KR102409527B1 - 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템 - Google Patents

라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차에 사용된 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐배터리의 종류마다 라이더센서가 부착되어 있는 학습로봇을 통해 부품들의 위치값을 확인하여 이를 저장한 다음 분해학습을 수행하여 각 구성품들의 분해를 행함으로써 분해로봇이 부품을 분해할 때 발생할 수 있는 오류를 줄이며, 학습이 되어 있는 폐배터리의 투입이 이루어지면 분해라인 쪽으로 폐배터리를 바로 투입하여 폐배터리의 구성품들을 순차적으로 분해함으로써 폐배터리의 분해를 자동화하여 생산효율을 높일 수 있는 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템이다.

Description

라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템{automated disassembly system for electric vehicle batteries using a rider sensor}
본 발명은 전기차에 사용된 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐배터리의 종류마다 라이더센서가 부착되어 있는 학습로봇을 통해 부품들의 위치값을 확인하여 이를 저장한 다음 분해학습을 수행하여 각 구성품들의 분해를 행함으로써 분해로봇이 부품을 분해할 때 발생할 수 있는 오류를 줄이며, 학습이 되어 있는 폐배터리의 투입이 이루어지면 분해라인 쪽으로 폐배터리를 바로 투입하여 폐배터리의 구성품들을 순차적으로 분해함으로써 폐배터리의 분해를 자동화하여 생산효율을 높일 수 있는 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템이다.
근래에는 화석연료의 사용을 줄이고 배기가스의 절감을 위해 전기자동차의 수요가 급증하고 있다. 이러한 전기자동차의 사전적 의미는 직류 전동기를 원동기로 하고 축전지를 전원으로 사용하는 자동차를 말하며, 축전지의 수요 또한 증대되고 있다.
이러한 전기자동차용 축전지는 자동차의 주행거리에 따라 달라지게 되는데, 통상 10~30만km 정도의 주행이 이루어지게 되면 교체가 필요하게 되며, 자동차의 수명으로 인한 폐차 등에 의해서도 폐배터리가 발생되게 된다.
자동차의 배터리와 관련된 종래기술로서는 공개특허공보 제10-2019-0066874호에 개시되어 있는 차량용 배터리팩 구조가 있다.
상기 특허에는 복수의 셀모듈이 적층된 셀모듈어셈블리; 셀모듈어셈블리의 양 측단에 결합된 엔드플레이트; 및 셀모듈어셈블리의 상단과 하단, 엔드플레이트의 양 측단에 결합되어 각 셀모듈을 상호간 밀착시키는 서포트플레이트;를 포함하는 차량용 배터리팩 구조가 제안되어 있는데, 다수의 볼트를 사용하여 서포트플레이트과 셀모듈 체결부와의 결합방식이 나타나 있다.
폐배터리의 해체를 위한 종래기술로서는 등록특허 제10-1999677호에 제안되어 있는 폐배터리 해체장치 및 이를 이용한 폐배터리 해체방법이 있다.
상기 특허에는 일측에 구비된 모터에 의하여 구동되는 컨베이어 벨트와 상기 컨베이어 벨트 상에 폐배터리가 일정 간격으로 안착되며 상기 폐배터리를 일측으로 이동시키는 이송부; 상기 이송부 일측에 배치되고, 상기 이송부에서 전달되는 폐배터리의 일측을 가압하여 상기 폐배터리를 절단위치까지 이송하는 푸쉬바와, 상기 폐배터리의 양 단면을 파지하여 수직 또는 수평 방향으로 이송할 수 있는 그립퍼와, 상기 그립퍼에 파지되어 이송되는 폐배터리가 직하 위치에 도달되면 하강하며 상기 폐배터리 외부의 양단면을 컷팅하여 상기 폐배터리의 외부케이스를 분리하는 복수개의 컷팅유닛과, 상기 복수개의 컷팅유닛 사이에 배치되고 상기 폐배터리의 진행 방향을 전환시키는 방향전환유닛과, 상기 외부케이스가 분리되어 노출된 폴리머 셀을 일측으로 이송하는 푸쉬유닛을 구비하는 상부프레임과, 상기 상부프레임 하측에 배치되고 상기 컷팅유닛에 의해 분리되어 낙하하는 외부케이스가 모이도록 중심을 향하여 경사지게 구비된 경사판이 배치된 하부프레임을 구비하는 컷팅부; 및 일단이 상기 컷팅부 하측에 배치되며 타단이 상승되고 경사지게 구비되어 상기 컷팅부에서 분리된 외부케이스 또는 폴리머셀이 안착되면 이를 일 방향으로 이송하는 복수개의 배출컨베이어가 배치된 배출부;를 포함하되, 상기 컷팅유닛은 상부에 구비되는 체인버퍼에 연결되어 간격이 조절되는 두 개의 회전칼날이 서로 대향되도록 구비되며, 상기 폐배터리가 상기 직하 위치에 도달하면 하강하여 상기 폐배터리의 양단면을 절삭하여 외부케이스 중 마주하는 양단면을 탈락시키는 제1컷팅유닛과, 상기 제1컷팅유닛의 일측에 배치되고, 상부에 구비되는 체인버퍼에 연결되어 간격이 조절되는 두 개의 회전칼날이 서로 대향되도록 구비되며, 상기 방향전환유닛에 의해 90도 회전된 상기 폐배터리가 상기 직하 위치에 도달하면 하강하여 상기 외부케이스 중 탈락되지 않은 양단면을 절삭하여 폐배터리의 외부케이스를 전부 탈락시키는 제2컷팅유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 해체장치가 제안되어 있는데, 폐배터리를 단순히 절단 또는 파쇄함에 따라 자원의 재활용이 어렵고, 각 구성품들을 서로 섞여서 배출됨에 따라 분류작업 또한 어려운 문제가 있었다.
폐배터리의 해체와 관련된 또 다른 종래기술로서는 등록특허 제10-2217836호에 개시되어 있는 폐배터리 분리 장치가 있다.
상기 특허에는 분리막 및 분리막의 양측면에 각각 구비되는 음극재와 양극재로 이루어진 폐배터리를 분리하는 장치에 있어서, 골격 및 외관을 이루는 본체; 상기 본체의 내측 중앙부에 구비되어 폐배터리가 길게 펼쳐져 수용되는 폐배터리 수용부; 상기 본체의 내부에서 상기 폐배터리 수용부를 기준으로 양측에 각각 구비되어 폐배터리에서 분리된 전극재를 수거하는 전극재 수거부; 상기 전극재 수거부의 상부에 이격 구비되며, 복수의 롤러로 이루어진 전극재 분리부; 및 상기 본체의 내부에 구비되어 폐배터리의 분리막을 잡아당김과 동시에 전극재가 모두 분리된 분리막을 수거하는 분리막 수거부를 포함하고, 상기 폐배터리 수용부에는 폐배터리의 일단을 고정시키는 고정부재가 더 구비되며, 상기 전극재 수거부는, 상기 폐배터리 수용부를 기준으로 어느 한 측에 구비되어 상기 전극재 분리부에서 분리된 음극재를 수거하는 음극재 수거부; 및 상기 폐배터리 수용부를 기준으로 상기 음극재 수거부의 반대편에 구비되어 상기 전극재 분리부에서 분리된 양극재를 수거하는 양극재 수거부를 포함하고, 상기 전극재 분리부는, 상기 음극재 수거부의 상부에 이격 구비되는 음극재 분리롤러; 상기 양극재 수거부의 상부에 이격 구비되는 양극재 분리롤러; 및 상기 음극재 분리롤러와 양극재 분리롤러 사이에 구비되어 폐배터리를 일자로 펼쳐 이송시키는 이송부를 포함하며, 상기 이송부는, 상기 음극재 분리롤러와 양극재 분리롤러 사이에 구비되어 이송되는 폐배터리를 일자로 펼치는 이중롤러; 상기 음극재 분리롤러와 상기 이중롤러 사이에 구비되어 이송되는 폐배터리의 하부를 지지하는 하나 이상의 지지프레임; 및 상기 지지프레임의 하부에 구비되어 이송되는 폐배터리에서 분리된 전극재가 상기 폐배터리 수용부로 유입되는 것을 방지하는 방지판을 포함하고, 상기 방지판은, 상기 폐배터리 수용부의 상부를 모두 덮거나 상기 이송부가 갖는 폭과 동일한 폭의 판형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐배터리 분리 장치가 제안되어 있는데, 폐배터리를 직접적으로 분리할 수 있는 장치가 아니라 수작업에 의해 폐배터리를 분리할 때 각 구성들의 수납을 돕기 위한 장치에 불과하여 자동화 장치와는 거리가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0066874(2019. 6. 14. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1999677호(2019. 7. 15. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2217836호(2021. 2. 19. 공고)
따라서, 본 발명은 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하기 위해, 폐배터리의 종류마다 학습로봇을 통해 학습을 수행하여 각 구성품들의 위치에 대한 위치값을 파악하되, 라이더센서를 이용하여 폐배터리의 구성품들마다 위치값을 파악하고 파악된 위치값을 맵핑한 다음 저장하며, 저장된 위치값을 로봇제어부 쪽으로 보내어 분해로봇에 의해 구성품들을 자동으로 분해할 수 있는 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 학습장치의 학습로봇에는 라이더센서가 설치되어 있으며, 상기 라이더센서는 고정형 플래시 라이더이며, 상기 고정형 플래시 라이더는 회전하는 턴테이블 위에 폐배터리를 올려놓고 일정한 위치에서 폐배터리를 촬영하여 구성품들의 위치값에 대한 맵핑을 수행하되, 상기 턴테이블 상부에 놓인 폐배터리를 일정한 각도만큼 회전시키면서 맵핑을 반복 수행하여 구성품들의 위치값에 대한 오차를 확인하여 보정함으로써 구성품들의 정확한 위치값을 확보할 수 있어서 분해로봇에 의한 분해작업의 효율을 높일 수 있는 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 학습장치의 학습로봇에 사용되는 라이더센서는 고정형 플래시 라이더를 사용하여 구성품들의 위치값을 파악한 다음 맵핑을 수행하되, 라이더센서에 의한 센싱과 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 센서들간의 센싱값을 대비하여 오차값을 수정함으로써 학습로봇 자체에 의해 부품들의 위치값에 대한 오차를 찾아내어 보정할 수 있는 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템은 전기차에 사용된 폐배터리를 해체하기 위한 해체로봇 자동화 분해시스템에 있어서, 폐배터리(B)가 투입되는 투입구(1)와, 상기 투입구(1)의 일측에 설치되어 투입된 폐배터리(B)를 영상으로 촬영하고 종류를 파악하는 이미징장치(2)와, 종류가 파악된 폐배터리에 남아있는 전력을 방전하는 방전기(3)와, 방전된 폐배터리의 구성품을 분해하는 분해라인(10)과, 분해가 끝난 폐배터리의 구성품을 배출하는 배출구(5)와, 폐배터리를 투입구(1)부터 배출구(5)까지 이송시키는 이송장치(4)로 구성되며, 상기 분해라인(10)은 분해로봇(17)에 의해 폐배터리의 구성품들을 분해하고, 상기 분해라인(10)은 커버케이스를 폐배터리(B)에서 분리하는 커버케이스분리장치(11)와, 전선을 분리하는 전선분리장치(12)와, PCB기판 및 냉각팬을 분리하는 PCB기판 및 냉각팬분리장치(13)와, 모듈을 분리하는 모듈분리장치(14)와, 모듈에서 모듈케이스를 분리하는 모듈케이스분리장치(15)와, 모듈에서 단위 셀로 분리하는 셀분리장치(16)로 구성되며, 상기 이미징장치(2)의 일측에는 학습로봇(21)의 학습을 위한 학습장치(20)가 설치되어 있으며, 상기 학습장치(20)는 라이더센서에 의해 구성품들의 위치값을 센싱하고 맵핑한 다음 이를 저장하여 로봇제어부(18) 쪽으로 전송하며, 상기 분해라인(10)에 설치된 분해로봇은 저장된 위치값을 이용해 폐배터리의 분해를 진행하는 것이 특징이다.
본 발명에 의한 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템은 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하기 위해, 폐배터리의 종류마다 학습로봇을 통해 학습을 수행하여 각 구성품들의 위치에 대한 위치값을 파악하되, 라이더센서를 이용하여 폐배터리의 구성품들마다 위치값을 파악하고 파악된 위치값을 맵핑한 다음 저장하며, 저장된 위치값을 로봇제어부 쪽으로 보내어 분해로봇에 의해 구성품들을 자동으로 분해할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 학습장치의 학습로봇에는 라이더센서가 설치되어 있으며, 상기 라이더센서는 고정형 플래시 라이더이며, 상기 고정형 플래시 라이더는 회전하는 턴테이블 위에 폐배터리를 올려놓고 일정한 위치에서 폐배터리를 촬영하여 구성품들의 위치값에 대한 맵핑을 수행하되, 상기 턴테이블 상부에 놓인 폐배터리를 일정한 각도만큼 회전시키면서 맵핑을 반복 수행하여 구성품들의 위치값에 대한 오차를 확인하여 보정함으로써 구성품들의 정확한 위치값을 확보할 수 있어서 분해로봇에 의한 분해작업의 효율을 높일 수 있는 효과와 함께, 학습장치의 학습로봇에 사용되는 라이더센서는 고정형 플래시 라이더를 사용하여 구성품들의 위치값을 파악한 다음 맵핑을 수행하되, 라이더센서에 의한 센싱과 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 센서들간의 센싱값을 대비하여 오차값을 수정함으로써 학습로봇 자체에 의해 부품들의 위치값에 대한 오차를 찾아내어 보정할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전체구성도
도 2는 본 발명에 의한 배터리의 분해작업 흐름도
도 3과 도 4는 본 발명의 일부분 구성도
본 발명은 전기차에 사용된 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐배터리의 종류마다 라이더센서가 부착되어 있는 학습로봇을 통해 부품들의 위치값을 확인하여 이를 저장한 다음 분해학습을 수행하여 각 구성품들의 분해를 행함으로써 분해로봇이 부품을 분해할 때 발생할 수 있는 오류를 줄이며, 학습이 되어 있는 폐배터리의 투입이 이루어지면 분해라인 쪽으로 폐배터리를 바로 투입하여 폐배터리의 구성품들을 순차적으로 분해함으로써 폐배터리의 분해를 자동화하여 생산효율을 높일 수 있는 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템이다.
일반적으로 전기차에 사용되는 배터리 팩은 배터리모듈, 전장부품(커버케이스 등) 및 냉각부품으로 구성되어 있고, 배터리모듈은 와이어(버스바)에 의해 전기적으로 연결되어 있으며, 배터리모듈은 다수의 배터리 셀로 구성되어 있다. 또한, 배터리 팩의 상태를 파악하기 위해 PCB기판과 함께 센서가 내장되어 있는데, 본 발명은 이러한 배터리 팩에서 배터리모듈, 전장부품 및 냉각부품을 자동으로 분리해주기 위한 시스템이다.
이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전체구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 배터리의 분해작업 흐름도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 일부분 구성도로써, 본 발명에 의한 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템은 전기차에 사용된 폐배터리를 해체하기 위한 해체로봇 자동화 분해시스템에 있어서, 폐배터리(B)가 투입되는 투입구(1)와, 상기 투입구(1)의 일측에 설치되어 투입된 폐배터리(B)를 영상으로 촬영하고 종류를 파악하는 이미징장치(2)와, 종류가 파악된 폐배터리에 남아있는 전력을 방전하는 방전기(3)와, 방전된 폐배터리의 구성품을 분해하는 분해라인(10)과, 분해가 끝난 폐배터리의 구성품을 배출하는 배출구(5)와, 폐배터리를 투입구(1)부터 배출구(5)까지 이송시키는 이송장치(4)로 구성되며, 상기 분해라인(10)은 분해로봇(17)에 의해 폐배터리의 구성품들을 분해하고, 상기 분해라인(10)은 커버케이스를 폐배터리(B)에서 분리하는 커버케이스분리장치(11)와, 전선을 분리하는 전선분리장치(12)와, PCB기판 및 냉각팬을 분리하는 PCB기판 및 냉각팬분리장치(13)와, 모듈을 분리하는 모듈분리장치(14)와, 모듈에서 모듈케이스를 분리하는 모듈케이스분리장치(15)와, 모듈에서 단위 셀로 분리하는 셀분리장치(16)로 구성되며, 상기 이미징장치(2)의 일측에는 학습로봇(21)의 학습을 위한 학습장치(20)가 설치되어 있으며, 상기 학습장치(20)는 라이더센서에 의해 구성품들의 위치값을 센싱하고 맵핑한 다음 이를 저장하여 로봇제어부(18) 쪽으로 전송하며, 상기 분해라인(10)에 설치된 분해로봇은 저장된 위치값을 이용해 폐배터리의 분해를 진행하는 것이 특징이다.
먼저, 투입구(1)는 분해하고자 하는 폐배터리(B)를 투입하는 구성이고, 상기 투입구(1)의 일측에는 이미징장치(2)가 설치되어 투입된 폐배터리(B)에 대한 영상을 촬영하여 종류를 파악하게 되는데, 이미징장치(2)는 이미지센서를 이용해 폐배터리(B)의 외형이나 상표 등의 특정한 정보를 확인하여 종류를 파악할 수 있으며, 폐배터리의 외형이 파손된 부분이 있거나 녹이 슨 부분 등을 파악할 수 있다.
이미징장치(2)에 의해 종류가 파악된 폐배터리는 개별 아이디가 부여된 다음 방전기(3) 쪽으로 이송되어 폐배터리 내부에 남아있는 전력을 모두 방전시키고, 폐배터리의 방전이 완료된 이후에는 분해라인(10) 쪽으로 이송되어 배터리팩의 구성품들을 단계별로 분해하게 된다.
분해가 끝난 폐배터리는 각 구성품들별로 배출되게 되며, 투입구(1)부터 배출구(5)까지는 이송장치(4)에 의해 이송되게 되는데, 상기 이송장치(4)는 컨베이어라인을 사용할 수 있으며, 폐배터리의 위치에 대한 절대값을 부여하기 위해 팔레트에 안착시킨 상태로 컨베이어라인을 따라 이송되도록 할 수 있으며, 이송장치(4)를 따라 이송된 폐배터리는 상기 분해라인(10)에 배치된 분해로봇(17)들에 의해 구성품들을 분해하게 된다.
또한, 상기 분해라인(10)은 커버케이스를 폐배터리(B)에서 분리하는 커버케이스분리장치(11)와, 전선을 분리하는 전선분리장치(12)와, PCB기판 및 냉각팬을 분리하는 PCB기판 및 냉각팬분리장치(13)와, 모듈을 분리하는 모듈분리장치(14)와, 모듈에서 모듈케이스를 분리하는 모듈케이스분리장치(15)와, 모듈에서 단위 셀로 분리하는 셀분리장치(16)로 구성된다.
상기 커버케이스분리장치(11)는 폐배터리(B)에서 커버케이스를 분리하게 되는데, 커버케이스의 경우 배터리팩에 다수의 볼트로 체결되어 있으므로, 이때 사용하는 로봇은 볼트를 풀기 위한 렌치와 같은 공구를 그리퍼로 파지하고 있는 로봇을 사용할 수 있다.
커버케이스 분리가 완료된 폐배터리는 전선분리장치(12)에 의해 전선을 분리하게 되며, 전선의 경우 같은 모델이라 하더라도 그 위치가 조금씩 차이가 날 수 있으므로, 이때 사용할 수 있는 로봇은 전선을 파지할 수 있는 그리퍼의 일측에 이미지센서를 부착하여 이미지센서에 의해 전선의 위치를 확인하고 확인된 위치의 전선을 분리할 수 있다.
전선이 분리된 폐배터리는 PCB기판 및 냉각팬분리장치(13)에 의해 PCB기판과 냉각팬을 분리하게 되며, 이러한 PCB기판과 냉각팬은 모델마다 항상 일정한 위치에 있으므로, 로봇에 모델별로 위치값을 줌으로써 분리작업을 수행할 수 있으며, 이후 모듈분리장치(14)에 의해 개별 모듈로 분리하게 된다.
즉, 전기차용 배터리팩은 다수의 모듈이 하나의 배터리팩을 구비하게 되므로, 개별 배터리팩으로 분리할 수 있다.
이후 개별 배터리팩은 셀분리장치(16)에 의해 단위 셀로 분리되게 된다.
여기서, 상기 이미징장치(2)의 일측에는 학습로봇(21)의 학습을 위한 학습장치(20)가 설치되어 있는데, 상기 학습장치(20)는 이미징장치(2)에 의해 파악하지 못한 새로운 모델에 대한 학습이 이루어지는 장치이다.
즉, 학습로봇(21)의 일측에는 라이더센서가 구비되어 있으며, 상기 라이더센서에 의해 폐배터리(B)의 구성품들에 대한 위치값을 파악할 수 있는데, 상기 라이더센서는 광학펄스 즉, 레이저를 폐배터리 쪽에 비춘 다음 반사된 반송신호의 특징을 측정하여 구성품들의 형상과 위치값 등을 확인할 수 있다.
부연하면, 라이더센서에서 특정한 패턴으로 빛을 쏘아 반사되는 반사광들의 정보를 이용해 부품들의 형상, 크기 및 위치 등을 확인할 수 있는데, 특정한 패턴은 펄스 전력, 빛을 쏘고 받기까지의 왕복 시간, 위상의 변이 및 펄스폭 등을 변수로 사용할 수 있다.
통상적으로 라이더센서의 경우 근거리 물체의 탐지에는 부적합할 수 있으므로, 폐배터리와 일정거리 떨어진 상태에서 빛을 보내고 수신함으로써 부품들의 정확한 위치값을 확인할 수 있다.
또한, 라이더센서는 레이저 광을 조준할 수 있는 능력과 함께 905~1550nm의 짧은 파장을 사용함으로써 공간 분해능을 0.1° 단위로 나눌 수 있어서 레이저센서에 비해 뛰어난 위치값의 확인이 가능하고, 이로써 보다 정밀한 스캐닝이 가능하다.
또한, 상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)에는 라이더센서가 설치되어 있으며, 상기 라이더센서는 MEMS 라이더, 고정형 플래시 라이더, OPA 라이더 또는 FMCW 라이더 중 어느 하나이며, 상기 라이더센서는 회전하는 턴테이블 위에 폐배터리를 올려놓고 일정한 위치에서 폐배터리에 레이저를 조사하여 구성품들의 위치값에 대한 맵핑을 수행하되, 상기 턴테이블 상부에 놓인 폐배터리를 일정한 각도만큼 회전시키면서 맵핑을 반복 수행하여 구성품들의 위치값에 대한 오차를 확인하여 보정하게 된다.
즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 라이더센서는 통상적으로 사용할 수 있는 MEMS 라이더, 고정형 플래시 라이더, OPA 라이더 또는 FMCW 라이더 중 어느 하나를 사용하게 되며, 학습로봇(21)에 의한 학습을 위해서는 턴테이블(22) 위에 폐배터리(B)를 올려놓은 다음 패배터리(B)에 레이저를 조사하여 구성품들의 위치값에 대해 확인하고 확인된 위치값을 이용해 맵핑을 수행하게 되는데, 턴테이블(22) 자체를 일정한 각도로 회전시키면서 라이더센서에 의해 위치값을 반복 확인함으로써 구성품들의 위치값에 대한 오차를 줄일 수 있다.
부연하면, 라이더센서에 의해 레이저를 조사할 때 여러 개의 레이어(layer)로 레이저를 나누어 조사하고, 조사된 레이저가 반사되면 리시버(receiver)에서 레이저를 수신할 때 역시 나누어진 레이어에 따라 수신하여 구성품들의 맵핌을 수행할 수 있으며, 폐배터리(B)의 기준이 되는 위치 즉, 폐배터리의 특정한 모서리 부분을 기준 위치로 임의로 정하여 제1레이어에 의한 레이저 조사범위로 지정하고 나머지 부분 역시 다수의 레이어로 나뉘어 반복하여 조사함으로써 측정되는 위치값의 오차를 줄일 수 있다.
또한, 상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)은 분해라인(10)에 설치된 분해로봇(17)에 의한 폐배터리(B)의 분해과정에 따라 학습을 수행하되, 폐배터리(B)의 커버케이스의 분리를 위해 볼트의 위치를 라이더센서에 의해 파악하고 맵핑을 수행한 다음 볼트의 분리작업을 진행하고, 커버케이스가 분리된 다음에는 라이더센서에 의해 분해할 전선의 위치를 파악하여 전선분리작업을 진행하며, 전선이 분리된 다음에는 다시 라이더센서에 의해 PCB 기판 및 냉각팬의 위치를 파악하여 PCB 기판 및 냉각팬을 분리하며, 상기 PCB 기판 및 냉각팬이 분리된 다음에는 다시 라이더센서에 의해 모듈의 위치를 파악하여 모듈을 분리하게 된다.
즉, 일반적인 전기차 폐배터리의 분해과정은 커버케이스 분리, 전선 분리, PCB 기판 및 냉각팬 분리, 모듈 분리 및 셀 분리 과정을 따라 순차적으로 진행되는데, 상기 학습로봇은 커버케이스의 분리를 위해 라이더센서에 의해 커버케이스 고정에 사용된 볼트들의 위치를 파악하고 맵핑한 다음 실제 볼트의 분리작업을 진행하게 되고, 이러한 볼트분리작업에서 맵핑된 위치의 오류를 찾아내게 된다.
커버케이스의 분리가 완료된 다음에는 다시 라이더센서를 이용해 전선의 위치를 파악하고 맵핑한 다음 전선분리작업이 진행되고, PCB 기판 및 냉각팬과 모듈 역시 라이더센서에 의해 위치파악과 맵핑이 이루어진 다음 실제 분리작업을 진행하면서 맵핑된 위치가 정확한지를 확인할 수 있다.
또한, 상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)에 사용되는 라이더센서는 고정형 플래시 라이더를 사용하여 구성품들의 위치값을 파악한 다음 맵핑을 수행하되, 라이더센서에 의한 센싱과 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 센서들간의 센싱값을 대비하여 오차값을 수정하게 된다.
즉, 플래시 라이더는 디지털카메라와 같이 한 개의 대면적 레이저를 전방에 조사하여 빛을 반사시키고 레이저 조사부에 가까이 위치한 광수신부 즉, 리시버가 반사된 레이저를 수신하여 수신된 레이저를 분석하게 되고, 이로써 이미지의 거리, 위치 및 반사강도를 포착하게 된다. 이러한 플래시 라이더는 기계식 레이저 스캐닝에 비해 단 하나의 이미지로 전체 장면을 포착할 수 있어서 데이터의 확보속도가 매우 빠른 효과가 있다.
본 발명은 이러한 플래시 라이더에 의한 구성품들의 위치를 신속히 파악하여 맵핑을 수행하고 맵핑된 위치정보를 로봇제어부 쪽으로 전송하여 전송된 정보를 이용해 해체로봇에 의해 폐배터리의 분리를 자동으로 수행하게 되는데, 라이더센서와 함께 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 위치에 대한 오차를 줄일 수 있다.
부연하면, 라이더센서에 의해서만 구성품들의 위치를 확인하는 것이 아니라 레이더, 초음파센서 및 이미지센서를 같이 이용해서 구성품들의 위치를 확인하고, 서로 간의 위치정보를 대비함으로써 보다 정확한 구성품들의 위치를 맵핑할 수 있다.
또한, 상기 라이더센서, 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱값은 로봇제어부 쪽으로 보내어져 각각의 센서에서 센싱된 위치값을 서로 대비하여 오차값을 보정하되, 라이더센서에 의해 센싱된 위치값을 기본값으로 사용하고, 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱값은 대비값으로 사용하여, 기본값과 대비값을 서로 대비한 다음 하나의 대비값이라도 오차값이 지정된 범위를 넘어설 경우 처음부터 다시 학습을 수행하게 된다.
즉, 라이더센서에 의해 센싱된 위치값을 기본값으로 지정하여 맵핑을 수행하며, 라이더센서와 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의해 위치값을 센싱하고 이를 대비값 즉, 보조값으로 지정한 다음, 기본값과 레이더에 의해 센싱된 대비값, 초음파센서에 의해 센싱된 대비값 및 이미지센서에 의해 센싱된 대비값을 각각 대비하여 하나의 대비값이라도 오차범위를 넘어설 경우 처음부터 다시 센싱을 수행함으로써 부품들의 위치를 정확히 추적할 수 있다.
이렇게 추적된 부품들의 위치는 맵핑되고 저장되어 로봇제어부 쪽으로 보내어지고, 추후 분해로봇에 의해 각각의 부품을 분해할 때 사용되어 진다.
여기서, 상기 라이더센서에 의해 맵핑된 구성품들의 크기나 형상 및 위치값을 이용해 배터리 전체의 구성품들에 대한 3D 데이터화가 이루어지고, 3D 데이터로 만들어진 자료들을 이용해 배터리의 역설계를 진행할 수 있으며, 학습로봇에 탑재된 인공지능은 딥러닝 방식에 의해 입고된 모든 종류의 폐배터리에 대해 학습이 가능하므로, 추후 새로운 배터리를 설계할 때 최적의 설계조건을 유추할 수 있다.
부연하면, 학습로봇에 의해 폐배터리 "A"와 폐배터리 "B"에 대한 학습이 이루어진 다음 서로의 설계를 대비하여 장점을 찾아낼 수 있고, 이러한 장점을 이용해 새로운 배터리의 설계에 응용할 수 있다.
또한, 학습로봇에 탑재된 인공지능은 학습이 이루어질수록 배터리 구성품들의 형상과 위치에 따라 분해로봇이 선택할 수 있는 분해공구 즉, 드라이버나 렌치 등을 스스로 선택할 수 있도록 하며, 이로써 새로운 폐배터리가 입고되었을 때에도 학습시간을 단축시킬 수 있으며, 분해로봇의 분해를 위한 이동경로 역시 가장 짧은 경로를 찾아낼 수 있어서 분해시간을 더욱 줄일 수 있다.
다음, 도 4를 참조하면, 상기 분해라인(10)은 2개의 라인이 병렬로 설치되며, 분해라인 중 제1분해라인(10a)은 모듈분해라인이고, 제2분해라인(10b)은 셀분해라인으로써, 제1분해라인(10a)에서 배출되는 구성은 폐배터리(B)의 모듈 단위로 배출되고, 제2분해라인(10b)에서 배출되는 구성은 셀 단위로 배출되게 된다.
즉, 분해라인(10)은 모듈분해라인과 셀분해라인으로 병렬 배치되어 폐배터리의 상태에 따라 최종 분해공정이 달라지게 되는데, 폐배터리가 입고되면 폐배터리의 충전 및 사용시간이나 배터리 상태 등을 고려하여 폐배터리의 잔존수명을 예측하고 등급별로 구분하게 되며, 폐배터리의 잔존수명이 상대적으로 높은 것으로 판별되어 높은 등급을 받은 폐배터리는 모듈분해라인에서 모듈 단위까지 분리하여 모듈 단위로 배출하고, 폐배터리의 잔존수명이 상대적으로 낮은 것으로 판별되어 낮은 등급을 받은 폐배터리는 셀분해라인에서 셀 단위로 분리하여 개별 셀로 배출하게 된다.
모듈단위로 배출된 폐배터리의 모듈은 배터리에 의한 전력이 필요한 다양한 곳에 사용할 수 있으며, 예로써 전기자전거나 캠핑용 배터리 등에 사용할 수 있고, 개별 셀로 배출되면 셀에서 희토류 등의 금속물질과 비금속물질을 추출하여 자원재활용을 위해 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1분해라인(10a)과 제2분해라인(10b)에는 커버케이스분리장치(11), 전선분리장치(12), PCB기판 및 냉각팬분리장치(13), 모듈분리장치(14), 모듈케이스분리장치(15) 및 셀분리장치(16)가 모두 설치되어 있으며, 일측의 라인에 이상이 있을 경우 다른 라인으로 대체하여 분해작업을 수행할 수 있다.
즉, 제1분해라인(10a)과 제2분해라인(10b)은 폐배터리의 상태에 따라 모듈분해라인과 셀분해라인으로 구분되지만, 낮은 등급의 폐배터리에 대한 분해작업이 바쁠 경우 모듈분해라인에서 모듈까지 분해하여 배출하는 것이 아니라 셀분해라인과 같이 모듈에서 셀 단위로 분해하여 배출함으로써 생산속도를 높일 수 있으며, 반대로 높은 등급의 폐배터리에 대한 분해작업이 바쁠 경우 셀분해라인에서 셀 단위로 분해하지 않고 모듈 단위로 분해하여 배출함으로써 작업에 따라 적절하게 대응할 수 있다.
결국, 본 발명에 의한 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템은 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템을 제공하기 위해, 폐배터리의 종류마다 학습로봇을 통해 학습을 수행하여 각 구성품들의 위치에 대한 위치값을 파악하되, 라이더센서를 이용하여 폐배터리의 구성품들마다 위치값을 파악하고 파악된 위치값을 맵핑한 다음 저장하며, 저장된 위치값을 로봇제어부 쪽으로 보내어 분해로봇에 의해 구성품들을 자동으로 분해할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 학습장치의 학습로봇에는 라이더센서가 설치되어 있으며, 상기 라이더센서는 고정형 플래시 라이더이며, 상기 고정형 플래시 라이더는 회전하는 턴테이블 위에 폐배터리를 올려놓고 일정한 위치에서 폐배터리를 촬영하여 구성품들의 위치값에 대한 맵핑을 수행하되, 상기 턴테이블 상부에 놓인 폐배터리를 일정한 각도만큼 회전시키면서 맵핑을 반복 수행하여 구성품들의 위치값에 대한 오차를 확인하여 보정함으로써 구성품들의 정확한 위치값을 확보할 수 있어서 분해로봇에 의한 분해작업의 효율을 높일 수 있는 효과와 함께, 학습장치의 학습로봇에 사용되는 라이더센서는 고정형 플래시 라이더를 사용하여 구성품들의 위치값을 파악한 다음 맵핑을 수행하되, 라이더센서에 의한 센싱과 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 센서들간의 센싱값을 대비하여 오차값을 수정함으로써 학습로봇 자체에 의해 부품들의 위치값에 대한 오차를 찾아내어 보정할 수 있는 현저한 효과가 있다.
1. 투입구 2. 이미징장치
3. 방전기 4. 이송장치
5. 배출구
10; 분해라인
10a. 제1분해라인 10b. 제2분해라인
11. 커버케이스분리장치 12. 전선분리장치
13. PCB기판 및 냉각팬분리장치 14. 모듈분리장치
15. 모듈케이스분리장치 16. 셀분리장치
17. 분해로봇 18. 로봇제어부
20; 학습장치
21. 학습로봇 22. 턴테이블
B. 폐배터리

Claims (5)

  1. 전기차에 사용된 폐배터리를 해체하기 위한 해체로봇 자동화 분해시스템에 있어서,
    폐배터리(B)가 투입되는 투입구(1)와, 상기 투입구(1)의 일측에 설치되어 투입된 폐배터리(B)를 영상으로 촬영하고 종류를 파악하는 이미징장치(2)와, 종류가 파악된 폐배터리에 남아있는 전력을 방전하는 방전기(3)와, 방전된 폐배터리의 구성품을 분해하는 분해라인(10)과, 분해가 끝난 폐배터리의 구성품을 배출하는 배출구(5)와, 폐배터리를 투입구(1)부터 배출구(5)까지 이송시키는 이송장치(4)로 구성되며, 상기 분해라인(10)은 분해로봇(17)에 의해 폐배터리의 구성품들을 분해하고,
    상기 분해라인(10)은 커버케이스를 폐배터리(B)에서 분리하는 커버케이스분리장치(11)와, 전선을 분리하는 전선분리장치(12)와, PCB기판 및 냉각팬을 분리하는 PCB기판 및 냉각팬분리장치(13)와, 모듈을 분리하는 모듈분리장치(14)와, 모듈에서 모듈케이스를 분리하는 모듈케이스분리장치(15)와, 모듈에서 단위 셀로 분리하는 셀분리장치(16)로 구성되며,
    상기 이미징장치(2)의 일측에는 학습로봇(21)의 학습을 위한 학습장치(20)가 설치되어 있으며, 상기 학습장치(20)는 라이더센서에 의해 구성품들의 위치값을 센싱하고 맵핑한 다음 이를 저장하여 로봇제어부(18) 쪽으로 전송하며, 상기 분해라인(10)에 설치된 분해로봇은 저장된 위치값을 이용해 폐배터리의 분해를 진행하며,
    상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)에는 라이더센서가 설치되어 있으며, 상기 라이더센서는 MEMS 라이더, 고정형 플래시 라이더, OPA 라이더 또는 FMCW 라이더 중 어느 하나이며, 상기 라이더센서는 회전하는 턴테이블(22) 위에 폐배터리(B)를 올려놓고 일정한 위치에서 폐배터리(B)에 레이저를 조사하여 구성품들의 위치값에 대한 맵핑을 수행하되, 상기 턴테이블(22) 상부에 놓인 폐배터리(B)를 일정한 각도만큼 회전시키면서 맵핑을 반복 수행하여 구성품들의 위치값에 대한 오차를 확인하여 보정하는 것이 특징인 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)은 분해라인(10)에 설치된 분해로봇(17)에 의한 폐배터리(B)의 분해과정에 따라 학습을 수행하되, 폐배터리(B)의 커버케이스의 분리를 위해 볼트의 위치를 라이더센서에 의해 파악하고 맵핑을 수행한 다음 볼트의 분리작업을 진행하고, 커버케이스가 분리된 다음에는 라이더센서에 의해 분해할 전선의 위치를 파악하여 전선분리작업을 진행하며, 전선이 분리된 다음에는 다시 라이더센서에 의해 PCB 기판 및 냉각팬의 위치를 파악하여 PCB 기판 및 냉각팬을 분리하며, 상기 PCB 기판 및 냉각팬이 분리된 다음에는 다시 라이더센서에 의해 모듈의 위치를 파악하여 모듈을 분리하는 것이 특징인 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 학습장치(20)의 학습로봇(21)에 사용되는 라이더센서는 고정형 플래시 라이더를 사용하여 구성품들의 위치값을 파악한 다음 맵핑을 수행하되, 라이더센서에 의한 센싱과 동시에 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱을 동시에 수행하여 센서들간의 센싱값을 대비하여 오차값을 수정하는 것이 특징인 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라이더센서, 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱값은 로봇제어부 쪽으로 보내어져 각각의 센서에서 센싱된 위치값을 서로 대비하여 오차값을 보정하되, 라이더센서에 의해 센싱된 위치값을 기본값으로 사용하고, 레이더, 초음파센서 및 이미지센서에 의한 센싱값은 대비값으로 사용하여, 기본값과 대비값을 서로 대비한 다음 하나의 대비값이라도 오차값이 지정된 범위를 넘어설 경우 처음부터 다시 학습을 수행하는 것이 특징인 라이더센서를 이용한 전기차 폐배터리의 해체로봇 자동화 분해시스템.
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