KR102287974B1 - 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템 - Google Patents

Abstract

케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템은, 케미컬 공급용 호스의 단부에 마련된 커플러를 케미컬 저장 시설에 마련된 대응 커플러의 위치와 이격된 제1 지점에서 거치하여 고정하는 커플러 고정 유닛; 상기 커플러 고정 유닛이 상기 제1 지점 또는 상기 커플러 고정 유닛에 고정된 커플러를 상기 대응 커플러에 연결시키는 제2 지점으로 이동되도록 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일로서, 상기 고정된 커플러 및 상기 대응 커플러보다 높은 위치에 설치되어 상기 커플러 고정 유닛을 지지하며 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일; 및 상기 커플러 고정 유닛과의 결합과 분리가 가능한 핸드 유닛을 가지며, 상기 핸드 유닛이 상기 커플러 고정 유닛과 결합하면 상기 핸드 유닛을 이동시킴으로써, 상기 핸드 유닛과 결합된 상기 커플러 고정 유닛을 상기 가이드 레일을 따라 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동시키거나 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 이동시키는 로봇 암을 포함한다.

Description

케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템{System for automatically connecting hose used to supply chemical}

본 발명은 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 케미컬 저장 시설에 케미컬을 공급하는데 사용되는 호스를 자동으로 상기 케미컬 저장 시설에 연결하거나 상기 케미컬 저장 시설에서 분리하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 공장이나 화학약품 공장 등과 같이 다양한 케미컬(chemical)을 사용하는 케미컬 사용처에는, 저장 탱크(storage tank)를 포함하는 케미컬 저장 시설이 마련되어 있다.

최근, 케미컬을 운반하는 탱크 로리(tank lorry)에서 호스(hose)를 통해 케미컬 저장 시설로 케미컬을 공급하는 작업 과정에서 케미컬의 유해성이나 위험으로부터 작업자를 보호하고 작업 효율성을 개선하기 위해, 호스의 수 커플러(male coupler)와 케미컬 저장 시설의 암 커플러(female coupler)를 자동으로 연결하는 소위 ACQC(Automatic Clean Quick Coupler) 시스템 기술들이 소개되고 있다.

그러나, 한국 등록특허공보 제10-1572537호, 한국 등록특허공보 제10-1802900호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 케미컬 공급용 호스의 수 커플러(수 커넥터)를 레일 위에 설치하고, 해당 레일을 따라 수 커플러를 이동시켜 케미컬 저장 시설 측의 암 커플러(암 커넥터)와 연결하거나 분리하기 때문에, 커플러의 이동, 연결 또는 분리 과정에서 잔량의 케미컬이 낙하하여 레일은 물론, 레일 주변에 배치된 주요 구성요소들을 손상시키는 문제점이 있다.

또한, 기존 기술들은, 레일과 결합된 스크류 축이나 체인 등을 이용하여 커플러 거치대를 이동시키기 때문에, 시스템 장애와 같은 비상 상황 발생시 수동으로 전환할 수 없고 커플러 연결을 위해 거치대는 물론 해당 시스템 전체를 이용할 수 없게 되는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-1572537호 한국 등록특허공보 제10-1802900호

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 케미컬 공급용 호스의 이동, 연결 또는 분리 과정에서 호스의 커플러나 케미컬 저장 시설의 대응 커플러로부터 유출되어 낙하하는 잔량의 케미컬로부터 가이드 레일과 가이드 레일의 주변에 배치되는 시스템 구성요소들을 보호하고, 상황에 따라 시스템의 동작 모드를 자동 모드 또는 수동 모드로 용이하게 전환할 수 있는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템은, 케미컬 저장 시설에 케미컬을 공급하는데 사용되는 호스를 상기 케미컬 저장 시설에 자동으로 연결하는 시스템으로서, 상기 호스의 단부에 마련된 커플러를 상기 케미컬 저장 시설에 마련된 대응 커플러의 위치와 이격된 제1 지점에서 거치하여 고정하는 커플러 고정 유닛; 상기 커플러 고정 유닛이 상기 제1 지점 또는 상기 커플러 고정 유닛에 고정된 커플러를 상기 대응 커플러에 연결시키는 제2 지점으로 이동되도록 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일로서, 상기 고정된 커플러 및 상기 대응 커플러보다 높은 위치에 설치되어 상기 커플러 고정 유닛을 지지하며 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일; 및 상기 커플러 고정 유닛과의 결합과 분리가 가능한 핸드 유닛을 가지며, 상기 핸드 유닛이 상기 커플러 고정 유닛과 결합하면 상기 핸드 유닛을 이동시킴으로써, 상기 핸드 유닛과 결합된 상기 커플러 고정 유닛을 상기 가이드 레일을 따라 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동시키거나 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 이동시키는 로봇 암을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 커플러 고정 유닛은, 상기 커플러가 거치되는 거치대로서, 상기 커플러가 상기 가이드 레일의 하방에 위치되도록 하는 거치대; 및 상기 거치대를 지지하며 상기 가이드 레일에 결합되되, 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능하게 결합된 지지 프레임을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 커플러 고정 유닛은, 상기 지지 프레임에 의해 지지되는 회전축을 중심으로 일정 회전각도 범위 내에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전하는 회전 바를 더 포함하고, 상기 시스템은, 일 방향으로 회전하는 상기 회전 바와 접촉하여 상기 회전 바를 미리 정해진 지점에 위치시킴으로써, 상기 회전 바의 회전축을 지지하는 상기 지지 프레임을 상기 가이드 레일을 따라 이동시켜 상기 로봇 암의 핸드 유닛과 결합되는 결합 지점에 정렬시키는 얼라인먼트 블록을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 회전 바는, 상기 지지 프레임의 이동 방향과 직교하는 평면상에서 회전하도록 구성되고, 상기 얼라인먼트 블록은, 상기 회전 바가 상기 일 방향으로 회전함에 따라 상기 회전 바의 일 단부가 진입하게 되는 가이드 홈으로서, 상기 지지 프레임의 이동 방향과 평행한 방향으로 자른 수직 단면상 V자 형상 또는 U자 형상을 가진 가이드 홈을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 지지 프레임은, 상기 회전 바의 일 단부가 상기 가이드 홈의 최심점에 위치하는 경우 상기 결합 지점에 정렬되도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 회전 바는, 상기 회전축을 중심으로 상기 일 방향으로 회전하면 일 단부가 상기 얼라인먼트 블록과 접촉하여 상기 지지 프레임을 상기 결합 지점에 정렬시키고, 상기 회전축을 중심으로 상기 역방향으로 회전하면 타 단부가 상기 거치대에 거치된 커플러를 가압하여 상기 커플러를 상기 거치대에 고정하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 거치대는, 상기 커플러의 하방에서 상기 커플러의 외부면에 마련된 커플러 고정용 플랜지와 결합하여 상기 커플러를 상기 거치대에 안착시키는 결합 구조체를 포함하고, 상기 회전 바의 타 단부는, 상기 커플러의 상방에서 상기 커플러 고정용 플랜지와 접촉하여 상기 커플러 고정용 플랜지를 하방으로 가압하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 커플러 고정 유닛은, 삽입 홀을 가지고 상기 로봇 암의 핸드 유닛과 결합되는 결합 프레임을 포함하고, 상기 로봇 암의 핸드 유닛은, 삽입 로드를 내장하며 미리 정해진 결합 지점에서 상기 삽입 로드를 인출하여 상기 결합 프레임의 삽입 홀에 삽입함으로써, 상기 결합 프레임과 결합하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 로봇 암은, 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전하는 회전축을 가진 구동부; 일 단부가 상기 구동부의 회전축에 결합되어 타 단부가 상기 회전축의 회전 방향에 따라 이동하는 상완부; 및 일 단부가 상기 상완부의 타 단부에 회동 가능하게 결합되고 타 단부가 상기 핸드 유닛과 결합되어, 상기 핸드 유닛을 상기 제1 지점 측 또는 상기 제2 지점 측으로 이동시키는 하완부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 시스템은, 상기 커플러 고정 유닛에 결합되어 상기 커플러 고정 유닛과 함께 이동하며, 상기 커플러 고정 유닛이 상기 제2 지점으로 이동하여 상기 커플러 고정 유닛에 고정된 커플러가 상기 대응 커플러에 완전히 연결되기 전에, 상기 대응 커플러 또는 상기 대응 커플러의 주변부에 접촉되어 상기 고정된 커플러와 상기 대응 커플러의 연결시 발생하는 충격을 완화하는 버퍼링 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 버퍼링 유닛은, 상기 대응 커플러 또는 상기 대응 커플러의 주변부와 접촉하는 접촉 패널; 일정 길이를 가지며 일 단부가 상기 접촉 패널에 고정되어 상기 접촉 패널을 지지하는 지지 로드; 상기 지지 로드의 타 단부를 수용하여 상기 지지 로드의 길이 방향 이동을 가이드하는 가이드 홀을 가지며 상기 커플러 고정 유닛에 결합되는 가이드 구조체; 및 상기 접촉 패널과 상기 가이드 구조체 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 가이드 구조체는, 상기 커플러 고정 유닛의 하단에 결합되고, 상기 접촉 패널은, 상기 대응 커플러 또는 상기 대응 커플러의 주변부와 접촉되는 접촉부, 및 상기 접촉부에서 상방으로 연장되어, 상기 커플러 고정 유닛에 거치되는 커플러를 지지하는 지지부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 버퍼링 유닛은, 수동으로 회전되는 방향에 따라 상기 지지 로드를 점진적으로 상기 가이드 구조체의 가이드 홀 내부로 인입시키거나 상기 가이드 홀 내부에서 외부로 인출시키는 회전 핸들부를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 시스템은, 상기 대응 커플러의 개구에 삽입되거나 밀착되어 해당 개구를 폐쇄하도록 구성된 마개부와 상기 마개부에서 연장된 레그부를 가지는 마개 구조체를 이용하여 상기 대응 커플러의 개구를 폐쇄하거나 개방하는 대응 커플러 개폐 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 대응 커플러 개폐 유닛은, 상기 대응 커플러의 상방에 설치되어 상기 대응 커플러의 개구 전방으로 연장되고 상기 마개 구조체의 레그부와 결합되어 상기 마개 구조체의 이동을 가이드하는 제1 레일을 포함하고, 상기 마개 구조체의 레그부는, 상기 제1 레일에 결합되되 상기 제1 레일을 따라 이동 가능하게 결합되는 제1 결합부, 및 상기 로봇 암의 핸드 유닛과 결합되되 분리 가능하게 결합되는 제2 결합부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 대응 커플러 개폐 유닛은, 상기 대응 커플러의 상방에 설치되어 상기 대응 커플러의 개구 측방으로 연장되고 상기 제1 레일과 결합되어 상기 제1 레일의 이동을 가이드하는 제2 레일; 및 상기 제1 레일을 상기 제2 레일을 따라 이동시키는 액추에이터를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 대응 커플러 개폐 유닛은, 일 단부가 상기 마개 구조체의 레그부와 결합되고 타 단부가 회전축에 결합되어 일정 회전각도 범위 내에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전함으로써 상기 마개 구조체의 마개부를 상기 대응 커플러의 개구에 삽입 또는 밀착시키거나 상기 대응 커플러의 개구에서 분리시키는 회전 레그를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 시스템은, 상기 대응 커플러에 연결된 커플러에 밀착되어 상기 커플러와 상기 대응 커플러 간 연결 상태를 유지하는 락킹 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 락킹 유닛은, 상기 대응 커플러의 개구 주변에 회전 가능하게 설치되며 회전 각도에 따라 상기 대응 커플러의 개구에 삽입되어 연결된 커플러의 외부면에 밀착되거나 상기 커플러의 외부면에서 이격되는 편심 캠; 상기 편심 캠에서 연장되며 제1 체결 수단을 가지는 캠 레버; 및 상기 제1 체결 수단과 수동으로 분리 가능하게 체결되는 제2 체결 수단을 가지며, 상기 제1 체결 수단과 상기 제2 체결 수단이 상호 체결된 상태에서 액추에이터에 의해 구동되어 상기 편심 캠을 일정 회전각도 범위 내에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전시키는 구동 로드를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 체결 수단 및 제2 체결 수단 중 어느 한 체결 수단은, 내부 중공을 가지는 가이드 관, 상기 가이드 관의 중공에 수용되며 일 단부가 상기 가이드 관의 일측 개구를 통해 인출되는 걸림 로드, 및 상기 걸림 로드의 타 단부와 연결되어 상기 가이드 관의 타측 개구 외부에 위치하는 그립 로드를 포함하고, 상기 제1 체결 수단 및 제2 체결 수단 중 다른 한 체결 수단은, 상기 가이드 관에서 인출된 상기 걸림 로드의 일 단부가 삽입되는 걸림 홈을 포함한다.

본 발명에 따르면, 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템에 사용되는 가이드 레일이 케미컬 공급용 호스의 커플러나 케미컬 저장 시설의 대응 커플러보다 상부에 위치하고, 커플러들과 이격된 로봇 암이 상기 호스의 커플러를 고정하는 커플러 고정 유닛을 상기 가이드 레일을 따라 이동시킴으로써, 호스의 이동, 연결 또는 분리 과정에서 커플러나 대응 커플러로부터 유출되어 낙하하는 잔량의 케미컬로부터 가이드 레일은 물론, 가이드 레일의 주변에 배치되는 시스템 구성요소들을 보호할 수 있다.

또한, 상기 커플러 고정 유닛과 결합하는 로봇 암의 핸드 유닛이 상기 커플러 고정 유닛과의 결합과 분리가 가능하게 구성되고, 커플러와 대응 커플러 간 연결시의 충격을 완화하는 버퍼링 유닛과, 커플러와 대응 커플러 간 연결 상태를 유지하는 락킹 유닛이 수동으로도 동작 가능하게 구성됨으로써, 시스템의 동작 모드를 상황에 따라 자동 모드 또는 수동 모드로 선택할 수 있으며, 시스템 장애와 같은 비상 상황시 수동 모드로의 전환을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 커플러 고정 유닛이 상기 로봇 암과의 결합을 위한 정렬과 커플러 고정을 모두 자동으로 수행함으로써, 시스템 자동화 비율을 높이고 사용 편의성을 개선할 수 있다.

또한, 케미컬 공급이 없는 평상시에 케미컬 저장 시설 측의 커플러를 통한 케미컬의 유출이나 이물질의 침투를 방지하기 위해, 대응 커플러 개폐 유닛이 커플러 단부에 씌워지는 별도의 캡과 해당 캡을 클램핑하는 복잡한 구조의 클램핑 수단을 사용하는 것이 아니라, 단순한 구조의 마개 구조체를 사용하여 커플러의 개구를 개폐함으로써, 시스템 구조를 간소화, 효율화하고 커플러 개폐 동작의 정확성을 개선할 수 있다.

또한, 하나의 로봇 암이 커플러 고정 유닛과 대응 커플러 개폐 유닛의 동작을 모두 제어함으로써, 시스템 구조를 더욱 간소화, 효율화하고 시스템 구축 비용을 절감할 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 케미컬 공급용 호스의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 커플러 고정 유닛 및 로봇 암을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 커플러 고정 유닛의 정렬 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 커플러 고정 유닛의 커플러 고정 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 커플러 고정 유닛의 이동 동작을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 버퍼링 유닛을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 버퍼링 유닛의 수동 동작 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 대응 커플러 개폐 유닛을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 대응 커플러 개폐 유닛의 대응 커플러 개방 동작을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 대응 커플러 개폐 유닛을 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12 도시된 대응 커플러 개폐 유닛의 대응 커플러 개방 동작을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 락킹 유닛을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 락킹 유닛의 커플러 락킹 동작을 나타낸 도면이다.
도 16은 락킹 유닛에 적용되는 체결 수단을 나타낸 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 체결 수단을 나타낸 수직 단면도이다.
도 18은 도 14에 도시된 락킹 유닛의 캠 레버 체결 해제 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템(10)이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템(10)은, 케미컬 공급용 호스들(20, 30)을 케미컬 저장 시설(40)에 자동으로 연결하는 시스템으로서, 커플러 고정 유닛(100), 가이드 레일(200) 및 로봇 암(300)을 포함하며, 실시예에 따라 버퍼링 유닛(400), 대응 커플러 개폐 유닛(500) 및 락킹 유닛(600) 중 1 또는 2 이상을 선택적으로 더 포함할 수 있다.

일반적으로, 탱크 로리(tank lorry)와 같은 케미컬 공급원(미도시)에서 케미컬 저장 시설(40)로 케미컬을 공급하는 과정에서 두 개의 케미컬 공급용 호스(20, 30)가 사용되고 있다. 두 개의 호스 중 하나는 케미컬 공급원에서 케미컬 저장 시설(40)로 케미컬을 공급하는 케미컬 호스(20)이고, 다른 하나는 케미컬 공급원의 케미컬 저장 탱크를 질소와 같은 충전가스로 충전하여 케미컬 배출을 원활하게 하기 위해 케미컬 저장 시설(40)에서 케미컬 공급원으로 충전가스를 공급하는 충전가스 호스(30)이다.

상기 케미컬 저장 시설(40)은 반도체 공장이나 화학약품 공장 등과 같이 다양한 케미컬(chemical)을 사용하는 케미컬 사용처에 마련되는 시설로서, 케미컬 공급용 호스(20, 30)의 단부에 마련된 커플러(22)가 연결되는 대응 커플러(42), 일측 대응 커플러(42)를 통해 공급되는 케미컬을 저장하는 저장 탱크(미도시), 타측 대응 커플러(44)를 통해 질소와 같은 충전가스를 공급하는 가스 공급원(미도시), 케미컬과 충전가스를 이송하는 이송관(미도시) 등을 포함할 수 있다.

이러한 케미컬 저장 시설(20)에 공급되어 저장되는 케미컬에는, 불산, 황산, 염산, 암모니아, 과산화수소, 도금액, 포토레지스트, 또는 현상액 등의 액상의 화학 물질이나, 화학기계적 연마(CMP)에 사용되는 슬러리와 같은 페이스트상의 화학 물질 등 다양한 화학 물질이 포함될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템(10)은 상기와 같이 두 개의 케미컬 공급용 호스(20, 30)를 케미컬 저장 시설(40)에 자동으로 연결하도록 구성된 것이나, 동일한 기술적 사상을 적용하여 케미컬 저장 시설(40)에 한 개의 케미컬 공급용 호스를 자동으로 연결하도록 구성되거나, 세 개 이상의 케미컬 공급용 호스를 자동으로 연결하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 이하에서는 별도의 설명이 필요한 경우를 제외하고 케미컬 호스(20)와 충전가스 호스(30) 중에서 케미컬 호스(20)를 연결하는 구성들을 위주로 설명하기로 한다.

우선, 커플러 고정 유닛(100)은, 케미컬 공급용 호스(20)의 단부에 마련된 커플러(22)를 케미컬 저장 시설(40)에 마련된 대응 커플러(42)의 위치와 이격된 제1 지점에서 거치하여 고정하도록 구성된다.

가이드 레일(200)은, 커플러 고정 유닛(100)이 상기 제1 지점 또는 상기 커플러 고정 유닛(100)에 고정된 커플러(22)를 대응 커플러(42)에 연결시키는 제2 지점으로 이동되도록 상기 커플러 고정 유닛(100)의 이동을 가이드하는 레일로서, 상기 고정된 커플러(22) 및 상기 대응 커플러(42)보다 높은 위치에 설치되어 상기 커플러 고정 유닛(100)을 지지하며 상기 커플러 고정 유닛(100)의 이동을 가이드하도록 구성된다.

로봇 암(300)은, 커플러 고정 유닛(100)과의 결합과 분리가 가능한 핸드 유닛(310)을 가지며, 핸드 유닛(310)이 커플러 고정 유닛(100)과 결합하면 핸드 유닛(310)을 이동시킴으로써, 핸드 유닛(310)과 결합된 커플러 고정 유닛(100)을 가이드 레일(200)을 따라 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동시키거나 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 이동시키도록 구성된다.

버퍼링 유닛(400)은, 커플러 고정 유닛(100)에 결합되어 커플러 고정 유닛(100)과 함께 이동하며, 커플러 고정 유닛(100)이 로봇 암(300)에 의해 상기 제2 지점으로 이동하여 커플러 고정 유닛(100)에 고정된 커플러(22)가 대응 커플러(42)에 완전히 연결되기 전에, 대응 커플러(42) 또는 대응 커플러(42)의 주변부에 접촉되어 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 접촉시 발생하는 충격을 완화하도록 구성된다.

대응 커플러 개폐 유닛(500)은, 대응 커플러(42)의 개구에 삽입되거나 밀착되어 해당 개구를 폐쇄하도록 구성된 마개부와 상기 마개부에서 연장된 레그부를 가지는 마개 구조체(510)를 이용하여 상기 대응 커플러(42)의 개구를 폐쇄하거나 개방하도록 구성된다.

락킹 유닛(600)은, 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 연결 완료 후, 대응 커플러(42)에 연결된 커플러(22)에 밀착되어 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 연결 상태를 유지하도록 구성된다.

도 2는 케미컬 공급용 호스(20)의 일례가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 케미컬 공급용 호스(20)는 굴곡성을 가지며 그 단부에는 커플러(22)가 결합된다. 일반적으로, 케미컬 공급용 호스(20)의 단부에 결합되는 커플러(22)는 수 커플러(male coupler)로 구성되고, 케미컬 저장 시설(40)의 대응 커플러(42)는 수 커플러가 삽입되어 연결되는 암 커플러(female coupler)로 구성된다.

커플러(22)의 선단(22a)에는 배출구가 형성되어 있으며, 그 외주면에는 대응 커플러(42)와의 연결 과정에서 커플러(22)의 정확한 연결 자세와 해당 호스(20)를 통해 공급되는 케미컬의 종류를 확인할 수 있도록 하는 키 코드(key code)(22b)가 형성될 수 있다. 예컨대, 커플러(22)의 키 코드(22b)는 커플러(22)의 외주면을 따라 형성되는 복수의 홈으로 구성될 수 있다. 이 경우, 대응 커플러(42)의 내부면에는 대응 키 코드가 형성될 수 있다. 즉, 대응 커플러(42)의 대응 키 코드는, 커플러(22)가 대응 커플러(42)의 개구에 정확한 자세로 삽입될 경우 해당 커플러(22) 키 코드(22b)와 형합하게 되는 복수의 돌기로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 커플러(22)의 키 코드(22b)가 돌기로 구성되고 대응 커플러(42)의 대응 키 코드가 홈으로 구성될 수 있음은 물론이다.

한편, 호스(20)와 커플러(22)의 결합은, 호스(20) 측에 마련된 커플러 결합용 플랜지인 제1 플랜지(24)와, 커플러(22) 측에 마련된 커플러 고정용 플랜지인 제2 플랜지(26)를, 볼트와 너트 등과 같은 체결 부재(28)로 상호 고정함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 플랜지(24)와 제2 플랜지(26) 사이에는 가스킷(gasket)이 개재될 수 있다. 또한, 커플러(22) 측의 제2 플랜지(26)는 커플러(22)를 정위치로 고정하기 위한 고정 구조(26a)를 가질 수 있다. 이러한 고정 구조(26a)는 후술되는 커플러 고정 유닛(100)의 키 코드 정렬을 위한 결합 구조체가 삽입되는 키 코드 정렬 홈(26b)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제2 플랜지(26)는 단일의 플랜지로 구성되거나 상호 결합된 복수의 플랜지로 구성될 수 있다.

상술한 케미컬 공급용 호스의 기술적 구성은, 케미컬 호스는 물론 충전가스 호스에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 커플러 고정 유닛(100) 및 로봇 암(300)이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 커플러 고정 유닛(100)은, 케미컬 공급용 호스(20)의 커플러(22)를 케미컬 저장 시설(40)의 대응 커플러(42)의 위치와 이격된 제1 지점에서 거치하여 고정하도록 구성된다.

이를 위해, 커플러 고정 유닛(100)은 거치대(110), 지지 프레임(120) 및 회전 바(130)를 포함할 수 있다.

커플러(22)가 거치되는 거치대(110)는, 해당 커플러(22)가 가이드 레일(200)의 하방에 위치되도록 구성된다. 또한, 거치대(110)는 커플러(22)의 하방에서 커플러(22)의 외부면에 마련된 커플러 고정용 플랜지(26)와 결합하여 커플러(22)를 거치대(110)에 정위치로 안착시키는 결합 구조체(112)를 포함할 수 있다. 이 경우, 결합 구조체(112)는 커플러(22)의 외부면에 마련된 커플러 고정용 플랜지(26)의 키 코드 정렬 홈(26b)에 형합되는 구조를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 결합 구조체(112)는 해당 호스(20)를 통해 공급되는 케미컬의 종류에 따라 고유의 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

지지 프레임(120)은, 거치대(110)에 거치된 커플러(22)의 상방에 위치하는 가이드 레일(200)에 결합되되, 해당 가이드 레일(200)을 따라 이동 가능하게 결합된다.

회전 바(130)는, 지지 프레임(120)에 의해 지지되는 회전축을 중심으로 일정 회전각도 범위에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전하여, 로봇 암(300)과의 결합을 위한 커플러 고정 유닛(100)의 정렬과 거치대(110)에 거치된 커플러(22)의 고정을 모두 수행하도록 구성된다.

이를 위해, 상기 시스템(10)은 얼라인먼트 블록(210)을 더 포함할 수 있다. 얼라인먼트 블록(210)은, 일 방향으로 회전하는 회전 바(130)와 접촉하여 상기 회전 바(130)를 미리 정해진 지점에 위치시킴으로써, 상기 회전 바(130)의 회전축을 지지하는 지지 프레임(120)을 가이드 레일(200)을 따라 이동시켜 상기 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)과 결합되는 결합 지점에 정렬시키도록 구성된다. 즉, 얼라인먼트 블록(210)은 회전 바(130)의 회전력을, 커플러 고정 유닛(100)을 가이드 레일(200)을 따라 이동시키는 힘으로 전환하는 역할을 수행한다.

이러한 얼라인먼트 블록(210)은 일정 위치에 고정되어 있으며, 회전 바(130)가 일 방향으로 회전함에 따라 상기 회전 바(130)의 일 단부가 진입하게 되는 가이드 홈(212)을 포함한다. 가이드 홈(212)은 회전 바(130)의 회전력을 이용하여 회전 바(130)를 미리 정해진 지점으로 슬라이딩시키도록 구성된다.

예컨대, 회전 바(130)는 지지 프레임(120)의 이동 방향(X축 방향)과 직교하는 평면(yz 평면)상에서 회전하도록 구성될 수 있다. 또한, 얼라인먼트 블록(210)의 가이드 홈(212)은 지지 프레임(120)의 이동 방향과 평행한 방향(X축 방향)으로 자른 수직 단면상 V자 형상 또는 U자 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 지지 프레임(120)은, 얼라인먼트 블록(210)의 가이드 홈(212)에 진입한 회전 바(130)의 일 단부가 가이드 홈(212)의 최심점에 위치하게 되는 경우 로봇 암(300)과의 결합 지점에 정렬되도록 구성될 수 있다.

커플러 고정 유닛(100)이 로봇 암(300)과의 결합 지점에 정렬되면, 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)은 커플러 고정 유닛(100)과 결합하게 된다. 이 경우, 커플러 고정 유닛(100)은 삽입 홀(142)을 가지고 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)과 결합되는 결합 프레임(140)을 포함할 수 있다. 또한, 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)은, 삽입 로드(312)를 내장하며 미리 정해진 결합 지점에서 삽입 로드(312)를 인출하여 결합 프레임(140)의 삽입 홀(142)에 삽입함으로써, 상기 결합 프레임(140)과 결합하도록 구성될 수 있다.

한편, 로봇 암(300)은 핸드 유닛(310)을 이동시킴으로써, 핸드 유닛(310)과 결합된 커플러 고정 유닛(100)을 가이드 레일(200)을 따라, 커플러(22)가 거치된 제1 지점에서 커플러(22)가 대응 커플러(42)와 연결되는 제2 지점으로 이동시키거나 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 이동시키도록 구성된다.

이를 위해, 로봇 암(300)은 구동부(320), 상완부(330) 및 하완부(340)를 포함할 수 있다. 이 경우, 구동부(320)는 도시하지 않은 프레임에 고정된다. 또한, 구동부(320)는 서보모터(servomotor)와 같은 구동 장치에 의해 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전하는 회전축을 가진다. 상완부(330)는 일 단부가 구동부(320)의 회전축에 결합되어 타 단부가 상기 회전축의 회전 방향에 따라 상기 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하도록 구성된다. 하완부(340)는 일 단부가 상기 상완부(330)의 타 단부에 회동 가능하게 결합되고, 타 단부가 핸드 유닛(310)과 결합되어, 핸드 유닛(310)을 상기 제1 지점 측 또는 상기 제2 지점 측으로 이동시키도록 구성된다.

도 4 및 도 5에는 도 3에 도시된 커플러 고정 유닛(100)의 정렬 동작이 도시되어 있다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 커플러 고정 유닛(100)이 로봇 암(300)과의 결합 지점(B0)에서 일정 거리 떨어진 지점(B1)에 위치하여 회전 바(130)가 X축 방향으로의 수직 단면상 V자 또는 U자 형상을 가진 가이드 홈(212)의 가장자리 지점(A1)에 위치하게 되는 경우, 커플러 고정 유닛(100)의 회전 바(130)가 일정 회전력을 가지며 일 방향으로 회전하여, 상기 회전 바(130)의 일 단부가 얼라인먼트 블록(210)의 가이드 홈(212) 내에 진입하게 된다. 회전 바(130)가 가이드 홈(212)에 진입한 후 가이드 홈(212)의 경사면에 계속 회전력을 작용시키면, 그 반작용에 의해 커플러 고정 유닛(100)의 지지 프레임(120)을 가이드 레일(200)을 따라 X축 방향으로 이동시키는 힘이 발생하게 된다.

그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 발생된 힘에 의해 커플러 고정 유닛(100)의 지지 프레임(120)이 X축 방향으로 이동하게 되면, 회전 바(130)는 가이드 홈(212)의 경사면을 타고 가이드 홈(212)의 최심점(A0)으로 슬라이딩하게 된다. 회전 바(130)가 가이드 홈(212)의 최심점(A0)에 위치하게 되면 회전 바(130)의 회전력에 불구하고 X축 방향으로의 힘이 발생하지 않게 되며, 커플러 고정 유닛(100)의 지지 프레임(120)은 결합 지점(B0)에 정렬된다.

도 4 및 도 5에서 커플러 고정 유닛(100)은 거치대(110)에 커플러(22)가 거치된 상태에서 정렬 동작을 수행하는 것으로 도시하고 있으나, 커플러 고정 유닛(100)은 거치대(110)에 커플러(22)가 거치되지 않은 상태에서 정렬 동작을 수행할 수도 있다.

도 6에는 도 3에 도시된 커플러 고정 유닛(100)의 커플러 고정 상태가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 커플러 고정 유닛(100)이 로봇 암(300)과의 결합 지점에 정렬되면, 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)이 해당 결합 지점으로 이동하여 커플러 고정 유닛(100)의 결합 프레임(140)과 결합하게 된다. 이 경우, 핸드 유닛(310)은 삽입 로드(312)를 인출하여 결합 프레임(140)의 삽입 홀(142)에 삽입시킴으로써 결합 프레임(140)과 결합할 수 있다.

또한, 커플러 고정 유닛(100)은 회전 바(130)를 상술한 정렬 과정에서의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켜 거치대(110)에 거치된 커플러(22)를 고정하도록 구성될 수 있다. 즉, 커플러 고정 유닛(100)의 회전 바(130)는 회전축을 중심으로 일 방향으로 회전하면 그 일 단부가 얼라인먼트 블록(210)과 접촉하여 지지 프레임(120) 또는 커플러 고정 유닛(100)을 로봇 암(300)과의 결합 지점에 정렬시키고, 상기 회전축을 중심으로 역방향으로 회전하면 그 타 단부가 거치대(110)에 거치된 커플러(22)를 가압하여 커플러(22)를 거치대(110)에 고정하도록 구성될 수 있다.

이 경우, 회전 바(130)는 커플러(22)의 상방에서 커플러(22)의 커플러 고정용 플랜지(26)와 접촉하여 커플러 고정용 플랜지(26)를 하방으로 가압하도록 구성될 수 있다.

도 7에는 커플러 고정 유닛(100)의 이동 동작이 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 커플러 고정 유닛(100)에 커플러(22)가 거치되어 고정되고 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)이 결합되면, 로봇 암(300)은 상완부(330)와 하완부(340)를 회전시켜 핸드 유닛(310)을 가이드 레일(200)을 따라 전방(X축 방향)으로 이동시킴으로써, 핸드 유닛(310)에 결합된 커플러 고정 유닛(100)을, 핸드 유닛(310)과 결합되는 결합 지점(B0)에서 커플러(22)를 케미컬 저장 시설(40)의 대응 커플러(42)에 삽입하여 연결시키는 연결 지점(B2)으로 이동시킬 수 있다.

이 경우, 커플러 고정 유닛(100)에 결합된 버퍼링 유닛(400)은, 커플러 고정 유닛(100)과 함께 이동하게 된다. 이러한 버퍼링 유닛(400)은, 커플러 고정 유닛(100)이 로봇 암(300)에 의해 연결 지점(B2)으로 이동하여 커플러(22)를 대응 커플러(42)에 완전히 연결하기 전에, 대응 커플러(42) 또는 대응 커플러(42)의 주변부에 접촉되어 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 접촉시 발생하는 충격을 완화하도록 구성된다.

이를 위해, 버퍼링 유닛(400)은 접촉 패널(410), 지지 로드(420), 가이드 구조체(430) 및 탄성 부재(440)을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라 회전 핸들부(450)를 더 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급용 호스 자동 연결 시스템의 버퍼링 유닛(400)을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 버퍼링 유닛(400)은 접촉 패널(410), 지지 로드(420), 가이드 구조체(430) 및 탄성 부재(440)을 포함한다.

접촉 패널(410)은, 커플러 고정 유닛(100)에 고정된 커플러(22)가 대응 커플러(42)의 개구에 완전히 삽입되기 전에, 대응 커플러(42) 또는 상기 대응 커플러(42)의 주변부와 접촉하도록 구성된다.

지지 로드(420)는, 일정 길이를 가지며 그 일 단부가 접촉 패널(410)에 고정되어 접촉 패널(410)을 지지하고, 그 타 단부가 가이드 구조체(430)에 수용되도록 구성된다.

가이드 구조체(430)는, 상기 지지 로드(420)의 타 단부를 수용하여 지지 로드(420)의 길이 방향 이동을 가이드하는 가이드 홀을 가지며, 커플러 고정 유닛(100)에 결합되도록 구성된다. 예컨대, 가이드 구조체(430)는, 커플러 고정 유닛(100)의 하단, 즉 거치대(110)의 밑면에 결합될 수 있다.

이 경우, 상기 접촉 패널(410)은 대응 커플러(42) 또는 대응 커플러(42)의 주변부와 접촉되는 접촉부(412), 및 상기 접촉부(412)에서 상방으로 연장되어, 커플러 고정 유닛(100)에 거치되는 커플러(22)를 지지하는 지지부(414)를 포함할 수 있다.

탄성 부재(440)는, 접촉 패널(410)과 가이드 구조체(430) 사이에 배치되어 접촉 패널(410)에 가해지는 충격을 완화하도록 구성된다. 이 경우, 탄성 부재(440)는 일 단이 접촉 패널(410)에 의해 지지되고, 타 단이 가이드 구조체(430)에 의해 지지되는 압축 코일형 스프링으로 구성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 버퍼링 유닛(400)은 작업자의 수동 조작을 가능하게 하는 회전 핸들부(450)를 더 포함할 수 있다. 회전 핸들부(450)는 작업자에 의해 수동으로 회전되는 방향에 따라 지지 로드(420)를 점진적으로 가이드 구조체(430)의 가이드 홀 내부로 인입시키거나 가이드 홀 내부에서 외부로 인출시키도록 구성된다. 이를 위해, 회전 핸들부(450)는 접이식 그립(452a)을 가진 회전 휠(452), 회전 휠에 고정되어 회전 휠(452)의 회전에 따라 함께 회전하는 나사 축(454), 및 내부면에 나사 산이 형성된 관통홀을 가지며 나사 축(454)과 나사 결합되는 나사 결합 패널(456)을 포함할 수 있다. 이 경우, 일 단부가 접촉 패널(410)에 고정된 지지 로드(420)는 가이드 구조체(430)에 형성된 가이드 홈의 일측 개구를 통해 가이드 홈 내부로 연장되어 그 타 단부가 가이드 홈의 타측 개구를 통해 상기 나사 결합 패널(456)과 결합된다.

도 9는 도 8에 도시된 버퍼링 유닛(400)의 수동 동작 방법이 도시되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템(10)의 동작 모드가 수동 모드인 경우, 버퍼링 유닛(400)은 회전 핸들부(450)를 통해 수동으로 동작될 수 있다.

즉, 작업자가 그립(452a)을 파지하여 나사 축(454)이 나사 결합 패널(456)과 나사 결합되는 방향으로 회전 휠(452)을 회전시키면, 회전 휠(452)에 고정된 나사 축(454)은 그 선단부가 나사 결합 패널(456)의 관통홀을 통해 가이드 구조체(430)측으로 진행하게 되고, 나사 축(454)과 나사 결합된 나사 결합 패널(456)은 회전 휠(452) 측으로 이동하게 된다. 그 결과, 나사 결합 패널(456)에 결합된 지지 로드(420)가 나사 결합 패널(456) 측으로 점차 인출되면서 접촉 패널(410)과 가이드 구조체(430) 간의 간격이 점차 좁아지게 된다. 접촉 패널(410)과 가이드 구조체(430) 간의 간격이 충분히 좁아지면 작업자는 커플러 고정 유닛(100)에 고정된 커플러(22)를 대응 커플러(42)에 완전히 삽입하여 연결할 수 있게 된다.

도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 대응 커플러 개폐 유닛(500)이 도시되어 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 대응 커플러 개폐 유닛(500)은, 대응 커플러(42)의 개구에 삽입되거나 밀착되어 해당 개구를 폐쇄하도록 구성된 마개부(512)와 상기 마개부(512)에서 연장된 레그부(514)를 가지는 마개 구조체(510)를 이용하여 상기 대응 커플러(42)의 개구(42a)를 폐쇄하거나 개방하도록 구성된다. 이를 위해, 대응 커플러 개폐 유닛(500)은, 제1 레일(520), 제2 레일(530) 및 액추에이터(540)를 포함할 수 있다.

제1 레일(520)은, 대응 커플러(42)의 상방에 설치되어 대응 커플러(42)의 개구 전방으로 연장되고, 마개 구조체(510)의 레그부(514)와 결합되어 상기 마개 구조체(510)의 이동을 가이드하도록 구성된다. 이 경우, 상기 마개 구조체(510)의 레그부(514)는 제1 레일(520)에 결합되되 제1 레일(520)을 따라 이동 가능하게 결합되는 제1 결합부(516)와, 상기 로봇 암(300)의 핸드 유닛(310)과 결합되되 분리 가능하게 결합되는 제2 결합부(518)를 포함할 수 있다. 상기 제2 결합부(518)는 핸드 유닛(310)의 삽입 로드(312)가 삽입되는 삽입 홀을 가질 수 있다.

예컨대, 로봇 암(300)은 핸드 유닛(310)과 대응 커플러 개폐 유닛(500)의 마개 구조체(510)를 결합시킨 후, 마개 구조체(510)를 제1 레일(520)을 따라 전방(X축 방향) 또는 후방(-X축 방향)으로 이동시킴으로써, 마개 구조체(510)를 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 밀착시키거나 대응 커플러(42)의 개구(42a)에서 분리시킬 수 있다.

제2 레일(530)은, 대응 커플러(42)의 상방에 설치되어 대응 커플러(42)의 개구 측방으로 연장되고 제1 레일(520)과 결합되어 제1 레일(520)의 이동을 가이드하도록 구성된다. 액추에이터(540)는, 제1 레일(520)과 결합하여 상기 제1 레일(520)을 제2 레일(530)을 따라 이동시키도록 구성된다.

도 11은 도 10에 도시된 대응 커플러 개폐 유닛(500)의 대응 커플러 개방 동작을 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 케미컬 공급 개시 전에 로봇 암(300)이 핸드 유닛(310)과 대응 커플러 개폐 유닛(500)의 마개 구조체(510)를 결합시킨 후, 마개 구조체(510)를 제1 레일(520)을 따라 후방(-X축 방향)으로 이동시켜 대응 커플러(42)의 개구(42a)에서 분리시키면, 대응 커플러 개폐 유닛(500)의 액추에이터(540)는 제1 레일(520)을 제2 레일(530)을 따라 측방(Y축 방향)으로 이동시켜 대응 커플러(42)의 개구(42a)를 커플러(22)와 연결 가능한 상태로 개방할 수 있다.

한편, 케미컬 공급이 완료되어 커플러(22)가 대응 커플러(42)에서 제거되면, 액추에이터(540)는 제1 레일(520)을 제2 레일(530)을 따라 대응 커플러 방향(-Y축 방향)으로 이동시켜 제1 레일(520)에 결합된 마개 구조체(510)를 대응 커플러(42)의 전방에 위치시킨다. 그러면, 로봇 암(300)은 핸드 유닛(310)과 마개 구조체(510)를 결합시킨 후, 마개 구조체(510)를 전방(X축 방향)으로 이동시켜 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입시키거나 밀착시킨다.

도 12에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 대응 커플러 개폐 유닛(500a)을 나타낸 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 다른 일 실시예에 따른 대응 커플러 개폐 유닛(500a)은, 대응 커플러(42)의 개구에 삽입되거나 밀착되어 해당 개구를 폐쇄하도록 구성된 마개부(512a)와 상기 마개부(512a)에서 연장된 레그부(514a)를 가지는 마개 구조체(510a)를 이용하여, 상기 대응 커플러(42)의 개구(42a)를 폐쇄하거나 개방하도록 구성된다. 이를 위해, 대응 커플러 개폐 유닛(500a)은, 회전 레그(520a, 522a) 및 회전축(530a, 532a)를 포함할 수 있다.

회전 레그(520a, 522a)는, 일 단부가 마개 구조체(510a)의 레그부(514a)와 결합되고 타 단부가 회전축(530a, 532a)에 결합되어 일정 회전각도 범위 내에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전함으로써, 마개 구조체(510a)의 마개부(512a)를 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입 또는 밀착시키거나 대응 커플러(42)의 개구(42a)에서 분리시키도록 구성된다.

또한, 회전 레그(520a, 522a)는 마개 구조체(510a)의 레그부(514a)와 결합되되 레그부(514a)의 서로 다른 부분과 결합되는 제1 회전 레그(520a) 및 제2 회전 레그(522a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 마개 구조체(510a)의 레그부(514a)는 제1 회전 레그(520a) 및 제2 회전 레그(522a)와 각각 회전 가능하게 링크 결합하는 제1 결합부(516a) 및 제2 결합부(518a)를 포함할 수 있다. 또한, 회전축(530a, 532a)은 제1 회전 레그(520a) 및 제2 회전 레그(522a)와 각각 결합하여 제1 및 제2 회전 레그가 동기화되어 회전되도록 하는 제1 회전축(530a) 및 제2 회전축(532a)를 포함할 수 있다.

이러한 제1 회전축(530a) 및 제2 회전축(532a)은 대응 커플러(42)의 상방에 배치되어 제1 회전 레그(520a) 및 제2 회전 레그(522a)를 상하 방향으로 회전시키도록 구성될 수 있다.

도 13에는 도 12 도시된 대응 커플러 개폐 유닛(500a)의 대응 커플러 개방 동작이 도시되어 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 대응 커플러 개폐 유닛(500a)은 로봇 암(300)에 의하지 않고 대응 커플러(42)의 개구(42a)를 개폐할 수 있다. 즉, 케미컬 공급 개시되어 커플러(22)가 대응 커플러(42)에 연결되기 전에, 대응 커플러 개폐 유닛(500a)의 회전축(530a, 532a)은 상방으로 회전하여 회전 레그(520a, 522a)를 상방으로 회전시킴으로써, 회전 레그(520a, 522a)에 결합된 마개 구조체(510a)의 마개부(512a)를 대응 커플러(42)의 개구(42a)에서 분리시킬 수 있다.

한편, 케미컬 공급이 완료되어 커플러(22)가 대응 커플러(42)에서 제거되면, 회전축(530a, 532a)은 하방으로 회전하여 회전 레그(520a, 522a)를 하방으로 회전시킴으로써, 회전 레그(520a, 522a)에 결합된 마개 구조체(510a)의 마개부(512a)를 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입시키거나 밀착시킬 수 있다.

도 14에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템의 락킹 유닛(600)이 도시되어 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 락킹 유닛(600)은, 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 연결 완료 후, 대응 커플러(42)에 연결된 커플러(22)에 밀착되어 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 연결 상태를 유지하도록 구성된다. 이를 위해, 락킹 유닛(600)은 편심 캠(610), 캠 레버(620), 구동 로드(640) 및 액추에이터(660)를 포함할 수 있다.

편심 캠(610)은, 대응 커플러(42)의 개구(42a) 주변에서 회전축(612)을 중심으로 회전 가능하게 설치되며, 회전 각도에 따라 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입되어 연결된 커플러(22)의 외부면에 밀착되거나 커플러(22)의 외부면에서 이격되도록 구성된다.

캠 레버(620)는, 편심 캠(610)에서 연장되며 수동 조작이 가능한 제1 체결 수단(630)을 포함한다.

구동 로드(640)는, 캠 레버(620)의 제1 체결 수단(630)과 수동으로 분리 가능하게 체결되는 제2 체결 수단(650)을 포함하며, 상기 제1 체결 수단(630)과 제2 체결 수단(650)이 상호 체결된 상태에서 액추에이터(660)에 의해 구동되어 상기 편심 캠(610)을 일정 회전각도 범위 내에서 일 방향 또는 상기 일 방향의 역방향으로 회전시키도록 구성된다.

도 15에는 도 14에 도시된 락킹 유닛(600)의 커플러 락킹 동작이 도시되어 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 커플러(22)가 대응 커플러(42)의 개구에 삽입되어 연결되면, 액추에이터(660)는 구동 로드(640)를 상승시켜, 구동 로드(640)와 체결된 캠 레버(620) 및 상기 캠 레버(620)와 연결된 편심 캠(610)을 락킹 위치로 회전시킨다. 그 결과, 캠 레버(620)가 커플러(22)를 외주면에 밀착되어 커플러(22)와 대응 커플러(42) 간 연결 상태를 유지할 수 있다.

한편, 케미컬 공급이 완료되면, 액추에이터(660)는 구동 로드(640)를 하강시켜, 구동 로드(640)와 체결된 캠 레버(620) 및 상기 캠 레버(620)와 연결된 편심 캠(610)을 락킹 해제 위치로 회전시킨다. 그 결과, 캠 레버(620)가 커플러(22)를 외주면에서 이격되어 커플러(22)를 대응 커플러(42)에서 분리할 수 있게 된다.

도 16에는 락킹 유닛에 적용되는 체결 수단(630)이 사시도로 도시되어 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 락킹 유닛(600)의 캠 레버(620)에 설치되는 제1 체결 수단(630)은 가이드 관(632), 걸림 로드(634a) 및 그립 로드(634b)를 포함할 수 있다.

가이드 관(632)은, 내부 중공을 가지며 일측과 타측에 각각 상기 내부 중공과 연통되는 개구가 형성된다. 걸림 로드(634a)는 가이드 관(632)의 내부 중공에 수용되며, 그 일 단부가 가이드 관(632)의 일측 개구를 통해 인출되도록 구성된다. 그립 로드(634b)는 걸림 로드의 타 단부와 연결되어 상기 가이드 관의 타측 개구 외부에 위치하도록 구성된다. 이 경우, 그립 로드(634b)는 가이드 관(632)의 직경 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다. 또한, 가이드 관(632)의 측면에는 그립 로드(634b)의 이동을 가이드하는 가이드 홈(636)이 형성될 수 있다.

도 17에 도 16에 도시된 체결 수단(630)이 수직 단면도로 도시되어 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, 락킹 유닛(600)의 캠 레버(620)에 설치되는 제1 체결 수단(630)은 가이드 관(632) 내부에 배치되어 걸림 로드(634a)의 인출 상태를 유지시키는 탄성 부재(638)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 탄성 부재(440)는 일 단이 가이드 관(632)의 내벽에 의해 지지되며 타 단이 걸림 로드(634a)를 지지하는 압축 코일형 스프링으로 구성될 수 있다.

한편, 캠 레버(620)의 제1 체결 수단(630)과 체결되는 구동 로드(640)의 제2 체결 수단(650)은, 제1 체결 수단(630)의 가이드 관(632)에서 인출된 걸림 로드(634a)의 일 단부가 삽입되는 걸림 홈을 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 캠 레버(620)에 제2 체결 수단(650)이 설치되고, 구동 로드(640)에 제1 체결 수단(630)이 설치될 수 있음은 물론이다.

도 18에는 도 14에 도시된 락킹 유닛의 캠 레버 체결 해제 상태가 도시되어 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 작업자는 제1 체결 수단(630)의 그립 로드(634b)를 걸림 로드(634a)의 인출 방향의 반대 방향으로 당김으로써, 제1 체결 수단(630)의 걸림 로드(634a)를 제2 체결 수단(650)의 걸림 홈(652)으로부터 분리할 수 있다. 이와 같이, 캠 레버(620)의 제1 체결 수단(630)과 구동 로드(640)의 제2 체결 수단(650) 간의 체결이 해제되면, 캠 레버(620)는 액추에이터(660)에 대한 별도의 조작없이 수동으로 동작할 수 있는 상태가 된다.

예컨대, 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템(10)의 동작 모드가 수동 모드인 경우, 작업자는 케미컬 공급용 호스의 커플러(22)를 직접 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입하거나, 로봇 암(300)과 분리된 커플러 고정 유닛(100)에 거치한 후 가이드 레일(200)을 따라 이동시켜 대응 커플러(42)의 개구(42a)에 삽입하고, 락킹 유닛(600)의 캠 레버(620)를 수동으로 회전시켜 대응 커플러(42)에 삽입된 커플러(22)를 고정시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템에 사용되는 가이드 레일이 케미컬 공급용 호스의 커플러나 케미컬 저장 시설의 대응 커플러보다 상부에 위치하고, 커플러들과 이격된 로봇 암이 상기 호스의 커플러를 고정하는 커플러 고정 유닛을 상기 가이드 레일을 따라 이동시킴으로써, 호스의 이동, 연결 또는 분리 과정에서 커플러나 대응 커플러로부터 유출되어 낙하하는 잔량의 케미컬로부터 가이드 레일은 물론, 가이드 레일의 주변에 배치되는 시스템 구성요소들을 보호할 수 있다.

또한, 상기 커플러 고정 유닛과 결합하는 로봇 암의 핸드 유닛이 상기 커플러 고정 유닛과의 결합과 분리가 가능하게 구성되고, 커플러와 대응 커플러 간 연결시의 충격을 완화하는 버퍼링 유닛과, 커플러와 대응 커플러 간 연결 상태를 유지하는 락킹 유닛이 수동으로도 동작 가능하게 구성됨으로써, 시스템의 동작 모드를 상황에 따라 자동 모드 또는 수동 모드로 선택할 수 있으며, 시스템 장애와 같은 비상 상황시 수동 모드로의 전환을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 커플러 고정 유닛이 상기 로봇 암과의 결합을 위한 정렬과 커플러 고정을 모두 자동으로 수행함으로써, 시스템 자동화 비율을 높이고 사용 편의성을 개선할 수 있다.

또한, 케미컬 공급이 없는 평상시에 케미컬 저장 시설 측의 커플러를 통한 케미컬의 유출이나 이물질의 침투를 방지하기 위해, 대응 커플러 개폐 유닛이 커플러 단부에 씌워지는 별도의 캡과 해당 캡을 클램핑하는 복잡한 구조의 클램핑 수단을 사용하는 것이 아니라, 단순한 구조의 마개 구조체를 사용하여 커플러의 개구를 개폐함으로써, 시스템 구조를 간소화, 효율화하고 커플러 개폐 동작의 정확성을 개선할 수 있다.

또한, 하나의 로봇 암이 커플러 고정 유닛과 대응 커플러 개폐 유닛의 동작을 모두 제어함으로써, 시스템 구조를 더욱 간소화, 효율화하고 시스템 구축 비용을 절감할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 커플러 고정 유닛 110 : 거치대
120 : 지지 프레임 130 : 회전 바
140 : 결합 프레임 200 : 가이드 레일
210 : 얼라인먼트 블록 300 : 로봇 암
310 : 핸드 유닛 320 : 구동부
330 : 상완부 340 : 하완부
400 : 버퍼링 유닛 410 : 접촉 패널
420 : 지지 로드 430 : 가이드 구조체
440 : 탄성 부재 450 : 회전 핸들부
500 : 대응 커플러 개폐 유닛 510 : 마개 구조체
520 : 제1 레일 530 : 제2 레일
540 : 액추에이터 600 : 락킹 유닛
610 : 편심 캠 620 : 캠 레버
630: 제1 체결 수단 640 : 구동 로드
650 : 제2 체결 수단 660 : 액추에이터

Claims (6)

1. 케미컬 저장 시설에 케미컬을 공급하는데 사용되는 호스를 상기 케미컬 저장 시설에 자동으로 연결하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템으로서,
   상기 호스의 단부에 마련된 커플러를 상기 케미컬 저장 시설에 마련된 대응 커플러의 위치와 이격된 제1 지점에서 거치하여 고정하는 거치대를 포함하는 커플러 고정 유닛;
   상기 커플러 고정 유닛이 상기 제1 지점 또는 상기 커플러 고정 유닛에 고정된 커플러를 상기 대응 커플러에 연결시키는 제2 지점으로 이동되도록 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일로서, 상기 고정된 커플러 및 상기 대응 커플러보다 높은 위치에 설치되어 상기 커플러 고정 유닛을 지지하며 상기 커플러 고정 유닛의 이동을 가이드하는 가이드 레일; 및
   상기 고정된 커플러 및 상기 대응 커플러보다 높은 위치에 설치되고, 상기 커플러 고정 유닛과의 결합과 분리가 가능한 핸드 유닛을 가지며, 상기 핸드 유닛이 상기 커플러 고정 유닛과 결합하면 상기 핸드 유닛을 이동시킴으로써, 상기 거치대에 상기 커플러가 고정된 상태에서, 상기 핸드 유닛과 결합된 상기 커플러 고정 유닛을 상기 가이드 레일을 따라 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동시키거나 상기 제2 지점에서 상기 제1 지점으로 이동시키는 로봇 암을 포함하고,
   상기 가이드 레일, 상기 로봇 암 및 상기 커플러 고정 유닛은 상하 방향 높이가 고정되어 상하 방향으로의 이동이 불가능하도록 구성된 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커플러 고정 유닛은,
   상기 거치대를 지지하며 상기 가이드 레일에 결합되되, 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능하게 결합된 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 시스템은, 상기 커플러 고정 유닛에 결합되어 상기 커플러 고정 유닛과 함께 이동하며, 상기 커플러 고정 유닛이 상기 제2 지점으로 이동하여 상기 커플러 고정 유닛에 고정된 커플러가 상기 대응 커플러에 완전히 연결되기 전에, 상기 대응 커플러 또는 상기 대응 커플러의 주변부에 접촉되어 상기 고정된 커플러와 상기 대응 커플러의 연결시 발생하는 충격을 완화하는 버퍼링 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 버퍼링 유닛은,
   상기 대응 커플러 또는 상기 대응 커플러의 주변부와 접촉하는 접촉 패널;
   일정 길이를 가지며 일 단부가 상기 접촉 패널에 고정되어 상기 접촉 패널을 지지하는 지지 로드;
   상기 지지 로드의 타 단부를 수용하여 상기 지지 로드의 길이 방향 이동을 가이드하는 가이드 홀을 가지며 상기 커플러 고정 유닛에 결합되는 가이드 구조체; 및
   상기 접촉 패널과 상기 가이드 구조체 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 시스템은, 상기 대응 커플러의 개구에 삽입되거나 밀착되어 해당 개구를 폐쇄하도록 구성된 마개부와 상기 마개부에서 연장된 레그부를 가지는 마개 구조체를 이용하여 상기 대응 커플러의 개구를 폐쇄하거나 개방하는 대응 커플러 개폐 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 시스템은, 상기 대응 커플러에 연결된 커플러에 밀착되어 상기 커플러와 상기 대응 커플러 간 연결 상태를 유지하는 락킹 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 공급용 호스 자동 연결 시스템.

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