KR101950669B1 - 원통형 부재 운반용 케이블 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 부재 운반용 케이블 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이블 길이 조절을 통해 원통형 부재 운반이 이루어지도록 하되, 원통형 부재에 대한 기하학적 형상에 따른 무게중심 및 케이블 장력에 따른 무게중심이 자동으로 계산되도록 함으로써 원통형 부재에 대한 운반이 안정적이고 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 원통형 부재 운반용 케이블 로봇에 관한 것이다.
이를 위해, 원통형 부재 운반을 위한 공간의 각 지점에 설치되며, 케이블이 권취된 드럼과, 드럼을 정역회전시켜 케이블을 드럼에 감거나 드럼으로부터 케이블을 풀어내는 동력을 발생하는 구동부와, 케이블 권취 및 풀림 경로를 가이드하는 풀리를 포함하는 복수의 동력장치;상기 동력장치의 케이블에 연결되며, 원통형 부재를 파지하되 원통형 부재 운반 공간을 중심으로 양측에 위치된 엔드이펙터;상기 엔드이펙터에 설치되며, 원통형 부재의 기하학적 형상을 센싱하는 시각센서;상기 구동부의 동력을 제어하여 케이블 길이를 조절하며, 상기 시각센서의 원통형 부재 센싱을 감지하여 상기 원통형 부재의 기하학적 형상에 의한 무게중심에 따른 엔드이펙터 위치를 제어하는 제어부:를 포함하며, 상기 엔드이펙터는, 원통형에 대응되는 곡률을 갖는 대응홈이 형성된 몸체;상기 몸체의 양단부를 통해 몸체 내부로 출입되면서 원통형 부재의 직경에 대응되는 곡률을 상기 몸체와 함께 형성하는 그리퍼:를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부재 운반용 케이블 로봇을 제공한다.

Description

원통형 부재 운반용 케이블 로봇{A cable robot for carrying cylindrical object}

본 발명은 원통형 부재 운반용 케이블 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운반 대상인 원통형 부재의 기하학적 형상 및 원통형 부재를 리프팅하는 케이블 장력에 따른 무게중심을 자동으로 계산하여 원통형 부재에 대한 운반이 안정적이고 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 원통형 부재 운반용 케이블 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 파이프(pipe)는 물, 기름 또는 가스 등 유체의 수송을 위해 사용하기 위한 배관을 말하며, 이러한 파이프는 유체의 이동을 위해 내부는 중공(中空)된 상태이다.

상기 파이프는 사용하는 곳이나 환경에 따라 그 크기가 매우 다양한데, 이 파이프는 그 직경이 크고 길이가 길어 무게가 상당히 많이 나가므로 크레인이나 호이스트 등의 운반장비를 통해 이동된다.

상기 크레인이나 호이스트는 체인이나 와이어의 승강을 통해 파이프를 리프팅한 후, 구동부의 구동을 통해 상기 파이프를 이동시킨다.

이중, 호이스트에 대하여 첨부된 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.

호이스트는 작업물체를 상하 방향으로 승강하여 직선 방향으로 이동시키는 장치로, 호이스트는 도 1에 도시된 바와 같이 모터 등의 동력유닛(10)과 와인딩드럼 등의 기구유닛(20)이 일체형으로 구성되어 모터의 회전력으로 와이어나 체인 요소를 감거나 풀어줌으로써 후크(21)를 상하 방향으로 이동시킨다.

또한, 호이스트는 베이스프레임(30)이 스플라인축(40)의 축방향으로 이동이 가능하고, 주행레일(50)을 따라 이동될 수 있도록 설치된다.

즉, 호이스트는 동력전달부(60)를 통해 볼스크류(61)를 정역으로 회전시키면 베이스프레임(30)은 스플라인축(40)의 축방향으로 이동하게되고, 동력전달부(60)를 통해 주행휠(70)을 정역으로 회전시키면 베이스프레임(30)은 이송대(80)와 함께 주행레일(50)을 따라 이동하게 되는 것이다.

이와 같은 호이스트의 후크(21) 승강작용 및 X축,Y축으로의 주행작용을 이용해, 파이프(P)를 정해진 장소로 운반시킬 수 있게 된다.

하지만, 상기한 호이스트를 이용한 파이프 운반작업은 다음과 같은 문제가 있었다.

첫째, 파이프(P)는 호이스트의 후크(21)에 중간부위가 매달린 채로 운반이 되는데, 파이프(P)는 후크(21)상에서 유동될 수 있는바 안정감 있는 운반이 이루어지기 어려운 문제가 있었다.

즉, 파이프(P)는 후크(21)에 매달린 상태에서 주행하면서 후크(21)를 중심으로 회전이 발생할 수 있어, 안전사고 및 기물파손 등의 문제가 발생할 수 있는 것이다.

물론, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 호이스트를 추가로 준비하여 파이프(P)의 양측을 지지하면서 파이프(P)를 운반시킬 수도 있지만 이의 경우, 파이프(P)를 세우거나 눕히는 작업이 용이하지 않은 문제가 있었다.

즉, 파이프(P) 운반 및 적재 과정에서 파이프(P)를 용이하게 세우거나 눕힐 수 있어야 하는데, 파이프(P)의 양측을 매단채로 운반시킬 경우 주행중의 안정성은 확보될 수 있으나 정해진 장소에서의 적재과정이 용이하지 않은 문제를 야기할 수 있는 것이다.

둘째, 파이프(P)를 호이스트의 후크(21)에 매다는 과정은 작업자의 수작업을 통해 이루어지므로, 파이프(P) 무게중심을 정확하게 맞추기 어려운 문제가 있었다.

이에 따라, 파이프(P) 승강 및 운반 중에, 파이프(P)가 기울어지면서 주변 작업자와 부딪혀 안전사고가 발생할 수 있는 문제가 있었던 것이다.

대한민국 공개번호 제10-2014-0097826호 대한민국 공개번호 제10-2014-0094826호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파이프와 같은 원통형 부재에 대한 기하학적 형상 및 원통형 부재를 운반하는 케이블 장력을 이용한 무게중심을 자동으로 계산하여 파이프 운반 작업에 대한 안정성 및 효율성을 높일 수 있도록 한 원통형 부재 운반용 케이블 로봇을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 원통형 부재 운반을 위한 공간의 각 지점에 설치되며, 케이블이 권취된 드럼과, 드럼을 정역회전시켜 케이블을 드럼에 감거나 드럼으로부터 케이블을 풀어내는 동력을 발생하는 구동부와, 케이블 권취 및 풀림 경로를 가이드하는 풀리를 포함하는 복수의 동력장치;상기 동력장치의 케이블에 연결되며, 원통형 부재를 파지하되 원통형 부재 운반 공간을 중심으로 양측에 위치된 엔드이펙터;상기 엔드이펙터에 설치되며, 원통형 부재의 기하학적 형상을 센싱하는 시각센서;상기 구동부의 동력을 제어하여 케이블 길이를 조절하며, 상기 시각센서의 원통형 부재 센싱을 감지하여 상기 원통형 부재의 기하학적 형상에 의한 무게중심에 따른 엔드이펙터 위치를 제어하는 제어부:를 포함하며, 상기 엔드이펙터는, 원통형에 대응되는 곡률을 갖는 대응홈이 형성된 몸체;상기 몸체의 양단부를 통해 몸체 내부로 출입되면서 원통형 부재의 직경에 대응되는 곡률을 상기 몸체와 함께 형성하는 그리퍼:를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부재 운반용 케이블 로봇을 제공한다.

이때, 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력센서가 설치되며, 상기 제어부는 장력센서 감지를 통해 기 설정되어 있는 원통형 부재 위치에 따른 케이블 장력값과 비교하여 케이블 길이를 조절하는 것이 바람직하다.

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또한, 일측의 케이블은 일측의 엔드이펙터 일측과, 타측의 엔드이펙터 일측에 복수로 연결되고, 타측의 케이블은 일측의 엔드이펙터 타측과, 타측의 엔드이펙터 타측에 복수로 연결되며, 일측의 복수 케이블은 서로 타측의 엔드이펙터 일측에 교차되지 않게 연결되고, 타측의 복수 케이블은 서로 일측의 엔드이펙터 타측에 교차되게 연결되되, 타측의 복수 케이블은 일측의 복수 케이블 위로 지나가도록 설치된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 원통형 부재의 사방에 연결된 케이블 길이 조절을 통한 원통형 부재의 승강 및 운반이 이루어질 수 있도록 구성됨으로써, 원통형 부재가 운반중에 유동되는 것을 억제할 수 있으며 자유로운 경로로 안정감 있게 운반될 수 있게 된다.

이에 따라, 원통형 부재의 안정감 있는 운반이 이루어질 수 있으므로, 안전사고 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 원통형 부재 사방에 연결된 케이블 길이 조절이 제어부를 통해 자동으로 이루어질 수 있도록 제공됨으로써, 원통형 부재 운반에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

셋째, 원통형 부재를 파지하기 위한 엔드이펙터는 원통형 부재에 대응되는 곡률을 갖도록 형성됨으로써, 원통형 부재를 안정감 있게 파지할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 엔드이펙터에 시각센서가 설치되고, 시각센서를 통해 원통형 부재의 기하학적 형태를 센싱하여 원통형 부재의 무게중심을 찾도록 함으로써, 안정감 있는 파이프 운반을 위한 엔드이펙터의 위치 선정이 더욱 정확하게 이루어질 수 있게 된다.

즉, 원통형 무게 중심 선정에 대한 작업이, 수작업을 통해 이루어지지 않고 시각센서에 의해 자동으로 이루어짐으로써 원통형 부재의 무게중심 선정이 더욱 정확하게 이루어질 수 있는 것이다.

이에 따라, 원통형 부재 운반에 대한 안정감을 높일 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 제어부를 통해 원통형 부재를 리프팅하고 있는 케이블 장력을 감지하고, 그 장력에 따른 케이블 길이 조절을 통해 원통형 부재가 일측으로 치우쳐 운반되는 것을 방지할 수 있으므로, 더욱 안정감 있는 파이프 운반이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 원통형 부재를 파지하고 있는 케이블 길이 조절을 통해 원통형 부재의 자세를 제어할 수 있으므로, 운반 및 적재에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

즉, 원통형 부재를 적재 위치에 운반한 후, 케이블 길이 조절을 통해 원통형 부재를 세우거나 눕힐 수 있으므로, 적재 환경에 제약을 받지 않을 뿐만 아니라, 원통형 부재 자세 변환을 위한 추가 작업에 대한 편의성을 높일 수 있는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 호이스트를 이용해 파이프를 운반하는 상태를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇을 개략적으로 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇의 엔드이펙터를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇이 파이프를 파지하고 있는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇의 제어부를 통해 원통형 부재의 기하학적 무게 중심 및 장력 조절에 의한 무게 중심을 제어하는 것을 나타낸 구성도
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇의 시각센서가 원통형 부재의 기하학적 센싱을 통해 제어부로 하여금 원통형 부재의 무게 중심을 선정하도록 한 과정을 나타낸 순서도
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇의 제어부가 케이블 장력을 감지하여 원통형 부재의 무게 중심을 선정하도록 한 과정을 나타낸 순서도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇의 엔드이펙터를 나타낸 사시도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇에 대하여 설명하도록 한다.

원통형 부재 운반용 케이블 로봇(이하, 케이블 로봇'이라 함)은 원통형 부재의 양단부를 케이블이 지지하도록 한 후, 케이블 길이 조절을 통해 원통형 부재를 운반할 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

특히, 시각센서를 통한 기하학적 무게중심 및 케이블 장력 감지를 통한 무게중심을 정확하게 찾을 수 있도록 함으로써, 원통형 부재의 운반이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

케이블 로봇은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 동력장치(100)와, 엔드이펙터(200)와, 시각센서(300)와, 제어부(400)를 포함하여 구성된다.

동력장치(100)는 원통형 부재를 운반하기 위한 동력을 발생하며, 원통형 부재 사방에 복수개 설치된다.

이때, 원통형 부재는 설명의 이해를 돕기 위하여, 파이프를 예로하여 설명하기로 한다.

동력장치(100)는 케이블(C) 길이 조절을 통해 파이프(P) 운반을 위한 동력을 발생하는데, 파이프(P)의 각 코너 방향에 설치됨이 바람직하다.

이에 따라 동력장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 코너 4군데에 설치됨이 바람직하다.

한편, 케이블 로봇은 운반 공간의 지형이나 구조물을 이용하여 4지점에 설치될 수 있는데, 설명의 편의상 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 프레임에 케이블 로봇이 설치된 것을 예로하여 설명하기로 한다.

동력장치(100)는 드럼(110)과, 구동부(120)와, 풀리(130)를 포함하여 구성된다.

드럼(110)은 케이블(C)이 권취되는 구성으로서, 구동부(120)의 동력에 의해 회전될 수 있도록 구동부(120)에 축 결합이 된다.

구동부(120)는 드럼(110)을 정역회전시키는 동력을 발생하여, 드럼(110)에 케이블(C)이 감기거나 드럼(110)으로부터 케이블(C)을 풀어내는 역할을 한다.

이러한 드럼(110)과 구동부(120) 및 케이블(C) 구성은 윈치(winch)로 제공되어도 무방하다.

풀리(130)는 드럼(110)을 통해 케이블(C)이 감기거나 풀리는 과정에서, 케이블(C)의 경로를 가이드하는 역할을 하며, 프레임의 각 코너 상측에 설치된다.

이와 같은 구성에 의해, 구동부(120)의 동력에 의해 케이블(C)은 구동부(120) 상측의 풀리(130)를 통해 승강되면서 파이프(P)를 리프팅하거나 하강시키는 작용을 하게 된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 동력장치(100)에는 케이블(C) 장력을 감지하는 장력센서가 설치된다.

장력센서는 각 동력장치(100)마다 설치되며, 로드셀 등으로 제공됨이 바람직하다.

그리고, 상기한 동력장치(100)는 프레임 각 코너마다 설치되며, 프레임 각 코너마다 2개의 동력장치(100)가 설치됨이 바람직하다.

이에 따라, 총 8개의 동력장치(100)가 마련됨으로써, 케이블(C) 길이를 세밀하게 조절할 수 있으므로 파이프(P) 운반에 대한 효율성을 높이고 파이프의 무게중심 선정에 대한 정확도를 높일 수 있게 된다.

한편, 후술하는 엔드이펙터(200)는 운반공간 상에서 양측에 설치되는데, 상기한 8개의 동력장치(100)는 반반씩 각 엔드이펙터(200) 위치에 대응이 된다.

이에 따라, 설명의 이해를 돕기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 일측 엔드이펙터(200)를 제어하기 위해 연결된 동력장치(100) 4개는 제1케이블 로봇(100A)이라 하고, 타측 엔드이펙터(200)를 제어하기 위해 연결된 동력장치 4개는 제2케이블 로봇(100B)이라 한다.

다음으로, 엔드이펙터(200)는 파이프(P)를 파지하는 역할을 하며, 파이프(P)를 안정감 있게 파지할 수 있도록 운반 공간의 중앙을 기준으로 양측에 설치된다.

즉, 엔드이펙터(200)는 2개로 제공됨이 바람직한 것이다.

이와 같은 엔드이펙터(200)의 배열은 파이프(P)의 길이 방향이기도 하다.

엔드이펙터(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(210)와 그리퍼(220)를 포함한다.

몸체(210)는 파이프(P) 일부 즉, 상부가 수용되는 대응홈(211)을 형성하며, 상기 대응홈(211)은 파이프(P) 곡률에 대응되는 곡률을 갖는다.

몸체(210)의 내부에는 그리퍼(220)가 수용되는 공간이 형성되며, 몸체(210)의 양단부에는 그리퍼(220)가 공간으로 출입하기 위한 개구부가 형성이 된다.

몸체(210)의 상부에는 케이블(C)이 연결되기 위한 연결고리(212)가 형성되며, 각 케이블로봇(100A,100B)마다 4개의 케이블(C)이 제공됨으로써 상기 연결고리 (212)역시 4개로 제공됨이 바람직하다.

그리고, 그리퍼(220)는 파이프(P)를 지지하는 구성이며, 몸체(210)의 양단부에 설치된다.

그리퍼(220)는 파이프(P)를 실질적으로 파지하는 부위로서, 몸체(210)의 대응홈(211) 곡률과 함께 파이프(P) 직경에 대응되는 원형의 곡률을 형성한다.

이때, 그리퍼(220)는 몸체(210)의 공간에 출입되는데, 그리퍼 출입동작을 위한 구성은 모터 또는 실린더 등의 공지된 기술이 적용될 수 있으며 이에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하도록 한다.

한편, 상기한 엔드이펙터(200)는 전술한 바와 같이 2개로 제공되는데, 설명의 이해를 돕기 위하여 제1케이블 로봇(100A)에 연결된 엔드이펙터(200)는 제1엔드이펙터(200A)라 하고, 제2케이블 로봇(100B)에 연결된 엔드이펙터(200)는 제2엔드이펙터(200B)라 한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 엔드이펙터(200)와 동력장치(100) 사이에는 케이블(C)이 연결된다.

이 케이블 연결구조에 대하여 도 3을 참조하여 살펴보도록 한다.

제1케이블로봇(100A)을 구성하는 4개의 동력장치(100) 케이블(C)은 제1엔드이펙터(200A)의 일측과 타측에 연결된다.

그리고, 제2케이블로봇(100B)을 구성하는 4개의 동력장치(100) 케이블(C)은 제2엔드이펙터(200B)의 일측과 타측에 연결된다.

이때, 제2엔드이펙터(200B)의 타측에 연결된 2개의 케이블(C)은 서로 교차되지 않도록 제2엔드이펙터(200B)에 연결되지만, 제1엔드이펙터(200A)의 타측에 연결된 2개의 케이블(C)은 서로 교차된 상태로 제1엔드이펙터(200A)에 연결된다.

또한, 제1엔드이펙터(200A)의 타측에 연결된 교차 케이블(C)은 제2엔드이펙터(200B)의 일측에 연결된 케이블(C) 위로 지나가도록 설치된다.

이와 같은 구조의 케이블 연결구조는, 운반공간 상에서 엔드이펙터(200A,200B)의 최초 위치가 서로 동일한 높이를 유지하도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 운반공간 상에서 양측의 엔드이펙터(200) 위치가 동일한 높이로 제공됨으로써, 파이프(P) 운반시 밸런스를 더욱 효과적으로 유지할 수 있게 된다.

다음으로, 시각센서(300)는 운반 대상물인 파이프(P)의 기하학적 형상을 감지하는 역할을 한다.

이는 파이프(P)의 기하학적 형상에 따른 무게중심을 찾기 위함으로써, 시각센서(200)는 파이프(P)의 외관을 스캔하는 역할을 하는 것이다.

시각센서(300)는 공지된 기술의 스캔 역할을 하는 카메라 또는 스캐너 등으로 제공될 수 있다.

상기 시각센서(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(210)의 양측에 설치됨이 바람직하다.

다음으로, 제어부(400)는 동력장치(100)를 통해 케이블(C) 길이를 조절하여 엔드이펙터(200)에 의해 파지된 파이프(P) 운반을 제어하는 역할을 한다.

또한, 제어부(400)는 시각센서(300)를 통해 센싱된 파이프(P)의 기하학적 모양을 통해, 파이프(P)의 무게 중심을 계산하여 엔드이펙터(200)의 파지위치를 제어하고, 장력센서(미도시;도 6참조)를 통해 센싱된 케이블(C)의 장력을 계산하여 케이블(C) 길이 조절을 통해 파이프(P) 운반에 대한 밸런스를 유지할 수 있도록 제어하는 역할을 한다.

즉, 제어부(400)는 도 6을 통해 알 수 있듯이, 파이프(P)의 외관 및 케이블(C) 장력을 통해, 케이블(C) 길이 조절 및 엔드이펙터(200)의 위치를 최적화하여 엔드이펙터(200)를 통한 파이프 운반을 최적화할 수 있도록 한 것이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 케이블 로봇을 이용한 파이프 운반 과정에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 7을 참조하여, 파이프 운반을 위해 엔드이펙터의 파이프 파지 위치를 선정하는 과정에 대하여 살펴보도록 한다.

운반공간으로 파이프(P)가 제공되고, 제1케이블로봇(100A) 및 제2케이블로봇(100B) 각각의 제1엔드이펙터 및 제2엔드이펙터에 설치된 시각센서는 파이프의 초기 이미지를 획득한다.(S10)

이는, 시각센서(300)를 통한 파이프(P) 외관 전체의 단순 이미지 확득을 위한 과정이다.

다음으로, 시각센서(300)를 통해 스캔할 파이프(P)의 궤적을 생성한다.(S20)

즉, 초기 이미지 획득을 통한 파이프(P) 외관을 통해, 스캐닝할 범위를 생성하는 것이다.

다음으로, 제1엔드이펙터(200A) 및 제2엔드이펙터(200B)의 시각센서(300)로부터 파이프(P)에 대한 스캔 정보를 획득한 제어부(400)는 제1케이블로봇(100A) 및 제2케이블로봇(100B)의 케이블 길이를 조절해가면서 파이프(P)의 길이 방향으로 제1엔드이펙터(200A) 및 제2엔드이펙터(200B)를 이동하여 파이프(P)를 세밀하게 스캐닝한다.(S30)

이후, 엔드이펙터(200)의 시각센서(300)를 통해 파이프(P) 이미지 스캔이 완료되면, 제어부(400)는 스캐닝된 파이프(P) 이미지 정보를 정합한다.(S40)

다음으로, 제어부(400)는 정합된 이미지 정보를 통해 운반 대상물인 파이프(P)의 무게 중심을 계산한다.(S50)

이는, 파이프(P)의 기하학적 형태에 따른 무게중심을 계산하여 파이프(P) 상에서의 엔드이펙터(200)의 파지 위치를 계산하기 위한 것으로서, 파이프(P)의 무게중심 위치에 따른 엔드이펙터(200)의 케이블(C) 길이 계산은 다음과 같다.

L = 케이블 길이

a = 케이블이 풀리로부터 나오는 시작점

x = 운반 공간상에서 엔드이펙터의 파지 위치(파이프 무게중심 위치 기반)

R = 운반공간상에서 엔드이펙터의 회전각도

b = 케이블이 엔드이펙터에 연결된 지점

상기와 같은 수학식을 통해 기하학적 이미지에 따른 파이프(P) 무게중심(엔드이펙터 위치)으로 이동하기 위한 케이블(C) 길이가 결정이 된다.

이후, 제어부(400)는 제1케이블로봇(100A) 및 제2케이블로봇(100B)의 케이블(C) 길이를 조절하여, 제1엔드이펙터(200A) 및 제2엔드이펙터(200B)를 파이프(P) 파지 위치로 이동시킨다.(S60)

이로써, 파이프(P)의 기하학적 형태에 따른 무게중심 계산을 통해 엔드이펙터의 파지 위치 선정이 완료된다.

한편, 상기와 같이 엔드이펙터(200)의 파지 위치가 선정되면, 각 엔드이펙터(200)의 대응홈(211)에는 파이프(P)의 상부 외주면이 대응된다.

이후, 각 엔드이펙터(200)의 그리퍼(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(210)로부터 인출되어 파이프(P)의 하부 외주면을 지지하게 된다.

다음으로, 제어부(400)는 제1케이블로봇(100A) 및 제2케이블로봇(100B)의 케이블(C) 길이를 조절하면서 파이프(P)를 운반 공간상에서 운반시킨다.

이때, 제어부(400)는 각 위치에 대한 케이블(C) 정상 장력을 실시간으로 계산한다.

이는, 파이프 운반전 또는 파이프 운반중 파이프의 밸런스를 실기간으로 체크하기 위함이다.

물론, 상기한 바와 같이 파이프(P)의 기하학적 형상에 따른 무게 중심을 계산하여 각 엔드이펙터(200)의 파이프(P) 파지 위치 선정을 통해 파이프(P) 밸런스를 유지하였으나, 파이프(P) 각 부위별로 밀도차에 의한 무게중심이 상이할 수 있으므로, 기하학적 형태를 통한 무게중심 계산만으로는 파이프(P) 무게중심이 정확치 않을 수가 있다.

이에 따라, 엔드이펙터(200)에 매달린 파이프(P) 운반시, 상기 파이프(P)는 일측으로 기울어 밸런스가 흐트러질 수 있는바 케이블(C) 정상 장력 계산을 통해 파이프(P) 밸런스를 지속적으로 유지시킬 수 있게 된다.

이와 같은 케이블(C) 장력 계산을 통한 파이프 밸런스 유지 과정에 대하여 첨부된 도 8을 참조하여 살펴보도록 한다.

파이프(P) 운반중 또는 파이프 운반전 케이블(C)의 장력을 실시간으로 측정한다.(S100)

이때, 케이블(C) 정상 장력은 운반 공간상에서의 파이프 위치별로, 제어부(400)에서 계산되며, 제어부(400)는 파이프(P) 위치에 따라 측정된 케이블(C) 장력이 제어부(400)를 통해 파이프(P) 위치별로 계산되는 장력값과 상이한지 여부를 실시간으로 확인하게 된다.(S200)

만약, 제어부(400)에서 계산되는 케이블(C) 장력값과 파이프(P)를 리프팅하고 있는 케이블(C)의 실제 장력이 상이할 경우, 제어부(400)는 외력계산식을 통해 케이블(C) 장력의 오차에 따른 케이블(C) 길이를 조절하여 파이프의 밸런스를 유지시킨다.(S300)

이때, 케이블(C) 장력 오차에 따른 케이블(C) 길이 조절을 위한 외력계산식은 다음과 같다.

t = 각 케이블 장력

A = 각 풀리에서의 케이블 시작점 및 각 엔드이펙터에 연결된 케이블 지점

w = 케이블이 지지하는 모든 하중(파이프 및 엔드이펙터 무게)

f = 케이블이 지지하는 모든 하중외에 들어오는 힘

상기와 같은 수학식을 통해 케이블 장력에 따른 무게중심 계산을 통해 파이프 자세가 계산된다.(S400)

다음으로, 파이프(P) 자세가 계산된 후에는, 제어부(400)는 케이블(C) 길이를 조절하여 치우친 파이프(P)의 밸런스를 조절한다.

이후, 제어부(400)는 계속해서 케이블(C) 장력의 정상 여부를 확인하면서 파이프 운반이 이루어지도록 하고, 케이블(C) 장력의 정상여부에 따라 전술한 일련의 과정이 반복 수행되면서 파이프 운반이 이루어지게 된다.(S600)

이에 따라, 파이프(P)는 운반되는 중에, 안정적으로 파지되어 운반될 수 있게 된다.

이후, 상기와 같은 일련의 과정을 통해 적재장소에 파이프가 도착되면, 그 상태로 적재공간에 적재되거나, 케이블(C) 길이 조절을 통해 파이프(P)를 세우거나 눕혀 적재할 수 있게 된다.

이로써, 바람직한 실시예에 따른 케이블 로봇을 통한 파이프 운반이 완료된다.

한편, 엔드이펙터(200)의 그리퍼(220)와 파이프(P)는 모두 금속으로 이루어져 있어, 파이프(P) 운반시 엔드이펙터(200)의 그리퍼(220) 상에서 파이프(P) 유동이 발생할 수 있는바, 이러한 파이프(P) 유동을 방지하기 위한 구성이 제시된다.

이를 본 발명의 다른 실시예로 제시하며, 첨부된 도 9를 참조하여 살펴보도록 한다.

설명하기에 앞서 바람직한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 부호를 병기하도록 한다.

몸체(210)의 대응홈(211) 내주면에는 간섭방지홈(213)이 형성된다.

그리고, 그리퍼(220)의 내주면에는 유동방지부재(214)가 설치된다.

유동방지부재(214)는 파이프(P)의 하부를 지지하고 있는 그리퍼(220)상에서 파이프(P)의 유동을 억제하기 위한 구성으로서, 금속과는 다른 이질(異質)로 제공된다.

이러한 유동방지부재(214)는 고무 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기 유동방지부재(214)는 그리퍼(220)의 내주면을 따라 일체로 형성될 수 잇으며, 도 9에 도시된 바와 같이 복수로 제공될 수도 있다.

상기 간섭방지홈(213)은 그리퍼(220)가 몸체(210) 공간으로 출입되는 과정에서 상기 유동방지부재(214)가 몸체(210)에 간섭되는 것을 방지하기 위한 구성이다.

이와 같은 구성에 의해, 그리퍼(220)에 지지된 파이프(P)는 이질의 유동방지부재(214)에 지지되어, 마찰계수가 높아지므로 엔드이펙터(200) 상에서 파이프(P) 유동은 억제될 수 있게 된다.

이에 따라, 파이프(P) 운반이 더욱 안정감 있게 이루어질 수 있게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 부재 운반용 케이블 로봇은 케이블 길이 조절을 이용해 파이프와 같은 원통형 부재를 운반시키되, 파이프의 기하학적 형상에 따른 무게중심 및 케이블 장력에 따른 무게중심을 계산하여 파이프 운반이 이루어질 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 케이블 이용에 따른 파이프 운반 작업에 대한 생산성을 높일 수 있으며, 무게중심 자동 선정에 따른 파이프 운반이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 동력장치 100A : 제1케이블로봇
100B : 제2케이블로봇 110 : 드럼
120 : 구동부 130 : 풀리
200 : 엔드이펙터 200A : 제1엔드이펙터
200B : 제2엔드이펙터 210 : 몸체
211 : 대응홈 212 : 연결고리
213 : 간섭방지홈 214 : 유동방지부재
220 : 그리퍼 300 : 시각센서
400 : 제어부 C : 케이블

Claims (4)

1. 원통형 부재 운반을 위한 공간의 각 지점에 설치되며, 케이블이 권취된 드럼과, 드럼을 정역회전시켜 케이블을 드럼에 감거나 드럼으로부터 케이블을 풀어내는 동력을 발생하는 구동부와, 케이블 권취 및 풀림 경로를 가이드하는 풀리를 포함하는 복수의 동력장치;
   상기 동력장치의 케이블에 연결되며, 원통형 부재를 파지하되 원통형 부재 운반 공간을 중심으로 양측에 위치된 엔드이펙터;
   상기 엔드이펙터에 설치되며, 원통형 부재의 기하학적 형상을 센싱하는 시각센서;
   상기 구동부의 동력을 제어하여 케이블 길이를 조절하며, 상기 시각센서의 원통형 부재 센싱을 감지하여 상기 원통형 부재의 기하학적 형상에 의한 무게중심에 따른 엔드이펙터 위치를 제어하는 제어부:를 포함하며,
   상기 엔드이펙터는,
   원통형에 대응되는 곡률을 갖는 대응홈이 형성된 몸체;
   상기 몸체의 양단부를 통해 몸체 내부로 출입되면서 원통형 부재의 직경에 대응되는 곡률을 상기 몸체와 함께 형성하는 그리퍼:를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부재 운반용 케이블 로봇.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 케이블의 장력을 감지하는 장력센서가 설치되며, 상기 제어부는 장력센서 감지를 통해 기 설정되어 있는 원통형 부재 위치에 따른 케이블 장력값과 비교하여 케이블 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 원통형 부재 운반용 케이블 로봇.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   일측의 케이블은 일측의 엔드이펙터 일측과, 타측의 엔드이펙터 일측에 복수로 연결되고, 타측의 케이블은 일측의 엔드이펙터 타측과, 타측의 엔드이펙터 타측에 복수로 연결되며,
   일측의 복수 케이블은 서로 타측의 엔드이펙터 일측에 교차되지 않게 연결되고, 타측의 복수 케이블은 서로 일측의 엔드이펙터 타측에 교차되게 연결되되,
   타측의 복수 케이블은 일측의 복수 케이블 위로 지나가도록 설치된 것을 특징으로 하는 원통형 부재 운반용 케이블 로봇.

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