KR102158587B1 - Winch drum of a parallel cable robot for detecting tension of a cable - Google Patents

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Abstract

본 발명은 병렬케이블 로봇의 구동을 위하여 케이블의 인출이 이루어지는 케이블장력 검출이 가능한 윈치 드럼에 관한 것으로서, 병렬케이블 로봇을 구동하기 위하여 케이블을 권취하기 위한 윈치 드럼에 있어서, 중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈(111)이 형성되는 드럼 몸체(110)와; 상기 드럼 몸체(110)의 내주면에 부착되는 스트레인게이지(120)와; 상기 드럼 몸체(110)에 구비되어 상기 스트레인게이지(120)의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부(130)를 포함하여, 경량화를 목적으로 채용된 중공형의 드럼 몸체의 변형량에 대한 실시간 모니터링이 가능하여 안전성을 확보할 수 있으며, 또한 케이블의 장력과 권취 위치를 손쉽게 구할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a winch drum capable of detecting cable tension in which a cable is taken out for driving a parallel cable robot. In the winch drum for winding a cable to drive a parallel cable robot, the present invention has a hollow cylindrical shape, A drum body 110 in which a groove 111 for guiding the insertion position of the cable is formed on the outer circumferential surface; A strain gauge 120 attached to the inner circumferential surface of the drum body 110; Including the transmission unit 130 provided in the drum body 110 for transmitting the detection signal of the strain gauge 120 to the outside, real-time monitoring of the deformation amount of the hollow drum body adopted for the purpose of weight reduction It is possible to ensure safety, and also has the effect of easily obtaining the tension and winding position of the cable.

Description

병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼{Winch drum of a parallel cable robot for detecting tension of a cable}Winch drum of a parallel cable robot for detecting tension of a cable}

본 발명은 병렬케이블 로봇의 구동을 위하여 케이블의 인출이 이루어지는 윈치의 케이블장력을 검출할 수 있는 윈치 드럼에 관한 것이다.The present invention relates to a winch drum capable of detecting the cable tension of a winch in which a cable is drawn out for driving a parallel cable robot.

병렬케이블 로봇이란 공간상에서 배치된 다수의 케이블로 구성되는 병렬형 로봇으로 정의되며, 엔드이펙터의 움직임을 제어하기 위한 구동기로 강체 링크 대신에 케이블을 사용한다. 기존 시리얼 로봇과 비교하여 설치와 구동이 쉽고, 확장이 가능한 넓은 작업공간, 빠른 움직임, 낮은 전력 소비와 관성, 그리고 로봇의 무게와 대비하여 높은 인가하중 등의 장점을 갖기 때문에 최근에 활발히 연구가 진행되고 있는 분야이다.The parallel cable robot is defined as a parallel robot consisting of a number of cables arranged in space, and a cable is used instead of a rigid link as an actuator to control the movement of the end effector. Compared to the existing serial robot, it is easy to install and operate, and because it has advantages such as a large expandable work space, fast movement, low power consumption and inertia, and a high applied load compared to the weight of the robot, research has been actively conducted in recent years. It is a field that is becoming.

도 1은 종래기술에 따른 케이블용 윈치를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a winch for cables according to the prior art.

도 1을 참고하면, 일반적인 케이블용 윈치는, 프레임(10)과, 프레임(10)에 지지되어 케이블(1)이 감기거나 풀리게 되는 드럼부(20)와, 프레임(10)에 지지되어 드럼부(20)에 이격되게 배치되어 케이블(1)의 장력을 조절하는 장력 조절부(30)와, 케이블(1)을 정렬된 상태로 권취(winding)하기 위한 케이블 정렬부(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a general cable winch includes a frame 10, a drum part 20 supported by the frame 10 to which the cable 1 is wound or unwound, and a drum part supported by the frame 10. It includes a tension adjusting unit 30 arranged to be spaced apart from the (20) to adjust the tension of the cable (1), and a cable alignment unit 40 for winding the cable (1) in an aligned state.

드럼부(20)는 프레임(10)에 연결되는 드럼 구동축(21)과, 케이블의 감기게 되는 드럼 몸체(22)와, 드럼 구동축(21)에 연결되어 드럼 구동축(21)을 회전 구동하게 되는 드럼 구동부(23)를 포함한다.The drum unit 20 is connected to a drum drive shaft 21 connected to the frame 10, a drum body 22 to which a cable is wound, and a drum drive shaft 21 to rotate and drive the drum drive shaft 21. It includes a drum drive 23.

도 2는 종래기술에 따른 케이블용 윈치의 드럼 몸체를 보여주는 도면으로서, 드럼 몸체(22)는 중공의 원통형상을 갖고 외주면에 케이블이 삽입 위치하도록 나선형의 요홈(22a)이 형성되어 케이블 정렬부(40)에 의해 케이블은 정렬된 상태에서 드럼 몸체(22)에 순차적으로 감기거나 풀리게 된다. 이러한 케이블 정렬부(40)는 케이블의 정밀한 인출 길이를 제어할 수 있으며, 따라서 병렬케이블 로봇의 정교한 위치 제어가 이루어질 수 있다.2 is a view showing a drum body of a winch for a cable according to the prior art, the drum body 22 has a hollow cylindrical shape and a spiral groove 22a is formed so that the cable is inserted into the outer circumferential surface, and the cable alignment portion ( By 40), the cables are sequentially wound or unwound on the drum body 22 in the aligned state. The cable alignment unit 40 can control the precise lead length of the cable, and thus precise position control of the parallel cable robot can be achieved.

한편 넓은 작업공간에서 로봇의 동작이 요구되는 경우에 케이블의 충분한 인출 길이를 확보하기 위하여 드럼 몸체의 직경과 함께 길이도 커질 필요가 있다. 다른 한편으로 병렬케이블 로봇의 설치 용이성을 제고하기 위해서는 윈치 시스템의 경량화가 필요하며, 이를 위하여 드럼 몸체의 두께를 줄이는 동시에 고하중에서 얇아진 드럼의 변형량을 모니터링하여 안전성을 확보할 수 있는 방안이 필요하다.On the other hand, when the operation of the robot is required in a wide working space, the length of the drum body needs to be increased together with the diameter of the drum body in order to secure a sufficient lead length of the cable. On the other hand, in order to improve the ease of installation of the parallel cable robot, it is necessary to reduce the weight of the winch system, and for this purpose, there is a need to reduce the thickness of the drum body and at the same time monitor the amount of deformation of the thinner drum under high load to ensure safety.

공개특허공보 제10-2015-0040059호(공개일자: 2015.04.14.)Unexamined Patent Publication No. 10-2015-0040059 (Publication date: 2015.04.14.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, 병렬케이블 로봇의 구동을 위하여 윈치 드럼의 작동 중에 드럼의 변형량을 실시간으로 모니터링이 가능하여 안전성을 확보할 수 있는 병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼(이하, "윈치 드럼"으로도 약칭함)을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to improve the problems of the prior art, in order to drive the parallel cable robot, it is possible to monitor the amount of deformation of the drum in real time during operation of the winch drum, thereby detecting the cable tension for the parallel cable robot to ensure safety. It is intended to provide a winch drum (hereinafter, also abbreviated as "winch drum").

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 윈치 드럼은, 병렬케이블 로봇을 구동하기 위하여 케이블을 권취하기 위한 윈치 드럼에 있어서, 중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈이 형성되는 드럼 몸체와; 상기 드럼 몸체의 내주면에 부착되는 스트레인게이지와; 상기 드럼 몸체에 구비되어 상기 스트레인게이지의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부를 포함한다.The winch drum according to the present invention for achieving this object is a winch drum for winding a cable to drive a parallel cable robot, and has a hollow cylindrical shape, and a groove for guiding the insertion position of the cable on the outer circumferential surface thereof is A drum body formed; A strain gauge attached to the inner circumferential surface of the drum body; It is provided on the drum body and includes a transmission unit for transmitting the detection signal of the strain gauge to the outside.

바람직하게는, 상기 스트레인게이지는 복수 개로 마련되어 상기 드럼 몸체의 길이 방향으로 내주면을 따라서 복수 열로 마련된다.Preferably, a plurality of strain gauges are provided and provided in a plurality of rows along an inner circumferential surface in the longitudinal direction of the drum body.

다음으로 본 발명에 따른 병렬케이블 로봇 시스템은, 상기 송신부로부터 검출 신호를 실시간으로 수신하여 상기 윈치 드럼에 귄취되는 케이블의 장력 및/또는 위치를 산출하는 모니터링부를 포함한다.Next, the parallel cable robot system according to the present invention includes a monitoring unit that receives a detection signal from the transmission unit in real time and calculates the tension and/or position of the cable wound on the winch drum.

바람직하게는, 상기 송신부와 상기 모니터링부는 블루투스 통신에 의해 데이터의 전송이 이루어진다.Preferably, the transmission unit and the monitoring unit transmit data through Bluetooth communication.

본 발명에 따른 윈치 드럼은, 케이블이 감기게 되는 중공형의 드럼 몸체의 내주면에 단일 또는 복수 개의 스트레인게이지를 부착하고, 그 검출신호를 무선으로 외부에 전송할 수 있는 송신부가 마련됨으로써, 병렬케이블 로봇의 작동 과정에서 드럼 몸체에 인가된 하중에 의한 변형 정도를 실시간으로 모니터링이 가능하여 작업 안전성을 높일 수 있으며, 또한 케이블의 장력과 귄취 위치를 손쉽게 구할 수 있어서 케이블로봇의 정밀한 제어에 활용될 수 있는 효과가 있다.The winch drum according to the present invention is provided with a single or a plurality of strain gauges attached to the inner circumferential surface of the hollow drum body on which the cable is wound, and a transmission unit capable of wirelessly transmitting the detection signal to the outside, thereby providing a parallel cable robot It is possible to monitor the degree of deformation caused by the load applied to the drum body in real time during the operation process of the drum body to increase work safety. Also, the tension and winding position of the cable can be easily obtained, which can be used for precise control of the cable robot. It works.

도 1은 종래기술에 따른 케이블용 윈치를 보여주는 도면,
도 2는 종래기술에 따른 케이블용 윈치의 드럼 몸체를 보여주는 도면,
도 3의 (a)(b)는 서로 다른 두께를 갖는 드럼 몸체에 동일 하중에 의한 변형을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도,1 is a view showing a winch for a cable according to the prior art,
2 is a view showing a drum body of a winch for cables according to the prior art,
Figure 3 (a) (b) is a view showing a simulation result of the deformation by the same load on drum bodies having different thicknesses,
Figure 4 is a cross-sectional view showing a winch drum according to an embodiment of the present invention,
5 is a cross-sectional view showing a winch drum according to another embodiment of the present invention,

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 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described in the present specification, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 3의 (a)(b)는 서로 다른 두께를 갖는 드럼 몸체에 동일 하중에 의한 변형 정도를 시뮬레이션하여 보여주는 도면으로서, (a)는 두께가 15㎜(15T)이며, (b)는 두께가 11㎜(11T)인 드럼 몸체의 중앙에 각각 3000N의 힘을 인가한 경우에 변형된 상태의 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다.Figure 3 (a) (b) is a diagram that simulates and shows the degree of deformation by the same load on drum bodies having different thicknesses, (a) is 15 mm (15T) in thickness, and (b) is The simulation results of the deformed state are shown when a force of 3000N is applied to the center of the 11mm (11T) drum body.

이와 같이 동일 사이즈의 드럼 몸체이더라도 그 두께에 따라서 외력에 의한 변형 정도가 크게 차이가 나며, 특히 드럼 몸체의 두께가 얇거나 길이가 길어지면 외력에 의한 영향(변형)을 더욱 크게 받는 것을 알 수 있다.As described above, even if the drum body of the same size, the degree of deformation due to external force varies greatly depending on the thickness, and it can be seen that the influence (deformation) of the external force is more severe when the thickness of the drum body is thin or lengthened. .

이에 본 발명은 윈치 드럼의 작동 과정에서 케이블의 권취(winding) 또는 권출(unwinding) 과정에서 케이블 장력에 의해 발생되는 윈치 드럼의 변형 량을 실시간으로 모니터링이 가능하여 윈치 시스템의 안전성을 향상시키고자 하는 것이며, 또한 윈치 드럼에 작용하는 케이블의 장력과 위치의 측정이 가능하다.Accordingly, the present invention is to improve the safety of the winch system by monitoring the amount of deformation of the winch drum caused by the cable tension in the process of winding or unwinding the cable during the operation of the winch drum in real time. It is also possible to measure the tension and position of the cable acting on the winch drum.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명의 윈치 드럼 또는 병렬케이블 로봇과 관련하여 종래기술과 동일 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하며, 본 발명의 특징적인 구성을 중심으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. On the other hand, in relation to the winch drum or parallel cable robot of the present invention, redundant description of the same configuration as in the prior art will be omitted, and will be described focusing on the characteristic configuration of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도이다.4 is a cross-sectional view showing a winch drum according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼은, 중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈(111)이 형성되는 드럼 몸체(110)와; 드럼 몸체(110)의 내주면에 부착되는 스트레인게이지(120)와; 드럼 몸체(110)에 부착되어 스트레인게이지(120)의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부(130)를 포함한다.Referring to Figure 4, the winch drum according to the embodiment of the present invention, a drum body 110 having a hollow cylindrical shape, a groove 111 for guiding the insertion position of the cable is formed on the outer peripheral surface; A strain gauge 120 attached to the inner circumferential surface of the drum body 110; It is attached to the drum body 110 and includes a transmission unit 130 for transmitting the detection signal of the strain gauge 120 to the outside.

스트레인게이지(120)는 외력에 의한 변형이 발생할 때 그 변형을 측정하게 되며, 드럼 몸체(110)의 내주면에 부착되어 드럼 몸체(110)에 발생되는 인장 또는 압축에 의한 변형률의 검출이 이루어진다. 이러한 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 변형이 발생되는 경우에 전기적 저항의 변화에 따른 전기적 검출 신호를 출력한다.The strain gauge 120 measures the deformation when deformation occurs due to an external force, and is attached to the inner circumferential surface of the drum body 110 to detect the strain caused by tension or compression generated in the drum body 110. The strain gauge 120 outputs an electrical detection signal according to a change in electrical resistance when deformation of the drum body 110 occurs.

바람직하게는, 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 가운데에 부착되며, 따라서 상대적으로 변형이 크게 발생되는 드럼 몸체(110) 중앙의 변형률에 대한 실시간 모니터링이 가능하여 작업 안전성을 확보할 수 있다.Preferably, the strain gauge 120 is attached to the center of the drum body 110, and thus, real-time monitoring of the strain in the center of the drum body 110 where relatively large deformation occurs, thereby ensuring work safety. have.

송신부(130)는 드럼 몸체(110)의 내부에 배치되어 스트레인게이지(120)와 유선으로 연결되어 검출 신호를 수신하게 되며, 전달된 검출 신호를 외부의 모니터링부(200)로 전송한다. The transmitter 130 is disposed inside the drum body 110 and is connected to the strain gauge 120 by wire to receive the detection signal, and transmits the transmitted detection signal to the external monitoring unit 200.

모니터링부(200)는 병렬케이블 로봇을 조작하기 위한 제어 유닛에 포함되는 구성일 수 있으며, 또한 모니터링부(200)에 전달된 실시간 검출 신호(변형률)는 설정 값(예를 들어, 드럼 몸체의 임계 하중)과 비교 판단이 이루어져 경고 신호를 출력하기 위한 입력 데이터로 사용될 수 있다.The monitoring unit 200 may be a configuration included in the control unit for operating the parallel cable robot, and the real-time detection signal (strain rate) transmitted to the monitoring unit 200 is a set value (for example, the threshold of the drum body). Load) and comparison judgment are made and can be used as input data to output a warning signal.

바람직하게는, 송신부(130)와 모니터링부(200)는 무선통신에 의해 데이터의 전송이 이루어지며, 보다 바람직하게는, 근거리의 저출력 통신에 효과적인 블루투스 통신이 사용될 수 있다.Preferably, the transmission unit 130 and the monitoring unit 200 transmit data by wireless communication, and more preferably, Bluetooth communication, which is effective for short-range low-power communication, may be used.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도이다.5 is a cross-sectional view showing a winch drum according to another embodiment of the present invention.

도 5을 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 위치 드럼은, 드럼 몸체(110)의 내주면에 복수 개의 스트레인게이지(120)가 부착될 수 있으며, 바람직하게는, 드럼 몸체(110)의 길이 방향으로 나란하게 복수 개의 열로 배치된다.Referring to FIG. 5, in the locating drum according to another embodiment, a plurality of strain gauges 120 may be attached to the inner circumferential surface of the drum body 110, and preferably, in the longitudinal direction of the drum body 110. They are arranged in a plurality of rows side by side.

앞서의 실시예와 마찬가지로, 각 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 내부에 배치되는 송신부(130)와 유선으로 연결되어 검출 신호의 전달이 이루어지며, 송신부(130)는 각 스트레인게이지(120)의 식별 ID와 함께 검출 신호를 모니터링부(200)로 전송한다. As in the previous embodiment, each strain gauge 120 is connected by wire to the transmission unit 130 disposed inside the drum body 110 to transmit a detection signal, and the transmission unit 130 includes each strain gauge ( The detection signal is transmitted to the monitoring unit 200 together with the identification ID of 120).

이와 같이 드럼 몸체(110)의 내주면에 복수 개로 구성되어 배치되는 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 보다 정밀한 실시간 변형률의 모니터링이 이루어질 수 있으며, 또한 드럼 모델을 이용하여 케이블에 걸리는 장력의 계산이 가능하여 케이블 장력을 측정하기 위한 별도의 측정센서를 배제할 수 있다. 또한, 복수의 스트레인게이지(120)의 검출 신호를 이용하여 드럼 몸체(110) 중에 케이블이 감겨 있는 위치를 계산하여 얻을 수 있다.In this way, the strain gauge 120 configured and arranged in a plurality on the inner circumferential surface of the drum body 110 can perform more precise real-time monitoring of the strain rate of the drum body 110, and the tension applied to the cable by using the drum model Calculation is possible, so a separate measurement sensor for measuring cable tension can be excluded. In addition, it can be obtained by calculating the position where the cable is wound in the drum body 110 by using the detection signals of the plurality of strain gauges 120.

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.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be obvious to those who have the knowledge of.

110 : 드럼 몸체 120, 200 : 스트레인게이지
130 : 송신부 200 : 모니터링부110: drum body 120, 200: strain gauge
130: transmitting unit 200: monitoring unit

Claims (4)

병렬케이블 로봇을 구동하기 위하여 케이블을 권취하기 위한 윈치 드럼에 있어서,
중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈이 형성되는 드럼 몸체와;
상기 드럼 몸체의 내주면에 부착되는 스트레인게이지와;
상기 드럼 몸체에 구비되어 상기 스트레인게이지의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부와;
상기 송신부로부터 검출 신호를 블루투스 통신에 의해 실시간으로 데이터를 수신하여 상기 윈치 드럼의 변형량과 귄취되는 케이블의 장력 및/또는 위치를 산출하는 모니터링부를 포함하며,
상기 스트레인게이지는 복수 개로 마련되어 상기 드럼 몸체의 길이 방향으로 내주면을 따라서 복수 열로 마련됨을 특징으로 하는 병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼.In a winch drum for winding a cable to drive a parallel cable robot,
A drum body having a hollow cylindrical shape and having a groove formed on an outer circumferential surface thereof to guide an insertion position of the cable;
A strain gauge attached to the inner circumferential surface of the drum body;
A transmission unit provided on the drum body and configured to transmit a detection signal of the strain gauge to the outside;
And a monitoring unit for calculating a deformation amount of the winch drum and a tension and/or position of a cable wound by receiving data from the transmission unit in real time through Bluetooth communication,
A winch drum for sensing cable tension for a parallel cable robot, characterized in that the strain gauges are provided in plural and are provided in a plurality of rows along an inner circumferential surface in a longitudinal direction of the drum body. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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