KR102124388B1 - 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 이를 이용한 물류 관리 방법 - Google Patents

케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 이를 이용한 물류 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 케이블 장비만으로 물류 창고 전체의 화물(F) 이송 관리가 가능한 물류이송 케이블 로봇 시스템에 관한 것으로서, 고공 스탠드(13)와, 상기 고공 스탠드(13)를 연결시키는 복수개의 구동 케이블(15)과, 상기 고공 스탠드(13)에 설치되어 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키는 복수개의 윈치와, 상기 구동 케이블(15)이 윈치에 권취 또는 권출됨에 따라 수직 또는 수평으로 가변되는 엔드이펙터(16) 및, 복수개의 윈치를 제어시키는 제어부로 구성되되, 윈치는 엔드이펙터(16)를 가변시키는 복수개의 구동 윈치와, 복수개의 구동 윈치 중 고공 스탠드(13)의 하부에 설치되는 구동 윈치를 엔드이펙터(16)와 직접 연결시키는 구동 케이블(15)의 소정 위치에 견인 케이블(152)로 연결되어 견인 케이블(152)을 권취시켜 구동 케이블(15)의 소정 위치를 고공 스탠드(13) 방향으로 견인시키는 견인 윈치(21)로 이루어짐으로써, 고공 스탠드(13) 하부에 설치되는 구동 윈치와 엔드이펙터(16)를 직접 연결시키는 케이블이 화물 랙(S)을 정면으로 넘어 이동 가능한 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템을 제공하고자 한다.

Description

케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 이를 이용한 물류 관리 방법{Freight distribution cable robot system having a pulley and freight distribution method using it}
본 발명은 물류이송 시스템에 관한 것으로, 특히 케이블을 가변시켜 케이블과 화물 랙의 간섭을 방지시키는 견인 도르래가 구비된 물류이송 케이블 로봇 시스템에 관한 것이다.
많은 화물(F)이 보관되는 물류 창고는 효율적으로 관리 될수록 물류 유통의 원활화와 재고의 최소화를 달성할 수 있는 점에서 각 사업장뿐만 아니라 전체 산업의 골격을 이루는 중요한 역할을 담당한다.
따라서 물류 창고 내부에서 효율적인 화물 이송과 적재적소에의 신속한 화물 출입을 달성하고자 하는 기술은 시장 상황의 변화에 관계없이 계속 연구되고 발전되는 분야이다.
이에 관한 종래기술은 크게 물류 창고의 관리 시스템에 관한 기술과, 물류 창고 내부에서 화물의 이송과 적재가 어떤 장치나 시스템으로 이루어지는가에 관한 기술로 분류될 수 있다.
그런데 화물의 이송과 적재를 담당하는 장치 또는 시스템에 관한 종래기술들은 대부분 대형 컨베이어가 창고의 전 공간에 걸쳐 설치되는 형태의 기술들이 대부분이다.
예를 들어 도 1에 도시된 공개특허공보 제10-2017-0047888호(공개일자: 2017. 05. 08)에 개시된 '자동적재형 화물 이송장치 및 이를 이용한 화물 이송시스템'은 자동적재형 화물 이송장치(100) 및 이를 이용한 화물 이송시스템에 관한 것으로서. 본 발명은 메인프레임(110)과, 메인프레임(110)에 높이를 달리하여 구비되는 다수의 적재컨베이어(130,180)와, 메인프레임(110)에 회전가능하게 구비되는 전달수단(150)으로 구성되어, 다수 층의 적재컨베이어(130,180)에 다수의 화물을 순차적으로 적재할 수 있어 이송장치(100)의 적재성능이 향상되고, 적재작업의 자동화가 가능한 기술을 제안하고 있다.
그런데 상기 종래기술은 대형 화물 창고에서 화물의 적재 및 운송이 자동화 되는 장점은 있지만 이를 실현시키기 위하여 화물 적재 스택 전체에 걸쳐 조성되는 장비가 필요하여 막대한 설비비용이 요구되고, 그만큼 많은 기계적 구성을 필요로 하여 유지보수에도 상당한 비용이 드는 문제가 있다.
한편, 종래기술 중 등록특허공보 제10-1301151호(등록일자: 2013. 08. 21) 에 개시된'물류 보관공간 물품 위치관리시스템 및 물류 보관 공간 물품 위치관리방법'에서는 적재 물품의 정확한 3차원 정보가 제공되는 장점이 있으나, 정작 창고 내에서의 물류 이송은 지게차에 의존되므로 내부 물류 이송 자체는 시스템의 제어로 이루어지지 못하여, 작업자의 실수로 적재 오류가 발생될 우려가 있으며, 특히 높이가 큰 스택이 설치되는 경우에는 별도의 크레인을 동원하여 위험하게 적재 작업이 이루어져야 하는 문제가 있다.
따라서 물류 적재 공간 전체에 걸쳐 물류 이송이 정확하고 자유롭게 이루어질 수 있으면서도, 물류 적재 공간 전체에 걸치는 컨베이어 시스템이 설치될 필요가 없어 비용이 절감될 수 있고, 또한 개개 물류 이송이 지게차에 의존될 필요가 없어 시스템의 관리가 물류의 출입 과정까지 모두 커버 가능하며, 고공 스택의 경우에도 자유로운 물류의 출입이 가능할 수 있는 물류이송 시스템에 관한 기술이 요청된다.
공개특허공보 제10-2017-0047888호(공개일자: 2017. 05. 08)
등록특허공보 제10-1301151호(등록일자: 2013. 08. 21)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 물류 적재 공간 전체에 걸쳐 물류 이송이 정확하고 자유롭게 이루어질 수 있으면서도, 물류 적재 공간 전체에 걸치는 컨베이어 시스템이 설치될 필요가 없어 비용이 절감될 수 있고, 또한 개개 물류 이송이 지게차에 의존될 필요가 없어 시스템의 관리가 물류의 출입 과정까지 모두 커버 가능하며, 고공 스택의 경우에도 자유로운 물류의 출입이 가능하며, 특히 병렬로 복도가 형성되는 화물 랙이 설치된 경우 각 복도에 모두 컨베이어 시스템이 설치되지 않고도 스택 상부를 넘나들며 화물 사이 복도와 복도를 자유롭게 이동 가능한 적재 및 인출 수단이 구비되는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 물류 관리 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템은 일정 간격 이격되어 서로 마주보게 배치되는 두 대의 고공 스탠드(13)와, 상기 두 대의 고공 스탠드(13)사이에 배치되어 화물 랙(S) 정면의 평면에서 그 위치가 가변되는 엔드이펙터(16)와, 상기 고공 스탠드(13)와 엔드이펙터(16)를 연결시키는 구동 케이블(15)과, 상기 고공 스탠드(13)에 설치되어 구동 케이블(15)을 감거나 풀어냄으로써 엔드이펙터(16)를 가변시키는 구동 윈치(11,12)와, 상기 고공 스탠드(13)에 설치되어 구동 케이블(15)의 일정 부위를 고공 스탠드(13) 상부로 끌어 당기는 견인 기구(21,22,152)와, 상기 고공 스탠드(13)의 하부마다 설치되어 고공 스탠드(13)를 서로 평행하게 이동시키는 이동체(18) 및, 구동 윈치(11,12)와 견인기구를 제어시키는 제어부로 구성된다.
여기서 상기 견인 기구(21,22,152)는 바람직하게는 고공 스탠드(13) 상부에 설치되는 견인 윈치(21)와, 상기 구동 케이블(15)의 일정 부위에 설치되어 구동 케이블(15)과 접촉되어 회전되는 견인 도르래(22) 및, 견인 윈치(21)와 견인 도르래(22)를 연결시키며, 견인 윈치(21)로 권취 또는 권출되는 견인 케이블(152)로 구성된다.
또한 상기 구동 윈치(11,12)는 바람직하게는 고공 스탠드(13)의 하부에 설치되고, 일부 구동 윈치(11)는 구동 케이블(15)로 엔드이펙터(16)와 직접 연결되며, 나머지 구동 윈치(12)는 구동 케이블(15)이 고공 스탠드(13) 상부에 설치된 고공 롤러를 거쳐서 엔드이펙터(16)로 연결되고, 엔드이펙터(16)와 일부 구동 윈치(11)를 직접 연결시키는 구동 케이블(15)의 소정 위치에는 구동 케이블(15)의 가변에 따라 회전되는 견인 도르래(22)가 설치되며, 상기 견인 윈치(21)가 견인 케이블(152)을 권취 시켜, 견인 도르래(22)가 구동 케이블(15)을 견인시킴으로써, 상기 이동체(18)로 인해 마주보는 고공 스탠드(13)가 동시에 이동될 때 구동 케이블(15)과 화물 랙(S) 간의 간섭이 방지된다.
또한 상기 물류 창고의 양 측에 각각 배치되는 고공 스탠드(13) 하부에는 바람직하게는 서로 평행한 방향으로 레일(17)이 각각 설치되어, 상기 이동체(18)가 레일(17)을 따라 이동된다.
그리고 상기 구동 윈치(11,12)에 설치되어 구동 케이블(15)을 감거나 풀어내는 드럼은, 바람직하게는 중심에 배치되는 구동 모터(112)와, 구동 모터(112) 양 측에 나란하게 연결되어 구동 모터(112)의 구동에 따라 함께 회전되는 이중 드럼(111)이다.
여기서 상기 구동 윈치(11,12)는 구동 모터(112)와, 구동 모터(112)의 양 측에 설치되어 각각 케이블이 감기는 이중 드럼(111)과, 이중 드럼(111)마다 구비되어 구동 케이블(15)을 이중 드럼(111)에 일정 간격으로 권취시키는 가변 풀리(114) 및 구동 케이블(15)을 가변 풀리(114)로 전달시키는 가이드 풀리(115)와, 가변 풀리(114)를 가변시키는 가변기구(116a,116b,118a,118b,119)로 이루어진다.
이때 상기 가변 기구는 바람직하게는 이중 드럼(111)에 동축으로 연결되어 회전 구동되는 전단 타이밍 풀리(118a)와, 전단 타이밍 풀리(118a)에 나란하게 배치되는 후단 타이밍 풀리(118b)와, 전단 및 후단 타이밍 풀리(118a,118b)를 연결시켜 동기화시키는 벨트(119)와, 후단 타이밍 풀리(118b)와 동축으로 연결되는 나사회전축(116a)과 나사회전축(116a)을 타고 가변되면서 가변 풀리(114)와 연결되어 가변 풀리(114)와 함께 가변되는 너트블록(116b)으로 이루어지는 볼 스크류로 구성됨으로써, 케이블이 이중 드럼(111)에 감기는 속도에 따라 가변 풀리(114)로 안내되는 케이블 권취 위치가 연동되어, 케이블이 이중 드럼(111)에 균일한 간격으로 권취된다.
그리고 상기 엔드이펙터(16)에는 바람직하게는 엔드이펙터(16)에 적재되는 화물(F)을 이동시켜 화물(F) 랙에 적재시키기 위한 지게 발(162)과, 지게 발(162)을 구동시키는 지게 발 구동기(161)와, 화물(F)의 이동 위치에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어지는 것을 방지시키기 위하여 엔드이펙터(16)의 저면에 설치되어 가변되는 중량체(165)와, 중량체(165)를 가변시키는 중량체(165) 구동기로 구성되는 적재모듈이 설치된다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템을 이용한 물류 관리 방법은, 복수개의 화물 랙(S)이 길이 방향이 평행하게 병렬로 배치되어 화물 랙(S) 간에 평행한 다수의 복도가 형성되는 물류 창고에서, 화물 랙(S)의 길이 방향을 x 축이라 두고, 화물 랙(S) 간을 연결시키는 방향을 y 축이라 두며, 수직 방향을 z 방향이라 둘 때, 상기 구동 윈치로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 x 축 또는 z 축 방향으로 이동시켜 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계와, 상기 구동 윈치로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 z 축 방향으로 상승시켜 화물 랙(S) 상단보다 더 인상시키는 단계와, 상기 견인 윈치(21)로 견인 케이블(152)을 권취시켜 견인 도르래(22)를 고공 스탠드(13)를 향하여 x 축 방향으로 견인시키는 단계 및, 상기 이동체(18)로 양 측의 고공 스탠드(13)를 y 축 방향으로 이동시킴으로써 엔드이펙터(16)를 화물 랙(S) 상단 위로 통과시키는 단계로 이루어진다.
여기서 상기 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계에서 엔드이펙터(16)에 적재된 화물(F)을 지게 발(162)이 이동시킴에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어질 때, 바람직하게는 엔드이펙터(16) 저면에 설치된 수평 센서(166)의 측정값에 따라 중량체(165)를 가변시켜 엔드이펙터(16)의 수평을 유지시킨다.
본 발명에 따른 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템 및 이를 이용한 물류 관리 방법은 물류 적재 공간 전체에 걸쳐 물류 이송이 정확하고 자유롭게 이루어질 수 있으면서도, 물류 적재 공간 전체에 걸치는 컨베이어 시스템이 설치될 필요가 없어 비용이 절감될 수 있고, 또한 개개 물류 이송이 지게차에 의존될 필요가 없어 시스템의 관리가 물류의 출입 과정까지 모두 커버 가능하며, 고공 스택의 경우에도 자유로운 물류의 출입이 가능하며, 특히 병렬로 복도가 형성되는 화물 랙이 설치된 경우 각 복도에 모두 컨베이어 시스템이 설치되지 않고도 스택 상부를 넘나들며 화물 사이 복도와 복도를 자유롭게 이동 가능한 적재 및 인출 수단이 구비되는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 사시도,
도 3은 도 2의 정면도,
도 4는 도 3에 연속되는 작동 상태도,
도 5는 구동 윈치의 구성을 나타내는 개념도,
도 6은 엔드이펙터 및 적재모듈의 측면도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
참고로 도 2를 기준으로 할 때, 도 2에 도시된 바와 같이 이하에서는 화물 랙(S) 양 측의 두 고공 스탠드(13)를 연결시키는 방향을 x 축, x 축에 직각이고 병렬로 배열되는 화물 랙(S)을 연결시키는 수평 방향을 y 축, 상하 수직 방향을 z 축이라 칭하기로 한다.
본 발명에 따른 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 화물 랙(S) 양 측의 고공 스탠드(13)와, 고공 스탠드(13)사이에 설치되는 엔드이펙터(16)와, 고공 스탠드(13)와 엔드이펙터(16)를 연결시키는 구동 케이블(15)과, 구동 케이블(15)을 감거나 풀어내는 복수개의 구동 윈치(11,12)와, 견인 기구(21,22,152)와, 고공 스탠드(13)의 하부마다 설치되어 고공 스탠드(13)를 서로 평행하게 이동시키는 이동체(18) 및, 제어부(미도시)로 구성된다.
고공 스탠드(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 일정 간격 이격되는 복수개의 화물 랙(S) 양 측에 하나씩 설치된다. 즉 고공 스탠드(13)는 화물 랙(S)을 사이에 두고 x 축 선상에 모두 배치되어 서로 대향된다. 따라서 고공 스탠드(13)는 두 대가 한 세트를 이룬다.
구동 윈치(11,12)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 고공 스탠드(13) 마다 복수개가 설치되며, 구동 윈치(11,12)에서 권취 또는 권출되는 케이블은 후술하게 될 엔드이펙터(16)를 구동시킨다.(이하에서는 엔드이펙터(16)의 이동을 위해 엔드이펙터(16)를 직접 구동 시키는 윈치를 후술하게 될 '견인 윈치(21)'와 구별시키기 위해'구동 윈치(11,12)'라 칭하기로 한다.)
엔드이펙터(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대향되는 두 대의 고공 스탠드(13) 사이에 설치되어 x 축을 따라 가변된다.
구동 케이블(15)(참고로 구동 윈치(11,12)로 권출되거나 권취되는 케이블을 후술하게 될 '견인 케이블(152)'과 구별시키기 위해 이하에서는 '구동 케이블(15)'이라 칭하기로 한다.)은 엔드이펙터(16)와 구동 윈치(11,12)를 연결시킨다. 구동 윈치(11,12)는 양 측의 고공 스탠드(13) 마다 설치되므로 어느 한 측의 구동 윈치(11,12)에서 구동 케이블(15)을 권취시키고 나머지 한 측의 구동 윈치(11,12)에서 구동 케이블(15)을 권출시키면, 권취시키는 구동 윈치(11,12)가 설치된 고공 스탠드(13)를 향하여 엔드이펙터(16)가 가변된다.
여기서 구동 윈치(11,12)는 보다 구체적으로 도 2를 기준으로 볼 때 엔드이펙터(16)에 구동 케이블(15)로 직접 연결되는 제1구동 윈치(11)와, 고공 스탠드(13) 상부에 설치된 고공 도르래(14)를 구동 케이블(15)이 통과함으로써 엔드이펙터(16)로 연결되는 제2구동 윈치(12)로 나누어질 수 있다.
즉, 도 2에서 제1 및 제2구동 윈치(11,12)는 모두 고공 스탠드(13)의 하부에 설치되며, 엔드이펙터(16)의 상부에 구동 케이블(15)로 직접 연결되는 구동 윈치를 제1구동 윈치(11)라 하고, 구동 케이블(15)이 고공 도르래(14)를 통과하여 엔드이펙터(16)의 하부와 연결되는 구동 윈치를 제2구동 윈치(12)라 칭하기로 한다.
이 경우 제1구동 윈치(11)가 구동 케이블(15)을 권출시키고, 제2구동 윈치(12)가 구동 케이블(15)을 권취시키면 엔드이펙터(16)는 상승되며, 제1구동 윈치(11)가 구동 케이블(15)을 권취시키고, 제2구동 윈치(12)가 구동 케이블(15)을 권출시키면 엔드이펙터(16)는 하강된다.
따라서 제1 및 제2구동 윈치(11,12)가 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키는 정도에 따라 엔드이펙터(16)는 양 측 고공 스탠드(13)를 연결시키는 평면상에서 x 축과 z 축 방향으로 가변된다.
제어부는 제1 및 제2구동 윈치(11,12) 및 후술하게 될 견인 윈치(21)의 회전을 제어하여 최종적으로 엔드이펙터(16)의 이동거리와 방향 및 속도를 제어시킨다.
참고로 엔드이펙터(16)와 구동 케이블(15)이 연결되는 형태에는 다양한 방식이 있을 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 구동 케이블(15)이 엔드이펙터(16)에 설치된 고리 형태로 체결 또는 결속되는 것으로 도시되어 있으나, 회전 관절(revolute joint) 형태로 엔드이펙터(16)와 구동 케이블(15)이 연결될 수도 있다.(미도시)
견인 윈치(21)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1구동 윈치(11)와 엔드이펙터(16) 상부를 연결시키는 구동 케이블(15)의 일 부위를 외곽 방향으로 견인시켜서, 엔드이펙터(16)를 상승시킨 후, 이동체(18)로 두 대의 고공 스탠드(13)를 동시에 y 축 방향으로 이동시킬 때 구동 케이블(15)과 화물 랙(S) 사이에 간섭이 일어나는 것을 방지시키는 작용을 한다.
여기서 제1구동 윈치(11)와 엔드이펙터(16) 상부를 연결시키는 구동 케이블(15)의 일 부위에는 도 3에 도시된 바와 같이 견인 도르래(22)가 설치되고, 견인 도르래(22)와 견인 윈치(21)는 견인 케이블(152)로 연결된다. 따라서 견인 윈치(21)가 견인 케이블(152)을 권취시키면 견인 도르래(22)가 견인 윈치(21) 방향으로 가변되면서, 견인 도르래(22)가 설치된 지점의 구동 케이블(15)도 함께 견인 윈치(21) 방향으로 당겨서, 도 4에 도시된 바와 같이 구동 케이블(15)이 마치 무대 커튼이 걷히면서 무대 장치가 완전히 드러나는 것처럼 화물 랙(S)이 완전하게 드러남으로써 이동체(18)로 두 대의 고공 스탠드(13)를 동시에 y 축 방향으로 이동시킬 때 구동 케이블(15)과 화물 랙(S) 간의 간섭이 방지된다.
이러한 간섭 방지로 인해서, 비로소 도 2에 도시된 화물 랙(S) 중 첫 번째 화물 랙(S)인 S1 정면으로부터 두 번째 화물 랙(S)인 S2 의 정면으로 엔드이펙터(16)를 이동시키는 것이 가능하다.
참고로 도 2에서는 견인 케이블(152)과 구동 케이블(15)이 만나는 지점에서 견인 케이블(152)이 구동 케이블(15)과 연결되는 것처럼 보일 수 있으나, 견인 케이블(152)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 구동 케이블(15)이 아니라 견인 도르래(22)에 고정 연결되며, 견인 도르래(22)에 설치된 롤러를 타고 있는 구동 케이블(15)은 견인 도르래(22)를 견인 케이블(152)이 견인시키면, 한 지점이 꺾이는 것처럼 보이게 된다.
이 경우 엔드이펙터(16)를 S1의 정면으로부터 S2의 정면으로 이동시키는 것은 고공 스탠드(13) 자체를 제3의 장비를 동원하여 이동시킴으로써 수행할 수도 있으며, 또는 고공 스탠드(13) 하부에 캐스터 또는 유사한 바퀴가 설치됨으로써 사람의 힘이나 장비의 힘으로 고공 스탠드(13)를 밀거나 당겨서 이동시킬 수도 있다.
또는 가장 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 레일(17)이 고공 스탠드(13)의 이동 경로를 따라 설치되어 고공 스탠드(13)가 레일(17)을 따라 이동됨으로써 이루어질 수 있다.
이때 레일(17)을 따라 고공 스탠드(13)가 이동되기 위해서 고공 스탠드(13) 하부에는 도 2에 도시된 바와 같이 이동체(18)가 설치될 수 있다. 이동체(18)와 레일(17)은 이동체(18)에 설치되는 구동 유닛(미도시)으로 이동될 수 있다. 구동 유닛(미도시)은 일반적인 모터와 차륜이 맞물려 작동되는 형태일 수도 있고 리니어 펄스 추진 형태로 구성될 수도 있으며, 또는 레일(17)이 랙 기어(163)로 형성되고 이동체(18)는 모터로 구동되는 피니언 기어(164)로 이루어지는 형태일 수도 있다.
이 경우 제어부(미도시)는 이동체(18)의 이동 거리를 제어시킬 수 있으며, 견인 도르래(22)로 구동 케이블(15)이 양 측으로 젖혀지면서 구동 케이블(15)과 화물 랙(S) 간의 간섭이 발생되지 않는 시점이 되면 이동체(18)를 이동시킬 수 있다. 이동체(18)의 이동은 화물(F)의 적재 또는 인출이 필요한 지점이 시스템 상에서 선택되면 그 지점의 화물 랙(S) 정면으로 목표지점이 정해지게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2구동 윈치(11,12)에는 도 5에 도시된 바와 같이 중심에 배치되는 구동 모터(112)와, 구동 모터(112) 양 측에 나란하게 연결되어 구동 모터(112)의 구동에 따라 함께 회전되는 이중 드럼(111)이 설치된다.
여기서 이중 드럼(111)은 구동 모터(112) 양 측에 드럼이 좌우 대칭으로 하나씩 배치되는 형태이고, 도 2에 도시된 바와 같이 양 측의 드럼 각각에서 권취 또는 권출되는 구동 케이블(15)은 서로 함께 엔드이펙터(16)의 균형을 유지시키게 되므로, 제어부(미도시)가 두 대의 드럼을 동기화 시킬 필요 없이 하나의 구동 모터(112)가 두 대의 드럼으로 구성되는 이중 드럼(111)을 동시에 회전시킴으로써 엔드이펙터(16)의 균형을 유지시키는 두 구동 케이블(15)이 함께 동일한 속도로 가변되므로 엔드이펙터(16)의 균형이 유지될 수 있다.
또한 제1 및 제2구동 윈치(11,12)는 도 5에 도시된 바와 같이 구동 모터(112)와, 구동 모터(112)의 양 측에 설치되어 각각 케이블이 감기는 이중 드럼(111)과, 이중 드럼(111)마다 구비되며 가변 풀리(114)와 가이드 풀리(115) 및 가변 풀리(114)를 가변시키는 가변기구로 이루어져 케이블을 이중 드럼(111)에 일정한 간격으로 균일하게 권취 시키는 균일 권취 유닛으로 이루어질 수 있다.
이중 드럼(111)에서 구동 케이블(15)이 권취되는 부위에는 구동 케이블(15)이 무질서하게 권취 될 경우 케이블이 일정한 간격으로 나란하게 권취되지 않고 겹쳐지면서 권취됨으로써 회전에 따른 권취 길이가 달라져 엔드이펙터(16)의 정확한 이동을 위한 제어가 이루어질 수 없는 상황이 발생될 수 있다.
따라서 케이블이 가지런하게 병렬로 드럼에 감길 수 있게 권취 직전의 케이블 위치를 가변시켜서 구동 케이블(15)이 이중 드럼(111)에 균일하게 권취될 수 있게 하는 작용을 하는 가변 풀리(114)가 도 5에 도시된 바와 같이 마련된다. 이때 가이드 풀리(115)는 고정된 위치에서 구동 케이블(15)을 가변 풀리(114)로 안내하는 작용을 한다.
가변 풀리(114)가 이중 드럼(111)의 회전에 연동되어 일정한 속도로 가변되면서 이중 드럼(111)의 길이 방향을 따라 가변될 수 있게 하는 작용은 가변 기구가 담당한다.
가변 기구는 도 5에 도시된 바와 같이 이중 드럼(111)에 동축으로 연결되어 회전 구동되는 전단 타이밍 풀리(118a)와, 전단 타이밍 풀리(118a)에 나란하게 배치되는 후단 타이밍 풀리(118b)와, 전단 및 후단 타이밍 풀리(118a,118b)를 연결시켜 동기화시키는 벨트(119)와, 후단 타이밍 풀리(118b)와 동축으로 연결되는 나사회전축(116a)과 나사회전축(116a)을 타고 가변되면서 가변 풀리(114)와 연결되어 가변 풀리(114)와 함께 가변되는 너트블록(116b)으로 이루어지는 볼 스크류로 구성됨으로써, 케이블이 이중 드럼(111)에 감기는 속도에 따라 가변 풀리(114)로 안내되는 케이블 권취 위치가 연동되어, 케이블이 이중 드럼(111)에 균일한 간격으로 권취된다.
특히 가변 풀리(114)를 이동시키는 너트블록(116b)은 바로 드럼(41)과 연동되어 회전되는 나사회전축(46a)의 회전으로 이동되고, 연동은 전단 및 후단 타이밍 풀리(48a,48b)로 이루어지므로, 전단 및 후단 타이밍 풀리(48a,48b)의 직경에 따라 가변 풀리(44)는 최적의 속도로 가변되어 일정한 간격으로 케이블을 드럼(41)에 권취시킬 수 있다. 따라서 별도의 나사회전축(46a) 구동기구를 별도로 두어 제어부로 연동시키지 않더라도 케이블이 드럼(41)에 일정한 간격으로 권취되는 것이 보장되는 각별한 효과가 있다.
이 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 너트블록(46b)이 나사회전축(46a)과 함께 회전되는 것을 방지시키고 직선 운동을 하게끔 가변지지 기구가 필요할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 너트블록(46b)이 가이드 롤러(47a)에 연결되고, 가이드 롤러(47a)는 가이드 레일(47b)을 따라 피동적으로 직선 가변되게 구성된다. 다만 공지기술이면 가이드 롤러(47a)와 가이드 레일(47b) 외의 다른 형태의 가변지지 기구가 채택될 수 있다.
또한 케이블의 길이 변화를 검출하는 엔코더 또는 텐션을 검출하기 위한 로드 셀(미도시)이 설치될 수 있다. 로드 셀(미도시)에서 검출된 텐션 검출 신호는 후술하게 될 제어부로 전달되며, 제어부는 윈치에서 전달된 케이블의 텐션과 엔코더 정보를 할용하여 엔드이펙터(16)의 정확한 위치 제어가 이루어질 수 있다.
그리고 구동 모터(112)에는 도 5에 도시된 바와 같이 제어부에서 전달되는 제어신호에 의해 구동 모터(112)의 회전 구동을 제어시키는 모터 드라이버(113)가 설치될 수 있다.
한편, 엔드이펙터(16)는 화물(F)을 최종적으로 화물 랙(S)에 적재시키거나 인출시키는 작용을 하므로 화물(F)을 화물 랙(S)으로부터 인출시키거나 화물 랙(S)에 적재시키는 수단이 설치될 필요가 있다.
이러한 작용을 하는 적재모듈에 대한 실시예가 도 7에 측면도 형태로 도시되어 있다.
적재모듈은 도 6에 도시된 바와 같이 제3엔드이펙터(16)에 적재되는 화물(F)을 이동시켜 화물(F) 랙에 적재시키기 위한 지게 발(162)과, 지게 발(162)을 구동시키는 지게 발 구동기(161)와, 화물(F)의 이동 위치에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어지는 것을 방지시키기 위하여 엔드이펙터(16)의 저면에 설치되어 가변되는 중량체(165)와, 중량체(165)를 가변시키는 중량체(165) 구동기로 구성될 수 있다.
여기서 지게 발 구동기(161)는 지게 발(162)을 가변시킬 수 있는 기구라면 공지의 수단 중 어떠한 형태도 채용 가능하다. 도 6에서 지게 발 구동기(161)는 공압 또는 유압으로 작동되는 실린더 기구인 것으로 도시되어 있다. 또는 통상의 지게 차 구동 기구와 동일하게 구성될 수도 있다.
그리고 중량체(165)를 가변시키는 구동 수단이 도 6에서는 피니언과 랙 기어(163)인 것으로 도시되어 있으나, 중량체(165) 구동 수단 역시 공지의 수단이라면 어떠한 형태라도 채용 가능하다.
이때 엔드이펙터(16)는 일종의 프레임과 같은 구조를 가지므로 자체 중량은 작을 수 있다. 따라서 화물(F)이 엔드이펙터(16)의 어느 위치에 있는지에 따라 엔드이펙터(16)가 어느 한 쪽으로 심하게 기울어질 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 실시예를 살펴보면, 본 발명에서 엔드이펙터(16)는 4개의 자유도를 가짐을 알 수 있다. 여기서의 4개의 자유도는 x 축, y 축, z 축, y 축을 중심으로 하는 회전이다. 따라서 엔드이펙터(16)가 어느 한 쪽의 고공 스탠드(13)를 향하여 기울어지는 것은 y 축을 중심으로 하는 회전동작의 일부이므로, 엔드이펙터(16) 양 측의 구동 케이블(15) 간의 길이를 변화시킴으로써 조절이 가능하다.
그리고 참고로 케이블 길이 변화량의 제어는 아래의 식으로 결정될 수 있다.
Li = ai - x - R＊bi
(i = 1 ~ n의 값을 가지며 n은 케이블의 수이다. 여기서 구동 케이블은 엔드이펙터에 대해 모두 4개가 연결되므로 n=4이다. 이 식을 적용함에 있어서는 이중드럼에서 권취 또는 권출되는 두 가닥의 케이블은 하나의 케이블로 간주한다.)
(Li는 i번째 케이블의 길이이고 각 케이블의 길이는 도르래 이탈점부터 엔드이펙터 연결점 까지의 길이이다.)
(ai는 i번째 도르래 이탈점의 위치이다.)
(x는 엔드이펙터의 위치이다.)
(R은 엔드이펙터의 회전각도이다)
(bi는 엔드이펙터 연결점 엔드이펙터 상의 위치이다.)
다만 x 축을 중심으로 하는 엔드이펙터(16)의 회전 동작, 즉 기울어짐은 구동 윈치(11,12)에 설치된 이중 드럼(111)이 좌우 대칭인 관계로 구동 윈치(11,12)의 제어만으로는 조절이 힘들 수 있다.
따라서 엔드이펙터(16)의 x 축 중심 회전을 제어시키기 위해 보조적으로 도 6에 도시된 바와 같은 중량체(165)와 중량체(165) 구동기가 설치될 수 있다.
여기서 중량체(165)가 이동되면서 화물(F)로 인해 편중되는 무게 중심을 다시 엔드이펙터(16)의 중심 위치로 보정시켜 주는 작용을 하게 된다. 예를 들어 화물(F) 적재 과정에서 도 6에 도시된 바와 같이 화물(F)이 화물 랙(S) 방향으로 접근할수록 엔드이펙터(16)가 화물(F) 방향으로 기울어지게 되므로 이 경우에는 중량체(165)는 화물(F) 스텍으로부터 더 멀리 이동됨으로써 엔드이펙터(16)의 자세를 바로잡아줄 수 있게 된다.
이 경우 중량체(165)의 이동 제어를 위해 엔드이펙터(16)에는 도 6에 도시된 바와 같이 수평 센서(166)가 설치될 수 있으며, 제어부(미도시)는 수평 센서(166)로부터 엔드이펙터(16)가 기울어지는 각도 정보를 수신 받아, 엔드이펙터(16)의 균형이 다시 유지될 수 있는 위치로 중량체(165)를 이동시키도록 명령을 송신할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 물류이송 케이블 로봇 시스템을 이용한 물류 관리 방법은, 구동 윈치(11,12)로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 x 축 또는 y 축 방향으로 이동시켜 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계와, 구동 윈치로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 z 축 방향으로 상승시켜 화물 랙(S) 상단보다 더 인상시키는 단계와, 견인 윈치(21)로 견인 케이블(152)을 권취시켜 견인 도르래(22)를 고공 스탠드(13)를 향하여 x 축 방향으로 견인시키는 단계 및, 이동체(18)로 양 측의 고공 스탠드(13)를 동시에 평행하게 y 축 방향으로 이동시킴으로써 엔드이펙터(16)를 화물 랙(S) 상단 위로 통과시키는 단계로 이루어진다.
여기서 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계는, 엔드이펙터(16)에 적재된 화물(F)을 지게 발(162)이 이동시킴에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어질 때, 엔드이펙터(16) 저면에 설치된 수평 센서(166)의 측정값에 따라 중량체(165)를 가변시켜 엔드이펙터(16)의 수평을 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
S,S1,S2,S3,S4 : 화물 랙 F : 화물
11 : 제1구동 윈치 12 : 제2구동 윈치
13 : 고공 스탠드 14 : 고공 도르래
15 : 구동 케이블 16 : 엔드이펙터
17 : 레일 18 : 이동체
21 : 견인 윈치 22 : 견인 도르래
111 : 이중 드럼 112 : 구동 모터
113 : 모터 드라이버 114 : 가변 풀리
115 : 가이드 풀리 116a : 구동 롤러
116b : 피동 롤러 117 : 로드 셀
118a : 전단 타이밍 풀리 118b : 후단 타이밍 풀리
119 : 벨트 152 : 견인 케이블
161 : 지게 발 구동기 162 : 지게 발
163 : 랙 기어 164 : 피니언 기어
165 : 중량체 166 : 수평 센서

Claims (10)

  1. 일정 간격 이격되어 서로 마주보면서 화물 랙의 양 측에 각각 배치되는 두 대의 고공 스탠드(13)와;
    상기 두 대의 고공 스탠드(13)사이에 배치되어 어느 하나의 고공 스탠드(13)를 향하여 가변되는 엔드이펙터(16)와;
    상기 고공 스탠드(13)와 엔드이펙터(16)를 연결시키는 구동 케이블(15)과;
    상기 고공 스탠드(13)에 설치되어 구동 케이블(15)을 감거나 풀어냄으로써 엔드이펙터(16)를 가변시키는 구동 윈치(11,12)와;
    상기 고공 스탠드(13)에 설치되어 구동 케이블(15)의 일정 부위를 고공 스탠드(13) 상부로 끌어 당기는 견인 기구(21,22,152)와;
    상기 고공 스탠드(13)의 하부마다 설치되어 고공 스탠드(13)를 서로 평행하게 이동시키는 이동체(18); 및,
    구동 윈치(11,12)와 견인기구를 제어시키는 제어부;로 구성되되,
    상기 구동 윈치(11,12)는 고공 스탠드(13)의 하부에 설치되고, 일부 구동 윈치(11)는 구동 케이블(15)로 엔드이펙터(16)와 직접 연결되며, 나머지 구동 윈치(12)는 구동 케이블(15)이 고공 스탠드(13) 상부에 설치된 고공 롤러를 거쳐서 엔드이펙터(16)로 연결되고,
    엔드이펙터(16)와 일부 구동 윈치(11)를 직접 연결시키는 구동 케이블(15)의 소정 위치에는 구동 케이블(15)의 가변에 따라 회전되는 견인 도르래(22)가 설치되며,
    상기 견인 윈치(21)가 견인 케이블(152)을 권취 시켜, 견인 도르래(22)가 구동 케이블(15)을 견인시킴으로써, 상기 이동체(18)로 인해 마주보는 고공 스탠드(13)가 동시에 이동될 때 구동 케이블(15)과 화물 랙(S) 간의 간섭이 방지되는 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 화물 랙의 양 측에 각각 배치되는 고공 스탠드(13) 하부에는 서로 평행한 방향으로 레일(17)이 각각 설치되어, 상기 이동체(18)가 레일(17)을 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 윈치(11,12)에 설치되어 구동 케이블(15)을 감거나 풀어내는 드럼은, 중심에 배치되는 구동 모터(112)와, 구동 모터(112) 양 측에 나란하게 연결되어 구동 모터(112)의 구동에 따라 함께 회전되는 이중 드럼(111)인 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 윈치(11,12)는 구동 모터(112)와, 구동 모터(112)의 양 측에 설치되어 각각 케이블이 감기는 이중 드럼(111)과, 이중 드럼(111)마다 구비되어 구동 케이블(15)을 이중 드럼(111)에 일정 간격으로 권취시키는 가변 풀리(114) 및 구동 케이블(15)을 가변 풀리(114)로 전달시키는 가이드 풀리(115)와, 가변 풀리(114)를 가변시키는 가변기구(116a,116b,118a,118b,119)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가변 기구는 이중 드럼(111)에 동축으로 연결되어 회전 구동되는 전단 타이밍 풀리(118a)와, 전단 타이밍 풀리(118a)에 나란하게 배치되는 후단 타이밍 풀리(118b)와, 전단 및 후단 타이밍 풀리(118a,118b)를 연결시켜 동기화시키는 벨트(119)와, 후단 타이밍 풀리(118b)와 동축으로 연결되는 나사회전축(116a)과 나사회전축(116a)을 타고 가변되면서 가변 풀리(114)와 연결되어 가변 풀리(114)와 함께 가변되는 너트블록(116b)으로 이루어지는 볼 스크류로 구성됨으로써, 케이블이 이중 드럼(111)에 감기는 속도에 따라 가변 풀리(114)로 안내되는 케이블 권취 위치가 연동되어, 케이블이 이중 드럼(111)에 균일한 간격으로 권취되는 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엔드이펙터(16)에는 엔드이펙터(16)에 적재되는 화물(F)을 이동시켜 화물(F) 랙에 적재시키기 위한 지게 발(162)과, 지게 발(162)을 구동시키는 지게 발 구동기(161)와, 화물(F)의 이동 위치에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어지는 것을 방지시키기 위하여 제3엔드이펙터(16)의 저면에 설치되어 가변되는 중량체(165)와, 중량체(165)를 가변시키는 중량체(165) 구동기로 구성되는 적재모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템.
  9. 제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 하나의 항으로 이루어지는 케이블 견인 도르래를 갖는 물류이송 케이블 로봇 시스템을 이용한 물류 관리 방법으로서,
    복수개의 화물 랙(S)이 길이 방향이 평행하게 병렬로 배치되어 화물 랙(S) 간에 평행한 다수의 복도가 형성되는 물류 창고에서, 화물 랙(S)의 길이 방향을 x 축이라 두고, 화물 랙(S) 간을 연결시키는 방향을 y 축이라 두며, 수직 방향을 z 축이라 둘 때,
    상기 구동 윈치로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 x 축 또는 z 축 방향으로 이동시켜 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계와;
    상기 구동 윈치로 구동 케이블(15)을 권취 또는 권출시키면서 엔드이펙터(16)를 z 축 방향으로 상승시켜 화물 랙(S) 상단보다 더 인상시키는 단계와;
    상기 견인 윈치(21)로 견인 케이블(152)을 권취시켜 견인 도르래(22)를 고공 스탠드(13)를 향하여 x 축 방향으로 견인시키는 단계; 및,
    상기 이동체(18)로 양 측의 고공 스탠드(13)를 y 축 방향으로 이동시킴으로써 엔드이펙터(16)를 화물 랙(S) 상단 위로 통과시키는 단계;로 이루어지는 물류이송 케이블 로봇 시스템을 이용한 물류 관리 방법
  10. 제9항에 있어서,
    상기 엔드이펙터(16)로 화물 랙(S)에 화물(F)을 적재시키거나 또는 화물 랙(S)으로부터 엔드이펙터(16)로 화물(F)을 인출시키는 단계에서 엔드이펙터(16)에 적재된 화물(F)을 지게 발(162)이 이동시킴에 따라 엔드이펙터(16)가 기울어질 때, 엔드이펙터(16) 저면에 설치된 수평 센서(166)의 측정값에 따라 중량체(165)를 가변시켜 엔드이펙터(16)의 수평을 유지시키는 것을 특징으로 하는 물류 관리 방법.
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