KR102457268B1 - 로봇 충격 안전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착된 골격 고정부; 상기 골격 고정부의 외측면을 감싸는 안전 커버부; 및 상기 골격 고정부와 상기 안전 커버부 사이에 배치되되, 상기 안전 커버부로 가해지는 외부로부터의 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상의 충격 센싱부를 포함하는 로봇 충격 안전 장치에 관한 것이다.

Description

로봇 충격 안전 장치{SAFETY IMPACTK APPARATUS FOR ROBOT}
본 발명은, 로봇 충격 안전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 로봇에 가해지는 충격을 흡수하며 접촉되는 힘의 크기와 방향을 파악할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업 현장에서는 조인트와 관절 링크를 이용하여 다관절로 형성되어 소정의 공정을 수행하는 로봇 장치가 널리 사용되고 있다.
이러한 로봇 장치는 작업의 효율성을 높여주고 인간이 작업하기에 어려운 극한 환경에서도 작업이 가능하도록 하였다.
로봇 장치의 동작에 있어서 중요한 요소 중 하나는 사람 또는 물체와 로봇이 인접하거나 동일한 공간에서 작업을 하는 경우 로봇이 사람 또는 물체와 충돌하는 경우에 안전성의 확보이다.
기존의 로봇 장치는 단순히 제어회로 상의 전류의 흐름을 측정하여 딱딱한 로봇 외피로 인해 충돌 시에 사람 또는 물체에 상해를 입히거나 손상을 줄 수 있었다.
또한, 로봇과 사람 또는 물체와 접촉이 일어날 수 있는 분야에서는 로봇의 작동을 제어하는 소프트웨어적인 안전성 뿐만 아니라 직접적으로 접촉하는 하드웨어 적인 안전성을 확보할 필요성이 있다.
종래 기술의 경우 탄성력을 가진 재질의 커버를 적용하여 로봇에 가해지는 충격을 흡수 한 후에 로봇의 동작의 여부를 결정하는 스위치 기능만으로 적용하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2001-0039351호(2001.05.15.공개)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 로봇에 가해지는 충격을 흡수하고, 가해지는 힘의 크기와 외력의 방향을 파악할 수 있는 로봇 안전 충격 안전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 로봇 충격 안전 장치는, 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착된 골격 고정부(100); 상기 골격 고정부(100)의 외측면을 감싸는 안전 커버부(500); 및 상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 배치되되, 상기 안전 커버부(500)로 가해지는 외부로부터의 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상의 충격 센싱부(300)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 하나 이상의 상기 충격 센싱부(300)가 감지하여 측정하는 충격과 미리 정해진 상기 골격 고정부(100)의 형상 정보로부터 상기 안전 커버부(500)에 가해지는 충격 정보를 연산하여 로봇을 제어하는 충격 제어부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충격 센싱부(300)는, 1 내지 6 자유도를 갖는 변위센서(310A); 및 상기 변위센서(310A)을 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이에서 연결시키는 탄성유닛(330A)을 포함하는 탄성 변위체(300A)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 충격 센싱부(300)는, 'T'바 형상의 가로유닛(310B); 및 상기 가로유닛(310B)에 결합되어 연장되는 지주유닛(330B)을 포함하는 벤딩 변위체(300B)이며,
상기 벤딩 변위체(300B)에서, 상기 가로유닛(310B)과 상기 지주유닛(330B)이 서로 수직하게 벤딩되도록 구성되며, 상기 가로유닛(310B)이 벤딩되는 부분 및 상기 지주유닛(330B)이 벤딩되는 부분에 변위센서가 각각 결합될 수 있다.
바람직하게는, 다수의 상기 가로유닛(310B) 및 다수의 상기 지주유닛(330B)으로 구성된 상기 벤딩 변위체(300B)는 1 내지 6 자유도를 가지며, 상기 다수의 가로유닛(310B) 중 어느 하나의 가로유닛(310B)이 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉하며, 상기 다수의 지주유닛(330B) 중 어느 하나의 지주유닛(330B)이 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉될 수 있다.
바람직하게는, 상기 충격 센싱부(300)는, 단위 토션 변위체(300C)이거나, 또는 다수의 상기 단위 토션 변위체(300C)가 서로 상하 방향으로 연장된 상태 또는 서로 수직 방향으로 연장된 상태로 결합되어 상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 위치되는 결합 토션 변위체(300C)이며,
상기 결합 토션 변위체(300C)는 1 내지 6 자유도를 갖을 수 있다.
바람직하게는, 상기 단위 토션 변위체(300C)는, 상기 안전 커버부(500) 또는 골격 고정부(100)와 나란하게 접촉하는 중공 기둥 형상이며, 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 하우징 유닛(310C); 및 상기 하우징 유닛(310C)과 결합하여 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)와 접촉하는 지지 유닛(330C)을 포함할 수 있다.
바람직하게는,상기 충격 센싱부(300)는, 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 축방향의 비틀림을 측정하는 제1 단위 토션 변위체(310D); 상기 제1 단위 토션 변위체(310D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 제2 단위 토션 변위체(330D); 및 상기 제1 단위 토션 변위체(310D)와는 비동축선 상에서 이격하여 수직하되, 상기 제2 단위 토션 변위체(330D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 제3 단위 토션 변위체(350D)와, 상기 제3 단위 토션 변위체(350D)를 지지하는 컨택유닛(370)을 포함하는 결합 토션 변위체(300D)일 수 있다.
본 발명의 실시 예들은, 로봇에 가해지는 충격을 흡수하고, 가해지는 충격의 크기와 외력의 방향을 측정하여 접촉하는 사람의 의도 또는 물체의 이동을 파악하고, 순응형 로봇 안전 커버로서 힘-토크 센서의 역할과 로봇에 작업 교시 목적으로도 활용할 수 있다.
도 1은 로봇 충격 안전 장치를 전체적으로 표현한 개념도이다.
도 2는 안전 커버부가 로봇의 외부 골격과 결합하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄성 변위체의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 벤딩 변위체의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단위 토션 변위체의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토션 어셈블리의 구성도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 로봇 충격 안전 장치(10)를 전체적으로 표현한 개념도이며, 도 2는 안전 커버부(500)가 로봇의 외부 골격과 결합하는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄성 변위체(300A)의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 벤딩 변위체(300B)의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단위 토션 변위체(300C)의 구성도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 결합 토션 변위체(300D)의 구성도이다.
이하에서 도 1에서 로봇 충격 안전 장치(10)에 대해서 전체적으로 설명한 후에 도 2 내지 도 6에 도시된 상세 구성에 대해서 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 로봇 충격 안전 장치(10)는, 골격 고정부(100), 안전 커버부(500), 충격 센싱부(300)를 포함한다.
산업 현장에서는 조인트와 관절 링크를 이용하여 하나 이상의 관절로 형성되고 말단에 공구를 비롯하여 다양한 장치가 추가 설치되어 소정의 공정을 수행하는 로봇 장치가 널리 사용되고 있다.
관절 링크는 하나 이상으로 커플링 연결되어 인간의 관절과 유사하게 로봇 관절을 형성한다. 이때, 베이스와 관절 링크 사이 또는 이웃하는 두 개의 관절 링크 사이에는 조인트를 형성하게 되는데, 조인트에는 액츄에이터가 형성되어 다양한 운동을 할 수가 있다.
예를 들어, 액츄에이터의 설계에 따라서 조인트를 중심으로 관절 링크가 회전 운동을 하도록 하거나, 관절 링크의 축을 중심으로 회전 운동을 하도록 하거나, 실린더형 액츄에이터를 이용하여 직선 운동을 하도록 제작될 수가 있다.
말단에 위치하는 관절 링크의 단부에는 물체의 파지, 용접, 조립 등 로봇의 사용 목적에 따라서 다양한 장치들이 장착될 수가 있다.
먼저, 골격 고정부(100)는, 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착 가능하다.
골격 고정부(100)의 하부에는 배선이 위치할 수 있으며, 관절 링크를 보호할 수 있고 안전 커버부(500)의 임의의 위치에 가해지는 힘이 전달할 수 있도록 강성 또는 연성의 재질로 원기둥형 형태나 사각형 형태 등 로봇의 외부 골격을 감쌀 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 골격 고정부(100)는 로봇의 외부 골격을 축 방향으로 감쌀 수 있는 슬리브(sleeve) 형태로도 제작이 될 수 있다.
골격 고정부(100)를 사용함으로써 현재의 로봇의 구조를 변형하지 않고 로봇 충격 안전 장치(10)의 사용이 가능하다.
안전 커버부(500)는 외부로부터의 충격이 로봇으로 전해지며, 골격 고정부(100)의 외측면을 감싸는 방식으로 형성될 수 있다.
충격 센싱부(300)는 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이에 배치되되, 외력에 의한 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상으로 배치될 수 있으며, 나아가 충격 센싱부(300)가 탄성체를 포함하는 경우 그러한 탄성체가 변형되면서 외력에 의한 충격을 흡수할 수 있는 추가적인 기능을 발휘할 수 있다. 다양한 실시예에 대해서는 후술할 예정이다.
도 1에서 예시로 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명에서 사용되는 충격 센싱부(300)는, 변위센서로써 서로 직교하는 xyz 3축 방향의 힘(fx, fy, fz)과 토크(mx, my,mz)를 측정할 수 있는, 1 내지 6자유도를 갖는 변위체일 수 있다.
즉, 충격 센싱부(300)와 안전 커버부(500), 골격 고정부(100)의 기구적인 관계를 통해 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500)의 상대적 위치와 자세(오리엔테이션)의 파악이 가능한 것이다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 원기둥 형태의 골격 고정부(100)를 감싸도록 3개로 분리되는 형태의 안전 커버부(500)가 일 실시예로 도시되어 있으며, 도 2의 (b)는 육면체 형태의 골격 고정부(100)를 감싸도록 4개로 분리되는 형태의 안전 커버부(500)가 일 실시예로 도시되었다.
안전 커버부(500)에 대한 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 국한되지 않고 로봇의 외부 골격의 축 원주 방향으로 하나 이상으로 형성되는 다양한 형태의 변형 실시예가 가능하다 할 것이다.
안전 커버부(500)의 세부 부품 형태는 도시된 개수에 한정되는 것은 아니며, 반드시 일정한 간격을 가지고 일정한 형태의 커버가 사용되어야 하는 것은 아니며, 다양한 배열과 형태의 커버가 사용될 수 있다.
안전 커버부(500)는 내부에 위치하는 배선 등을 포함할 수도 있으며 관절 링크를 보호할 수 있도록 하고 로봇의 외관이 깔금하게 보일 수 있도록 하는 역할을 한다.
안전 커버부(500)의 민감도(sensitivity)는 접촉 면적과는 무관하며 미리 정해진 일정 이상의 충격만 가해진다면 정상적으로 작동이 가능하다.
여기에서 민감도는 임의의 수준의 자극에 따라 반응하는 컴포넌트를 통치하여 의미한다.
또한, 안전 커버부(500)는 충격을 일차적으로 흡수하는 기능을 하여 사람 또는 물체에 가해지는 심각한 상해를 방지할 수 있으며, 국소 부위에 압력이 가해지는 것을 분산할 수 있는 연성의 재질로 구성될 수도 있다.
추가적으로 안전 커버부(500)는, 로봇과 로봇에 인접한 사람 또는 물체가 충돌하여 충격이 로봇으로 전해지는 경우 사람과 주변의 작업자에게 소리와 조명으로 충돌을 알려주는 알람유닛(미도시)을 포함 할 수 있다.
즉, 로봇과 사람 또는 물체와 충돌하는 경우 사람에게 위험성을 시각과 청각으로 알려주기 위해서 소리와 조명으로 알람을 주는 것으로, 발광 다이오드(LED)와 스피커 등이 예로서 적용될 수 있다.
한편, 로봇 충격 안전 장치(10)는, 하나 이상의 충격 센싱부(300)가 감지하여 측정하는 충격과 미리 정해진 골격 고정부(100)의 형상 정보로부터 안전 커버부(500)에 가해지는 충격 정보를 연산하여 로봇을 제어하는 충격 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
충격 제어부(미도시)의 기능은 미리 정해진 골격 고정부(100)의 형상 정보와 충격 센싱을 통해서 충격 정보를 연산하고, 안전을 위해서 로봇의 동작을 멈추게 하거나, 앞서 설명한 알람유닛(미도시)을 동작시켜 사람에게 위험성을 시각과 청각으로 알려줄 수 있다.
충격 제어부(미도시)는 데이터를 저장하는 메모리 및 데이터를 연산하는 CPU와 같은 연산 장치로 구성될 수 있음은 자명하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예로서 충격 센싱부(300)에 적용될 수 있는 형태에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 충격 센싱부(300)는, 변위센서(310A)와 탄성유닛(330A)을 포함할 수 있다.
변위센서(310A)는 1 내지 6 자유도에 따른 외력의 방향을 측정할 수 있다. 즉, 각각의 위치가 서로 다른 다수의 변위센서(310A)에 측정된 다수의 센싱값을 취합하여 외부에서 안전 커버부(500) 가해지는 외력의 방향을 측정할 수 있다.
충격 센싱부(300)는 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이 임의의 지점에 위치하며, 하나 이상으로 배치되어 안전 커버부(500)로부터 전달되는 외력의 방향을 측정한다.
탄성체의 변형을 이용하는 방식에서는 변형량 자체를 검출하는 것과, 변형으로 인한 물리적 효과를 이용하는 것, 변형으로 인한 진동수의 변화를 이용하는 것 등이 있다.
여기에는 엔코더와 스트레인 게이지가 결합된 형태로도 적용될 수 있으며, 엔코더는 모터의 회전속도, 방향 등을 감지하는 융합센서를 의미하며 스트레인 게이지는 물체가 외력으로 변형될 때 등에 변형을 측정하는 측정기를 말하며, 물체에 부착시켜 측정한다. 이에 대해서는 로봇 분야의 통상의 기술자가 잘 알고 있는 내용이므로 상세 설명은 생략하기로 한다.
충격 제어부(미도시)는 탄성 변위체(300A)에서 측정한 측정값으로부터 탄성유닛(330A)의 탄성계수 등을 반영하여 안전 커버부(500)에 가해지는 외력의 크기와 방향을 계산할 수가 있다.
골격 고정부(100), 안전 커버부(500) 및 탄성 변위체(300A)의 기하학적 형상에 관한 정보를 파악할 수가 있다면, 탄성 변위체(300A)에서 측정한 측정값으로부터 탄성유닛(330A)의 탄성계수 등을 반영하여 안전 커버부(500)에 가해지는 외력의 크기 및 방향과, 안전 커버부(500) 표면에 가해지는 외력 사이의 관계를 기하학적으로 매칭하는 것이 가능하다.
따라서, 안전 커버부(500)의 임의의 위치에 외력이 가해지더라도, 충격 제어부(미도시)는 탄성 변위체(300A)에서 측정한 측정값으로부터 계산된 외력의 방향과 크기 및 골격 고정부(100), 안전 커버부(500) 및 탄성 변위체(300A)의 기하학적 형상을 반영하여 안전 커버부(500)에 인가되는 외력의 크기 또는 외력의 방향 또는 외력이 인가되는 위치를 빠르고 정확하게 파악할 수가 있다.
변위센서(310A)는 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이의 중앙 이외에도 다양한 지점에서 일정한 거리를 두고 많은 수로 설치된다면 패턴을 분석하는 기능으로 좀 더 명확한 외력의 크기와 방향성에 대한 정보를 쉽게 파악할 수 있다.
변위센서(310A)는 안전 커버부(500) 상 임의의 위치에 힘이 인가될 때 안전 커버부(500)가 강성의 재질로 이루어진다면 힘을 잘 전달할 수 있을 것이며, 연성의 재질로 이루어진다면 사람과의 충돌 시에 충격을 감소시킬 수 있는 장점이 있으며, 강성 또는 연성의 재질에 상관없이 충격 제어부(미도시)에 이에 대한 데이터를 미리 입력한다면 보정하여 계산이 이루어질 수 도 있을 것이다.
변위량이 큰 충격 센싱부(300)인 경우, 안전 커버부(500)가 외부로부터 가해지는 충격을 흡수하여 충격을 완화하며 로봇에 하드웨어적인 안정성을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 충격 제어부(미도시)는 탄성 변위체(300A)로써 측정한 측정값을 기초로 실제로 안전 커버부(500)에 인가된 외력의 크기와 방향 및 외력이 인가되는 위치를 포함하는 외력의 정보를 계산할 수 있다.
그리고 탄성 유닛(330A)은 변위센서(310A)를 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이에서 연결시키는 역할을 한다.
탄성 유닛(330A)은 외력에 의하여 변형을 일으킨 물체가 외력이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질인 탄성을 지닌 물체를 말하는 것으로, 본 실시예에서는 스프링이 예시적으로 적용되었으나 고유한 탄성계수를 지녀 연산이 이루어질 수 있는 다양한 탄성체들이 적용될 수 있음은 자명하다.
즉, 변위센서(310A)를 통하여 측정된 외력의 방향과 기설정된 탄성계수 등을 반영하여 외력의 힘과 모멘트의 크기 및 방향을 특정 가능하다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 충격 센싱부(300)는, 벤딩 변위체(300B)로 구성될 수 있다.
벤딩 변위체(300B)는 'T'바 형상의 가로유닛(310B) 및 가로유닛(310B)에 결합되어 연장되는 지주유닛(330B)을 포함할 수 있다. 벤딩 변위체(300B)에서, 가로유닛(310B)과 지주유닛(330B)이 서로 수직하게 벤딩되도록 구성되며, 가로유닛(310B)이 벤딩되는 부분 및 지주유닛(330B)이 벤딩되는 부분에 변위센서가 결합할 수 있다.
벤딩 변위체(300B)가 하나의 가로유닛(310B)과 하나의 지주유닛(330B)로 구성된 경우, 안전 커버부(500) 또는 골격 고정부(100)와 나란하게 형성되어 접촉하는 'T'바 형상의 가로유닛(310B)과, 가로유닛(310B)에 결합되어 연장되며 골격 고정부(100) 또는 안정 커버부(500)에 접촉하는 지주유닛(330B)을 포함할 수 있다.
즉, 가로유닛(310B)이 안전 커버부(500)에 접촉되는 경우 지주유닛(330B)은 골격 고정부(100)에 접촉되도록 구성될 수 있거나, 가로유닛(310B)이 골격 고정부(100)에 접촉되는 경우에는 지주유닛(330B)이 안전 커버부(500)에 접촉될 수 있다.
이러한 벤딩 변위체(300B)에서는 가로유닛(310B)과 지주유닛(330B)이 서로 수직하게 벤딩되도록 구성될 수 있으며, 가로유닛(310B)이 벤딩되는 부분 및 지주유닛(330B)이 벤딩되는 부분에 변위센서가 각각 결합될 수 있다.
안전 커버부(500)와 나란하게 형성되어 접촉하는 경우, 가로유닛(310B)은 안전 커버부(500)에 가해지는 외력을 광범위하게 센싱할 수 있도록 구멍이 뚫린 벽돌 모양으로 형성될 수 있으며, 벽돌 모양의 가로부를 지지하는 세로부에 형성된 오목부에 변위센서가 부착되어 벤딩을 측정할 수 있다.
또한, 마찬가지로 가로유닛(310B)과 결합하는 지주유닛(330B)은 가로유닛(310B)에 부착되는 변위센서의 방향과 엇갈리는 다른 방향(바람직하게는 수직 방향)으로의 벤딩을 측정하도록 변위센서가 부착될 수 있다. 이렇게 한다면 2 자유도를 갖는 벤딩 변위체(300B)로써 외력의 방향과 크기가 측정될 수 있다.
어느 하나의 벤딩 변위체(300B)는 2 자유도를 갖지만, 안전 커버부(500))와 골격 고정부(100) 사이에 이러한 벤딩 변위체(300B)가 서로 위치를 달리하여 배치되는 바, 결국 다수의 벤딩 변위체(300B)에 의해 전체적으로 1 내지 6 자유도를 갖을 수 있다.
벤딩 변위체(300B)는 다수의 가로유닛(310B) 및 다수의 지주유닛(330B)으로 구성될 수 있고, 이에 따라 벤딩 변위체(300B)는 1 내지 6 자유도를 가질 수 있다.
이러한 경우, 다수의 가로유닛(310B)과 다수의 지주유닛(330B)이 서로 결합된 상태에서, 다수의 가로유닛(310B) 중 어느 하나의 가로유닛(310B)이 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉하며, 다수의 지주유닛(330B) 중 어느 하나의 지주유닛(310B)이 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉될 수 있다.
이러한 다수의 가로유닛(310B) 및 지주유닛(330B)으로 구성된 벤딩 변위체(300B)에서 변위센서의 결합, 가로유닛(310B)의 형상, 벽돌 모양의 가로부를 지지하는 세로부에 형성된 오목부에 결합된 변위센서로써의 벤딩 측정에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
또한, 가로유닛(310B)과 결합하는 지주유닛(330B)은 가로유닛(310B)에 부착되는 변위센서의 방향과 엇갈리는 다른 방향(바람직하게는 수직 방향)으로의 벤딩을 측정하도록 변위센서가 부착될 수 있다. 이러한 상태의 다수의 가로유닛(310B) 및 다수의 지주유닛(330B)이 결합된 상태라면 이러한 상태의 벤딩 변위체(300B)는 1 내지 6 자유도를 가지면서 외력의 방향과 크기가 측정될 수 있다.
마찬가지로, 다수의 벤딩 변위체(300B)가 안전 커버부(500))와 골격 고정부(100) 사이에서 서로 위치를 달리하여 다수로 배치되는 경우, 결국 다수의 벤딩 변위체(300B)에 의해 마찬가지로 전체적으로 1 내지 6 자유도를 갖을 수 있다.
결국, 1 내 6 자유도에 따른 외력의 방향이 측정될 수 있으며, 이에 더하여 골격 고정부(100), 안전 커버부(500) 및 벤딩 변위체(300B)의 기하학적 형상, 벤딩 변위체(300B)의 강도 또는 기설정된 벤딩 변위체(300B)의 단위 벤딩값(일정한 정도의 벤딩을 단위 벤딩으로 기설정하는 등) 등을 반영하여 외력의 방향이나 크기가 측정될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 충격 센싱부(300)는, 단위 토션 변위체(300C)이거나, 또는 다수의 단위 토션 변위체(300C)가 서로 상하 방향으로 연장된 상태 또는 서로 수직 방향으로 연장된 상태로 결합되어 골격 고정부(100)와 안전 커버부(500) 사이에 위치되는 결합 토션 변위체일 수 있다.
이 경우, 후술한 바와 같이 단위 토션 변위체(300C)는 2 자유도를 갖지만, 이러한 단위 토션 변위체(300C)가 다수로 서로 연장되어 결합된 경우, 이러한 다수의 단위 토션 변위체(300C)가 결합된 결합 토션 변위체는 1 내지 6 자유도를 갖을 수 있다. 결국, 1 내 6 자유도에 따른 외력의 방향이 측정될 수 있으며, 이에 더하여 골격 고정부(100), 안전 커버부(500) 및 단위 토션 변위체(300C)의 기하학적 형상, 단위 토션 변위체(300C)의 강도 또는 기설정된 단위 토션 변위체(300C)의 단위 토션값(일정한 정도의 토션을 단위 토션으로 기설정하는 등)이나 단위 벤딩값(일정한 정도의 벤딩을 단위 벤딩으로 기설정하는 등) 등을 반영하여 외력의 방향이나 크기가 측정될 수 있음은 물론이다.
단위 토션 변위체(300C)는, 하우징 유닛(310C)과 지지 유닛(330C)을 포함한다. 하우징 유닛(310C)은 안전 커버부(500) 또는 골격 고정부(100)와 나란하게 접촉하는 중공 기둥 형상이며, 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하며, 지지 유닛(330C)은 하우징 유닛(310C)과 결합하여 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)와 접촉한다.
즉, 하우징 유닛(310C)이 안전 커버부(500)에 접촉되는 경우 지지 유닛(330C)은 골격 고정부(100)에 접촉되도록 구성될 수 있거나, 하우징 유닛(310C)이 골격 고정부(100)에 접촉되는 경우에는 지지 유닛(330C)이 안전 커버부(500)에 접촉될 수 있다.
중공 기둥 내부에 변위센서가 위치하며, 축 방향으로의 돌기에 외력이 불균일하게 가해져 뒤틀림이 일어나는 경우 이러한 뒤틀림이 변위센서에 의해 측정된다. 구체적으로 변위센서와 변위센서와 일정한 간격을 두고 위치된 자석 사이에서, 지지 유닛(330C)이 정위치한 상태에서 하우징 유닛(310C)이 어느 방향으로 이동됨에 따라(그 반대의 경우도 가능함), 변위센서와 자석의 위치의 변화에 따른 자력의 변화를 변위센서에서 측정됨에 따라 비틀림이 측정될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서 충격 센싱부(300)는, 결합 토션 변위체(300D)로 구성될 수 있다. 상술한 단위 토션 변위체(300C)가 다수로 결합된 결합 토션 변위체(300D)의 일실시예이다. 즉, 결합 토션 변위체(300D)는 앞서 설명한 도 5의 단위 토션 변위체(300C)를 3개의 축으로 구성한 것으로 이해할 수 있다.
즉, 결합 토션 변위체(300D)는 제1 단위 토션 변위체(310D), 제2 단위 토션 변위체(330D), 제3 단위 토션 변위체(350D), 컨택유닛(370)을 포함한다.
제1 단위 토션 변위체(310D)는, 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 축방향의 비틀림을 측정한다.
제2 단위 토션 변위체(330D)는, 제1 단위 토션 변위체(310D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정한다.
그리고 제3 단위 토션 변위체(350D)는, 제1 단위 토션 변위체(310D)와는 비동축선 상에서 이격하여 수직하며, 제2 단위 토션 변위체(330D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정한다.
컨택유닛(370)은 제3 단위 토션 변위체(350D)를 지지하며 접촉력이 전달될 수 있으며, 제3 단위 토션 변위체(350D)로부터 연장되며 원기둥과 원기둥에 결합되는 육면체로 형성되어 안전 커버부(500)와 접촉할 수 있다.
단위 토션 변위체(300C)는 상술한 바에 따른다.
즉, 이렇게 제1, 제2, 제3의 단위 토션 변위체(310D,330D,350D)가 3개의 축(예시적으로 X축, Y축, Z축)을 형성하여 직교하여 토션이 이루어지는 상태에서, 다수의 결합 토션 변위체(300D)가 서로 위치를 달리하여 배치는 경우, 결국 전체적으로 1 내 6 자유도에 따른 외력의 방향이 측정될 수 있으며, 이에 더하여 골격 고정부(100), 안전 커버부(500) 및 단위 토션 변위체(300C)의 기하학적 형상, 단위 토션 변위체(310D,330D,350D)의 강도 또는 기설정된 단위 토션 변위체(310D,330D,350D)의 단위 토션값(일정한 정도의 토션을 단위 토션으로 기설정하는 등)이나 단위 벤딩값(일정한 정도의 벤딩을 단위 벤딩으로 기설정하는 등) 등을 반영하여 외력의 방향이나 크기가 측정될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이 로봇 충격 안전 장치(10)를 사용하게 된다면 로봇의 동작 중에 가해지는 인간으로의 충격을 보호하기 위해 로봇 주위를 펜스로 둘러싸지 않아도 되는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 로봇 충격 안전 장치
100 : 골격 고정부 300 : 충격 센싱부
500 : 안전 커버부

Claims (8)

  1. 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착된 골격 고정부(100);
    상기 골격 고정부(100)의 외측면을 감싸는 안전 커버부(500); 및
    상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 배치되되, 상기 안전 커버부(500)로 가해지는 외부로부터의 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상의 충격 센싱부(300)를 포함하며,
    상기 충격 센싱부(300)는,
    'T'바 형상의 가로유닛(310B); 및 상기 가로유닛(310B)에 결합되어 연장되는 지주유닛(330B)을 포함하는 벤딩 변위체(300B)이며,
    상기 벤딩 변위체(300B)에서, 상기 가로유닛(310B)과 상기 지주유닛(330B)이 서로 수직하게 벤딩되도록 구성되며, 상기 가로유닛(310B)이 벤딩되는 부분 및 상기 지주유닛(330B)이 벤딩되는 부분에 변위센서가 각각 결합되는 로봇 충격 안전 장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    다수의 상기 가로유닛(310B) 및 다수의 상기 지주유닛(330B)으로 구성된 상기 벤딩 변위체(300B)는 1 내지 6 자유도를 가지며,
    상기 다수의 가로유닛(310B) 중 어느 하나의 가로유닛(310B)이 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉하며,
    상기 다수의 지주유닛(330B) 중 어느 하나의 지주유닛(330B)이 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)에 접촉되는 로봇 충격 안전 장치(10).
  3. 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착된 골격 고정부(100);
    상기 골격 고정부(100)의 외측면을 감싸는 안전 커버부(500); 및
    상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 배치되되, 상기 안전 커버부(500)로 가해지는 외부로부터의 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상의 충격 센싱부(300)를 포함하며,
    상기 충격 센싱부(300)는,
    단위 토션 변위체(300C)이거나, 또는 다수의 상기 단위 토션 변위체(300C)가 서로 상하 방향으로 연장된 상태 또는 서로 수직 방향으로 연장된 상태로 결합되어 상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 위치되는 결합 토션 변위체(300C)이며,
    상기 결합 토션 변위체(300C)는 1 내지 6 자유도를 갖는 로봇 충격 안전 장치(10).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단위 토션 변위체(300C)는,
    상기 안전 커버부(500) 또는 골격 고정부(100)와 나란하게 접촉하는 중공 기둥 형상이며, 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 하우징 유닛(310C); 및
    상기 하우징 유닛(310C)과 결합하여 상기 골격 고정부(100) 또는 안전 커버부(500)와 접촉하는 지지 유닛(330C)을 포함하는 로봇 충격 안전 장치(10).
  5. 하나 이상의 링크로 형성되는 로봇의 외부 골격에 장착된 골격 고정부(100);
    상기 골격 고정부(100)의 외측면을 감싸는 안전 커버부(500); 및
    상기 골격 고정부(100)와 상기 안전 커버부(500) 사이에 배치되되, 상기 안전 커버부(500)로 가해지는 외부로부터의 충격을 감지하여 측정하는 하나 이상의 충격 센싱부(300)를 포함하며,
    상기 충격 센싱부(300)는,
    중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 축방향의 비틀림을 측정하는 제1 단위 토션 변위체(310D);
    상기 제1 단위 토션 변위체(310D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 제2 단위 토션 변위체(330D); 및
    상기 제1 단위 토션 변위체(310D)와는 비동축선 상에서 이격하여 수직하되, 상기 제2 단위 토션 변위체(330D)의 일측에서 축방향과 수직하게 결합하되 중공 기둥 형상 내부에 변위센서가 위치하여 비틀림을 측정하는 제3 단위 토션 변위체(350D)와, 상기 제3 단위 토션 변위체(350D)를 지지하는 컨택유닛(370)을 포함하는 결합 토션 변위체(300D)인 로봇 충격 안전 장치(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 충격 센싱부(300)가 감지하여 측정하는 충격과 미리 정해진 상기 골격 고정부(100)의 형상 정보로부터 상기 안전 커버부(500)에 가해지는 충격 정보를 연산하여 로봇을 제어하는 충격 제어부를 더 포함하는 로봇 충격 안전 장치(10).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010039351A (ko) 1999-10-30 2001-05-15 윤덕용 로봇 테스트 방법
JP2007011857A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Toyota Motor Corp 自律移動型ロボット及び自律移動型ロボットの制御方法
KR20210043795A (ko) * 2019-10-11 2021-04-22 한국기계연구원 로봇의 외력 센싱 구조

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