KR102133157B1 - 로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 툴 결합 장치에 관한 것으로, 암수 바디로 형성되며, 상기 암수 바디가 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착되는 결합모듈; 및 상기 결합모듈을 제어하여, 상기 로봇 암에 대한 로봇 툴의 결합과 분리를 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 결합모듈의 암수 바디 중 적어도 일 측에는 스위칭 마그네틱부가 형성되고, 상기 제어모듈의 제어에 의한 상기 스위칭 마그네틱부의 구동 시 발생하는 자력에 의해 상기 결합모듈의 암수 바디가 결합 또는 분리되게 형성된다.

Description

로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR COMBINING ROBOT TOOL AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇에 로봇 툴을 용이하게 결합하거나 분리할 수 있게 하고, 또한 상기 로봇 툴의 결합이나 분리 시 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는, 로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇(또는 산업용 로봇, 이하 간단히 로봇으로 기재함)은 산업적인 조립 라인 및 그 밖의 제조 적용에 널리 사용되어, 인간의 동작, 상호 작용 또는 감독의 필요 없이 반복적인 임무를 정확하게 수행한다. 예컨대 로봇은 통상적으로 자동차 산업에 사용되어, 재료의 핸들링, 컷팅, 용접, 센싱 등의 다양한 임무를 수행한다.

상기 로봇은 다관절형 로봇(또는 다수의 로봇 암으로 구성된 로봇)이 많이 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 다관절형 로봇의 형상을 개략적으로 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 다관절형 로봇은 선단부에 툴을 장착하는 로봇 툴 결합부를 포함하고, 하단부에는 상기 로봇을 바닥에 결합하기 위한 로봇 고정부를 포함하며, 필요에 따라서 로봇의 위치를 이동시키거나 로봇 툴을 교환하기 위해서, 상기 로봇 툴 결합부나 상기 로봇 고정부를 각기 분리나 결합이 가능하도록 구성되어 있다(도 1 참조). 더구나 최근의 산업용 로봇은 복수의 툴(또는 로봇 툴)을 임무나 목적에 따라 교환함으로써, 하나의 로봇(또는 산업용 로봇)으로 여러 가지의 작업을 실행할 수 있도록 구성되어 있다.

이때 상기 로봇은 로봇 툴이 툴 결합부로부터 탈락하는 것을 방지하고, 로봇에게 확실한 작업을 실행시키기 위해서, 툴을 로봇 툴 결합부에 로킹(locking)시키기 위한 로킹 장치(또는 로봇 툴 결합 장치)를 포함하고 있다. 그런데 기존의 로봇 툴 결합 장치는, 공압 또는 유압에 의해 구동되어 로봇 툴을 로봇 툴 결합부에 결합시키거나 분리시키도록 구성되어 있다.

따라서 종래의 로봇 툴 결합 장치를 구동하기 위해서 상기 공압 또는 유압을 공급하기 위한 부대 장치(예 : 압축기, 공압 또는 유압 호스)가 필요하기 때문에 로봇의 부피와 무게가 증가하고, 결과적으로 로봇의 단가가 상승하며, 고장 발생 가능이 높고(예 : 공압이나 유압의 유출), 기능적으로는 로봇 툴의 교환(또는 결합이나 분리)에 소요되는 시간을 단축할 수 없는 문제점(예 : 공압이나 유압을 높이거나 낮추는데 상당한 시간이 소요됨)이 있다.

이에 따라 간단한 구조를 통해 부대 장치(예 : 압축기, 공압 또는 유압 호스)가 필요하지 않으면서, 빠르고 간편하게 로봇 툴을 결합하거나 분리할 수 있도록 하며, 또한 상기 로봇 툴의 결합이나 분리 시 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 로봇 툴 결합 장치가 요구되고 있는 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2017-0024769호(2017.03.08. 공개, 로봇 제어 장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 로봇에 로봇 툴을 용이하게 결합하거나 분리할 수 있게 하고, 또한 상기 로봇 툴의 결합이나 분리 시 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는, 로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 로봇 툴 결합 장치는, 암수 바디로 형성되며, 상기 암수 바디가 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착되는 결합모듈; 및 상기 결합모듈을 제어하여, 상기 로봇 암에 대한 로봇 툴의 결합과 분리를 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 결합모듈의 암수 바디 중 적어도 일 측에는 스위칭 마그네틱부가 형성되고, 상기 제어모듈의 제어에 의한 상기 스위칭 마그네틱부의 구동 시 발생하는 자력에 의해 상기 결합모듈의 암수 바디가 결합 또는 분리되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 결합모듈의 암수 바디는, 전원을 전달하기 전원 단자부 또는 무선으로 전원으로 전달하기 위한 무선 전원부;가 형성되며, 상기 전원 단자부의 각 단자는, 상기 암수 바디에 각기 암 전원 단자와 수 전원 단자가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 결합모듈의 암수 바디는, 데이터 통신을 위한 통신 단자부;가 형성되며, 상기 통신 단자부의 각 단자는, 상기 암수 바디에 각기 암 통신 단자와 수 통신 단자가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 결합모듈의 전원 단자부나 무선 전원부를 통해 로봇 툴에 공급되는 전원을 인가하거나 차단하고, 상기 결합모듈의 통신 단자부를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보를 수신하며, 상기 결합모듈의 스위칭 마그네틱부를 통해 로봇 툴을 결합하거나 분리하기 위하여 자력을 인가하거나 차단하기 위한 전원을 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상위 서버나 상위 제어부의 명령이나 지정된 스케줄에 따라, 자동으로 흡착 명령을 발생하여 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료하는 제어부; 및 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압을 상기 스위칭 마그네틱부의 자기경로제어유닛에 출력하는 전원 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 스위칭 마그네틱부의 베이스부재의 자력을 검출하는 자력 검출부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 자력 검출부를 통해 검출된 상기 베이스부재의 자력이 기 설정된 자력보다 큰지 아니면 그 이하인지를 검출하여 자기경로의 생성과 해제를 판단하고, 자기경로를 안정적으로 생성하거나 해제하기 위하여, 원하는 자기경로가 형성되거나 해제될 때까지 트리거 신호의 출력을 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 제어부의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합되거나 분리될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈의 암수 바디를 통해 상기 로봇 툴에 구동 전원을 인가하거나 차단하는 로봇 툴 전원 공급부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 로봇 툴을 분리시키기 위한 명령이 수신되면, 상기 로봇 툴에 인가되던 구동 전원을 즉시 차단하고, 상기 로봇 툴을 결합시키기 위한 명령이 수신되면, 상기 로봇 툴이 로봇 암에 완전히 결합 완료되기 전까지 상기 로봇 툴에 구동 전원을 계속 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상기 제어부의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈의 암수 바디의 통신 단자부를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보를 수신하는 로봇 툴 통신부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 로봇 툴 통신부를 통해 로봇 툴과 통신이 감지될 경우, 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 것으로 판단하고, 상기 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 상태에서, 상기 결합모듈의 스위칭 마그네틱부를 제어하여 자력을 이용해 상기 로봇 툴과 로봇 암을 결합시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어모듈은, 상위 서버나 상위 제어부와 통신하여, 상기 상위 서버나 상위 제어부로부터의 로봇 툴 결합이나 분리 명령, 또는 로봇 툴 결합이나 분리 프로파일 정보를 수신하고, 또한 상기 결합모듈을 통해 로봇 툴이 결합된 상태 정보나 로봇 툴이 분리된 상태 정보를 상기 상위 서버나 상위 제어부에 송신하는 메인 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법은, 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 결합 상태에 있을 때, 제어부가 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크하는 단계; 상기 로봇 툴 분리 신호가 입력되면, 상기 제어부가 로봇 툴에 공급되는 전원을 차단하는 단계; 상기 제어부가 상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 수행하는 단계; 및 상기 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 통해, 로봇 암에서 상기 로봇 툴의 분리가 완료될 경우, 상기 제어부가 상기 스위칭 마그네틱부의 제어를 중지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 로봇 툴 결합 상태에 있는지 여부를 판단하기 위하여, 상기 제어부는, 상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부에 자기경로가 생성되거나 해제되는 경우에 검출되는 자력 상태에 기초하여 로봇 툴 결합 상태를 판단하거나, 혹은 상기 로봇 툴 결합 장치의 제어모듈에 포함된 로봇 툴 통신부에 의해 통신이 이루어지고 있는지에 기초하여 로봇 툴 결합 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크하기 위하여, 상기 제어부는, 상기 로봇 툴 결합 장치의 제어모듈에 포함된 메인 통신부를 통해 상위 제어부나 상위 서버, 혹은 로봇 툴 통신부를 통해 로봇 툴로부터 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크할 수 있으며, 이때 상기 로봇 툴로부터의 로봇 툴 분리 신호는, 로봇 툴에 장착된 특정 스위치를 통해 입력받을 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 수행하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 스위칭 마그네틱부의 자기경로생성을 단번에 해제하거나, 상기 스위칭 마그네틱부에 인가되는 전원을 스위칭하여 자기경로생성 시간을 서서히 감소시키거나 단계적으로 감소시킴으로써, 자력의 세기를 강에서 약으로 제어하여 상기 로봇 툴을 탈착 시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법은, 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 분리 상태에 있을 때, 제어부가 로봇 툴 결합 신호가 입력되는지 체크하는 단계; 상기 로봇 툴 결합 신호가 입력되면, 상기 제어부가 상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부의 흡착 제어를 지정된 최소 자력 세기로 수행하는 단계; 상기 로봇 툴 결합 신호가 입력된 후, 로봇 툴 결합이 완료되면, 상기 제어부가 상기 스위칭 마그네틱부의 흡착 제어를 지정된 최대 자력 세기로 수행하는 단계; 및 상기 제어부가 로봇 툴에 전원 공급을 개시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 최소 자력 세기는, 로봇 툴이 중력에 의해서는 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때 분리되는 자력의 세기를 의미하며, 상기 최대 자력 세기는, 로봇 툴이 중력에 의해서도 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때에도 분리되지 않는 자력의 세기를 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 로봇에 로봇 툴을 용이하게 결합하거나 분리할 수 있게 하고, 또한 상기 로봇 툴의 결합이나 분리 시 안전성을 향상시킬 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 공압이나 유압을 사용하지 않으므로 부대 장치가 필요 없는 간단한 구조로 형성할 수 있으며, 빠르고 간편하게 로봇 툴을 결합하거나 분리할 수 있도록 한다.

도 1은 일반적인 다관절형 로봇의 형상을 개략적으로 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 제어모듈 및 결합모듈의 보다 세부적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 로봇 툴 결합 장치가 포함된 로봇의 전체적인 외관 형상을 보인 예시도.
도 5는 상기 도 4에 있어서, 로봇 툴 결합 장치를 통해 결합된 로봇 암과 로봇 툴을 확대하여 보인 예시도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, 로봇 툴 결합 장치를 확대한 외관 형상을 보인 예시도.
도 7은 상기 도 6에 있어서, 로봇 툴 결합 장치의 암수 바디를 분리하여 수 바디의 내측 형상을 보인 예시도.
도 8은 상기 도 6에 있어서, 로봇 툴 결합 장치의 암수 바디를 분리하여 암 바디의 내측 형상을 보인 예시도.
도 9는 상기 도 7 및 도 8에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 형상을 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도.
도 11은 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부를 제어하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 보인 예시도.
도 12는 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 단면을 보인 예시도.
도 13은 상기 도 7 및 도 8에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 다른 형상을 개략적으로 도시한 사시도.
도 14는 상기 도 13에 있어서, 스위칭 마그네틱부를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도.
도 15는 상기 도 13에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 단면과 이를 제어하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 보인 예시도.
도 16은 상기 도 11에 있어서, 스위칭 마그네틱부와 기존의 전자석 방식 마그네틱의 전원 인가 방식과 전력 소모량을 비교하기 위한 예시도.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇 툴 결합 장치 및 그 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이고, 도 3은 상기 도 2에 있어서, 제어모듈 및 결합모듈의 보다 세부적인 구성을 보인 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치는, 제어모듈(200)와 결합모듈(300)을 포함한다.

상기 결합모듈(300)은 암수 바디(또는 제1,2 바디)(310, 320)로 형성되며, 상기 암수 바디(또는 제1,2 바디)(310, 320)가 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착된다.

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320) 중 적어도 일 측(예 : 수 바디)(310)에는 스위칭 마그네틱부(100)가 형성되고, 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 구동 시 발생하는 자력에 의해 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)가 결합 또는 분리된다.

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)에는 전원을 전달하기 전원 단자부(또는 무선 전원부)(410)가 형성된다. 이때 상기 전원 단자부(410)의 각 단자는 상기 암수 바디(310, 320)에 각기 암 전원 단자(412)(또는 전원 수신 단자)와 수 전원 단자(411)(또는 전원 송신 단자)가 형성된다(도 3 참조).

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)에는 데이터 통신을 위한 통신 단자부(420)가 형성된다. 이때 상기 통신 단자부(420)의 각 단자는 상기 암수 바디(310, 320)에 각기 암 통신 단자(422)(또는 통신 수신 단자)와 수 통신 단자(421)(또는 통신 송신 단자)가 형성된다(도 3 참조).

이때 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 부착되는 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320) 형상은, 도 2의 하단부 (a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 특정 형태로 한정되지 않고, 복수의 형태로 형성될 수 있다.

다만 상기 도 2의 (a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)의 형태가 복수의 형태로 형성되더라도, 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)에는 전원 단자부(410), 통신 단자부(420), 및 스위칭 마그네틱부(100)가 형성된다.

상기 제어모듈(200)은 상기 결합모듈(300)을 제어하여 로봇 툴의 결합과 분리를 제어한다. 예컨대 상기 제어모듈(200)은 상기 결합모듈(300)의 전원 단자부(또는 무선 전원부)(410)를 통해 로봇 툴에 공급되는 전원을 인가하거나 차단하고, 상기 통신 단자부(420)를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보(데이터)를 수신하며, 상기 스위칭 마그네틱부(100)를 통해 로봇 툴을 결합하거나 분리하기 위하여 자력을 인가하거나 차단한다.

도 3을 참조하면, 상기 제어모듈(200)은 제어부(210), 전원 스위칭부(220), 자력 검출부(230), 로봇 툴 전원 공급부(240), 로봇 툴 통신부(250), 및 메인 통신부(260)를 포함한다.

상기 제어부(210)는 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)의 명령이나 지정된 스케줄(또는 프로파일)에 따라, 자동으로 흡착 명령(즉, 대상물체에 대한 흡착 명령)을 발생하여 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

상기 전원 스위칭부(220)는 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압(예 : V+)을 스위칭 마그네틱부(100)의 자기경로제어유닛(170)에 출력한다(도 11 참조). 이에 따라 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)가 자력에 의해 결합됨으로써, 결과적으로 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)가 각기 부착된 로봇 툴과 로봇 암이 결합된다.

상기 자력 검출부(230)는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 베이스부재(120)의 자력을 검출한다. 예컨대 상기 자력 검출부(230)는 홀센서를 포함할 수 있다.

상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 베이스부재(120)의 자력이 기 설정된 자력(예 : 베이스부재의 잔류 자력)보다 크면 제1 자기경로(즉, 베이스부재를 포함하여 자력이 전달되는 자기경로)가 형성된 것으로 판단할 수 있고, 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 베이스부재(120)의 자력이 기 설정된 자력(예 : 베이스부재의 잔류 자력) 이하이면 자기경로가 해제된 것으로 판단할 수 있다.

따라서 상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 자력을 이용해 현재의 자기경로의 생성과 해제를 판단하고, 원하는 자기경로가 형성되거나 해제될 때까지 트리거 신호의 출력을 유지함으로써, 자기경로를 안정적으로 생성하거나 해제할 수 있도록 한다.

상기 로봇 툴 전원 공급부(240)는, 상기 제어부(210)의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합되거나 분리될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)를 통해 상기 로봇 툴에 구동 전원을 인가(공급)하거나 차단한다.

상기 로봇 툴 통신부(250)는, 상기 제어부(210)의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)의 통신 단자부(420)를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보(데이터)를 수신한다.

이때 상기 로봇 툴 통신부(250)를 통해 로봇 툴과 통신이 감지될 경우, 상기 제어부(210)는 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 것으로 판단할 수 있다. 이와 같이 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 상태에서, 상기 스위칭 마그네틱부(100)에 전원을 인가하여 자력이 발생하면, 상기 로봇 툴과 로봇 암이 결합하게 되는 것이다.

상기 메인 통신부(260)는 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)와 통신하여 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)로부터의 명령(예 : 로봇 툴 결합이나 분리 명령)이나 스케줄(또는 로봇 툴 결합이나 분리 프로파일) 정보를 수신할 수 있다.

또한 상기 메인 통신부(260)는 상기 결합모듈(300)을 통해 로봇 툴이 결합된 상태 정보나 로봇 툴이 분리된 상태 정보를 상기 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)에 송신할 수 있다.

이하 상기 결합모듈(300)의 형상에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 4는 상기 도 2에 있어서, 로봇 툴 결합 장치가 포함된 로봇의 전체적인 외관 형상을 보인 예시도이고, 도 5는 상기 도 4에 있어서, 로봇 툴 결합 장치를 통해 결합된 로봇 암과 로봇 툴을 확대하여 보인 예시도이며, 도 6은 상기 도 5에 있어서, 로봇 툴 결합 장치를 확대한 외관 형상을 보인 예시도이고, 도 7은 상기 도 6에 있어서, 로봇 툴 결합 장치의 암수 바디를 분리하여 수 바디의 내측 형상을 보인 예시도이며, 도 8은 상기 도 6에 있어서, 로봇 툴 결합 장치의 암수 바디를 분리하여 암 바디의 내측 형상을 보인 예시도이다.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 결합모듈(300)은 암수 바디(또는 제1,2 바디)(310, 320)로 형성되며, 상기 암수 바디(또는 제1,2 바디)(310, 320)가 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착된다. 이때 설명되지 않은 홀(holl)들은 상기 암수 바디(또는 제1,2 바디)(310, 320)를 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착시키기 위한 결합 부재(예 : 볼트)를 삽입하기 위한 홀이다.

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320) 중 적어도 일 측(예 : 수 바디)(310)에는 스위칭 마그네틱부(100)가 형성되고, 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 구동 시 발생하는 자력에 의해 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)가 결합 또는 분리된다.

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)에는 전원을 전달하기 전원 단자부(또는 무선 전원부)(410)가 형성된다. 이때 상기 전원 단자부(410)의 각 단자는 상기 암수 바디(310, 320)에 각기 암 전원 단자(412)(또는 전원 수신 단자)와 수 전원 단자(411)(또는 전원 송신 단자)가 형성된다.

또한 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)에는 데이터 통신을 위한 통신 단자부(420)가 형성된다. 이때 상기 통신 단자부(420)의 각 단자는 상기 암수 바디(310, 320)에 각기 암 통신 단자(422)(또는 통신 수신 단자)와 수 통신 단자(421)(또는 통신 송신 단자)가 형성된다.

이때 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320)는 스위칭 마그네틱부(100)를 포함하는데, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 자력을 이용해 상기 암수 바디(310, 320)를 강하게 결합하는 기능을 수행한다.

이하 상기 기 출원한 발명을 이용하여 본 실시예에 따른 스위칭 마그네틱부(100)의 보다 구체적인 구성과 동작 원리에 대해서 설명한다.

도 9는 상기 도 7 및 도 8에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 보다 구체적으로 도시한 사시도로서, (a)는 스위칭 마그네틱부(100)를 상측에서 바라본 형상을 도시한 사시도이고, (b)는 스위칭 마그네틱부(100)를 하측에서 바라본 형상을 도시한 사시도이다.

이때 상기 스위칭 마그네틱부(100)(또는 디씨 구동 원형 타입 스위칭 마그네틱부)의 형상과 두께는 결합모듈의 형태에 따라 변형될 수 있으며, 다만 본 실시예에서는 개략적인 구성과 동작 원리를 중심으로 설명하기로 한다.

도 10은 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부(100)를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다.

도 9와 도 10을 참조하면, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는, 제1자력이동유닛고정부재(110), 베이스부재(120), 갭(GAP)조정유닛(130), 자력전달유닛(140), 자력발생유닛(142), 자력발생유닛보호부재(141, 143), 자력전달유닛결합부재(144), 제1자력이동유닛(150), 제2자력이동유닛(161), 가이드부재(162), 가이드부재고정부재(163), 제2자력이동유닛고정부재(164), 및 자기경로제어유닛(170)을 포함한다.

상기 제1자력이동유닛고정부재(110)는 상기 베이스부재(120)에 제1자력이동유닛(150)을 결합한다.

예컨대 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)는 볼트 형태로 형성되고, 상기 베이스부재(120)는 원형 판(板) 형태로 형성된다.

이때 상기 제1자력이동유닛(150)은, 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 외부 커버(또는 프레임)으로서, 내부가 관통되는 원통형 형태이며, 그 상측에는 미리 지정된 특정 폭을 갖는 턱이 내측으로 형성되고, 상기 턱에는 복수의 홀(hole)이 미리 지정된 간격으로 형성된다.

여기서 상기 제1자력이동유닛(150)의 턱에 형성된 복수의 홀(hole)은, 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)를 관통시켜, 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)를 이용해 상기 제1자력이동유닛(150)과 상기 베이스부재(120)를 결합 고정시킬 수 있도록 한다.

다만 도 10에는 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)가 상기 베이스부재(120)의 외측 상부로부터 홀(hole)에 삽입되어 결함됨으로써, 외부에 노출되게 도시되어 있지만, 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)가 결합되는 방향은 상기 제1자력이동유닛(150)의 내측 하부에서 상기 베이스부재(120)의 방향으로 삽입되어 결합되게 함으로써, 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)가 외부에 노출되지 않게 할 수도 있다. 물론, 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)가 외부에 노출되지 않도록 구현할 경우, 상기 베이스부재(120)에 형성되는 홀(hole)은 상부까지 관통되지 않도록 하부에 형성되는 홀 깊이를 조정할 필요가 있다.

상기와 같이 상기 제1자력이동유닛고정부재(110)가 외부에 노출되지 않도록 하면서 상기 제1자력이동유닛(150)과 상기 베이스부재(120)를 결합 고정할 경우, 방진 및 방수 효과를 얻을 수 있으며, 또한 외관 형상을 미려하게 하여 대상물체(또는 타겟)나 사용자에 대하여 걸림이나 긁힘 등의 사고가 발생하지 않도록 하는 효과를 추가로 얻을 수 있다.

또한 자력이 형성되는 도체의 끝 부분의 넓이가 좁을수록 더 큰 자력이 형성되는 원리를 이용하기 위하여, 상기 제1자력이동유닛(150)은 하부의 끝 부분(예 : 대상물체를 흡착하는 부분)이 모따기 함으로써, 즉, 몸통의 두께보다 하부의 끝 부분의 두께가 점차로 좁아지는 형태로 형성한다. 상기와 같이 상기 제1자력이동유닛(150)의 하부 끝 부분을 모따기 하여 폭의 두께가 몸통보다 좁아지게 형성함으로써, 모따기 하지 않은 경우에 비해 더 큰 자력으로 대상물체(또는 타겟)(예 : 본 실시예에서 결합모듈의 암수 바디)를 흡착할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

한편 상기 모따기 방식은 상기 제2자력이동유닛(161)의 하부 끝 부분에도 적용된다. 이에 따라 상기 제2자력이동유닛(161)은, 상기 제1자력이동유닛(150)과 마찬가지로, 모따기 하지 않은 경우에 비해 더 큰 자력으로 대상물체(또는 타겟)(예 : 본 실시예에서 결합모듈의 암수 바디)를 흡착할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

상기 가이드부재(162)는 상기 베이스부재(120)의 하부 중심부에 결합된다.

상기 가이드부재(162)는 내부가 채워진 원기둥 부분이 형성되고, 상기 원기둥 부분의 하측에 미리 지정된 특정 폭과 두께를 갖는 턱이 외측으로 돌출되게 형성되며, 상기 원기둥 부분 및 상기 턱에는 각기 복수의 홀(hole)이 미리 지정된 형태와 간격으로 형성된다.

여기서 상기 가이드부재(162)의 원기둥 부분에 형성된 복수의 홀(hole)은, 상기 가이드부재고정부재(163)를 이용해 상기 가이드부재(162)와 상기 베이스부재(120)를 결합 고정시킬 수 있도록 하고, 상기 가이드부재(162)의 턱에 형성된 복수의 홀(hole)은, 상기 제2자력이동유닛고정부재(164)를 이용해 상기 가이드부재(162)와 상기 제2자력이동유닛(161)을 결합 고정시킬 수 있도록 한다.

상기 가이드부재(162)는 상기 자력전달유닛(140)의 중심부에 형성된 관통형 홀(hole)이 상기 가이드부재(162)의 원기둥 부분의 외측을 따라 상하로 이동할 수 있도록 가이드 한다.

이때 상기 자력전달유닛(140)이 이동할 수 있는 길이(또는 거리, 갭)는 상기 갭(GAP)조정유닛(130)의 두께에 따라 조정될 수 있다.

예컨대 상기 갭조정유닛(130)은 자성체가 아닌 소재로 형성될 수도 있다.

상기 갭조정유닛(130)은 지정된 특정 두께를 갖는 링(ring) 형태이며, 상기 베이스부재(120)와 상기 자력전달유닛(140)의 사이에 고정 결합된다.

여기서 상기 갭조정유닛(130)의 두께는, 상기 자력전달유닛(140)을 이동시키기 위한 길이(또는 거리, 갭)에 해당하는 것으로서, 예컨대 1(mm) 내지 10(mm)가 바람직하지만, 반드시 이 두께로 한정하고자 하는 것은 아니다.

참고로 상기 갭조정유닛(130)의 두께가 더 두꺼울수록 상기 자력전달유닛(140)을 이동시키기 위한 길이(또는 거리, 갭)가 증가하고, 이에 비례하여 상기 자기경로제어유닛(170)을 제어하기 위한 전류 소모도 증가하므로, 이를 고려하여 상기 갭조정유닛(130)의 두께를 조정할 필요가 있다.

한편 상기 자기경로제어유닛(170)에 의해 제어되어, 상기 자력전달유닛(140)이 상부의 베이스부재(120)를 향하여 이동할 경우(즉, 대상물체를 탈착시키기 위하여 이동할 경우), 상기 자력전달유닛(14)의 하부와 상기 제2자력이동유닛(161)의 상부 간에 상기 갭조정유닛(130)의 두께에 해당하는 만큼의 갭(GAP)이 형성된다. 이에 따라 상기 갭(GAP)을 통해 상기 자력전달유닛(140)에서 상기 제1자력이동유닛(150), 및 제2자력이동유닛(161)으로 자력이 전달되지 않도록 한다. 이때 상기 자력전달유닛(140)과 상기 베이스부재(120)가 부착된다고 하더라도 자기경로가 형성되는 것은 아니며 단지 자력에 의해 부착상태로 있게 된다.

반대로 상기 자기경로제어유닛(170)에 의해 제어되어, 상기 자력전달유닛(140)이 하부의 제2자력이동유닛(161)을 향하여 이동할 경우(즉, 대상물체를 흡착시키기 위하여 이동할 경우), 상기 자력전달유닛(14)의 상부와 상기 베이스부재(120)의 하부 간에 상기 갭조정유닛(130)의 두께에 해당하는 만큼의 갭(GAP)이 형성된다. 이에 따라 상기 갭(GAP)을 통해 상기 자력전달유닛(140)에서 상기 베이스부재(120)로 자력이 전달되지 않도록 하면서 동시에 상기 자력전달유닛(140)과 접촉된 제1자력이동유닛(150), 제2자력이동유닛(161), 및 대상물체(또는 타겟)(미도시) 간에 자기경로가 형성된다.

따라서 상기 형성된 자기경로에 의해 상기 제1자력이동유닛(150), 및 제2자력이동유닛(161)에 상기 대상물체(또는 타겟)(미도시)가 흡착된 상태로 유지된다. 여기서 상기 형성된 자기경로는 대상물체의 흡착 시 자력의 약화를 방지하여 대상 물체의 낙하사고 발생 위험 등을 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

즉, 상기 갭(GAP)은 상기 자력전달유닛(140)이 상기 가이드부재(162)를 따라 이동하는 방향에 의해 상기 자력전달유닛(140)의 상하 양측 중 어느 일 측에 형성되는 공간이다. 상기 갭(GAP)에 의해 상기 자력전달유닛(140)의 자력이 상부나 하부로 전달되는 것을 방지한다.

상기 제2자력이동유닛(161)은 상기 자력전달유닛(140)의 하부에 접촉될 수 있으며, 중심부에 관통형 홀(hole)이 형성되어 이 관통형 홀(hole)을 통해 상기 가이드부재(162)의 원기둥 부분이 통과될 수 있도록 형성된다.

도 11을 참조하면, 상기 제2자력이동유닛(161)의 상부는 내측과 외측으로 미리 지정된 폭의 턱이 형성되며, 외측에 형성된 턱은 그 끝에서 외측 측부와 만나는 모서리를 향해 미리 지정된 각도로 비스듬히 모따기를 하며, 내측에 형성된 턱과 내측 측부가 만나는 모서리에서 측부의 하부를 향해 미리 지정된 각도로 비스듬히 모따기를 한다.

그리고 상기 제2자력이동유닛(161)의 외측으로 밀착되게 자기경로제어유닛(170)이 결합된다.

여기서 상기 자기경로제어유닛(170)은 코일형 보빈을 포함할 수 있으며, 보빈을 제외한 코일(미도시)만을 이용해 상기 제2자력이동유닛(161)의 측부에 밀착 가능한 형상으로 미리 코일링하여 결합할 수 있다. 이때 상기 보빈을 제외하고 코일만을 이용할 경우, 절연(예 : 누전 및 합선 방지, 및 방수)과 코일 형상을 유지시키기 위해 상기 코일을 특정 절연 용액에 함침 시킨 후 굳힐 수 있다.

또한 상기 절연(예 : 누전 및 합선 방지, 및 방수) 효과를 위해, 하부 전체(즉, 제1자력이동유닛(150)과 제2자력이동유닛(161) 간의 하부 공간)(즉, 바닥면 전체)를 몰딩할 수 있다. 상기 몰딩을 통해 방수 및 방진 효과를 향상시키며, 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 외관 형상 전체를 일체형으로 형성할 수 있다.

참고로 상기 몰딩 소재는 고온에서 열전도율이 매우 낮은 소재(예 : 세라크울)를 이용할 경우 우수한 단열효과를 가질 수 있으며, 이에 따라 고온에서도 손상되지 않도록 할 수도 있다.

한편 상기 자기경로제어유닛(170)에 사용되는 코일은 코일이 일정한 방향으로 감긴 형태가 된다. 이에 따라 상기 코일에 전류가 인가될 경우, 이 전류가 인가되는 방향에 따라 자기장(예 : N극-S극, 또는 S극-N극)이 생성된다.

또한 상기 코일의 내부 관통부에는 상기 제2자력이동유닛(161)이 위치하며, 이 제2자력이동유닛(161)이 일종의 코어(core)로 작용하여, 상기 코일(또는 코일형 보빈)에 전류가 인가될 경우에 생성되는 자기장의 세기를 더욱 증가시키는 역할을 한다.

다시 말해, 상기 자기경로제어유닛(170)에 전류가 인가되는 방향에 따라, 상기 자력전달유닛(140)을 상부(즉, 베이스부재(120)가 있는 방향)로 밀어 올리거나, 반대로 상기 자력전달유닛(140)을 하부(즉, 제2자력이동유닛(161)이 있는 방향)으로 끌어 내린다.

즉, 상기 자기경로제어유닛(170)은, 공급(인가)되는 전류의 방향에 연동되어 상기 자력전달유닛(140)에 가해지는 자력의 방향을 변화시킨다. 다시 말해 상기 자기경로제어유닛(170)에 형성되는 자기장이 변경됨으로써(예 : N극-S극, 또는 S극-N극), 상기 자력전달유닛(140)을 상부로 밀어 올리거나 하부로 끌어 내린다.

상기 자기경로제어유닛(170)을 하부로 끌어 내릴 경우, 자기경로가 형성된다. 즉, 상기 자력전달유닛(140)과 접촉된 제1자력이동유닛(150), 제2자력이동유닛(161), 및 대상물체(또는 타겟)(미도시) 간에 자기경로가 형성된다.

이때 상기 자기경로제어유닛(170)은 자기경로를 형성하거나 해제하기 위한 시간 동안만 일시적으로 전류를 공급받으며, 자기경로가 형성되거나 해제가 완료되면 상기 공급되는 전류가 차단된다. 이때 공급되는 전류는 직류(DC) 전류이다.

상기 자력전달유닛(140)은, 원형 판 형태로 중심부에 관통형 홀(hole)이 형성된 자력발생유닛(142), 및 상기 자력발생유닛(142)의 상부와 하부에 각기 자력발생유닛보호부재(141, 143)가 자력전달유닛결합부재(144)를 이용해 일체로 결합하여 형성한다. 여기서 상기 자력발생유닛보호부재(141, 143)는 자성체(또는 강자성체)로 형성되며, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생한 자력의 손실을 최소화하면서 상부나 하부로 전달하고, 또한 상기 자력발생유닛(142)이 충격(즉, 상하 이동 시 발생하는 마찰이나 충격)에 의해 물리적으로 파손(또는 자력 손실)되는 것을 방지할 수 있도록 기능한다.

참고로 상기 자력발생유닛(142)에 형성된 관통형 홀(hole)의 크기가 상기 자력발생유닛보호부재(141, 143)에 형성된 관통형 홀(hole)의 크기보다 더 크게 형성함으로써, 상기 자력발생유닛(142)에는 상기 자력전달유닛결합부재(144)를 위한 홀(hole)을 뚫지 않더라도(즉, 자력발생유닛(142)에 홀을 뚫을 경우에는 자력에 영향을 미치므로), 상기 자력발생유닛보호부재(141, 143)에만 홀(hole)을 뚫어 상기 자력전달유닛결합부재(144)를 이용해 상기 자력발생유닛보호부재(141, 143)를 결합함으로써, 그 사이에 상기 자력발생유닛(142)을 물리적 손상 없이 고정한다.

상기 자력발생유닛(142)은 영구적인 자력을 발생한다.

예컨대 상기 자력발생유닛(142)은 상기 영구적인 자력을 발생하기 위하여 네오디움(Nd) 자석을 이용할 수 있으나, 이를 한정하고자 하는 것은 아니며, 목적에 따라 다양한 재질의 자석을 이용할 수도 있다.

도 11은 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부(100)를 제어하기 위한 구성을 개략적으로 보인 예시도이고, 도 12는 상기 도 9에 있어서, 스위칭 마그네틱부(100)의 단면을 보인 예시도로서, 대상물체의 탈착 및 대상물체의 흡착 시 자력전달유닛의 이동 방향을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 스위칭 마그네틱부(100)를 제어하기 위한 구성은, 제어부(210), 전원 스위칭부(220), 및 자력 검출부(230)를 포함한다.

상기 제어부(210)는 지정된 스케줄(또는 프로파일)에 따라, 즉, 로봇 툴의 결합이나 분리 작업 스케줄에 따라, 다시 말해 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)의 명령이나 지정된 스케줄(또는 프로파일)에 따라, 자동으로 흡착 명령(즉, 대상물체에 대한 흡착 명령)을 발생하여, 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

또한 상기 제어부(210)는 사용자의 흡착 명령을 입력받아 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

상기 전원 스위칭부(220)는 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압(예 : V+)을 상기 자기경로제어유닛(170)에 출력한다.

이때 상기 흡착 명령에 따른 흡착 트리거 신호가, 도 11의 (d)와 같이, 대상 물체(예 : 본 실시예에서 결합모듈의 암수 바디)를 스위칭 마그네틱부(100)에 흡착시키기 위한 신호라고 가정하면, 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 직류(DC) 전압(예 : V+)이 상기 자기경로제어유닛(170)에 인가됨에 따라, 상기 자기경로제어유닛(170)에 자기장(즉, 자력전달유닛을 끌어 내리는 방향의 자기장)이 생성되어 상기 자력전달유닛(140)을 하부로(즉, 제1자력이동유닛(150) 및 제2자력이동유닛(161) 측으로) 이동시킨다(도 11의 (c) 참조).

상기 자력전달유닛(140)이 하부로(즉, 제1자력이동유닛(150) 및 제2자력이동유닛(161) 측으로) 이동됨에 따라, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생되는 자력이 일 측에 밀착된 자력발생유닛보호부재(141, 143)와 직접적으로 접촉된 제1자력이동유닛(150) 및 제2자력이동유닛(161)와 상기 제1자력이동유닛(150) 및 제2자력이동유닛(161)의 하부에 접촉된 대상물체(또는 타겟)에 의한 자기경로(즉, 자력이 전달되는 경로)가 형성된다.

이때 도 12의 (b)를 참조하면, 대상물체(본 실시예에서는 결합장치의 암수 바디에 해당함)의 흡착을 위해 상기 자력전달유닛(140)이 하부로(즉, 제1자력이동유닛(150) 및 제2자력이동유닛(161) 측으로) 이동됨에 따라, 상기 자력전달유닛(140)의 상부(즉, 베이스부재(120)와 자력전달유닛(140)의 사이)에 갭(GAP)이 생성됨으로써, 상기 자력발생유닛(142)의 자력이 상기 자기경로(즉, 자력전달유닛(140), 제1자력이동유닛(150), 제2자력이동유닛(161), 및 대상물체(또는 타겟)에 의해 형성된 자기경로)를 통해서만 흐르게 하고, 상부(즉, 베이스부재(120))로의 자기 이동을 방지한다.

여기서 상기 자력전달유닛(140)의 상부(즉, 베이스부재(120)와 자력전달유닛(140)의 사이)에 생성된 갭(GAP)은, 상기 자력전달유닛(140)이 상부(즉, 베이스부재(120))와 접촉되지 않게 하여 자기 이동을 방지하기 위한 공간이다. 이에 따라 상기 갭(GAP)은 상기 자력발생유닛(142)의 자력이 상기 형성된 자기경로를 통해서만 흐르게 함으로써, 대상물체에 대한 흡착력을 강화시키는 효과가 있다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 일단 자기경로가 형성되면, 상기 자기경로제어유닛(170)을 통해 강제적으로 다른 자기경로를 해제하기 전까지는, 상기 자기경로제어유닛(170)에 생성되었던 자기장이 해제되더라도 상기 일단 형성된 자기경로를 계속해서 유지한다.

또한 상기 제어부(210)는 지정된 로봇 툴 결합이나 분리 작업 스케줄(또는 프로파일)에 따라 자동으로 탈착 명령을 발생하거나, 사용자(또는 상위 제어부 또는 상위 서버)로부터 탈착 명령(즉, 대상물체(예 : 로봇 툴에 부착된 결합모듈의 암수 바디)를 탈착시키기 위한 명령)을 입력받고, 탈착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 탈착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

상기 전원 스위칭부(220)는 상기 탈착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압(예 : V-)을 상기 자기경로제어유닛(170)에 출력한다.

이때 상기 탈착 명령에 따른 탈착 트리거 신호가, 도 11의 (b)와 같이, 대상 물체(예 : 본 실시예에서는 로봇 툴에 대응함)를 스위칭 마그네틱부(100)에서 탈착시키기 위한 신호라고 가정하면, 상기 탈착 트리거 신호에 대응하는 직류(DC) 전압(예 : V-)이 상기 자기경로제어유닛(170)에 인가됨에 따라, 상기 자기경로제어유닛(170)에 자기장(즉, 자력전달유닛(140)을 밀어 올리는 방향의 자기장)이 생성되어 상기 자력전달유닛(140)을 상부로(즉, 베이스부재(30) 측으로) 이동시킨다(도 11 및 도 12의 (a) 참조).

상기 자력전달유닛(140)이 상부로(즉, 베이스부재(30) 측으로) 이동됨에 따라, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생되는 자력은 일 측에 밀착된 자력발생유닛보호부재(141, 143)와 직접적으로 접촉된 상기 베이스부재(120)에 부착된다. 다만 이경우에는 자기경로는 형성되지 않으며, 단순히 자력전달유닛(140)의 자력에 의해서만 부착이 이루어지며, 하부(즉, 대상물체 측)로의 자기 이동을 방지한다. 즉, 대상물체(예 : 본 실시예에서는 결합모듈의 암수 바디가 부착된 로봇 툴에 해당함)를 원하는 시점의 원하는 위치에 정확히 탈착시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 일단 자기경로가 형성되면, 상기 자기경로제어유닛(170)을 통해 강제적으로 해제하기 전까지는, 상기 자기경로제어유닛(170)에 생성되었던 자기장이 해제되더라도 상기 일단 형성된 자기경로를 계속해서 유지한다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 자기경로를 생성하거나 해제하는 순간에만 상기 자기경로제어유닛(170)에 전원을 인가하고, 자기경로를 생성하거나 해제한 이후에는 상기 자기경로제어유닛(170)에 전원을 인가하지 않더라도 계속해서 자기경로를 유지할 수 있으므로, 전자석 방식에 비해서 전력 소모를 수 천배 이상 감소시킬 수 있는 효과가 있다(도 16 참조).

상기 자력 검출부(230)는 상기 베이스부재(120)의 자력을 검출한다.

예컨대 상기 자력 검출부(230)는 홀센서를 포함할 수 있다.

상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 베이스부재(120)의 자력이 기 설정된 자력(예 : 베이스부재의 잔류 자력)보다 크면 제1 자기경로(즉, 베이스부재를 포함하여 자력이 전달되는 자기경로)가 형성된 것으로 판단할 수 있고, 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 베이스부재(120)의 자력이 기 설정된 자력(예 : 베이스부재의 잔류 자력) 이하이면 자기경로가 형성된 것으로 판단할 수 있다.

따라서 상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 자력을 이용해 현재의 자기경로의 생성과 해제를 판단하고, 원하는 자기경로가 형성되거나 해제될 때까지 트리거 신호의 출력을 유지함으로써, 자기경로를 안정적으로 생성하거나 해제할 수 있도록 한다.

도 13은 상기 도 7 및 도 8에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 다른 형상을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 13을 참조하면, (a)는 스위칭 마그네틱부(100)를 상측에서 바라본 형상을 도시한 사시도이고, (b)는 스위칭 마그네틱부(100)를 하측에서 바라본 형상을 도시한 사시도이다.

이미 상술한 바와 같이, 상기 스위칭 마그네틱부(100)(또는 디씨 구동 원형 타입 스위칭 마그네틱부)의 형상과 두께는 결합모듈의 형태에 따라 변형될 수 있다. 즉, 도 13 내지 도 15에 도시된 스위칭 마그네틱부(100)는, 상기 도 9 내지 도 11에 도시된 스위칭 마그네틱부(100)와 그 두께와 형상에 있어서 일부 차이가 있지만, 그 기본적인 동작 원리는 다르지 않음에 유의한다.

도 14는 상기 도 13에 있어서, 스위칭 마그네틱부(100)를 개략적으로 도시한 요부 분해사시도이다. 이때 도 14에 도시된 구성요소 중 상기 도 10에 도시된 구성요소와 기능적으로 동일한 구성요소에 대해서는, 설명의 편의를 위하여, 이하 동일한 도면 부호를 기재하기로 한다. 따라서 스위칭 마그네틱부(100)의 동작과 직접적인 관련이 없는 구성요소(예 : 고정부재), 또는 일부 기능이 중복되는 구성요소의 기능에 대한 설명은 생략될 수도 있다.

도 13과 도 14를 참조하면, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는, 베이스부재(120), 갭(GAP)조정유닛(130), 자력전달유닛(140), 자력발생유닛(142), 자력발생유닛보호부재(141, 143), 제1자력이동유닛(150), 및 가이드부재(162), 자기경로제어유닛(170), 및 베이스유닛(180)을 포함한다.

이때 상기 제1자력이동유닛(150)은, 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 외부 커버(또는 프레임)으로서, 내부가 관통되는 원통형 형태이며, 그 내부에 상부와 하부를 구분할 수 있는 특정 폭을 갖는 턱이 내측으로 형성되며, 상기 턱의 하부와 상부의 홀 사이즈가 다르게 형성된다(즉, 상부의 홀 사이즈가 하부의 홀 사이즈보다 크다).

상기 가이드부재(162)는 원기둥 형태로 형성되고, 상기 원기둥 부분이 상기 자력전달유닛(140), 자력발생유닛(142), 및 자력발생유닛보호부재(141, 143)에 형성된 중심 홀에 삽입되도록 형성된다.

즉, 상기 가이드부재(162)는 상기 자력전달유닛(140)의 중심부에 형성된 관통형 홀(hole)이 상기 가이드부재(162)의 원기둥 부분의 외측을 따라 상하로 이동할 수 있도록 가이드 한다.

이때 상기 자력전달유닛(140)이 이동할 수 있는 길이(또는 거리, 갭)는 상기 갭(GAP)조정유닛(130)의 두께에 따라 조정될 수 있다.

예컨대 상기 갭조정유닛(130)은 자성체가 아닌 소재로 형성될 수도 있다.

상기 갭조정유닛(130)은 지정된 특정 두께를 갖는 링(ring) 형태이며, 상기 결합모듈(300)의 암수 바디(310, 320) 중 적어도 일 측(예 : 수 바디)(310)의 사이에 고정 결합될 수 있다.

한편 상기 자기경로제어유닛(170)에 의해 제어되어, 상기 자력전달유닛(140)이 상부를 향하여 이동할 경우(즉, 대상물체를 탈착시키기 위하여 이동할 경우), 상기 자력전달유닛(140)의 하부와 상기 베이스유닛(180)의 상부 간에 갭(GAP)이 형성된다. 이에 따라 상기 갭(GAP)을 통해 상기 자력전달유닛(140)에서 상기 제1자력이동유닛(150), 및 상기 베이스유닛(180)으로 자력이 전달되지 않도록 한다. 이때 상기 자력전달유닛(140)과 상기 갭조정유닛(130)이 부착된다고 하더라도 자기경로가 형성되는 것은 아니며 단지 자력에 의해 부착상태로 있게 된다. 여기서 상기 베이스유닛(180)은 대상물체(예 : 암수 바디)를 부착시키면서 내부에 이물질이 들어가지 않도록 막는 커버(cover)로서의 기능을 수행하며, 자력을 전달할 수 있는 자성체로 형성되는 것이 바람직하다.

반대로 상기 자기경로제어유닛(170)에 의해 제어되어, 상기 자력전달유닛(140)이 하부의 베이스유닛(180)을 향하여 이동할 경우(즉, 대상물체를 흡착시키기 위하여 이동할 경우), 상기 자력전달유닛(140)의 상부와 상기 갭조정유닛(130)의 하부 간에 갭(GAP)이 형성된다. 이에 따라 상기 갭(GAP)을 통해 상기 자력전달유닛(140)에서 상기 갭조정유닛(130)으로 자력이 전달되지 않도록 하면서 동시에 상기 자력전달유닛(140)과 접촉된 제1자력이동유닛(150) 및 베이스유닛(180) 간에 자기경로가 형성된다. 이때 상기 갭조정유닛(130)은 갭 조정 기능과 상기 베이스부재(120)로서의 기능을 동시에 수행할 수도 잇다.

따라서 상기 형성된 자기경로에 의해 상기 제1자력이동유닛(150), 및 베이스유닛(180)에 상기 대상물체(예 : 암수 바디)가 흡착된 상태로 유지될 수 있다.

여기서, 상기 갭(GAP)은 상기 자력전달유닛(140)이 상기 가이드부재(162)를 따라 이동하는 방향에 의해 상기 자력전달유닛(140)의 상하 양측 중 어느 일 측에 형성되는 공간이다. 상기 갭(GAP)에 의해 상기 자력전달유닛(140)의 자력이 상부나 하부로 전달되는 것을 방지한다.

여기서 상기 자기경로제어유닛(170)은 코일형 보빈을 포함한다.

한편 상기 자기경로제어유닛(170)에 사용되는 코일은 코일이 일정한 방향으로 감긴 형태가 된다. 이에 따라 상기 코일에 전류가 인가될 경우, 이 전류가 인가되는 방향에 따라 자기장(예 : N극-S극, 또는 S극-N극)이 생성된다.

다시 말해, 상기 자기경로제어유닛(170)에 전류가 인가되는 방향에 따라, 상기 자력전달유닛(140)을 상부(즉, 베이스부재(120)가 있는 방향)로 밀어 올리거나, 반대로 상기 자력전달유닛(140)을 하부로 끌어 내린다.

즉, 상기 자기경로제어유닛(170)은, 공급(인가)되는 전류의 방향에 연동되어 상기 자력전달유닛(140)에 가해지는 자력의 방향을 변화시킨다. 다시 말해 상기 자기경로제어유닛(170)에 형성되는 자기장이 변경됨으로써(예 : N극-S극, 또는 S극-N극), 상기 자력전달유닛(140)을 상부로 밀어 올리거나 하부로 끌어 내린다.

상기 자기경로제어유닛(170)을 하부로 끌어 내릴 경우, 자기경로가 형성된다. 즉, 상기 자력전달유닛(140)과 접촉된 제1자력이동유닛(150) 및 베이스유닛(180)간에 자기경로가 형성된다.

이때 상기 자기경로제어유닛(170)은 자기경로를 형성하거나 해제하기 위한 시간 동안만 일시적으로 전류를 공급받으며, 자기경로가 형성되거나 해제가 완료되면 상기 공급되는 전류가 차단된다. 이때 공급되는 전류는 직류(DC) 전류이다.

상기 자력전달유닛(140)은, 지정된 두께를 갖는 원형 판(또는 링) 형태로 중심부에 관통형 홀(hole)이 형성된 자력발생유닛(142), 및 상기 자력발생유닛(142)의 상부와 하부에 각기 자력발생유닛보호부재(141, 143)가 일체로 결합하여 형성된다. 여기서 상기 자력발생유닛보호부재(141, 143)는 자성체(또는 강자성체)로 형성되며, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생한 자력의 손실을 최소화하면서 상부나 하부로 전달하고, 또한 상기 자력발생유닛(142)이 충격(즉, 상하 이동 시 발생하는 마찰이나 충격)에 의해 물리적으로 파손(또는 자력 손실)되는 것을 방지할 수 있도록 기능한다.

상기 자력발생유닛(142)은 영구적인 자력을 발생한다.

예컨대 상기 자력발생유닛(142)은 상기 영구적인 자력을 발생하기 위하여 네오디움(Nd) 자석을 이용할 수 있으나, 이를 한정하고자 하는 것은 아니며, 목적에 따라 다양한 재질의 자석을 이용할 수도 있다.

도 15는 상기 도 13에 있어서, 스위칭 마그네틱부의 단면과 이를 제어하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 보인 예시도로서, 대상물체(예 : 암수 바디)의 탈착 및 대상물체의 흡착 시 자력전달유닛의 이동 방향을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 스위칭 마그네틱부(100)를 제어하기 위한 구성은, 제어부(210), 전원 스위칭부(220), 및 자력 검출부(230)를 포함한다.

상기 제어부(210)는 지정된 스케줄(또는 프로파일)에 따라, 즉, 로봇 툴의 결합이나 분리 작업 스케줄에 따라, 다시 말해 상위 서버(또는 상위 제어부)(미도시)의 명령이나 지정된 스케줄(또는 프로파일)에 따라, 자동으로 흡착 명령(즉, 대상물체에 대한 흡착 명령)을 발생하여, 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

또한 상기 제어부(210)는 사용자의 흡착 명령을 입력받아 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

상기 전원 스위칭부(220)는 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압(예 : V+)을 상기 자기경로제어유닛(170)에 출력한다.

이때 상기 흡착 명령에 따른 흡착 트리거 신호가, 대상 물체(예 : 본 실시예에서 결합모듈의 암수 바디)를 스위칭 마그네틱부(100)에 흡착시키기 위한 신호라고 가정하면, 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 직류(DC) 전압(예 : V+)이 상기 자기경로제어유닛(170)에 인가됨에 따라, 상기 자기경로제어유닛(170)에 자기장(즉, 자력전달유닛을 끌어 내리는 방향의 자기장)이 생성되어 상기 자력전달유닛(140)을 하부로(즉, 제1자력이동유닛(150) 및 베이스유닛(180) 측으로) 이동시킨다.

상기 자력전달유닛(140)이 하부로(즉, 제1자력이동유닛(150) 및 베이스유닛(180) 측으로) 이동됨에 따라, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생되는 자력이 일 측에 밀착된 자력발생유닛보호부재(141, 143)와 직접적으로 접촉된 제1자력이동유닛(150) 및 베이스유닛(180)의 하부에 접촉된 대상물체(예 : 암수 바디)에 의한 자기경로(즉, 자력이 전달되는 경로)가 형성된다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 일단 자기경로가 형성되면, 상기 자기경로제어유닛(170)을 통해 강제적으로 다른 자기경로를 해제하기 전까지는, 상기 자기경로제어유닛(170)에 생성되었던 자기장이 해제되더라도 상기 일단 형성된 자기경로를 계속해서 유지한다.

또한 상기 제어부(210)는 지정된 로봇 툴 결합이나 분리 작업 스케줄(또는 프로파일)에 따라 자동으로 탈착 명령을 발생하거나, 사용자(또는 상위 제어부 또는 상위 서버)로부터 탈착 명령(즉, 대상물체(예 : 로봇 툴에 부착된 결합모듈의 암수 바디)를 탈착시키기 위한 명령)을 입력받고, 탈착 트리거 신호를 지정된 시간 동안(예 : 0.2s) 출력한 후 탈착 트리거 신호의 출력을 종료한다.

상기 전원 스위칭부(220)는 상기 탈착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압(예 : V-)을 상기 자기경로제어유닛(170)에 출력한다.

이때 상기 탈착 명령에 따른 탈착 트리거 신호가, 대상 물체(예 : 본 실시예에서는 로봇 툴에 대응함)를 스위칭 마그네틱부(100)에서 탈착시키기 위한 신호라고 가정하면, 상기 탈착 트리거 신호에 대응하는 직류(DC) 전압(예 : V-)이 상기 자기경로제어유닛(170)에 인가됨에 따라, 상기 자기경로제어유닛(170)에 자기장(즉, 자력전달유닛(140)을 밀어 올리는 방향의 자기장)이 생성되어 상기 자력전달유닛(140)을 상부로(즉, 갭조정유닛(130) 측으로) 이동시킨다.

상기 자력전달유닛(140)이 상부로 이동됨에 따라, 상기 자력발생유닛(142)에서 발생되는 자력은 일 측에 밀착된 자력발생유닛보호부재(141, 143)와 직접적으로 접촉된 상기 갭조정유닛(130)에 부착된다. 다만 이 경우에는 자기경로는 형성되지 않으며, 단순히 자력전달유닛(140)의 자력에 의해서만 부착이 이루어지며, 하부(즉, 베이스유닛(180) 측)로의 자기 이동을 방지한다. 즉, 대상물체(예 : 본 실시예에서는 결합모듈의 암수 바디가 부착된 로봇 툴에 해당함)를 원하는 시점의 원하는 위치에 정확히 탈착시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 일단 자기경로가 형성되면, 상기 자기경로제어유닛(170)을 통해 강제적으로 해제하기 전까지는, 상기 자기경로제어유닛(170)에 생성되었던 자기장이 해제되더라도 상기 일단 형성된 자기경로를 계속해서 유지한다.

상기와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 자기경로를 생성하거나 해제하는 순간에만 상기 자기경로제어유닛(170)에 전원을 인가하고, 자기경로를 생성하거나 해제한 이후에는 상기 자기경로제어유닛(170)에 전원을 인가하지 않더라도 계속해서 자기경로를 유지할 수 있으므로, 전자석 방식에 비해서 전력 소모를 수 천배 이상 감소시킬 수 있는 효과가 있다(도 16 참조).

상기 자력 검출부(230)는 상기 갭조정유닛(130)의 자력을 검출할 수 있다.

예컨대 상기 자력 검출부(230)는 홀센서를 포함할 수 있다.

상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 갭조정유닛(130)의 자력이 기 설정된 자력보다 크면 제1 자기경로(즉, 갭조정유닛을 포함하여 자력이 전달되는 자기경로)가 형성된 것으로 판단할 수 있고, 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 상기 갭조정유닛(130)의 자력이 기 설정된 자력(예 : 갭조정유닛의 잔류 자력) 이하이면 자기경로가 형성된 것으로 판단할 수 있다.

따라서 상기 제어부(210)는 상기 자력 검출부(230)를 통해 검출된 자력을 이용해 현재의 자기경로의 생성과 해제를 판단하고, 원하는 자기경로가 형성되거나 해제될 때까지 트리거 신호의 출력을 유지함으로써, 자기경로를 안정적으로 생성하거나 해제할 수 있도록 한다.

도 16은 상기 도 11에 있어서, 스위칭 마그네틱부(100)와 기존의 전자석 방식 마그네틱의 전원 인가 방식과 전력 소모량을 비교하기 위한 예시도로서, 1톤의 대상 물체를 흡착하여 3분 동안 이동시키는 테스트를 실시한 결과, 기존의 전자식 마그네틱은 975KW의 전력을 소모하였으나, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 단지 0.2KW의 전력을 소모함으로써, 수 천배 이상의 전력 소모를 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.

왜냐하면, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는, 도 16의 (a)와 같이 자기경로를 생성(예 : 흡착)하거나 해제(예 : 탈착)하는 순간에만 상기 자기경로제어유닛(170)에 전원을 인가하지만, 도 16의 (b)와 같이 기존의 전자석 방식 마그네틱은 흡착(Lift) 시부터 탈착(Drop) 시까지 계속해서 전자석에서 전력을 소모하기 때문이다.

그런데 만약 상기 대상 물체를 흡착한 후 이동시키는 시간이, 상기 테스트 시간(3분)보다 더 증가되는 경우에는 상기 증가된 이동 시간에 비례하여 기존 전자석 방식 마그네틱의 전력 소모는 더 증가할 것이나, 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 이동 시간이 증가하더라도 전력 소모는 더 증가되지 않기 때문에 전력 소모량의 차이는 더 커질 수 있다.

이와 같이 상기 스위칭 마그네틱부(100)는 정확한 시점에 흡착과 탈착이 가능하여 매우 안정적이면서도, 오히려 소모 전력은 기존 전자석 방식 마그네틱 대비 수 천배 이상 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 스위칭 마그네틱부(100)의 형상은 목적에 따라 다양한 형태로 변형하여 제작할 수 있다.

이하 상기 제어모듈(200)에서 상기 결합모듈(300)을 제어하여 로봇 툴을 결합하거나 분리하는 방법(실제로는 로봇 암과 로봇 툴에 각기 결합된 결합모듈의 암수모듈을 결합하거나 분리하는 방법)에 대해서 설명한다.

도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 결합 상태에 있는 로봇 툴을 분리(해제)하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 결합 상태인 경우(S101), 상기 제어부(210)는 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크한다(S102).

상기 제어부(210)는 자력 검출부(230)의 자력 상태(예 : 하부(즉, 결합모듈의 암수 바디)로 이동하여 자기경로를 생성하는지) 혹은 로봇 툴 통신부(250)의 통신 상태(즉, 통신이 이루어지고 있는지)에 기초하여 로봇 툴이 결합 상태인지 아니면 분리 상태인지를 판단할 수 있다.

상기 제어부(210)는 메인 통신부(260)를 통해 상위 제어부(또는 상위 서버)(미도시), 혹은 로봇 툴 통신부(250)를 통해 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크할 수 있다. 이때 상기 로봇 툴로부터의 로봇 툴 분리 신호는, 로봇 툴에 장착된 특정 스위치(미도시)를 통해 입력받을 수 있다.

상기 로봇 툴 분리 신호가 입력되면(S102의 예), 상기 제어부(210)는 로봇 툴에 공급되는 전원을 차단한다(S103).

이에 따라 상기 로봇 툴 분리 중 상기 로봇 툴이 의도하지 않게 구동되어 발생할 수도 있는 사고를 방지할 수 있다.

또한 상기 제어부(210)는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 탈착 제어를 수행한다(S104).

예컨대 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 탈착 제어는, 간단하게는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 자기경로생성을 단번에 해제하는 제어 방법, 또는 상기 전원 스위칭부(220)를 통해 상기 스위칭 마그네틱부(100)에 인가되는 전원을 스위칭하여 자기경로생성 시간을 감소시킴으로써, 자력의 세기를 강에서 약으로 서서히(또는 단계적으로) 제어하는 방법을 포함할 수 있다.

상기 스위칭 마그네틱부(100)의 탈착 제어를 통해, 로봇 암에서 상기 로봇 툴의 분리가 완료될 경우(S105의 예)(즉, 결합모듈의 암수 바디가 분리될 경우), 상기 제어부(210)는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 제어를 중지한다(S106).

예컨대 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 자기경로생성을 단번에 해제하는 방법으로 로봇 툴을 분리하였을 경우에는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 제어도 그것으로 종료되지만, 만약 상기 스위칭 마그네틱부(100)에 인가되는 전원을 스위칭하여 자기경로생성 시간을 감소시키는 방법으로 로봇 툴을 분리하였을 경우에는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 스위칭을 종료해야 한다.

도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 분리(해제) 상태에 있는 로봇 툴을 결합하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 분리 상태인 경우(S201), 상기 제어부(210)는 로봇 툴 결합 신호가 입력되는지 체크한다(S202).

상기 제어부(210)는 자력 검출부(230)의 자력 상태(예 : 하부(즉, 결합모듈의 암수 바디)로 이동하여 자기경로를 생성하는지) 혹은 로봇 툴 통신부(250)의 통신 상태(즉, 통신이 이루어지고 있는지)에 기초하여 로봇 툴이 결합 상태인지 아니면 분리 상태인지를 판단할 수 있다.

상기 제어부(210)는 메인 통신부(260)를 통해 상위 제어부(또는 상위 서버)(미도시)로부터 로봇 툴 결합 신호가 입력되는지 체크할 수 있다.

상기 로봇 툴 결합 신호가 입력되면(S202의 예), 상기 제어부(210)는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 흡착 제어를 약하게(예 : 지정된 최소 자력 세기) 수행한다(S203).

이때 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 흡착 제어는, 상기 전원 스위칭부(220)를 통해 상기 스위칭 마그네틱부(100)에 인가되는 전원을 스위칭하여 자기경로생성 시간을 제어함으로써, 자력의 세기를 약(예 : 로봇 툴이 중력에 의해서는 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때 분리되는 자력의 세기)으로 제어할 수 있다. 이에 따라 결합할 로봇 툴이 흔들리지 않게 하면서 위치(자세)를 조정할 수 있게 된다. 이 단계(S203)는 로봇 툴 결합의 편의성을 향상시키기 위한 단계이므로, 반드시 포함시켜야 하는 단계는 아니다.

상기 로봇 툴 결합 신호가 입력된 후(S202의 예), 로봇 툴 결합이 완료되면(즉, 결합모듈의 암수 바디의 결합이 완료될 경우)(S204의 예), 상기 제어부(210)는 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 흡착 제어를 강하게(예 : 지정된 최대 자력 세기) 수행한다(S205).

이때 상기 스위칭 마그네틱부(100)의 흡착 제어를 강하게(예 : 지정된 최대 자력 세기) 수행하는 것은, 로봇 툴이 중력에 의해서도 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때에도 분리되지 않는 자력의 세기인 것을 의미한다.

그리고 상기 제어부(210)는 로봇 툴에 전원 공급을 개시한다(S206).

즉, 로봇 툴이 안전하게 결합이 완료된 후, 로봇 툴에 구동 전원을 공급함으로써, 로봇 툴의 결합 중 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 실시예는 로봇에 로봇 툴을 용이하게 결합하거나 분리할 수 있게 하고, 또한 상기 로봇 툴의 결합이나 분리 시 안전성을 향상시킬 수 있도록 하며, 공압이나 유압을 사용하지 않으므로 부대 장치가 필요 없는 간단한 구조로 형성할 수 있으며, 자력을 이용해 빠르고 간편하게 로봇 툴을 결합하거나 분리할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 스위칭 마그네틱부 200 : 제어모듈
210 : 제어부 220 : 전원 스위칭부
230 : 자력 검출부 240 : 로봇 툴 전원 공급부
250 : 로봇 툴 통신부 260 : 메인 통신부
300 : 결합모듈 410 : 전원 단자부
411, 412 : 무선 전원 단자 420 : 통신 단자부
421, 422 : 통신 단자

Claims (15)

1. 암수 바디로 형성되며, 상기 암수 바디가 각기 로봇 툴과 로봇 암에 물리적으로 부착되는 결합모듈; 및
   상기 결합모듈을 제어하여, 상기 로봇 암에 대한 로봇 툴의 결합과 분리를 제어하는 제어모듈;을 포함하고,
   상기 결합모듈의 암수 바디 중 적어도 일 측에는 스위칭 마그네틱부가 형성되고, 상기 제어모듈의 제어에 의한 상기 스위칭 마그네틱부의 구동 시 발생하는 자력에 의해 상기 결합모듈의 암수 바디가 결합 또는 분리되게 형성되며,
   상기 제어모듈은,
   상위 서버나 상위 제어부의 명령이나 지정된 스케줄에 따라, 자동으로 흡착 명령을 발생하여 이 흡착 명령에 대응하는 흡착 트리거 신호를 지정된 시간 동안 출력한 후 흡착 트리거 신호의 출력을 종료하는 제어부; 및 상기 흡착 트리거 신호에 대응하는 지정된 일정 레벨의 직류(DC) 전압을 상기 스위칭 마그네틱부의 자기경로제어유닛에 출력하는 전원 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 결합모듈의 암수 바디는,
   전원을 전달하기 전원 단자부 또는 무선으로 전원으로 전달하기 위한 무선 전원부;가 형성되며,
   상기 전원 단자부의 각 단자는,
   상기 암수 바디에 각기 암 전원 단자와 수 전원 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 결합모듈의 암수 바디는,
   데이터 통신을 위한 통신 단자부;가 형성되며,
   상기 통신 단자부의 각 단자는,
   상기 암수 바디에 각기 암 통신 단자와 수 통신 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은,
   상기 결합모듈의 전원 단자부나 무선 전원부를 통해 로봇 툴에 공급되는 전원을 인가하거나 차단하고,
   상기 결합모듈의 통신 단자부를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보를 수신하며,
   상기 결합모듈의 스위칭 마그네틱부를 통해 로봇 툴을 결합하거나 분리하기 위하여 자력을 인가하거나 차단하기 위한 전원을 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은,
   상기 스위칭 마그네틱부의 베이스부재의 자력을 검출하는 자력 검출부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 자력 검출부를 통해 검출된 상기 베이스부재의 자력이 기 설정된 자력보다 큰지 아니면 그 이하인지를 검출하여 자기경로의 생성과 해제를 판단하고,
   자기경로를 안정적으로 생성하거나 해제하기 위하여, 원하는 자기경로가 형성되거나 해제될 때까지 트리거 신호의 출력을 유지하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은,
   상기 제어부의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합되거나 분리될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈의 암수 바디를 통해 상기 로봇 툴에 구동 전원을 인가하거나 차단하는 로봇 툴 전원 공급부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 로봇 툴을 분리시키기 위한 명령이 수신되면, 상기 로봇 툴에 인가되던 구동 전원을 즉시 차단하고,
   상기 로봇 툴을 결합시키기 위한 명령이 수신되면, 상기 로봇 툴이 로봇 암에 완전히 결합 완료되기 전까지 상기 로봇 툴에 구동 전원을 계속 차단하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은,
   상기 제어부의 제어에 따라, 로봇 툴과 로봇 암이 결합될 경우, 상기 로봇 툴과 로봇 암에 각기 결합된 결합모듈의 암수 바디의 통신 단자부를 통해 로봇 툴을 제어하거나 로봇 툴을 통해 감지된 정보를 수신하는 로봇 툴 통신부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 로봇 툴 통신부를 통해 로봇 툴과 통신이 감지될 경우, 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 것으로 판단하고,
   상기 로봇 툴이 로봇 암에 결합 가능하게 접촉된 상태에서, 상기 결합모듈의 스위칭 마그네틱부를 제어하여 자력을 이용해 상기 로봇 툴과 로봇 암을 결합시키는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 제어모듈은,
   상위 서버나 상위 제어부와 통신하여, 상기 상위 서버나 상위 제어부로부터의 로봇 툴 결합이나 분리 명령, 또는 로봇 툴 결합이나 분리 프로파일 정보를 수신하고, 또한 상기 결합모듈을 통해 로봇 툴이 결합된 상태 정보나 로봇 툴이 분리된 상태 정보를 상기 상위 서버나 상위 제어부에 송신하는 메인 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치.
   
10. 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 결합 상태에 있을 때, 제어부가 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크하는 단계;
    상기 로봇 툴 분리 신호가 입력되면, 상기 제어부가 로봇 툴에 공급되는 전원을 차단하는 단계;
    상기 제어부가 상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 통해, 로봇 암에서 상기 로봇 툴의 분리가 완료될 경우, 상기 제어부가 상기 스위칭 마그네틱부의 제어를 중지하는 단계;를 포함하되,
    로봇 툴 결합 상태에 있는지 여부를 판단하기 위하여,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부에 자기경로가 생성되거나 해제되는 경우에 검출되는 자력 상태에 기초하여 로봇 툴 결합 상태를 판단하거나, 혹은
    상기 로봇 툴 결합 장치의 제어모듈에 포함된 로봇 툴 통신부에 의해 통신이 이루어지고 있는지에 기초하여 로봇 툴 결합 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법.
    
11. 삭제
12. 제 10항에 있어서, 상기 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크하기 위하여,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 툴 결합 장치의 제어모듈에 포함된 메인 통신부를 통해 상위 제어부나 상위 서버, 혹은 로봇 툴 통신부를 통해 로봇 툴로부터 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크할 수 있으며,
    이때 상기 로봇 툴로부터의 로봇 툴 분리 신호는, 로봇 툴에 장착된 특정 스위치를 통해 입력받을 수 있음을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법.
    
13. 제 10항에 있어서,
    상기 스위칭 마그네틱부의 탈착 제어를 수행하는 단계에서,
    상기 제어부는,
    상기 스위칭 마그네틱부의 자기경로생성을 단번에 해제하거나,
    상기 스위칭 마그네틱부에 인가되는 전원을 스위칭하여 자기경로생성 시간을 서서히 감소시키거나 단계적으로 감소시킴으로써, 자력의 세기를 강에서 약으로 제어하여 상기 로봇 툴을 탈착 시키는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법.
    
14. 로봇 툴 결합 장치가 로봇 툴 분리 상태에 있을 때, 제어부가 로봇 툴 결합 신호가 입력되는지 체크하는 단계;
    상기 로봇 툴 결합 신호가 입력되면, 상기 제어부가 상기 로봇 툴 결합 장치의 결합모듈에 포함된 스위칭 마그네틱부의 흡착 제어를 지정된 최소 자력 세기로 수행하는 단계;
    상기 로봇 툴 결합 신호가 입력된 후, 로봇 툴 결합이 완료되면, 상기 제어부가 상기 스위칭 마그네틱부의 흡착 제어를 지정된 최대 자력 세기로 수행하는 단계; 및
    상기 제어부가 로봇 툴에 전원 공급을 개시하는 단계;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 툴 결합 장치의 제어모듈에 포함된 메인 통신부를 통해 상위 제어부나 상위 서버, 혹은 로봇 툴 통신부를 통해 로봇 툴로부터 로봇 툴 분리 신호가 입력되는지 체크할 수 있으며,
    이때 상기 로봇 툴로부터의 로봇 툴 분리 신호는, 로봇 툴에 장착된 특정 스위치를 통해 입력받을 수 있음을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 최소 자력 세기는, 로봇 툴이 중력에 의해서는 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때 분리되는 자력의 세기를 의미하며,
    상기 최대 자력 세기는, 로봇 툴이 중력에 의해서도 분리되지 않고 이 중력보다 큰 힘으로 당겼을 때에도 분리되지 않는 자력의 세기를 의미하는 것을 특징으로 하는 로봇 툴 결합 장치의 제어 방법.

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