KR101980269B1 - 모듈 연결 시스템 - Google Patents

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Abstract

복수의 모듈이 커넥터에 의해 연결되어 형성되는 모듈 연결 시스템은, 상기 모듈은 베이스 모듈, 제1 모듈 및 제2 모듈을 포함하고, 상기 커넥터는 제1 커넥터와 제2 커넥터를 포함하며, 상기 베이스 모듈은 구동원으로부터 제공되는 전원 및 신호를 전달하고, 상기 제1 모듈은 제1 커넥터에 의해 상기 베이스 모듈과 전기/기계적으로 연결되고, 상기 제2 모듈은 제2 커넥터에 의해 상기 제1 모듈과 전기/기계적으로 연결되며, 상기 제1 커넥터는 상기 베이스 모듈로부터 전달되는 전원 및 신호를 상기 제2 모듈로 전달하고, 동시에 상기 제1 모듈에 필요한 전원 및 신호를 공급하도록 상기 제2 커넥터보다 많은 수의 접속 단자를 구비한다.

Description

모듈 연결 시스템{Module connection system}
본 발명은 모듈 연결 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 모듈을 커넥터에 의해 서로 연결하여 사용할 수 있는 모듈 연결 시스템에 관한 것이다.
로봇은 사람이 가진 기능 중 일부를 처리하거나, 스스로 일정 작업을 수행할 수 있는 기계로서, 최근에는 다양한 기능과 복잡한 구조를 가지는 산업용 로봇 또는 의료용 로봇 등이 개발되고 있다.
종래에는 로봇이 전산처리 등을 수행하는 본체와, 모터나 액추에이터 등을 구비하는 구동부가 일체로 제작되었다. 만약, 상기 본체와 구동부가 일체로 제작되지 않더라도, 볼트 또는 나사 등의 체결 부재에 의해 상기 본체와 구동부가 구조적으로 분리가 쉽지 않도록 구조화되는 것이 일반적이었다.
그러나, 로봇의 부품 교체 또는 에러 수리의 용이성 등을 고려하여, 최근에는 본체에 구동부를 장착하거나 분해하는 것이 용이한 모듈형 로봇이 상용화되고 있다. 예를 들어, 본체 기능 또는 구동부의 기능을 담당하는 복수의 모듈이 서로 결합 및 조립됨으로써 하나의 로봇 완성품이 제조될 수 있다.
이러한 모듈형 로봇이 바람직하게 작동되기 위해, 상기 모듈 간의 결합은 구조적 결합과 전기 회선 결합의 전기/기계적 연결이 모두 이루어져야만 한다. 여기서, 구조적 결합이란 두 개의 구성품을 기구적으로 하나의 형태로 결합하는 것을 의미하고, 전기 회선 결합이란 전원의 공급, 통신 또는 제어용 회선이 서로 연결되는 것을 의미한다.
이와 같이, 상기 모듈들이 전기/기계적으로 연결되기 위하여, 각 모듈 사이에는 모듈 간의 접속 부재인 커넥터가 필요하다. 즉, 상기 커넥터의 종류와 그 기능에 따라 로봇의 모듈 단위의 조립과 분해의 용이성 또는 각 모듈 간의 구조적 또는 전기적 결합 완성도가 크게 달라진다. 따라서, 현재 모듈형 로봇 분야에서는, 상기 커넥터에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
일 예로, 미국 등록특허 US6605914호 문헌에서는 각 모듈을 전기/기계적으로 연결하기 위한 피봇 메커니즘에 관한 내용이 개시되어 있다. 상기 피봇 매커니즘은 인접하는 모듈에 각각 별도로 설치되고, 상기 피봇 매커니즘끼리 결합함으로써 상기 모듈들이 서로 결합하게 된다. 본 문헌에 따른 피봇 매커니즘들은 암수 결합부의 구분이 없으므로 서로 무성별 결합이 이루어질 수 있고, 총 8가지의 초기 위치 상대 결합이 가능한 장점이 있다.
그러나, 상기 피봇 매커니즘은 단자들이 동심형 링(concentric ring) 형상으로 배치되므로 결합부에 굽힘 힘이 작용하는 경우에 단자 간 접촉 불량으로 인해 전기적인 연결이 불안정할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 전원이 모듈 내에 배터리 형태로 내장되어 있고, 모듈 간에 신호를 전달하는 단자의 개수가 제한되기 때문에, 전기적으로 무성별을 완전히 구현하지 못하는 문제점이 있다.
다른 예로, 미국 공개특허 US2013/0340560호 문헌에서는 모듈 간의 전기/기계적 연결이 이루어지게 하는 결합부재에 관한 내용이 개시되어 있다. 상기 결합부재는 모듈 간의 전기적 연결을 위한 원형의 PCB 인터페이스와 모듈 간의 구조적 연결을 위한 기계식 커플링으로 구성되어 있다.
그러나, 상기 결합부재들은 암수 성별이 서로 구분되어 있으므로, 상기 결합부재끼리 결합 및 조립되는 경우에 방향성을 고려해야만 하는 등 조립 용이성이 현저히 떨어지고 오차 발생 가능성이 크게 높아지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 결합부재끼리 연결하는 경우에, 초기 결합 위치가 180°간격으로 2개만이 선택 가능하므로 모듈 간 결합 자유도가 제한적인 문제점이 있다.
이에 더하여, 위의 종래 문헌에 따른 모듈들의 결합 부재는 상기 모듈들이 서로 동일한 크기를 가지는 경우에 적용 가능한 구성이다. 즉, 상기 모듈에 연결되는 장치는 특정 용량의 전기적 신호를 받는 제품과 연결된다. 따라서, 위와 같은 종래의 모듈 연결 장치는 용량이 다른 장치들을 일체로 연결하는 것이 어려운 문제점이 있었다.
미국 등록특허 US6605914호 미국 공개특허 US2013/0340560호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용량 및 크기가 서로 다른 모듈을 효율적으로 전기/기계적으로 연결할 수 있으며, 커넥터 간 무성별 결합이 가능하여 사용자의 목적에 맞추어 시스템을 유연하고 자유롭게 구성할 수 있는 모듈 연결 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 모듈이 커넥터에 의해 연결되어 형성되는 모듈 연결 시스템으로서, 상기 모듈은 베이스 모듈, 제1 모듈 및 제2 모듈을 포함하고, 상기 커넥터는 제1 커넥터와 제2 커넥터를 포함하며, 상기 베이스 모듈은 구동원으로부터 제공되는 전원 및 신호를 전달하고, 상기 제1 모듈은 제1 커넥터에 의해 상기 베이스 모듈과 전기/기계적으로 연결되고, 상기 제2 모듈은 제2 커넥터에 의해 상기 제1 모듈과 전기/기계적으로 연결되며, 상기 제1 커넥터는 상기 베이스 모듈로부터 전달되는 전원 및 신호를 상기 제2 모듈로 전달하고, 동시에 상기 제1 모듈에 필요한 전원 및 신호를 공급하도록 상기 제2 커넥터보다 많은 수의 접속 단자를 구비하는 모듈 연결 시스템에 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 모듈은, 양단에 제1 커넥터가 형성되는 제1 조인트 모듈과, 일단에 제1 커넥터가 형성되고 타단에 제2 커넥터가 형성되는 제1 링크 모듈을 포함하고, 상기 제1 조인트 모듈은, 일단에 형성된 제1 커넥터가 베이스 모듈에 형성된 제1 커넥터에 연결되어 상기 베이스 모듈과 전기/기계적으로 연결되도록 형성되고, 상기 제1 링크 모듈은, 일단에 형성된 제1 커넥터가 상기 제1 조인트 모듈의 타단에 형성된 제1 커넥터와 연결되어 상기 제1 조인트 모듈과 전기/기계적으로 연결되고, 타단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제2 모듈에 형성된 제2 커넥터와 연결되어 상기 제2 모듈과 전기/기계적으로 연결되도록 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 모듈은 제3 모듈을 포함하고, 상기 커넥터는 제3 커넥터를 포함하며, 상기 제3 모듈은 제3 커넥터에 의해 상기 제2 모듈과 전기/기계적으로 연결되고, 상기 제2 커넥터는 상기 제1 모듈을 통해 전달되는 전원 및 신호를 상기 제3 모듈로 전달하고, 동시에 상기 제2 모듈에 필요한 전원 및 신호를 공급하도록 상기 제3 커넥터보다 많은 수의 접속 단자를 구비한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 모듈은, 양단에 제2 커넥터가 형성되는 제2 조인트 모듈과, 일단에 제2 커넥터가 형성되고 타단에 제3 커넥터가 형성되는 제2 링크 모듈을 포함하고, 상기 제2 조인트 모듈은, 일단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제1 링크 모듈에 형성된 된제2 커넥터에 연결되어 상기 제1 링크 모듈과 전기/기계적으로 연결되도록 형성되고, 상기 제2 링크 모듈은, 일단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제2 조인트 모듈의 타단에 형성된 제2 커넥터와 연결되어 상기 제2 조인트 모듈과 전기/기계적으로 연결되고, 타단에 형성된 제3 커넥터가 상기 제3 모듈에 형성된 제3 커넥터와 연결되어 상기 제3 모듈과 전기/기계적으로 연결되도록 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 복수의 전원 연결 단자와 복수의 신호 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 커넥터의 전원 연결 단자의 일부는 상기 제1 모듈에 형성된 전원 연결 선을 통해 상기 제2 커넥터의 전원 연결 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 커넥터의 신호 연결 단자의 일부는 상기 제1 모듈에 형성된 신호 연결 선을 통해 상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자와 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈에는 소정의 작업을 수행하는 제1 작동 장치가 연결될 수 있는 동일 형태의 제1 작동 장치 연결부가 형성되고, 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈에 각각 형성된 제1 작동 장치 연결부는 상기 구동원으로부터 제공되는 신호 중 제1 작동 장치의 구동 신호를 공유하도록 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자를 통해 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 커넥터 및 상기 제3 커넥터는 복수의 전원 연결 단자와 복수의 신호 연결 단자를 포함하고, 상기 제2 커넥터의 전원 연결 단자의 일부는 상기 제2 모듈에 형성된 전원 연결 선을 통해 상기 제3 커넥터의 전원 연결 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자의 일부는 상기 제2 모듈에 형성된 신호 연결 선을 통해 상기 제3 커넥터의 신호 연결 단자와 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 제3 모듈에는 소정의 작업을 수행하는 제2 작동 장치가 연결될 수 있는 동일 형태의 제2 작동 장치 연결부가 형성되고, 상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 상기 제3 모듈에 각각 형성된 제2 작동 장치 연결부는 상기 구동원으로부터 제공되는 신호 중 제2 작동 장치의 구동 신호를 공유하도록 상기 제1 커넥터, 제2 커넥터 및 제3 커넥터의 신호 연결 단자를 통해 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 커넥터와 제2 커넥터는 크기와 단자 수에만 차이가 있는 동일한 구조를 가진다.
일 실시예에 따르면, 상기 모듈 연결 시스템의 커넥터는 마주하여 배치되는 동일 구조의 다른 커넥터와 암수 구분없이 체결되는 무성별 결합 구조를 가진다.
일 실시예에 따르면, 상기 모듈 연결 시스템의 커넥터는 원형의 기판부 중앙에서 부채꼴 형태로 형성되어 상기 커넥터의 둘레를 따라 배치되는 복수의 단자부를 포함하고, 상기 단자부는 상기 기판부의 중앙에서 외곽을 향하여 순차적으로 형성되는 복수의 전원 연결 단자를 포함하는 전원 공급부, 복수의 신호 연결 단자를 포함하는 신호 전달부 및 복수의 접지 단자를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 모듈 연결 시스템의 커넥터의 단자 수는 연결되는 모듈의 용량에 비례하여 증가한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 연결 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1의 모듈 연결 시스템을 단순화한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 커넥터가 서로 결합되는 모습을 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 커넥터의 정면도이다.
도 6은 도 5의 커넥터의 기판부의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 7은 도 3의 커넥터가 연결되었을 때 두 커넥터의 기판부에서의 전기적인 통전 상태를 도시한 것이다.
도 8 및 도 9는 커넥터의 패드 단자와 핀 단자의 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스몰 모듈용 커넥터의 기판부를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미디엄 모듈용 커넥터의 기판부를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라지 모듈용 커넥터의 기판부를 도시한 것이다.
도 13은 도 2의 모듈 연결 시스템의 전원 연결을 설명하는 도면이다.
도 14 내지 도 16은 도 2의 모듈 연결 시스템의 신호 연결을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)의 개념도이다.
본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)은 베이스 모듈(2a)에 대해 외팔보로 형성되어, 소정의 작업을 수행하는 로봇 팔이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모듈 연결 시스템(1)은 베이스 모듈(2a)에 일렬로 연결되는 제1 모듈(3), 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)을 포함한다.
모듈 연결 시스템(1)은 구동원(2)에서 모듈 연결 시스템(1)에 필요한 전원과 신호를 공급받으며, 베이스 모듈(2a)은 제1 모듈(3), 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)을 지지하는 동시에 구동원(2)에서 공급되는 전원 및 신호를 모듈(3, 4, 5) 전체에 전달한다.
제1 모듈(3)은 로봇 팔의 제1 관절(30)을 형성하고 제1 관절(30)을 회전 구동시키기 위한 모터를 포함하는 제1 조인트 모듈(3a)과, 상기 제1 조인트 모듈(3a)과 연결하여 로봇 팔의 필요 길이를 충족시키는 제1 링크 모듈(3b)을 포함한다.
제2 모듈(4)은 로봇 팔의 제2 관절(40)을 형성하고 제2 관절(40)을 회전 구동시키기 위한 모터를 포함하는 제2 조인트 모듈(4a)과, 상기 제2 조인트 모듈(4a)과 연결하여 로봇 팔의 필요 길이를 충족시키는 제2 링크 모듈(4b)을 포함한다.
제3 모듈(5)은 로봇 팔의 제3 관절(50)을 형성하고 제3 관절(50)을 회전 구동시키기 위한 모터를 포함하는 제3 조인트 모듈(5a)과, 상기 제3 조인트 모듈(5a)과 연결되는 제3 링크 모듈(5b)을 포함한다.
본 명세서에서는, 편의상 "조인트 모듈"과 "링크 모듈"로 구분하여 기재하였지만, 조인트 모듈이 모터와 같은 구동 장치를 포함하는 모듈이고, 링크 모듈은 단순히 길이 연결을 위한 모듈로 한정 해석해서는 안된다.
예를 들어, 제3 링크 모듈(5b)의 단부에는 로봇 손(52)과 같은 엔드 이펙터(end effector)가 형성될 수 있으며, 로봇 손(52)을 작동시키기 위한 관절(53)과 모터가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)을 구성하는 총 7개의 모듈(2a, 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 5a, 5b)은 단부에 커넥터(100)가 연결되어 있으며, 마주하는 두 커텍터(100)가 서로 체결되어, 각 모듈 간의 전기/기계적 연결이 이루어진다.
복수의 모듈이 연결되어 모듈 연결 시스템(1)을 구성하는 경우, 각 모듈이 필요로 하는 전원 및/또는 신호 등 전기적 용량은 서로 상이하다.
예를 들어 본 실시예와 같이 모듈 연결 시스템(1)을 구성하는 모듈들이 베이스 모듈(2a)에 대해 일렬로 연결되는 경우, 제1 조인트 모듈(3a)은 그 모터가 후속하는 모듈(3b, 4, 5)의 무게를 감당하면서 구동하여야 하므로, 상대적으로 높은 용량을 가지는 대용량 모듈로 구성될 필요가 있다. 즉, 모터의 크기에 비례하여 모듈의 크기가 커지며, 그에 따라 제1 모듈(3)을 구성하는 기구의 크기 및 필요 강도가 함께 증가한다.
이에 반하여, 제일 말단에 위치한 제3 링크 모듈(5b)은 모터(53)를 통해 엔드 이펙터를 구동하면 족하므로, 상대적으로 낮은 용량을 가지는 소용량 모듈로 구성되어도 좋다.
이와 같은 구조적 특징을 고려치 않고, 종래 기술에 따른 커넥터를 이용해 모듈 연결 시스템을 구성하는 경우, 불필요한 전원 및 신호 낭비가 발생할 수 있으며, 커넥터의 크기를 고려하여 연결되는 모듈의 크기를 설계하여야 하므로 자유로운 모듈의 적용 및 조합이 어려워진다.
이에 따라, 본 실시예에 따르면, 연결되는 모듈의 용량에 따라 연결을 위한 커넥터를 달리 적용함으로써, 용량이 서로 다른 모듈을 이용해 하나의 시스템(1)을 효율적으로 구성할 수 있다.
도 2는 도 1의 모듈 연결 시스템(1)을 단순화한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 모듈(2a)에 제1 모듈(3)은 크기와 용량이 가장 큰 대용량 모듈(라지 모듈)이고, 제2 모듈(4)은 제1 모듈(3)에 비해 크기와 용량이 상대적으로 작은 중용량 모듈(미디엄 모듈)이며, 제3 모듈(5)은 제2 모듈(4)에 비해 크기와 용량이 상대적으로 가장 작은 소용량 모듈(스몰 모듈)이다.
본 실시예에 따른 커넥터(100)는 연결되는 모듈의 용량에 따라 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(102) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)로 형성된다.
대용량인 제1 모듈(3)의 일단에는 베이스 모듈(2a)과의 연결을 위해 라지 모듈용 커넥터(101)가 결합되고 타단에는 제2 모듈(4)과의 연결을 위해 미디엄 모듈용 커넥터(102)가 형성된다. 더 세부적으로는, 제1 모듈(3)의 제1 조인트 모듈(3a)의 양단에는 각각 라지 모듈용 커넥터(101)가 형성되고, 제1 링크 모듈(3b)의 양단에는 라지 모듈용 커텍터(101) 및 미디엄 모듈용 커넥터(102)가 각각 형성된다.
베이스 모듈(2a)에는 라지 모듈용 커넥터(101)가 형성되어 있으며, 제1 조인트 모듈(3a)의 일단에 형성된 라지 모듈용 커넥터(101)를 베이스 모듈(2a)의 라지 모듈용 커넥터(101)에 연결함으로써, 베이스 모듈(2a)과 제1 조인트 모듈(3a)이 전기/기계적으로 연결된다.
제1 링크 모듈(3b)의 라지 모듈용 커넥터(101)를 제1 조인트 모듈(3a)의 타단에 형성된 라지 모듈용 커넥터(101)에 연결함으로써, 제1 조인트 모듈(3a)과 제1 링크 모듈(3b)이 전기/기계적으로 연결된다. 이로써, 베이스 모듈(2a) 및 제1 모듈(3) 전체의 전기/기계적인 연결이 이루어진다.
중용량인 제2 모듈(4)의 일단에는 제1 모듈(3)과의 연결을 위해 미디엄 모듈용 커넥터(102)가 결합되고 타단에는 제3 모듈(5)과의 연결을 위해 스몰 모듈용 커넥터(103)가 형성된다. 더 세부적으로는, 제2 모듈(4)의 제2 조인트 모듈(4a)의 양단에는 각각 미디엄 모듈용 커넥터(102)가 형성되고, 제2 링크 모듈(4b)의 양단에는 미디엄 모듈용 커텍터(102) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)가 각각 형성된다.
제2 조인트 모듈(4a)의 미디엄 모듈용 커넥터(102)를 제1 링크 모듈(3b)의 타단에 형성된 미디엄 모듈용 커넥터(102)에 연결함으로써, 제2 조인트 모듈(4a)과 제1 링크 모듈(3b)이 전기/기계적으로 연결된다.
제2 링크 모듈(4b)의 미디엄 모듈용 커넥터(102)를 제2 조인트 모듈(4a)의 타단에 형성된 미디엄 모듈용 커넥터(102)에 연결함으로써, 제2 조인트 모듈(4a)과 제2 링크 모듈(4b)이 전기/기계적으로 연결된다. 이로써, 베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3) 및 제2 모듈(4)의 전체적인 전기/기계적인 연결이 이루어진다.
소용량인 제3 모듈(5)은 스몰 모듈용 커넥터(102)를 통해 제2 모듈(4)과 연결된다. 더 세부적으로는, 제3 모듈(5)의 제3 조인트 모듈(5a)의 양단에는 각각 스몰 모듈용 커넥터(103)가 형성되고, 제3 링크 모듈(5b)의 일단에는 스몰 모듈용 커넥터(103)가 형성된다.
제3 조인트 모듈(5a)의 스몰 모듈용 커넥터(103)를 제2 링크 모듈(4b)의 타단에 형성된 스몰 모듈용 커넥터(103)에 연결함으로써, 제3 조인트 모듈(5a)과 제2 링크 모듈(4b)이 전기/기계적으로 연결된다.
제3 링크 모듈(5b)의 스몰 모듈용 커넥터(102)를 제3 조인트 모듈(5a)의 타단에 형성된 스몰 모듈용 커넥터(103)에 연결함으로써, 제3 조인트 모듈(5a)과 제3 링크 모듈(5b)이 전기/기계적으로 연결된다. 이로써, 베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3), 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)의 전체적인 전기/기계적인 연결이 이루어진다.
본 실시예에 따르면, 각기 용량이 상이한 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(103) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)를 그가 연결되는 모듈의 용량에 따라 형성한다. 이에 따라서, 커넥터의 종류를 확인하여 동일 종류의 커넥터를 연결하기만 하면, 모듈 간의 용량에 맞는 전기/기계적 연결이 이루어지게 된다. 따라서, 매우 신속하고 간단하게 다양한 형태의 모듈 연결 시스템(1)을 구성할 수 있다.
또한, 제1 링크 모듈(3b)과 같이 용량이 상이한 커넥터를 양 단에 각각 구비한 중간 연결 모듈을 이용함으로써, 모듈 연결 시스템(1)의 구조를 다양화할 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 모듈 연결 시스템(1)의 다양한 조합성과 용이한 조립성은 무성별 결합이 가능한 커넥터(100)를 형성함으로써 한층 증가된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(100)의 사시도이다.
또한, 도 3에서는 구분을 위해 예를 들어 베이스 모듈(2a)의 단부에 형성되는 커넥터(100)를 커넥터(100a)로 표시하고 제1 조인트 모듈(3a)에 표시하는 커넥터(100b)로 표시하였지만, 두 커넥터(100a, 100b)는 서로 동일한 구조를 가진다. 이하에서는 필요에 따라 커넥터(100a)와 커넥터(100b)를 구분하지 않고 커넥터(100)로 칭하여 설명하기도 하고, 두 커넥터의 연결 관계에서는 부재번호 뒤에 "a" 또는 "b"를 추가해 구분을 분명히 할 수도 있다는 점이 이해되어야 할 것이다.
본 실시예에 따른 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(103) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)는 용량에 따라 단자(131, 132)의 개수와 그 크기(직경)가 상이할 뿐 그 구조는 모두 동일하다. 도 3에 도시된 커넥터(100)는 세 종류의 커넥터 중 어느 하나를 도시한 것이라기보다는 세 종류의 커넥터의 구조를 설명하기 위한 도면이라는 점도 이해되어야 할 것이다.
도 3을 참조하면, 커넥터(100)는 인접한 커넥터와 접속하여 전기적 연결을 이루는 기판부(130)를 포함한다. 기판부(130)는 일 예로 PCB(인쇄 회로기판)일 수 있다.
기판부(130)의 외측에는 고정 몸체(fixing body)(120)와 고정 링(fixing ring)(110)이 순차적으로 배치된다. 고정 몸체(120)는 기판부(130)를 감싸도록 배치되고, 고정 링(110)은 고정 몸체(120)를 감싸도록 배치된다.
고정 몸체(120)는 외면에 날개 나사산(122)이 형성되는 네 개의 고정 날개(fixing wing)(121)를 구비한다. 고정 날개(121)는 고정 몸체(120)의 외면에 형성되어 고정 몸체(120)와 고정 링(110) 사이에 배치되는 구성이다.
고정 날개(121)는 고정 몸체(120)의 둘레를 8 분할한 길이로 형성되며, 네 개의 고정 날개(121)가 고정 몸체(120)의 둘레 방향으로 90도 간격으로 배치되어 있다. 이에 따라서, 커넥터(100a)의 인접하는 두 고정 날개(121a)의 사이로 그와 연결되는 커넥터(100b)의 고정 날개(121b)가 삽입될 수 있다.
고정 날개(121)는 일부가 고정 몸체(120)의 전방으로 돌출되며, 날개 나사산(122)은 전방으로 돌출된 고정 날개(121)의 전방 측에 형성된다.
고정 링(110)의 내면에는 링 나사산이 형성된다. 하나의 커넥터(100a)의 고정 링(110a)의 링 나사산은 연결되는 커넥터(100b)의 고정 날개(120b)의 날개 나사산(122b)에 맞물릴 수 있다.
각각의 고정 날개(121)에 형성된 날개 나사산(122)은 물리적으로는 분리되어 있지만, 네 개의 고정 날개(121)의 날개 나사산(122)들은 하나의 나선 경로를 형성한다. 따라서, 커넥터(100a)의 고정 링(110)의 내면에 형성된 링 나사산은 커넥터(100b)의 고정 날개(121b)의 날개 나사산(122b)에 동시에 맞물려 나사 결합될 수 있다.
고정 링(110)의 외면에는, 내측 방향으로 오목한 형상의 함몰부(111)가 형성된다. 함몰부(111)는 사용자가 커넥터(100)의 고정 링(110)을 회전시키기 위한 손잡이의 역할을 한다.
도 4a 내지 도 4c는 두 커넥터(100a, 100b)가 서로 결합되는 모습을 도시한 것이다.
먼저, 도 4a에 도시된 분리 상태에서 커넥터(100a)의 결합 면과 커넥터(100b)의 결합 면을 서로 마주보도록 배치한다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 하나의 커넥터(100a)의 인접하는 두 고정 날개(121a)의 사이로 다른 커넥터(100b)의 고정 날개(121b)가 삽입되도록 끼워 넣는다.
다음으로, 커넥터(100a)의 고정 링(110a)를 회전시켜 커넥터(100b)의 방향으로 전진시켜, 고정 링(100a)의 링 나사산을 커넥터(100b)의 날개 나사산(122b)에 회전 결합한다. 이어서, 커넥터(100b)의 고정 링(110b)를 회전시켜 커넥터(100a)의 방향으로 전진시켜, 고정 링(100b)의 링 나사산을 커넥터(100a)의 날개 나사산(122a)에 회전 결합한다.
본 실시예에 따르면, 고정 링(110)의 두께는 고정 날개(120)의 날개 나사한(122)의 너비와 실질적으로 동일하게 형성된다. 또한, 자세히 도시하지는 않았지만, 고정 링(110)은 실질적으로 링 형태인 몸체의 내경 방향으로 연장되며 몸체의 배면 측에 치우쳐 형성되어 단차를 형성하는 플랜지를 포함한다. 커넥터(100a)의 고정 링(110)이 커넥터(100b)의 날개 나사산(122b)와 나사 결합될 때, 커넥터(100b)의 고정 날개 (121b)가 커넥터(100a)의 고정 링(110a)의 플랜지에 맞닿게 되면 커넥터(100a)의 고정 링(110a)은 더이상 전진하지 못하고 커넥터(100b)의 날개 나사산(122b)을 완전히 덮는 위치에서 정지한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 커넥터(100a)의 고정 링(110a)이 커넥터(100b)의 날개 나사산(122b)를 완전히 덮고, 커넥터(100b)의 고정 링(110b)이 커넥터(100a)의 날개 나사산(122a)를 완전히 덮으면, 두 커넥터(100a, 100b)의 기계적 연결이 이루어진다. 이때, 두 커넥터(100a, 100b)의 단자는 서로 접촉하게 되어 두 커넥터(100a, 100b)의 전기적 연결 역시 자연히 이루어지게 된다.
다시 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 커넥터(100)의 기판부(130)에는 두 종류의 단자(131, 132)가 형성된다. 제1 형태의 단자(131)는 기판부(130)의 전방으로 돌출된 핀 단자(pin terminal)(131)이고, 제2 형태의 단자(132)는 기판부(130)에 실질적으로 평평하게 형성된 패드 단자(pad terminal)(132)이다.
핀 단자(131)는 압력이 가해지면 기판부(130) 내측으로 눌려졌다가 압력이 해제되면 스프링의 복원력에 의해 다시 돌출되는 스프링 핀이다.
본 실시예에 따르면, 커넥터(100a)의 핀 단자(131a)는 마주하는 커넥터(100b)의 패드 단자(132b)에 접촉하여, 두 커넥터(100a, 100b)를 전기적으로 접속시킨다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 커넥터(100)의 기판부(130)의 구조를 좀더 자세히 설명한다. 도 5는 커넥터(100)의 정면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기판부(130)는 복수의 단자(131, 132)가 45°의 사이각을 가지는 부채꼴 형상으로 밀집된 단자부(A)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 단자부(A)는 복수의 패드 단자(132)가 형성하는 패드 단자부(A1)와 복수의 핀 단자(131)가 형성하는 핀 단자부(A2)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 서로 원점 대칭되는 두 개의 핀 단자부(A2)와 핀 단자부(A2)의 양측에 배치되는 총 4개의 패드 단자부(A1)로 이루어진 총 6개의 단자부(A)가 형성된다.
단자부(A)는 기판부(130)의 중앙에서 중앙에서 외곽을 향하여 순차적으로 형성되는 전원 공급부(14), 신호 전달부(15) 및 접지부(16)로 구분할 수 있다.
도 5에서는 전원 공급부(14), 신호 전달부(15) 및 접지부 사이에 점선의 경계선이 도시되어 있지만, 이는 서로 기능을 달리하는 각 부분을 구분하기 위한 가상의 선일 수 있음이 이해될 것이다.
본 실시예에서 패드 단자부(A1)는 전원 공급부(14)에 속하는 5개의 전원 연결 패드 단자(PP), 신호 전달부(15)에 속하는 12개의 신호 연결 패드 단자(PS) 및, 접지부(16)에 속하는 5개의 접지 패드 단자(PG)를 포함한다. 아울러, 패드 단자부(A1)는 접지부(16)에 기판부(130)의 반경 방향으로 두 개의 위치 확인 패드 단자(PR)를 포함한다.
핀 단자부(A2)는 전원 공급부(14)에 속하는 5개의 전원 연결 핀 단자(SP), 신호 전달부(15)에 속하는 12개의 신호 연결 핀 단자(SS) 및, 접지부(16)에 속하는 5개의 접지 핀 단자(SG)를 포함한다. 아울러, 핀 단자부(A2)는 접지부(16)에 하나의 위치 확인 핀 단자(SR)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 핀 단자부(A2)는 기판부의 반경 내측으로 배치되는 제1 위치 확인 핀 단자(SR1)를 포함하고, 그와 원점 대칭되는 다른 핀 단자부(A2)는 기판부의 반경 외측으로 배치되는 제2 위치 확인 핀 단자(SR2)를 포함한다. 위치 확인 핀 단자와 위치 확인 패드 단자의 활용은 후술한다.
전원 공급부(14)에 배치되는 전원 연결 단자는 커넥터(100)에 의해 연결되는 모듈에 전압을 공급하는 구성이고, 신호 전달부(15)에 배치되는 신호 연결 단지는 커넥터(100)에 의해 연결되는 모듈에 구동 신호 등 전기 신호를 송수신하는 구성이다. 접지부(16)의 접지 단자는 기기의 전위를 0으로 유지하기 위한 구성이다.
본 실시예에 따르면, 6개의 단자부(A)는 패드와 핀의 단자의 종류와, 핀 단자부에서 위치 확인 핀 단자의 위치를 제외하고, 나머지 전원 연결 단자(전원 연결 패드 단자, 전원 연결 핀 단자), 신호 연결 단자(신호 연결 패드 단자, 신호 연결 핀 단자) 및 접지 단자(접지 패드 단자, 접지 핀 단자)의 개수 및 위치는 실질적으로 동일하다.
아울러, 6개의 단자부(A)의 포함된 단자들 각각은 위치에 따라 공통된 기능을 가진다.
도 6은 커넥터(100)의 기판부(130)의 일부를 확대 도시한 도면이다.
패드 단자부(A1)에서 5개의 전원 연결 패드 단자(PP)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 5개의 전원 연결선(P1 ~ P5)과 각각 전기적으로 연결된다. 패드 단자부(A1)에서 12개의 신호 연결 패드 단자(PS)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 12개의 신호 연결선(S1 ~ S12)과 각각 전기적으로 연결된다. 패드 단자부(A1)에서 5개의 접지 패드 단자(PG)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 5개의 접지 연결선(G1 ~ G5)과 각각 전기적으로 연결된다. 도시하지는 않았지만, 다른 3개의 패드 단자부(A1)의 패드 단자들 역시 동일하게 모듈과 전기적으로 연결된다.
이와 유사하게, 핀 단자부(A2)에서 5개의 전원 연결 핀 단자(SP)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 5개의 전원 연결선(P1 ~ P5)과 각각 전기적으로 연결된다. 핀 단자부(A2)에서 12개의 신호 연결 핀 단자(SS)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 12개의 신호 연결선(S1 ~ S12)과 각각 전기적으로 연결된다. 핀 단자부(A2)에서 5개의 접지 패드 단자(SG)는 커넥터(100)가 연결되는 모듈 내부로 연장되는 5개의 접지 연결선(G1 ~ G5)과 각각 전기적으로 연결된다. 도시하지는 않았지만, 다른 하나의 핀 단자부(A2)의 핀 단자들 역시 동일하게 모듈과 전기적으로 연결된다.
커넥터(100a)의 핀 단자부(A2)는 커넥터(100b)의 패드 단자부(A1)와 접촉하여 전기적 연결을 이루므로, 하나의 커넥터(100)에서 패드 단자부(A1)와 핀 단자부(A2)는 거울 대칭 구조로 모듈의 연결선과 연결된다는 것이 이해될 것이다.
이와 같은 구성에 따르면, 커넥터(100)에 연결된 모듈 내부로 연장되는 각각의 전원 연결선, 신호 연결선 및 접지 연결선은 커넥터(100) 근처에서 총 6개로 분기되어 각각 커넥터(100)의 6개의 단자부(A) 각각에 형성되는 단자들에 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 모듈의 제1 신호 연결선(S1)을 통해 전달되는 신호는 각 단자부(A)로 전달되어 6개의 제1 신호 연결 단자로 출력될 수 있는 것이다.
이와 같이, 기판부(130) 상에서 서로 원점 대칭되는 각 단자군(A)의 단자들이 전기적으로 통전되도록 함으로써, 커넥터(100)를 통해 연결되는 모듈 간에 전달되는 신호의 양을 늘릴 수 있다.
아울러, 동일한 전원 내지 신호를 전달하는 단자들이 서로 원점 대칭되도록 배치되어, 예를 들어, 서로 연결되는 두 커넥터(100a, 100b)에 굽힘 힘 등이 적용하더라도 전기적인 단속을 피할 수 있다.
도 7은 두 커넥터(100a, 100b) 간에 기판부에서의 전기적인 통전 상태를 도시한 것이다.
상술한 바와 같이, 두 커넥터(100a, 100b)는 90도 간격으로 배치되는 고정 날개(121a, 121b)가 서로의 사이로 삽입되도록 구성되어 있으므로, 두 커넥터(100a, 100b)의 상대적인 결합 방위(Connection orientation)는 0°, 90°, 180° 또는 270°를 이루게 된다.
본 실시예에 따르면, 위와 같은 결합 방위에서, 커넥터(100a)의 핀 단자부(A2)는 커넥터(100b)의 패드 단자부(A1)와 접촉하여 전기적 연결을 이루도록 되어 있다.
따라서, 두 커넥터(100a, 100b)가 결합되면, 총 4개의 단자부(AC1, AC2, AC3, AC4)가 전기적 접속을 이루게 된다. 이에 따라, 두 커넥터(100a, 100b)가 정상 결합된 상태에서, 일측의 모듈(2a)로부터 하나의 신호 연결선을 통해 전달되는 신호와 하나의 전원 연결선을 통해 전달되는 전기 에너지는 총 4개의 단자를 거쳐 그와 연결되는 모듈(3a)로 전달된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 두 커넥터(100a, 100b)의 연결부에서 도면의 좌우 방향의 굽힘 응력이 작용한다고 가정한다.
굽힘 응력에 의해 두 커넥터(100a, 100b)의 간극이 정상 상태에서 어느 정도 벌어지더라도, 스프링 핀인 핀 단자의 탄성 작용으로 4개의 단자부(AC1, AC2, AC3, AC4) 모두에서 전기적 접속이 유지될 수 있다.
다만, 굽힘 응력에 의해 두 커넥터(100a, 100b)의 간극이 많이 벌어져 핀 단자의 동작 허용치를 벗어나면, 4개의 단자부(AC1, AC2, AC3, AC4)에서 일부의 단자의 전기적 연결이 끊어질 수 있다.
도 7에서는 두 개의 단자부(AC2, AC3)에서 하얀색으로 표시한 3개의 신호 연결선(S7, S11, S12)이 전기적으로 단락된 상태를 도시하였다(물론, 고정 링 등 고정 수단에 의해 두 커넥터가 강하게 고정되므로, 굽힘 응력에 의해 일부 단자의 전기적 접속이 끊어지는 경우는 극히 드물다. 다만, 불량 등에 의해 단자가 제대로 전기적 연결되지 않는 경우는 상대적으로 쉽게 발생할 수 있다).
비록 두 개의 단자부(AC2, AC3)에서 3개의 신호 연결선(S7, S11, S12)의 전기적인 연결이 끊어졌지만, 커넥터의 대칭 구조로 인해 나머지 두 개의 단자부(AC1, AC4)에서 해당 신호 연결선(S7, S11, S12)의 전기적 연결은 그대로 유지된다. 따라서, 두 커넥터(100a, 100b)에 의해 연결되는 두 모듈 사이의 신호 연결은 그대로 이루어질 수 있게 된다. 이러한 연결의 유지는 좌우 방향의 굽힘 힘이 작용하는 경우뿐 아니라, 임의의 방향으로 작용하는 굽힘 힘에도 동일하게 유지된다.
커넥터(100)는 동일 구조를 가지는 커넥터와 0°, 90°, 180° 또는 270°의 결합 방위(Connection orientation)를 이루기만 하면, 별도의 조치 없이도 전기/기계적 연결을 이룰 수 있다.
다만, 두 커넥터의 결합 방위에 따라 연결되는 두 모듈의 결합 방위로 달라지므로, 모듈 연결 시스템(1)에서 각 모듈의 위치 및 방위를 초기화 내지 특정하기 위하여, 두 커넥터(100)의 결합 방위를 하나를 기준으로 식별해낼 필요는 있다.
상술한 바와 같이, 패드 단자부(A1)에서는 공통적으로 두 개의 위치 확인 패드 단자(PR1, PR2)(도 6 참조)가 형성되지만, 두 개의 핀 단자부(A2)에서는 위치 확인 핀 단자(SR)가 기판부(130) 상에서 원점 대칭되는 부분에 배치되지 않는다.
구체적으로, 제1 핀 단자부에 위치한 제1 위치 확인 핀 단자(SR1)는 상대적으로 접지부(16)의 반경 내측에 배치되고, 제2 핀 단자부에 위치한 제2 위치 확인 핀 단자(SR2)는 상대적으로 접지부(16)의 반경 외측에 배치된다.
따라서, 커넥터(100a)의 제1 위치 확인 핀 단자(SR1)은 커넥터(100b)의 대응하는 패드 단자부의 제1 확인 패드 단자(PR1)에 접속되고, 커넥터(100a)의 제2 위치 확인 핀 단자(SR2)은 커넥터(100b)의 대응하는 패드 단자부의 제2 확인 패드 단자(PR2)에 접속된다.
이때, 4개의 패드 단자부(A1) 중에서 전기적 연결이 이루어진 제1 확인 패드 단자(PR1)는 단 하나이고, 전기적 연결이 이루어진 제2 확인 패드 단자(PR2) 역시 단 하나이다.
커넥터(100)는 서로 90도를 이루는 4개의 패드 단자부(A1)를 구비하므로, 각 패드 단자부(A1)의 제1 확인 패드 단자(PR1) 및 제2 확인 패드 단자(PR2)의 통전 여부를 확인하여, 90°간격의 총 4가지의 위치를 검출할 수 있다.
본 실시예에 따른 커넥터(100)의 전원 및 신호 교환 효율은 단자의 수(즉, 패드 단자와 핀 단자의 수)에 의해 결정되므로, 신호 전달부나 접지부 등과 달리 전원 공급부(14)는 원점과 밀접해 있어, 가능한 많은 단자를 배치하기 위해서는 패드 단자(132)와 핀 단자(131)가 서로 겹쳐지는 현상을 방지하여야 한다.
도 8 및 도 9는 패드 단자(132)와 핀 단자(131)의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
하나의 커넥터(100)에 구비되는 패드 단자(132)와 핀 단자(131)의 크기 또는 양 구성 간의 거리 등의 조건을 고려하여 전원 공급부의 중심(50)으로부터 패드 단자(132)와 핀 단자(131) 사이의 최소 거리가 규정되어야만 한다.
구체적으로, 패드 단자(132)와 핀 단자(131) 각각의 중심 사이의 거리(dｎ)는 패드 단자(132)와 핀 단자(131) 각각의 반지름의 합의 값을 초과하여야 한다.
본 실시예에서 패드 단자(132)와 핀 단자(131)는 동일한 반지름(r) 값을 가진다. 따라서, 중심 거리(dｎ)의 값은 2r을 초과하여야 한다.
중심 사이의 거리(dｎ)는 다음과 같은 수식에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 1]
dｎ = 2ｌｎ*sin(αｎ/2)
위의 [수학식 1]에서, ｌｎ은 패드 단자(132)의 중심(또는 핀 단자(131)의 중심)으로부터 전원 공급부(14)의 중심(50)까지의 거리를 의미하고, αｎ은 패드 단자(132)의 중심과 전원 공급부(14)의 중심(50)을 연결한 가상의 선과 핀 단자(131)의 중심과 전원 공급부(14)의 중심(50)을 연결한 가상의 선 사이의 각도를 의미한다. 그리고, ｎ은 단자가 속해있는 열의 위치를 의미한다.
여기서, r 값은 이미 정해져 있는 값이다. 따라서, αｎ 값에 따라 ｌｎ의 최소값이 산출될 수 있다. 그리고, 작업자는 ｌｎ의 최소값 정보에 기초하여, 실제 ｌｎ 값 및 dｎ값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 패드 단자(132)와 핀 단자(131)가 서로 겹치지 않는 범위에서 가능한 많은 양의 패드 단자(132)와 핀 단자(131)을 전원 공급부(14)에 배치할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 커넥터에 의하면, 동일한 구조의 두 커넥터는 상대 방위가 90도인 간격으로 어떠한 결합 방위로도 결합이 가능하다는 점을 설명하였다.
아울러, 예를 들어, 제1 조인트 모듈(3a)와 같이 양단에 동일한 구조의 커넥터(101)가 구비된 모듈이라면, 그와 연결되는 모듈(2a)와 결합 방향(connection direction)(도 3 참조)을 고려하지 않아도 된다. 예를 들어, 제1 링크 모듈(3b)로 향하던 단부를 베이스 모듈(2a) 쪽으로 돌려 결합하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)은 무성별 결합이 가능한 커넥터(100)를 이용해 다양한 구조로 쉽게 변형될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 상술한 커넥터(100)의 구조를 실질적으로 유지하면서, 연결되는 모듈의 용량에 비례하여 커넥터의 단자의 수를 증가시킴으로써, 모듈의 용량별로 신호선의 수와 배치를 달리할 수 있다.
본 실시예에서는 커넥터의 종류를 단자의 수에 따라 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(103) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)로 구분한다. 모듈의 용량이 클수록 커넥터의 직경이 증가하며, 직경이 커짐에 따라 확보되는 공간에 추가적으로 단자를 형성함으로써, 연결되는 모듈의 용량 증가에 대응한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스몰 모듈용 커넥터(103)의 기판부(120)를 도시한 것이다.
스몰 모듈용 커넥터(103)의 하나의 단자부(A)는 3개의 전원 연결 단자로 이루어진 스몰 전원 단자군(Psm)과 12개의 신호 연결 단자로 이루어진 스몰 신호 단자군(Ssm) 및 5개의 접지 단자로 이루어진 스몰 접지 단자군(Gsm)을 포함한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 기판부(120)를 도시한 것이다.
미디엄 모듈용 커넥터(102)의 기판부(120)는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 기판부(120)에 비해 직경이 커서, 스몰 모듈용 커넥터(103)에 비해 여유 있는 공간을 이용해 하나의 단자부(A)에 총 6개의 전원 연결 단자, 15개의 신호 연결 단자 및 7개의 접지 단자를 구비한다.
미디엄 모듈용 커넥터(102)의 6개의 전원 연결 단자 중 3개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 전원 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 전원 단자군(Psm)을 형성하고, 나머지 3개는 미디엄 모듈용 커넥터(102)에 필요한 전원을 스몰 전원 단자군에 추가로 제공하기 위한 미디엄 전원 단자군(Pme)을 형성한다.
미디엄 모듈용 커넥터(102)의 15개의 신호 연결 단자 중 12개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 신호 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 신호 단자군(Ssm)을 형성하고, 나머지 3개는 미디엄 모듈용 커넥터(102) 전용으로 구동하는 작동 장치에 신호를 송수신하기 위한 미디엄 신호 단자군(Sme)을 형성한다.
미디엄 모듈용 커넥터(102)의 7개의 접지 단자 중 5개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 접지 단자군의 접지 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 접지 단자군(Gsm)을 형성하고, 나머지 2개는 미디엄 모듈용 커넥터(102)에 추가되는 구성의 접지를 위한 미디엄 접지 단자군(Gme)을 형성한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라지 모듈용 커넥터(101)의 기판부(120)를 도시한 것이다.
라지 모듈용 커넥터(101)의 기판부(120)는 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 기판부(120)에 비해 직경이 커서, 미디엄 모듈용 커넥터(102)에 비해 여유 있는 공간을 이용해 하나의 단자부(A)에 총 10개의 전원 연결 단자, 18개의 신호 연결 단자 및 9개의 접지 단자를 구비한다.
라지 모듈용 커넥터(101)의 10개의 전원 연결 단자 중 3개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 전원 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 전원 단자군(Psm)을 형성하고, 3개는 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 미디엄 전원 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 미디엄 전원 단자군(Pme)을 형성하며, 나머지 4개는 라지 모듈용 커넥터(101)에 필요한 전원을 추가로 제공하기 위한 라지 전원 단자군(Pla)을 형성한다.
라지 모듈용 커넥터(101)의 18개의 신호 연결 단자 중 12개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 신호 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 신호 단자군(Ssm)을 형성하고, 3개는 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 미디엄 신호 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 미디엄 신호 단자군(Sme)을 형성하며, 나머지 3개는 라지 모듈용 커넥터(101) 전용으로 구동하는 작동 장치에 신호를 송수신하기 위한 라지 신호 단자군(Sla)을 형성한다.
라지 모듈용 커넥터(101)의 9개 접지 단자 중 5개는 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 접지 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 스몰 접지 단자군(Gsm)을 형성하고, 2개는 미디엄 모듈용 커넥터(103)의 미디엄 접지 단자군의 단자들과 전기적으로 연결되는 미디엄 접지 단자군(Gsm)을 형성하며, 나머지 2개는 라지 모듈용 커넥터(101)에 추가되는 구성의 접지를 위한 라지 접지 단자군(Gla)을 형성한다.
위와 같은 구조의 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(102) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)를 모듈 연결 시스템(1)에 순차적으로 배치하면, 사용자는 모듈 연결 시스템(1)을 구성하는 과정에서 각 모듈에 배치된 연결 선을 적절히 활용할 수 있게 된다.
도 13은 본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)의 전원 연결을 설명하는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3), 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)에는 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(102) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 전원 단자군(Psm)과 전기적으로 연결되는 전원 연결선이 형성되어 있다.
또한, 베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3) 및 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)에는 라지 모듈용 커넥터(101) 및 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 미디엄 전원 단자군(Pme)과 전기적으로 연결되는 전원 연결선이 형성되어 있다.
또한, 베이스 모듈(2a) 및 제1 모듈(3)에는 라지 모듈용 커넥터(101)의 라지 전원 단자군(Pme)과 전기적으로 연결되는 전원 연결선이 형성되어 있다.
구동원(2)은 베이스 모듈(2a)을 통해 모듈 연결 시스템(1)에 전원을 공급한다.
구동원(2)의 공급하는 전원 중 제3 모듈(5)에 필요한 전원으로 충분한 전원이 스몰 전원 단자군(Psm)을 통하는 전기 연결을 통해 제1 모듈(3) 및 제2 모듈(4)을 거쳐 제3 모듈(5)까지 전달된다. 제3 모듈(5)은 스몰 전원 단자군(Psm)을 통해 전달되는 전력을 이용해 제3 모듈(5)에 연결되는 모터 및 각종 작동 장치를 구동시킬 수 있다.
구동원(2)의 공급하는 전원 중 스몰 전원 단자군(Psm)을 통해 공급되는 전력에 더하여 미디엄 전원 단자군(Pme)을 통하는 전기 연결을 통해 중용량의 제2 모듈(4)이 필요로 하는 추가적인 전력이 제1 모듈(3)을 거쳐 제2 모듈(4)에 공급된다.
제2 모듈(4)은 스몰 전원 단자군(Psm) 및 미디엄 전원 단자군(Pme)을 통해 전달되는 전력을 이용해 제2 모듈(4)에 연결되는 모터 및 각종 작동 장치를 구동시킬 수 있다.
구동원(2)의 공급하는 전원 중 스몰 전원 단자군(Psm) 및 미디엄 전원 단자군(Pme)을 통해 공급되는 전력에 더하여 라지 전원 단자군(Pla)을 통하는 전기 연결을 통해 대용량의 제1 모듈(5)이 필요로 하는 추가적인 전력이 제1 모듈(3)로 공급된다.
제1 모듈(3)은 스몰 전원 단자군(Psm), 미디엄 전원 단자군(Pme) 및 라지 전원 단자군(Pla)을 통해 전달되는 모든 전력을 이용해 제1 모듈(3)에 연결되는 모터 및 각종 작동 장치를 구동시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)이 신호 연결 역시 전원 연결과 유사하다.
도 14 내지 도 16은 본 실시예에 따른 모듈 연결 시스템(1)의 신호 연결을 설명하는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 구동원(2)은 제3 모듈(5)에 필요한 제3 모듈 구동 신호를 제공한다.
베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3), 제2 모듈(4) 및 제3 모듈(5)에는 라지 모듈용 커넥터(101), 미디엄 모듈용 커넥터(102) 및 스몰 모듈용 커넥터(103)의 스몰 신호 단자군(Ssm)과 전기적으로 연결되는 제3 모듈 신호 연결선이 형성되어 있다. 제3 모듈 구동 신호는 제3 모듈 신호 연결선을 통해 제3 모듈(5)까지 전달된다.
예를 들어, 로봇 팔의 단부를 형성하는 제3 모듈에는 로봇 팔의 단부의 위치를 센싱하기 위한 IMU 센서와 같은 소정의 작업을 수행하는 작동 장치("제1 작동 장치")(91)가 연결될 수 있다.
제1 작동 장치(91)는 예를 들어 제3 조인트 모듈(5a)의 외측에 형성된 제1 작동 장치 연결부(401)를 통해 모듈 연결 시스템(1)에 연결될 수 있다.
제1 작동 장치 연결부(401)는 제3 조인트 모듈(5a)을 지나는 제3 모듈 신호 연결선에 전기적으로 연결되며, 제1 작동 장치(91)는 스몰 신호 단자군(Ssm)을 통해 전달되는 구동원(2)의 제3 모듈 구동 신호 중 일부를 받아 작동한다.
다만, 경우에 따라 IMU 센서와 같은 제1 작동 장치는 모듈 연결 시스템(1)의 임의의 모듈에 부착될 필요가 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 스몰 신호 단자군(Ssm)을 공유하는 커넥터의 특징으로 인해, 제3 모듈 구동 신호는 스몰 신호 단자군(Ssm)과 전기적으로 연결된 제3 모듈 신호 연결선을 통해 모든 모듈을 통과하게 된다.
본 실시예에 따르면, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 작동 장치(91)의 구동 신호를 출력하기 위한 제1 작동 장치 연결부(401)는 모듈 연결 시스템(1)의 모든 모듈에 형성된다. 따라서, 제1 작동 장치(91)는 모듈 연결 시스템(1)의 종류 등에 따라 모듈 연결 시스템(1)의 다양한 위치에 연결될 수 있다.
이와 유사하게, 도 15에 도시된 바와 같이, 구동원(2)은 제2 모듈(4)에 필요한 제2 모듈 구동 신호를 제공한다.
베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3) 및 제2 모듈(4)에는 라지 모듈용 커넥터(101) 및 미디엄 모듈용 커넥터(102)의 미디엄 신호 단자군(Sme)과 전기적으로 연결되는 제2 모듈 신호 연결선이 형성되어 있다. 제2 모듈 구동 신호는 제2 모듈 신호 연결선을 통해 제2 모듈(4)까지 전달된다.
예를 들어, 로봇 팔의 중간 위치를 형성하는 제2 모듈에는 작업 상태를 확인할 수 있는 카메라 장치와 같은 소정의 작업을 수행하는 다른 작동 장치("제2 작동 장치")(92)가 연결될 수 있다.
제2 작동 장치(92)는 예를 들어 제2 조인트 모듈(4a)의 외측에 형성된 제2 작동 장치 연결부(402)를 통해 모듈 연결 시스템(1)에 연결될 수 있다.
제2 작동 장치 연결부(402)는 제2 조인트 모듈(4a)을 지나는 제2 모듈 신호 연결선에 전기적으로 연결되며, 제2 작동 장치(92)는 미디엄 신호 단자군(Sme)을 통해 전달되는 구동원(2)의 제2 모듈 구동 신호 중 일부를 받아 작동한다.
다만, 마찬가지로 제2 작동 장치는 모듈 연결 시스템(1)의 임의의 모듈에 부착될 필요가 있을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 미디엄 신호 단자군(Ssm)을 공유하는 라지 모듈용 커넥터와 미디엄 모듈용 커넥터의 특징으로 인해, 제2 모듈 구동 신호는 미디엄 신호 단자군(Sme)과 전기적으로 연결된 제2 모듈 신호 연결선을 통해 베이스 모듈(2a), 제1 모듈(3) 및 제2 모듈(4)을 통과하게 된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제2 작동 장치(92)의 구동 신호를 출력하기 위한 제2 작동 장치 연결부(402)는 제3 모듈(5)을 제외한 모듈 연결 시스템(1)의 모든 모듈에 형성될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 구동원(2)은 제1 모듈(3)에 필요한 제1 모듈 구동 신호를 제공한다.
베이스 모듈(2a) 및 제1 모듈(3)에는 라지 모듈용 커넥터(101)의 라지 신호 단자군(Sla)과 전기적으로 연결되는 제1 모듈 신호 연결선이 형성되어 있다. 제1 모듈 구동 신호는 제1 모듈 신호 연결선을 통해 제1 모듈(3)까지 전달된다.
예를 들어, 로봇 팔의 기초에 위치하는 제1 모듈에는 로봇 팔의 동작을 교시하는 동작 교시 스위치와 같은 소정의 작업을 수행하는 다른 작동 장치("제3 작동 장치")(93)가 연결될 수 있다.
제3 작동 장치(93)는 예를 들어 제1 조인트 모듈(3a)의 외측에 형성된 제3 작동 장치 연결부(403)를 통해 모듈 연결 시스템(1)에 연결될 수 있다.
제3 작동 장치 연결부(403)는 제1 조인트 모듈(3a)을 지나는 제3 모듈 신호 연결선에 전기적으로 연결되며, 제3 작동 장치(93)는 라지 신호 단자군(Sla)을 통해 전달되는 구동원(2)의 제1 모듈 구동 신호 중 일부를 받아 작동한다.
본 실시예에 따르면, 라지 신호 단자군(Sla)을 공유하는 라지 모듈용 커넥터의 특징으로 인해, 제1 모듈 구동 신호는 라지 신호 단자군(Sla)과 전기적으로 연결된 제1 모듈 신호 연결선을 통해 베이스 모듈(2a)을 통해 제1 모듈(3)에 전달된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제3 작동 장치(93)의 구동 신호를 출력하기 위한 제3 작동 장치 연결부(403)는 제1 모듈(3)의 제1 조인트 모듈(3a) 및/또는 제1 링크 모듈(3b)에 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 모듈 연결 시스템에서 용량이 서로 다른 복수의 장치에 전기적 신호를 용량에 맞게 전달할 수 있으므로, 사용자의 목적에 맞추어 자유로운 조합 및 사용이 가능하다.

Claims (12)

  1. 복수의 모듈이 커넥터에 의해 연결되어 형성되는 모듈 연결 시스템으로서,
    상기 모듈은 베이스 모듈, 제1 모듈 및 제2 모듈을 포함하고,
    상기 커넥터는 제1 커넥터와 제2 커넥터를 포함하며,
    상기 베이스 모듈은 구동원으로부터 제공되는 전원 및 신호를 전달하고, 상기 제1 모듈은 제1 커넥터에 의해 상기 베이스 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되고, 상기 제2 모듈은 제2 커넥터에 의해 상기 제1 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되며,
    상기 제1 커넥터는 상기 베이스 모듈로부터 전달되는 전원 및 신호를 상기 제2 모듈로 전달하고, 동시에 상기 제1 모듈에 필요한 전원 및 신호를 공급하도록 상기 제2 커넥터보다 많은 수의 접속 단자를 구비하고,
    상기 모듈 연결 시스템의 커넥터는 원형의 기판부 중앙에서 부채꼴 형태로 형성되어 상기 커넥터의 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 단자부를 포함하고,
    상기 단자부는 상기 기판부의 중앙에서 외곽을 향하여 순차적으로 형성되는 복수의 전원 연결 단자를 포함하는 전원 공급부, 복수의 신호 연결 단자를 포함하는 신호 전달부 및 복수의 접지 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모듈은, 양단에 제1 커넥터가 형성되는 제1 조인트 모듈과, 일단에 제1 커넥터가 형성되고 타단에 제2 커넥터가 형성되는 제1 링크 모듈을 포함하고,
    상기 제1 조인트 모듈은,
    일단에 형성된 제1 커넥터가 베이스 모듈에 형성된 제1 커넥터에 연결되어 상기 베이스 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되도록 형성되고,
    상기 제1 링크 모듈은,
    일단에 형성된 제1 커넥터가 상기 제1 조인트 모듈의 타단에 형성된 제1 커넥터와 연결되어 상기 제1 조인트 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되고,
    타단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제2 모듈에 형성된 제2 커넥터와 연결되어 상기 제2 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈은 제3 모듈을 포함하고, 상기 커넥터는 제3 커넥터를 포함하며,
    상기 제3 모듈은 제3 커넥터에 의해 상기 제2 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되고,
    상기 제2 커넥터는 상기 제1 모듈을 통해 전달되는 전원 및 신호를 상기 제3 모듈로 전달하고, 동시에 상기 제2 모듈에 필요한 전원 및 신호를 공급하도록 상기 제3 커넥터보다 많은 수의 접속 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 모듈은, 양단에 제2 커넥터가 형성되는 제2 조인트 모듈과, 일단에 제2 커넥터가 형성되고 타단에 제3 커넥터가 형성되는 제2 링크 모듈을 포함하고,
    상기 제2 조인트 모듈은,
    일단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제1 링크 모듈에 형성된 된제2 커넥터에 연결되어 상기 제1 링크 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되도록 형성되고,
    상기 제2 링크 모듈은,
    일단에 형성된 제2 커넥터가 상기 제2 조인트 모듈의 타단에 형성된 제2 커넥터와 연결되어 상기 제2 조인트 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되고,
    타단에 형성된 제3 커넥터가 상기 제3 모듈에 형성된 제3 커넥터와 연결되어 상기 제3 모듈과 전기 및 기계적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 복수의 전원 연결 단자와 복수의 신호 연결 단자를 포함하고,
    상기 제1 커넥터의 전원 연결 단자의 일부는 상기 제1 모듈에 형성된 전원 연결 선을 통해 상기 제2 커넥터의 전원 연결 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 커넥터의 신호 연결 단자의 일부는 상기 제1 모듈에 형성된 신호 연결 선을 통해 상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈에는 소정의 작업을 수행하는 제1 작동 장치가 연결될 수 있는 동일 형태의 제1 작동 장치 연결부가 형성되고,
    상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈에 각각 형성된 제1 작동 장치 연결부는 상기 구동원으로부터 제공되는 신호 중 제1 작동 장치의 구동 신호를 공유하도록 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 커넥터 및 상기 제3 커넥터는 복수의 전원 연결 단자와 복수의 신호 연결 단자를 포함하고,
    상기 제2 커넥터의 전원 연결 단자의 일부는 상기 제2 모듈에 형성된 전원 연결 선을 통해 상기 제3 커넥터의 전원 연결 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 커넥터의 신호 연결 단자의 일부는 상기 제2 모듈에 형성된 신호 연결 선을 통해 상기 제3 커넥터의 신호 연결 단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 제3 모듈에는 소정의 작업을 수행하는 제2 작동 장치가 연결될 수 있는 동일 형태의 제2 작동 장치 연결부가 형성되고,
    상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 상기 제3 모듈에 각각 형성된 제2 작동 장치 연결부는 상기 구동원으로부터 제공되는 신호 중 제2 작동 장치의 구동 신호를 공유하도록 상기 제1 커넥터, 제2 커넥터 및 제3 커넥터의 신호 연결 단자를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커넥터와 제2 커넥터는 크기와 단자 수에만 차이가 있는 동일한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 연결 시스템의 커넥터는 마주하여 배치되는 동일 구조의 다른 커넥터와 암수 구분없이 체결되는 무성별 결합 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 연결 시스템의 커넥터의 단자 수는 연결되는 모듈의 용량에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 모듈 연결 시스템.
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