레졸버센서 462 : 제3출력부 레졸버센서
470 : 제3리미트센서
500 : 그리퍼 510 : 툴홀더
520 : 그립부재 530 : 홀더실린더
540 : 그립작동부재 600 : 작업툴
601 : 툴고정홈
711 : 제1레졸버 구동기어 712 : 제1레졸버 구동축
713 : 제1레졸버 로터 714 : 제1레졸버 스테이터
715 : 제1레졸버 브라켓 716 : 제1연동기어
721 : 레졸버 구동키 722 : 제2레졸버 구동축
723 : 제2레졸버 로터 724 : 제2레졸버 스테이터
725 : 제2레졸버 브라켓 726 : 제2연동기어

Claims

탈착가능하게 결합되는 다른 구동모듈을 선회시키는 회전구동모듈을 포함하여 작업툴을 작업위치로 이동시키는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터에 있어서,
상기 회전구동모듈은,
회전축에 의해 서로에 대하여 선회가능하게 결합되는 결합브라켓 및 회전브라켓;
상기 회전브라켓의 회전축상에 구비되는 유압모터;
상기 유압모터의 구동축에 축결합되는 입력축;
상기 입력축에 연결되는 감속기;
상기 감속기의 출력단에 구비되는 출력축;
상기 입력축에 연동되어 상기 감속기로 입력되는 유압모터의 회전속도를 검출하는 입력부 레졸버센서; 및
상기 출력축에 연동되어 상기 감속기 출력축의 회전속도를 검출하는 출력부 레졸버센서;를 포함하고,
상기 입력부 레졸버센서는,
상기 입력축에 연동되어 회전하는 제1레졸버 구동기어;
상기 제1레졸버 구동기어와 일체로 축회전하는 제1레졸버 구동축;
상기 제1레졸버 구동축과 일체로 축회전하는 제1레졸버 로터; 및
상기 제1레졸버 로터의 외측에 구비되는 제1레졸버 스테이터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제1항에 있어서, 상기 회전브라켓은,
상기 결합브라켓의 회전축 외주면에 회전가능하게 끼워져 결합되는 상부회전부;
상기 상부회전부와 소정간격을 두고 이격되게 구비되고, 상기 결합브라켓에 회전가능하게 지지되는 하부회전부; 및
상기 상부회전부와 하부회전부를 연결하여 구비되고, 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 제1플랜지부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제1항에 있어서, 상기 회전브라켓은,
상기 회전축의 단부와 상기 결합브라켓에 회전가능하게 결합되는 회전지지몸체; 및
상기 회전지지몸체의 외측에 고정결합되고, 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 제2플랜지부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제1항에 있어서, 상기 회전구동모듈은,
상기 회전브라켓의 회전각을 제한하기 위해 상기 회전브라켓과 상기 결합브라켓에 구비되는 회전 리미트센서;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
삭제
제1항에 있어서, 상기 출력부 레졸버센서는,
상기 출력축의 축상에 연동가능하게 결합되는 레졸버 구동키;
상기 레졸버 구동키와 일체로 축회전하는 제2레졸버 구동축;
상기 제2레졸버 구동축과 일체로 축회전하는 제2레졸버 로터; 및
상기 제2레졸버 로터의 외측에 구비되는 제2레졸버 스테이터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제1항에 있어서,
상기 회전구동모듈에 탈착가능하게 결합되어 다른 구동모듈을 직선이동시키는 직선구동모듈을 더 포함하고,
상기 직선구동모듈은,
상기 회전구동모듈의 회전브라켓에 탈착가능하게 구비되는 붐실린더;
상기 붐실린더에 직선이동가능하게 구비되고, 다른 구동모듈이 탈착가능하게 결합되는 이송아암;
상기 이송아암과 일체로 이동가능하게 구비되는 이송너트;
상기 이송너트와 스크류결합되는 이송스크류;
상기 이송스크류를 축회전시켜 상기 이송너트를 이동시키는 제4유압모터;
상기 제4유압모터의 회전속도를 검출하는 제4입력부 레졸버센서;
상기 이송아암의 스트로크를 제한하는 수축리미트센서 및 확장리미트센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제7항에 있어서, 상기 직선구동모듈은,
상기 붐실린더의 내부에 구비되고, 상기 이송아암의 외측을 지지하는 가이드롤러; 및
상기 이송아암을 직선이동가능하게 가이드하는 가이드봉;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제7항에 있어서,
작업툴을 물어 잡는 그리퍼를 작동시키는 그리퍼 구동모듈을 더 포함하고,
상기 그리퍼 구동모듈은,
상기 회전구동모듈이나 상기 직선구동모듈에 탈착가능하게 결합되는 제3결합브라켓;
상기 제3결합브라켓의 단부에 구비되고, 환형의 유압공급유로가 형성된 제3유압 매니폴드;
상기 제3유압 매니폴드의 단부에 회전가능하게 구비되고, 상기 제3유압 매니폴드의 유압공급유로와 연통되어 상기 그리퍼로 유압을 공급하는 로터리 매니폴드;
상기 제3결합브라켓의 내부에 구비되는 제3유압모터;
상기 제3유압모터의 구동축에 축결합되는 제3입력축;
상기 제3입력축에 연결되는 제3감속기;
상기 제3감속기의 출력단에 구비되고, 상기 그리퍼를 회전시키는 제3출력축;
상기 제3입력축에 연동되어 상기 제3감속기로 입력되는 제3유압모터의 회전속도를 검출하는 제3입력부 레졸버센서; 및
상기 제3출력축에 연동되어 상기 제3출력축의 회전속도를 검출하는 제3출력부 레졸버센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제9항에 있어서, 상기 그리퍼 구동모듈은,
상기 그리퍼의 회전각을 제한하기 위해 상기 제3결합브라켓과 상기 제3출력축에 구비되는 제3리미트센서;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.
제9항에 있어서, 상기 그리퍼는,
상기 로터리 매니폴드와 일체로 거동가능하게 구비되고, 상기 작업툴을 지지하는 툴홀더;
상기 툴홀더에 선회가능하게 구비되고, 상기 작업툴을 상기 툴홀더에 고정시키는 그립부재;
상기 툴홀더에 구비되고, 상기 로터리 매니폴더로부터 유압을 공급받는 홀더실린더; 및
상기 홀더실린더에 슬라이드이동가능하게 구비되고, 유압에 의해 작동하여 상기 그립부재를 선회작동시키는 그립작동부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사선 내 작업용 매니퓰레이터.