KR102621468B1 - 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템에 관한 것으로, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 교반하여 토출하는 교반부, 교반부가 토출한 재료를 수용하는 용기, 용기를 받쳐주고 용기에 수용된 재료를 냉각시키는 냉각부, 용기가 안착된 냉각부를 직선 이송하는 이송부, 이송부가 이송한 용기의 재료에 거품발생봉을 투입 후 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 거품발생부 및 교반부의 교반 제어, 냉각부의 냉각 제어, 이송부의 이송 제어, 거품발생부의 회전 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 일정 시간 및 일정 온도에서 교반하고, 일정 온도에서 냉각시키면서 거품발생봉을 이용하여 일정 시간동안 일정 속도로 미세 거품을 발생시킴으로써 품질의 균일화 및 생산의 자동화가 가능하다. 이를 통해 제품의 불량률을 현저히 낮춤으로써 원자재 낭비를 최소화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 일정 시간 및 일정 온도에서 교반하고, 일정 온도에서 냉각시키면서 거품발생봉을 이용하여 일정 시간동안 일정 속도로 미세 거품을 발생시킴으로써 품질의 균일화 및 생산의 자동화가 가능하다. 이를 통해 제품의 불량률을 현저히 낮춤으로써 원자재 낭비를 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 이용하여 수술 또는 외상으로 인해 손상된 혈관의 출혈을 신속하고 효과적으로 지혈하도록 도와주는 스펀지 타입의 지혈용품인 흡수성 체내용 지혈용품을 자동으로 생산할 수 있는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법에 관한 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[부처명] 대구광역시, [연구관리 전문기관] (재)대구기계부품연구원, [연구사업명] 2023년 로봇산업 가치사슬 확장 및 상생시스템 구축사업, [연구과제명] 협동로봇 기반의 흡수성체내용지혈용품(STANFOAM) 생산자동화 시스템 개발, [기여율] 1/1, [주관기관] ㈜멘티스, [참여기업] ㈜라온솔루션, [연구기간] 2023. 08.11. ~ 2023.10.31
흡수성 체내용 지혈용품은 4등급 의료기기로 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 이용하여 수술 또는 외상으로 인해 손상된 혈관의 출혈을 신속하고 효과적으로 지혈하도록 도와주는 스펀지 타입의 지혈용품이다.
도 1을 참고하면, 스펀지 타입의 지혈용품 생산 공정은 배합, 미세거품화, 충진, 동결건조, 포장순으로 진행된다.
배합 공정은 젤라틴과 카올린을 일정시간 동안 배합한다.
젤라틴(Gelatin)은 혈소판을 활성화시켜 응집하는 역할을 하며 응집된 혈소판(Platelet)이 피브린(Fibrin)과 결합하면서 출혈을 멈추는 데 도움이 된다. 카올린(Kaolin)은 지혈 작용을 향상시키는 데 사용되는 물질 중 하나이다. 카올린은 혈액 응고 인자 Factor XII를 활성화시켜 혈액 응고 기전을 유도하고 트롬빈(Thrombin)이 피브린(Fibrin) 생성을 유도한다. 이러한 지혈 메커니즘은 외상이나 수술 후에 혈액 손실을 제한하는 데 중요하다.
따라서 젤라틴과 카올린의 조합은 혈액 응고를 촉진하고 출혈을 제어하기 위한 효과적인 지혈 작용을 가능하게 한다. 이러한 성분은 수술 및 외상 상황에서 중요한 의료 장비로 사용되며, 출혈을 빠르게 차단하는 데 기여한다.
미세거품화 공정은 배합 공정 후 거품기를 이용하여 액체 상태의 배합액 전체를 미세거품 형태로 만드는 단계이다.
미세거품을 내는 공정은 현재 수작업으로 진행되며 작업자에 따라 완제품의 품질이 상이하며 제품의 균일화가 어렵고 불량률이 높은 문제가 있다.
도 2를 참고하면, 미세거품화 공정에서 미세한 거품이 규칙적으로 형성되지 못한 경우 표면에 매끄럽지 못한 표면 다공성 불량품이 발생할 수 있으며, 배합액이 상하로 잘 섞이지 못하게 되면 상부층만 거품화 되어 동결 건조 시 하부 액체가 얼어 층 분리 현상이 발생한다.
결국, 거품화가 되지 않은 액체 상태의 배합액 또는 미세거품화가 되지 못한 큰 거품들은 동결 건조 후 제품의 상태 및 모양을 균일하지 않게 한다.
따라서 젤라틴과 카올린 정량 비율로 배합하여 액체 상태의 배합액 전체를 거품기를 이용해 일정 속도로 미세 거품화 할 수 있는 생산 시스템이 필요하며, 바이러스 불활화 공정을 위하여 높은 온도에서 배합된 젤라틴과 카올린 배합액을 빠르게 거품화 시키기 위해서는 냉각장치를 이용하여 온도를 낮춘 후 미세거품화 공정을 시킬 수 있는 생산시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡수성 체내 지혈용품으로 사용되는 젤라틴과 카올린을 일정 속도로 배합하여 미세 거품을 발생시키고, 미세 거품화 시 거품의 원활한 발생과 품질 향상을 위해 일정 시간 동안 일정 온도에서 냉각시키는 모든 프로세스를 자동화 처리하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 중앙에 6자유도 모션제어로봇을 구비하고, 나머지 교반, 냉각, 이송 시스템을 모션제어로봇의 양측에 동일하게 병렬로 구성한 생산 자동화 시스템을 구성함으로써 흡수성 체내용 지혈용품을 빠르게 생산할 수 있는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 교반하여 토출하는 교반부, 교반부가 토출한 재료를 수용하는 용기, 용기를 받쳐주고 용기에 수용된 재료를 냉각시키는 냉각부, 용기가 안착된 냉각부를 직선 이송하는 이송부, 이송부가 이송한 용기의 재료에 거품발생봉을 투입 후 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 거품발생부 및 교반부의 교반 제어, 냉각부의 냉각 제어, 이송부의 이송 제어, 거품발생부의 회전 제어를 수행하는 제어부를 포함하여 구성된다.
교반부에 투입되는 재료는 젤라틴과 카올린을 70 ~ 90℃에서 30분 ~ 1시간 30분 동안 배합한 것을 투입하는 것이 바람직하다.
구체적으로 교반부는 교반 모터, 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 담는 교반용 호퍼, 교반 모터에 축 결합되어 회전하며 교반용 호퍼에 담긴 재료를 교반하는 교반봉 및 교반용 호퍼의 하부 배출구를 열고 닫는 용액 토출 실린더를 포함한다.
그리고 제어부는 교반 모터를 작동시켜 교반봉을 회전시키고 사전에 설정된 시간이 지나면 용액 토출 실린더를 제어하여 교반용 호퍼의 하부 배출구를 열어주도록 한다.
구체적으로 냉각부는 용기의 바닥면을 받쳐주는 열전소자를 이용한 냉각판 및 용기의 냉각판에 안착 여부를 감지하는 센서부를 포함하고, 상기 제어부는 센서부에서 용기의 안착 감지 신호를 받으면 전원을 공급하여 냉각판을 작동시키도록 한다.
이송부는 직교로봇으로 구성되며, 직교로봇에는 냉각부의 케이스 저면이 고정 설치되고, 상기 제어부는 교반부에서 토출한 후 일정 시간이 지나면 이송부가 냉각부를 직선 이송하도록 제어하여 냉각부가 거품발생부 위치에 오도록 하고, 거품발생부의 거품발생봉을 투입 후 일정 시간 동안 정속 회전시켜 미세 거품 발생 작업이 완료되면 거품발생봉을 제거하고 이송부가 냉각부를 직선 이송하도록 제어하여 용기가 안착된 냉각부가 작업 완료 위치에 오도록 한다.
용기가 작업 완료 위치에 도착하면 작업자가 용기를 꺼내서 미세 거품화 된 재료를 몰드에 붓는다(충진). 그런 다음 동결건조와 포장작업을 거치게 된다.
구체적으로 거품발생부는 거품발생봉, 다 방향으로 이동 및 회전이 가능한 모션제어로봇, 거품발생봉과 결합되어 거품발생봉을 회전시키는 모터 및 모터를 수용하며 모션제어로봇에 체결되는 로봇체결부를 포함한다.
그리고 모션제어로봇은 중앙에 위치한 상태에서 제어부의 제어 신호에 따라 이동 및 회전 제어를 수행하고, 모션제어로봇을 기준으로 좌측에는 제1 교반부, 제1 용기, 제1 냉각부 및 제1 이송부가 위치하고, 우측에는 제2 교반부, 제2 용기, 제2 냉각부 및 제2 이송부가 위치하며, 제어부의 제어에 따라 모션제어로봇 좌측의 설정된 위치로 제1 용기가 이동하면 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키며, 제어부의 제어에 따라 모션제어로봇 우측의 설정된 위치로 제2 용기가 이동하면 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다.
이러한 구조를 통해 미세거품 자동 생산 프로세스의 병렬처리가 가능하여 좋은 품질의 흡수성 체내용 지혈용품을 더욱 빠른 속도로 생산할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음의 단계로 구성된다.
먼저, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 일정시간 동안 교반하여 토출한다(제1 단계). 토출된 재료를 하부에 위치한 용기에 담아서 냉각시킨다(제2 단계). 냉각 중인 재료를 담은 용기를 거품발생을 위해 이송시킨다(제3 단계). 이송된 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다(제4 단계). 미세 거품 발생 작업이 끝난 용기를 작업 완료 위치로 이송시킨다(제5 단계). 마지막으로, 작업 완료 위치에서 용기가 제거된 후 새로운 용기가 감지되면 제1 단계의 교반하여 토출되는 재료를 새로운 용기에 담을 수 있도록 해당 위치로 이송시킨다(제6 단계).
구체적으로 제4 단계는 다 방향으로 이동 및 회전이 가능한 모션제어로봇이 중앙에 위치한 상태에서 모션제어로봇 좌측의 설정된 위치로 재료를 담은 제1 용기가 이동하면 모션제어로봇에 체결된 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키며, 모션제어로봇 우측의 설정된 위치로 재료를 담은 제2 용기가 이동하면 모션제어로봇에 체결된 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다.
이러한 구조를 통해 미세거품 자동 생산 프로세스의 병렬처리가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 일정 시간 및 일정 온도에서 교반하고, 일정 온도에서 냉각시키면서 거품발생봉을 이용하여 일정 시간동안 일정 속도로 미세 거품을 발생시킴으로써 품질의 균일화 및 생산의 자동화가 가능하다.
이를 통해 제품의 불량률을 현저히 낮춤으로써 원자재 낭비를 최소화할 수 있다.
시스템의 중앙에는 중앙에 6자유도 모션제어로봇을 구비하고, 나머지 교반, 냉각, 이송 시스템을 모션제어로봇의 양측에 동일하게 병렬로 구성한 생산 자동화 시스템을 구성함으로써 기존 대비 생산량을 두 배 이상 상승시킬 수 있다.
그리고 미세 거품화 공정 시 미세한 거품이 규칙적으로 생성되어 충진 공정에서 몰드의 모서리까지 거품이 고르게 분포되어 동결 건조 후 제품의 모양이 균일하고 상품성이 향상된다.
도 1은 종래 스펀지 타입의 지혈용품 생산 공정을 나타낸다.
도 2는 종래 미세 거품화 공정 불량 유형을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템의 사시도(a)와 평면도(b)이다.
도 4는 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c), 사시도(d)이다.
도 5는 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 구성하는 교반부의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c)이다.
도 6은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 구성하는 냉각부의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c)이다.
도 7은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 이용하여 생산한 흡수성 체내용 지혈용품을 몰드에 부어 충진한 모습을 나타낸 사진이다.
도 2는 종래 미세 거품화 공정 불량 유형을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템의 사시도(a)와 평면도(b)이다.
도 4는 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c), 사시도(d)이다.
도 5는 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 구성하는 교반부의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c)이다.
도 6은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 구성하는 냉각부의 정면도(a), 평면도(b), 측면도(c)이다.
도 7은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템을 이용하여 생산한 흡수성 체내용 지혈용품을 몰드에 부어 충진한 모습을 나타낸 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그리고, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇 몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
[협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템]
도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 의한 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템(700)은 교반부(100), 용기(200), 냉각부(300), 이송부(400), 거품발생부(500) 및 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 거품발생부(500)와 제어부(600)를 제외한 교반부(100), 용기(200), 냉각부(300), 이송부(400)는 두 개씩 구성되어 병렬의 동시 생산이 가능하도록 구성한다.
즉, 젤라틴과 카올린을 70 ~ 90℃에서 30분 ~ 1시간 30분 동안 배합한 원재료를 두 개의 교반부(100a, 100b)에 각각 투입한다. 두 개의 교반부(100a, 100b)는 동시에 교반을 수행한다. 일정 시간동안 교반 후 하부의 배출구를 통해 배합된 재료를 토출한다.
토출된 재료는 각각의 용기(200a, 200b)에 담긴다.
용기(200a, 200b)는 냉각부(300a, 300b)에 올려진 상태로 이송부(400a, 400b)를 통해 각각 이송된다. 이 때 냉각부(300a, 300b)는 용기(200a, 200b)를 냉각시켜 가열된 재료를 식혀준다.
재료가 뜨거우면 거품이 잘 발생하지 않으며 제품의 품질에 문제가 발생하기 때문에 80℃에서 가열된 원재료를 식혀줘야 한다.
냉각부(300a, 300b)는 용기(200a, 200b)를 냉각시켜 가열된 재료를 식혀주고 동시에 이송을 시작한다. 냉각부(300a, 300b)는 거품을 발생시키기 위해 거품발생부(500) 위치로 이송된다.
거품발생부(500)는 6자유도 모션제어로봇(520)과 거품발생봉(미도시)을 이용하여 먼저 이송된 용기(200a, 200b)에 거품발생봉을 투입하고 일정 시간동안 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다.
일정 시간동안 미세거품을 발생시킨 다음 거품발생봉을 제거하며, 냉각부(300a, 300b)는 용기(200a, 200b)를 작업 완료 위치로 이송시킨다.
작업 완료 위치에 이송되면 작업자는 용기(200a, 200b)에 담긴 재료를 몰드에 부어 충진작업, 동결건조, 포장의 나머지 작업을 진행한다.
그리고 거품발생부(500)는 6자유도 모션제어로봇(520)과 거품발생봉을 이용하여 나중에 이송된 용기(200a, 200b), 즉 반대쪽의 용기(200a, 200b)에 거품발생봉을 투입하고 일정 시간동안 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다.
위에서 작업 완료 위치에 이송된 용기(200a, 200b)를 빼내고 새로운 용기(200a, 200b)를 냉각부(300a, 300b)에 올려 놓으면 센서가 이를 감지하고 교반되어 토출된 재료를 수용할 수 있는 위치로 다시 이송시킨다. 해당 위치에서 대기하다가 교반부(100a, 100b)가 토출한 재료를 수용하면 재료를 냉각시키면서 거품발생부(500) 위치로 이송시킨다.
상기의 모든 제어는 제어부(600)가 자동으로 제어하며, 제어부(600)의 제어를 통해 병렬로 동시 생산이 가능하게 된다.
도 5를 참고하면, 교반부(100)는 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 교반하여 토출하도록 구성된다. 교반하는 시간은 재료의 점도에 따라 다른데 일반적으로 5 ~ 10분 동안 교반하여 토출하다.
상기에서 설명한 바와 같이 교반부(100)는 좌, 우 양측에 두 개의 교반부(100a, 100b)로 구성되어 각각 독립적으로 동작한다.
젤라틴(Gelatin)은 동물의 가죽, 힘줄 및 연골 등을 구성하는 천연 단백질인 콜라겐로부터 얻어지는 유도 단백질의 일종으로서, 투명한 색상을 띄며, 젤라틴 표면의 다중 흡수공이 자연적인 응고를 유도하는 효소의 활성화를 통해 혈소판의 분열을 촉진시켜 신속한 지열작용을 돕는다.
이러한 젤라틴은 액체에 함침시키면 수분을 흡수해 부풀고, 액체에 함침시켜 가열하면 녹아서 교질의 졸(Sol) 상태가 되어 점성이 증가하며, 냉각되면 굳어져 겔(Gel) 상태를 형성한다.
카올린(kaolin)은 천연으로 생산되는 함수규산 알루미늄, 백색 또는 유백색의 분말로서, 화학 성분은 Al2Si2O5(OH)4에 납석이 포함된다.
이러한 카올린은 혈액 내에 존재하는 혈장 단백질 가운데 Factor XII(하게만 인자, Hageman Factor)와 접촉하여 상호작용을 통해 혈액 응고를 촉진할 수 있다.
그리고, 카올린은 Factor XII, Factor XI(혈장트롬보플라스틴 전구물질, Thromboplastin Antecedent), 프리칼리크레인(Prekallikrein) 등을 활성화시켜 변형을 일으키는 역할을 한다.
특히, Factor XII가 활성화에 관여하며, 카올린으로 인해 Factor XII의 혈장성분인 칼리크리엔의 민감도가 증가되어 활성화 속도를 상당히 가속화시켜 혈액응고를 촉진시키고, 상처의 지혈 효과를 향상시킬 수 있다.
용기(200)는 교반부(100)가 토출한 재료를 수용하며, 일반적으로 비커를 사용한다.
냉각부(300)는 용기(200)를 받쳐주고 용기(200)에 수용된 재료를 냉각시킨다. 냉각부(300)의 냉각 온도는 제어부(600)에서 설정 가능하며 영하 50도에서 영상 110도까지 설정 가능하나, - 5 ~ 6℃의 범위로 설정하여 사용하는 것이 바람직하다.
냉각부(300)는 두 개의 냉각부(300a, 300b)로 구성되며, 용기(200)도 각 냉각부(300a, 300b)에 안착되는 두 개의 용기(200a, 200b)로 구성된다.
이송부(400)는 제1 용기(200a)가 안착된 제1 냉각부(300a)를 직선 이송하는 제1 이송부(400a)와 제2 용기(200b)가 안착된 제2 냉각부(300b)를 직선 이송하는 제2 이송부(400b)로 구성된다. 제1 이송부(400a)와 제2 이송부(400b)는 제어부(600)의 제어에 의해 각각 동작하며, 직교로봇으로 구성된다.
거품발생부(500)는 이송부(400)가 이송한 용기(200)의 재료에 거품발생봉을 투입 후 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다.
거품발생봉의 회전 속도는 미세 거품의 발생에 영향을 미친다. 회전 속도가 너무 느리면 거품이 충분히 발생하지 않고, 회전 속도가 너무 빠르면 거품이 터지거나 균열이 생길 수 있다.
일반적으로, 젤라틴과 카올린으로 구성된 재료에 미세 거품을 발생시키기 위해서는 회전 속도를 10,000 rpm 이상으로 설정하는 것이 적당하다.
거품발생봉의 회전 시간은 미세 거품의 양에 영향을 미친다. 회전 시간이 너무 짧으면 미세 거품이 충분히 발생하지 않기 때문에 적절한 회전 시간의 설정이 중요하다.
일반적으로, 젤라틴과 카올린으로 구성된 재료에 거품을 발생시키기 위해서는 회전 시간을 3~5분으로 설정하는 것이 적당하며, 제어부(600)를 통해 변경 설정이 가능하다.
제어부(600)는 교반부(100)의 교반 제어, 냉각부(300)의 냉각 제어, 이송부(400)의 이송 제어, 거품발생부(500)의 회전 제어를 수행한다.
교반부(100)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다.
교반부(100)는 제1 교반부(100a)와 제2 교반부(100b)의 두 개로 구성되며 각각 독립적으로 작동한다.
도 5를 참고하면, 교반 하우징(160)의 상부에 두 개의 교반 모터(110)가 설치된다. 교반 하우징(160)의 내측에는 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 담는 두 개의 교반용 호퍼(120)가 설치된다.
교반용 호퍼(120)는 양측 두 개의 호퍼 고정용 고리(150)를 이용하여 교반 하우징(160)에 고정되며, 호퍼 고정용 고리(150)를 열어서 고정상태를 해제시킨 후 그대로 들어올리면 분리 가능한 구조로 되어 있다.
교반봉(130)은 교반 모터(110)에 축 결합되어 회전하며 교반용 호퍼(120)에 담긴 재료를 교반한다.
용액 토출 실리더(140)는 교반용 호퍼(120)의 하부 배출구(121)를 열고 닫는다.
제어부(600)는 교반 모터(110)를 작동시켜 교반봉(130)을 회전시키고 사전에 설정된 시간(5~10분)이 지나면 용액 토출 실린더(140)를 제어하여 교반용 호퍼(120)의 하부 배출구(121)를 열어준다.
제어부(600)에서 설정한 교반 모터(110)의 작동 시간이 종료되면 용액 토출 실린더(140)의 로드가 전진 이동하여 하부 배출구(121)를 열어준다. 재료가 배출될 만큼 충분한 시간이 지나면 다시 용액 토출 실린더(140)의 로드가 후진 이동하여 하부 배출구(121)를 닫는다.
냉각부(300)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다.
도 4 및 도 6을 참고하면, 교반부(100)와 마찬가지로 냉각부(300)도 제1 냉각부(300a)와 제2 냉각부(300b)의 두 개로 구성되며 각각 독립적으로 작동한다.
냉각판(310)은 용기(200)의 바닥면을 받쳐주는 열전소자를 이용하여 용기(200) 및 용기(200) 내의 재료를 냉각시킨다.
열전소자는 두 개의 서로 다른 금속 또는 반도체 재료로 이루어진 소자로, 한쪽은 열을 흡수하고 다른 한쪽은 열을 방출하는 특성을 가지고 있다. 열전소자를 이용한 냉각판은 열전소자를 사용하여 열을 흡수하고, 이를 냉각판의 반대쪽으로 방출하여 냉각하는 방식이다.
케이스(330)의 상부 중앙은 용기(200)를 일정 부분 넣을 수 있도록 원형으로 개구되어 있으며 내부에는 냉각판(310)이 구비된다. 용기(200)의 절반 이상이 케이스(330)의 상부로 노출된다.
센서부(320)는 용기(200)의 냉각판(310)에 안착 여부를 감지하기 위해 광 센서로 구성되며, 케이스(330)의 측면에 구비되어 용기(200)의 안착 및 이탈 여부를 감지한다.
구체적으로, 센서부(320)는 발광부와 수광부로 구성되어 발광부에서 조사된 광이 수광부로 입사되며, 용기(200)가 안착되었을 때는 발광부에서 조사된 광이 차단되어 수광부로 입사되지 않기 때문에 용기(200)가 안착된 상태라고 인식하고, 용기(200)가 이탈되었을 때는 발광부에서 조사된 광이 수광부로 입사되어 용기(200)가 이탈된 상태라고 인식하게 된다.
제어부(600)는 센서부(320)에서 용기(200)의 안착 감지 신호를 받으면 전원을 공급하여 냉각판(310)을 작동시킨다. 냉각부(300)의 냉각 온도는 제어부(600)에서 설정 가능하며 영하 50도에서 영상 110도까지 설정 가능하나, - 5 ~ 6℃의 범위로 설정하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 이송부(400)는 직교로봇으로 구성되며, 직교로봇에는 냉각부(300)의 케이스 저면이 고정 설치된다.
교반부(100)와 마찬가지로 이송부(400)도 제1 이송부(400a)와 제2 이송부(400b)의 두 개로 구성되며 각각 독립적으로 작동한다.
제어부(600)는 교반부(100)에서 토출한 후 일정 시간이 지나면 이송부(400)가 냉각부(300)를 직선 이송하도록 제어하여 냉각부(300)가 거품발생부(500) 위치에 오도록 하고, 거품발생부(500)의 거품발생봉을 투입 후 일정 시간 동안 정속 회전시켜 미세 거품 발생 작업이 완료되면 거품발생봉을 제거하고 이송부(400)가 냉각부(300)를 직선 이송하도록 제어하여 용기(200)가 안착된 냉각부(300)가 작업 완료 위치에 오도록 한다.
거품발생봉을 투입한 후 10,000 rpm의 회전 속도로 3 ~ 5분 정도 회전하여 미세 거품을 발생시킨 후 종료되면 거품발생봉을 제거한다.
도 3을 참고하면, 작업 완료 위치란 냉각부(300)가 교반부(100)의 하부에서 시작하여 직교로봇을 타고 직선 이동하여 미세 거품을 발생시키고, 다시 직선 이동하고 마지막 위치에 도달하여 작업자가 용기(200)를 가져가도록 대기하는 위치를 말한다.
거품발생부(500)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 거품발생부(500)는 시스템의 중앙에 설치되며, 모션제어로봇(520)과 거품발생봉, 모터 및 로봇체결부로 구성된다. 거품발생봉, 모터 및 로봇체결부의 구체적인 구성에 대해서는 도시하지 않았으나, 모션제어로봇(520)의 상부에 체결되는 구성으로 아래와 같이 동작한다.
모션제어로봇(520)은 6자유도 모션제어가 가능하여 다 방향으로 이동 및 회전이 가능하다.
모션제어로봇(520)의 상부에는 모터를 수용하며 모션제어로봇(520)에 체결되는 로봇체결부를 구비한다.
로봇체결부의 안쪽에는 모터가 구비되며, 모터축에 거품발생봉이 볼트 체결된다. 모터와 모터축의 회전 시 거품발생봉이 회전한다.
거품발생봉의 단부에는 원형의 거품헤드가 구비된다.
모션제어로봇(520)은 중앙에 위치한 상태에서 제어부(600)의 제어 신호에 따라 이동 및 회전 제어를 수행한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 모션제어로봇(520)을 기준으로 좌측에는 제1 교반부(100a), 제1 용기(200a), 제1 냉각부(300a) 및 제1 이송부(400a)가 위치하고, 우측에는 제2 교반부(100b), 제2 용기(200b), 제2 냉각부(300b) 및 제2 이송부(400b)가 위치한다.
제어부(600)의 제어에 따라 모션제어로봇(520) 좌측의 설정된 위치로 제1 용기(200a)가 이동하면 모션제어로봇(520)의 움직임을 제어하여 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기(200a)의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다. 미세 거품 발생 작업이 종료되면 거품발생봉을 제거한다. 거품발생봉이 제거되면 제어부(600)는 제1 냉각부(300a)와 제1 용기(200a)를 작업 완료 위치로 이송시킨다.
그리고 제어부(600)의 제어에 따라 모션제어로봇(520) 우측의 설정된 위치로 제2 용기(200b)가 이동하면 모션제어로봇(520)의 움직임을 제어하여 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기(200b)의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다. 마찬가지로 미세 거품 발생 작업이 종료되면 거품발생봉을 제거한다. 거품발생봉이 제거되면 제어부(600)는 제2 냉각부(300b)와 제2 용기(200b)를 작업 완료 위치로 이송시킨다.
작업 완료 위치로 이송된 용기(200a, 200b)를 꺼내어 나머지 충진, 동결건조, 포장의 작업을 진행하게 된다.
도 8을 참고하면, 작업 완료 위치로 이송된 용기(200a, 200b)에 담긴 재료를 몰드에 부어서 충진한 상태를 보여준다. 몰드의 모서리까지 거품이 고르게 분포된 것을 확인할 수 있다.
[협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법]
도 7을 참고하여 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법을 설명한다. 상기에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대한 자세한 설명은 생략하였다.
먼저 교반부(100)는 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 일정시간 동안 교반하여 토출한다(S810).
냉각부(300)는 토출된 재료를 하부에 위치한 용기(200)에 담아서 냉각시킨다(S820).
이송부(400)는 냉각 중인 재료를 담은 용기(200)를 거품발생을 위해 이송시킨다(S830).
거품발생부(500)는 이송된 용기(200)의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다(S840).
이송부(400)는 미세 거품 발생 작업이 끝난 용기(200)를 작업 완료 위치로 이송시킨다(S850).
작업 완료 위치에서 용기(200)가 제거된 후 새로운 용기(200)가 감지되면 상기 제1 단계(S810)의 교반하여 토출되는 재료를 새로운 용기(200)에 담을 수 있도록 해당 위치로 이송시킨다(S860). 즉, 다시 처음 위치로 돌아가서 위 프로세스를 반복한다.
제어부(600)가 상기의 동작을 제어한다.
구체적으로 제4 단계(S840)는 제어부(600)에 의해 다음과 같이 수행된다.
다 방향으로 이동 및 회전이 가능한 모션제어로봇(520)이 중앙에 위치한 상태에서 모션제어로봇(520) 좌측의 설정된 위치로 재료를 담은 제1 용기(200a)가 이동하면 모션제어로봇(520)에 체결된 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기(200a)의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다. 미세 거품 발생 작업이 종료되면 거품발생봉을 제거한다. 거품발생봉이 제거되면 제어부(600)는 제1 냉각부(300a)와 제1 용기(200a)를 작업 완료 위치로 이송시킨다.
그리고 모션제어로봇(520) 우측의 설정된 위치로 재료를 담은 제2 용기(200b)가 이동하면 모션제어로봇(520)에 체결된 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기(200b)의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시킨다. 마찬가지로 미세 거품 발생 작업이 종료되면 거품발생봉을 제거한다. 거품발생봉이 제거되면 제어부(600)는 제2 냉각부(300b)와 제2 용기(200b)를 작업 완료 위치로 이송시킨다.
작업 완료 위치로 이송된 용기(200a, 200b)를 꺼내어 나머지 충진, 동결건조, 포장의 작업을 진행하게 된다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 교반부
110: 교반 모터
120: 교반용 호퍼
121: 하부 배출구
130: 교반봉
140: 용액 토출 실린더
150: 호퍼 고정용 고리
160: 교반 하우징
200: 용기
300: 냉각부
310: 냉각판
320: 센서부
330: 케이스
400: 이송부
500: 거품발생부
520: 모션제어로봇
600: 제어부
700: 지혈용품 생산 자동화 시스템
710: 투명 커버
110: 교반 모터
120: 교반용 호퍼
121: 하부 배출구
130: 교반봉
140: 용액 토출 실린더
150: 호퍼 고정용 고리
160: 교반 하우징
200: 용기
300: 냉각부
310: 냉각판
320: 센서부
330: 케이스
400: 이송부
500: 거품발생부
520: 모션제어로봇
600: 제어부
700: 지혈용품 생산 자동화 시스템
710: 투명 커버
Claims (10)
- 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 교반하여 토출하는 교반부;
교반부가 토출한 재료를 수용하는 용기;
용기를 받쳐주고 용기에 수용된 재료를 냉각시키는 냉각부;
용기가 안착된 냉각부를 직선 이송하는 이송부;
이송부가 이송한 용기의 재료에 거품발생봉을 투입 후 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 거품발생부; 및
교반부의 교반 제어, 냉각부의 냉각 제어, 이송부의 이송 제어, 거품발생부의 회전 제어를 수행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교반부에 투입되는 재료는 젤라틴과 카올린을 70 ~ 90℃에서 30분 ~ 1시간 30분 동안 배합한 것을 투입하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교반부는,
교반 모터;
젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 담는 교반용 호퍼;
교반 모터에 축 결합되어 회전하며 교반용 호퍼에 담긴 재료를 교반하는 교반봉; 및
교반용 호퍼의 하부 배출구를 열고 닫는 용액 토출 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제어부는 교반 모터를 작동시켜 교반봉을 회전시키고 사전에 설정된 시간이 지나면 용액 토출 실린더를 제어하여 교반용 호퍼의 하부 배출구를 열어주는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는,
용기의 바닥면을 받쳐주는 열전소자를 이용한 냉각판; 및
용기의 냉각판에 안착 여부를 감지하는 센서부;를 포함하고,
상기 제어부는 센서부에서 용기의 안착 감지 신호를 받으면 전원을 공급하여 냉각판을 작동시키는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이송부는 직교로봇으로 구성되며, 직교로봇에는 냉각부의 케이스 저면이 고정 설치되고,
상기 제어부는 교반부에서 토출한 후 일정 시간이 지나면 이송부가 냉각부를 직선 이송하도록 제어하여 냉각부가 거품발생부 위치에 오도록 하고, 거품발생부의 거품발생봉을 투입 후 일정 시간 동안 정속 회전시켜 미세 거품 발생 작업이 완료되면 거품발생봉을 제거하고 이송부가 냉각부를 직선 이송하도록 제어하여 용기가 안착된 냉각부가 작업 완료 위치에 오도록 하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 거품발생부는,
거품발생봉;
다 방향으로 이동 및 회전이 가능한 모션제어로봇;
거품발생봉과 결합되어 거품발생봉을 회전시키는 모터; 및
모터를 수용하며 모션제어로봇에 체결되는 로봇체결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 모션제어로봇은 중앙에 위치한 상태에서 제어부의 제어 신호에 따라 이동 및 회전 제어를 수행하고,
모션제어로봇을 기준으로 좌측에는 제1 교반부, 제1 용기, 제1 냉각부 및 제1 이송부가 위치하고, 우측에는 제2 교반부, 제2 용기, 제2 냉각부 및 제2 이송부가 위치하며,
제어부의 제어에 따라 모션제어로봇 좌측의 설정된 위치로 제1 용기가 이동하면 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키며,
제어부의 제어에 따라 모션제어로봇 우측의 설정된 위치로 제2 용기가 이동하면 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템.
- 생체적합성 재료인 젤라틴과 카올린을 배합한 재료를 일정시간 동안 교반하여 토출하는 제1 단계;
토출된 재료를 하부에 위치한 용기에 담아서 냉각시키는 제2 단계;
냉각 중인 재료를 담은 용기를 거품발생을 위해 이송시키는 제3 단계;
이송된 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 제4 단계;
미세 거품 발생 작업이 끝난 용기를 작업 완료 위치로 이송시키는 제5 단계; 및
작업 완료 위치에서 용기가 제거된 후 새로운 용기가 감지되면 상기 제1 단계의 교반하여 토출되는 재료를 새로운 용기에 담을 수 있도록 해당 위치로 이송시키는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 제4 단계는,
다 방향으로 이동 및 회전이 가능한 모션제어로봇이 중앙에 위치한 상태에서 모션제어로봇 좌측의 설정된 위치로 재료를 담은 제1 용기가 이동하면 모션제어로봇에 체결된 거품발생봉을 좌측으로 이동 및 회전시켜 제1 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키며,
모션제어로봇 우측의 설정된 위치로 재료를 담은 제2 용기가 이동하면 모션제어로봇에 체결된 거품발생봉을 우측으로 이동 및 회전시켜 제2 용기의 재료에 거품발생봉을 투입하고 정속 회전시켜 미세 거품을 발생시키는 것을 특징으로 하는 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230147385A KR102621468B1 (ko) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230147385A KR102621468B1 (ko) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102621468B1 true KR102621468B1 (ko) | 2024-01-11 |
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| KR1020230147385A KR102621468B1 (ko) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 협동로봇 기반의 흡수성 체내용 지혈용품 생산 자동화 시스템 및 생산 자동화 방법 |
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| KR (1) | KR102621468B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100217890B1 (ko) * | 1991-04-17 | 1999-09-01 | 모리다 가쓰라 | 자동합성장치 및 이 장치의 제어방법 |
| KR100537741B1 (ko) * | 2003-11-11 | 2005-12-19 | 주식회사 대건산업 | 관 성형장치 |
| KR101600470B1 (ko) | 2012-06-22 | 2016-03-07 | 지-메디카 엘엘씨 | 지혈 장치 |
| JP2017177244A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | キヤノン株式会社 | 組立装置、および生産ライン |
| KR102260452B1 (ko) | 2020-12-08 | 2021-06-03 | 주식회사 멘티스로지텍 | 흡수성 체내용 지혈조성물의 제조방법 및 그에 따라 제조된 지혈조성물 |
-
2023
- 2023-10-31 KR KR1020230147385A patent/KR102621468B1/ko active IP Right Grant
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