KR20100002709A - 회전형 작업 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 로봇은 평행하게 배열된 복수의 장애물들 위를 수평방향으로 가로지르면서 위치하는 이송유닛과, 이송유닛에 수직방향으로 승강 가능하게 설치되는 제1암과, 제1암에 회전 및 신축 가능하게 설치되는 제2암과, 제2암에 신축 가능하게 설치되는 신축암을 포함한다. 제2암은 상기 수평방향 및 상기 수직방향과 각각 직각을 이루는 방향을 회전중심으로 하여 회전한다. 이러한 로봇에 의하면, 블라스팅 또는 도장 등의 작업 시에 장애물들과 간섭되지 않으면서도 넓은 동작범위를 얻을 수 있다.

선박, 이중선체, 로봇, 회전, 신축, 블라스팅, 도장

Description

회전형 작업 로봇{Robot having rotatable arm}

본 발명은 선박과 같은 구조물을 건조할 때 사용되는 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 제조 시 블라스팅이나 도장 등과 같은 작업을 수행하기 위한 로봇에 관한 것이다.

선박에 있어 이중 선체(double hull) 구조는 선저 또는 선측 부분이 파괴되는 경우에 있어서, 선저 내부로의 침수를 막을 수 있고, 선저의 강도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공간 활용도도 좋고 배의 중심이 낮아져 선체 안정성이 증가하는 등의 이점을 가지고 있다.

이러한 이중 선체 구조의 장점 때문에, 최근 이중 선체 구조를 가지는 선박의 건조 물량이 증가하고 있다. 그러나, 이중 선체의 선저부는 복잡한 골조 구조를 가지기 때문에, 그 제작 과정을 자동화하는 데에는 여러 가지 어려움이 있게 된다.

도 1에는 이중 선체 구조를 구성하는 이너 버텀 블록(inner bottom block)의 사시도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 이중 선체 구조를 구성하는 이너 버텀 블록(1)은, 넓은 철판으로 이루어진 하판(bottom plate)(3) 상에 T자 형의 단면형상을 가지는 복수 개의 론지(longi)(2)가 소정의 간격으로 서로 평행하게 용접 설치되는 구조를 가진다. 여기에 철판으로 이루어진 웹 플로어(web floor)(5) 및 거더(girder)(4)가 상기 하판(3) 상에 수직하게 설치됨으로써, 도 1에 도시된 것과 같은 이너 버텀 블록(1)이 완성된다.

이러한 이너 버텀 블록(1)을 제작함에 있어서는, 먼저 상기 하판(3), 론지(2), 웹 플로어(5) 및 거더(4)들을 서로 가용접하여 전체적인 형태를 만든 다음, 주용접을 실시하는 방식으로 제작하는 것이 일반적이다. 종래에는 주로 크레인에 의하여 자동 용접장치를 이동시키면서 용접 작업을 행하였다.

한편, 도 2에는 도 1a에 도시된 이너 버텀 블록에 상판이 결합된 형태의 더블 버텀 블록(Double Bottom Block)의 사시도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 더블 버텀 블록(8)은 상하좌우가 모두 폐쇄되어 있다. 따라서, 더블 버텀 블록(8)에 대해서는 크레인을 사용하여 용접작업을 수행하는 것이 불가능하다. 이러한 문제 때문에, 현재는 작업자가 직접 더블 버텀 블록(8)의 내부로 들어가서 용접 작업을 수작업으로 수행하고 있다.

그러나, 더블 버텀 블록(8) 내부의 공간은 매우 어둡고, 막힌 공간 내에서 용접 작업이 이루어지므로 용접 열기와 용접 과정에서 발생되는 가스로 인해 작업자가 작업하기에 열악하다.

한편, 이중 선체 구조를 제작하는 과정에서는 상기 이너 버텀 블록(1) 및 더블 버텀 블록(8)에 대한 용접 이외에도, 그라인딩, 블라스팅(blasting), 또는 도장 등의 작업이 수행되어야 한다.

종래에는 이러한 작업에 필요한 각종 장비를 크레인을 이용하여 상기 이너 버텀 블록(1) 내부로 투입하여야 하는 불편함이 있었다. 그리고, 상기 더블 버텀 블록(8) 내부로는 크레인을 사용하여 장비들을 투입할 수 없기 때문에 작업자가 상기 개구부를 통하여 직접 장비를 투입하고, 작업자가 직접 내부에 들어가서 수작업으로 각종 작업들을 수행할 수밖에 없었다. 그러나, 그라인딩, 블라스팅, 그리고 도장 작업에서 발생하는 각종 먼지, 가스, 냄새 등으로 인해 내부의 작업공간은 매우 열악하여 작업자의 건강을 해치기 쉽다는 문제점이 있다.

최근에는, 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 이너 버텀 블록(1)은 물론 더블 버텀 블록(8) 내에서, 용접 작업, 그라인딩, 블라스팅, 그리고 도장 작업을 로봇에 의해 수행하는 기술이 개발되고 있다.

특히, 도장이나, 그의 전처리 작업으로서 블라스팅 작업을 하는 경우, 이너 버텀 블록(1)과 더블 버텀 블록(8) 내부에서 웹 플로어(web floor)(5)와 거더(girder)(4)와 같이 높이가 높은 구조물들 전체 면적에 작업을 수행하여야 하므로, 동작 시 구조물들과 간섭되지 않으면서도 넓은 동작 범위를 가질 수 있는 로봇이 필요하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 이중 선체 구조 내부와 같이 장애물들이 설치된 공간에서 동작 시 장애물들과 간섭되지 않으면서도 넓은 동작범위를 가지는 로봇을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 평행하게 배열된 복수의 장애물들 위를 수평방향으로 가로지르면서 위치하는 이송유닛과, 상기 이송유닛에 수직방향으로 승강 가능하게 설치되는 제1암과, 상기 제1암에 회전 및 신축 가능하게 설치되는 제2암을 포함하며, 상기 제2암의 회전 중심은 상기 수평방향 및 상기 수직방향과 각각 직각을 이루는 방향인 것을 특징으로 하는 로봇을 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1암은, 상기 이송유닛에 고정되는 수직 플레이트와, 수직방향으로 연장되며, 상기 수직 플레이트에 승강 가능하게 결합되는 제1암 본체와, 상기 제1암 본체를 승강시키기 위한 제1암 승강용 모터를 포함한다.

또한, 상기 제1암은, 상기 제1암 본체의 상단부에 회전 가능하게 설치되는 구동 스프로켓과, 상기 제1암 본체의 하단부에 회전 가능하게 설치되는 종동 스프로켓과, 상기 구동 스프로켓 및 종동 스프로켓에 감겨진 체인을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 구동 스프로켓은 상기 제1암 승강용 모터에 연결되고, 상기 체인 의 일측은 상기 수직 플레이트에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2암은, 상기 제1암과 나란하게 수직하게 연장되는 제2암 본체와, 상기 제1암에 고정되며, 상기 제2암 본체에 연결되어 상기 제2암 본체를 회전 구동하는 회전 모터와, 상기 제2암 본체를 승강시키는 제2암 승강용 모터를 포함한다.

또한, 상기 제2암은, 상기 제2암 본체의 배면에 상기 제2암과 상대적으로 직선운동 가능하게 결합되는 승강 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 회전 모터는 상기 승강 플레이트에 연결되어 상기 승강 플레이트를 회전시킴으로써, 상기 제2암 본체를 함께 회전시킨다.

또한, 상기 제2암은, 상기 제2암 본체에 그 길이방향을 따라 연장하여 설치된 랙과, 상기 랙과 맞물리며, 상기 제2암 승강용 모터에 의해 회전 구동되는 피니언을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2암 승강용 모터는 상기 승강 플레이트에 고정된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇은 상기 제2암에 신축 가능하게 설치되는 신축암을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제2암은, 상기 제2암 본체의 길이방향을 따라 상기 제2암 본체의 정면 및 배면을 감싸면서 선회 가능하게 설치되는 체인을 더 포함할 수 있으며, 상기 체인의 상기 제2암 본체 정면쪽에는 상기 신축암이 결합되며, 상기 체인의 상기 제2암 본체 배면쪽에는 상기 승강 플레이트가 결합된다.

본 발명에 의하면, 이중 선체 구조와 같이 내부에 장애물들이 있는 작업공간에서, 제2암이 제1암에 대하여 회전함과 함께 신축가능하게 연결되어 있으므로, 블라스팅 또는 도장 등의 작업 시에 장애물들과 간섭되지 않으면서도 넓은 동작범위를 가지는 로봇을 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇은, 복수의 론지(2a, 2b) 위를 가로질러 안착되는 이송유닛(100)과, 이송유닛(100)에 직선이동 및 승강운동 가능하게 설치되는 제1암(10)과, 제1암(10)에 회전 및 신축 가능하게 설치되는 제2암(20)을 구비한다. 제2암(20)의 선단에는 블라스팅이나 도장 등의 작업을 위한 다관절형의 매니퓰레이터(manipulator)(50)가 연결된다.

이송유닛(100)은 복수의 론지(2a, 2b) 위에 안착되는 하부몸체(110)와, 하부몸체(110) 위에 수평방향(X축 방향)으로 직선이동 가능하게 설치되는 상부몸체(120)로 이루어진다. 상부몸체(120)와 하부몸체(110)가 서로 상대적으로 수평방향을 따라 직선이동 함으로써, 이송유닛(100) 전체가 론지(2a, 2b)들을 가로지르면서 수평방향으로 이동하게 된다. 상부몸체(120)와 하부몸체(110)가 서로 상대 이동하는 구성은, 일반적인 직선운동 시스템(linear motion system)에 의해 이루어질 수 있는 것으로서, 여기에서는 구체적인 설명은 생략한다.

제1암(10)은 상부몸체(120)에 수평방향으로의 직선이동 및 수직방향(Z축 방 향)으로의 승강운동 가능하게 결합된다. 구체적으로, 상부몸체(120)의 상면에는 베이스 플레이트(121)가 수평방향으로 직선이동 가능하게 설치되며, 이 베이스 플레이트(121)에 제1암(10)이 승강 가능하게 결합된다.

도면에 구체적으로 도시하지는 않았지만, 베이스 플레이트(121)는 모터(122)의 구동에 따라서, 랙(rack)과 피니언(pinion)에 의한 동력 전달 시스템, 또는 볼 스크류(ball screw)와 볼 너트에 의한 동력 전달 시스템과 같은 공지된 동력 전달 시스템을 통하여 상부몸체(120) 상에서 수평방향으로 직선 이동한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1암(10)은, 베이스 플레이트(121)의 측면에 결합되는 수직 플레이트(13)와, 수직방향으로 연장되며 수직 플레이트(13)에 상대적으로 직선운동(승강운동) 가능하게 결합되는 제1암 본체(11)와, 제1암 본체(11)를 수직 플레이트(13)에 대하여 상대적으로 직선운동시키기 위한 제1암 승강용 모터(15)를 구비한다.

제1암 본체(11)에는 상단과 하단에 각각 구동 스프로켓(16)과 종동 스프로켓(17)이 설치되어 있고, 구동 및 종동 스프로켓(16, 17)에는 체인(18)이 감겨져 있다. 구동 스프로켓(16)은 제1암 승강용 모터(15)에 연결되어 구동된다. 그리고, 체인(18)의 한쪽 열에는 수직 플레이트(13)가 연결된다.

제1암 승강용 모터(15)에 의하여 구동 스프로켓(16)이 회전하면, 체인(18)이 수직방향으로 움직이게 된다. 이 때, 체인(18)의 한 쪽 열에 연결된 수직 플레이트(13)는 베이스 플레이트(121)를 통하여 이송유닛(100)에 고정되어 있으므로, 상대적으로 제1암 본체(11)가 수직방향으로 상승 또는 하강하게 된다.

제1암 본체(11)와 수직 플레이트(13) 사이의 원활한 상대 운동을 안내하기 위하여, 제1암 본체(11)에는 가이드 레일(19)이 설치되고, 수직 플레이트(13)에는 가이드 레일(19)에 결합되는 가이드 블록(미도시)이 설치된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2암(20)은 수직방향으로 연장된 제2암 본체(21)와, 제2암 본체(21)를 수평방향 및 수직방향과 각각 직각을 이루는 방향(Y축 방향)을 중심으로 회전시키기 위한 회전 모터(22)와, 제2암 본체(21)를 제1암(10)에 대하여 상대적으로 승강시키기 위한 제2암 승강용 모터(23)를 구비한다.

제2암 본체(21)의 배면(제1암과 대향하는 면)에는 승강 플레이트(25)가 제2암 본체(21)를 따라 상대적으로 직선이동 가능하게 설치되어 있다. 회전 모터(22)는 감속기(24)를 통하여 승강 플레이트(25)에 연결되며, 감속기(24)는 제1암(10)의 상단부에 결합된다. 즉, 회전 모터(22)는 감속기(24)를 통하여 제1암(10)에 고정되는 것이다.

이와 같이 회전 모터(22)는 제1암(10)에 고정되어 있으므로, 회전 모터(22)가 구동되면, 그 회전 구동력이 감속기(24)를 통하여 승강 플레이트(25)에 전달되어, 승강 플레이트(25)가 회전 모터(22)를 중심으로 회전하고, 그에 따라 제2암 본체(21)도 회전하게 된다. 즉, 회전 모터(22)의 구동에 의하여 제2암(20)은 Y축 방향을 회전중심으로 하여 제1암(10)에 대하여 회전하게 된다.

한편, 제2암 승강용 모터(23)는 승강 플레이트(25)에 고정되어, 회전 모터(22) 구동 시에 승강 플레이트(25)와 함께 회전하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2암 본체(21)에는 그 길이방향을 따라 랙(rack)(41)이 연장하여 설치되어 있으며, 제2암 승강용 모터(23)에는 랙(41)과 맞물리는 피니언(42)이 연결된다. 따라서, 제2암 승강용 모터(23)가 구동되면, 랙(41)이 회전하면서 피니언(42)을 수직방향으로 이동시킴으로써 제2암(20) 전체가 제1암(10)에 대하여 상대적으로 직선운동(승강운동) 하게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 로봇은, 제2암(20)에 신축 가능하게 설치된 신축암(30)을 더 구비한다.

신축암(30)은 제2암 승강용 모터(23)의 구동에 의하여 제2암(20)으로부터 신장 또는 수축된다. 이를 위하여, 제2암 본체(21)에는 상단과 하단에 각각 2개 씩의 스프로켓(43)이 소정 간격을 두고 나란하게 설치되어 있고, 이들 스프로켓(43)에는 2개의 체인(45)이 제2암 본체(21)를 길이방향으로 앞뒤로 감싸면서 결합된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 체인(45)의 제2암 본체(21)의 배면 쪽에 위치하는 부분에는 승강 플레이트(25)가 결합되고, 체인(45)의 제2암 본체(21)의 전면 쪽에 위치하는 부분에는 신축암(30)이 결합된다.

제2암 승강용 모터(23)의 구동에 의하여 제2암 본체(21)가 승강운동을 하면, 승강 플레이트(25)는 상대적으로 제2암 본체(21)와 반대방향으로 직선 운동하는 효과가 발생한다. 따라서, 제2암 승강용 모터(23)의 동력은 승강 플레이트(25)를 통하여 체인(45)으로 전달되어 체인(45)이 스프로켓(43)들 사이를 순환함으로써, 승강 플레이트(25) 반대쪽의 신축암(30)은 제2암(20)에 대하여 승강운동을 하면서 신축된다.

결과적으로, 제2암 승강용 모터(23)가 구동되면, 제2암(20)이 승강 운동함과 동시에 신축암(30)도 제2암(20)에 대하여 신축되는 것이다.

본 실시예에서, 매니퓰레이트(50)는 신축암(30)의 선단에 설치되어 있으며, 3축의 관절들을 가지는 구성으로 되어 있다. 그러나, 매니퓰레이트(50)의 구성은 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라 더 많은 관절들을 가질 수 있다.

이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 로봇의 암들의 신축 및 회전 동작을 설명한다.

먼저, 본 발명의 로봇이 론지(2a, 2b)위에 안착된 상태에서, 론지(2a, 2b) 아래쪽 영역에 블라스팅 또는 도장 작업을 행하는 경우, 도 3에서와 같이 제1암 승강용 모터(15)의 구동에 의하여 제1암(10)이 하강하여 매니퓰레이터(50)를 작업 대상 영역에 위치시킨다.

다음으로, 론지(2a, 2b) 위쪽의 영역에 블라스팅 또는 도장 작업을 행하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1암 승강용 모터(15)의 구동에 따라 제1암(10)은 이송유닛(100) 위쪽으로 최대한 상승된다.

그런 다음, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 모터(22)의 구동에 의하여, 제2암(20)이 회전 모터(22)를 중심으로 180도 회전함으로써 매니퓰레이터(50)는 론지(2a, 2b) 위쪽으로 향하게 된다.

이후, 제2암 승강용 모터(23)가 구동되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 제2암(20)이 상승하여 제1암(10)으로부터 신장됨과 동시에 신축암(30)이 제2암(20)으로부터 신장됨으로써, 매니퓰레이터(50)는 최대 높이까지 상승된다. 따라서, 론지(2a, 2b) 위쪽의 높은 영역까지 블라스팅 또는 도장 작업 등을 행할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제2암(20)이 제1암(10)에 대하여 회전하면서 매니퓰레이터(50)의 상하 위치를 바꾸고, 또한 제2암(20)이 제1암(10)에 대하여 승강운동을 하면서 신축됨으로써, 좁은 공간 내에서 주변 구조물들과 간섭되지 않으면서 블래스팅이나 도장 등과 같은 작업을 원활하게 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 이중 선체 구조를 구성하는 오픈 타입 이너 버텀 블록(open type inner bottom block)의 사시도이다.

도 2는 이중 선체 구조를 구성하는 더블 버텀 블록(double bottom block)의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇의 정면측 사시도이다.

도 4는 제1암의 일부분을 분해하여 나타낸 배면측 사시도이다.

도 5는 제2암의 배면측 사시도이다.

도 6은 제2암의 일부분을 분해하여 나타낸 사시도.

도 7은 제2암의 개략적인 측단면도이다.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 로봇의 동작을 순차적으로 나타낸 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2a, 2b : 론지 10 : 제1암

11 : 제1암 본체 13 : 수직 플레이트

15 : 제1암 승강용 모터 16 : 구동 스프로켓

17 : 종동 스프로켓 18 : 체인

20 : 제2암 21 : 제2암 본체

22 : 회전 모터 23 : 제2암 승강용 모터

30 : 신축암 41 : 랙

42 : 피니언 100 : 이송유닛

Claims (8)

1. 평행하게 배열된 복수의 장애물들 위를 수평방향으로 가로지르면서 위치하는 이송유닛;

   상기 이송유닛에 수직방향으로 승강 가능하게 설치되는 제1암; 및

   상기 제1암에 회전 및 신축 가능하게 설치되는 제2암을 포함하며,

   상기 제2암의 회전 중심은 상기 수평방향 및 상기 수직방향과 각각 직각을 이루는 방향인 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1암은,

   상기 이송유닛에 고정되는 수직 플레이트;

   수직방향으로 연장되며, 상기 수직 플레이트에 승강 가능하게 결합되는 제1암 본체;

   상기 제1암 본체를 승강시키기 위한 제1암 승강용 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1암은,

   상기 제1암 본체의 상단부에 회전 가능하게 설치되는 구동 스프로켓;

   상기 제1암 본체의 하단부에 회전 가능하게 설치되는 종동 스프로켓; 및

   상기 구동 스프로켓 및 종동 스프로켓에 감겨진 체인을 더 포함하며,

   상기 구동 스프로켓은 상기 제1암 승강용 모터에 연결되고, 상기 체인의 일측은 상기 수직 플레이트에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2암은,

   상기 제1암과 나란하게 수직하게 연장되는 제2암 본체;

   상기 제1암에 고정되며, 상기 제2암 본체에 연결되어 상기 제2암 본체를 회전 구동하는 회전 모터; 및

   상기 제2암 본체를 승강시키는 제2암 승강용 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제2암은,

   상기 제2암 본체의 배면에 상기 제2암과 상대적으로 직선운동 가능하게 결합되는 승강 플레이트를 더 포함하며,

   상기 회전 모터는 상기 승강 플레이트에 연결되어 상기 승강 플레이트를 회전시킴으로써, 상기 제2암 본체를 함께 회전시키는 것을 특징으로 하는 로봇.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2암은,

   상기 제2암 본체에 그 길이방향을 따라 연장하여 설치된 랙;

   상기 랙과 맞물리며, 상기 제2암 승강용 모터에 의해 회전 구동되는 피니언을 더 포함하며,

   상기 제2암 승강용 모터는 상기 승강 플레이트에 고정되는 것을 특징으로 하는 로봇.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제2암에 신축 가능하게 설치되는 신축암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제2암은,

   상기 제2암 본체의 길이방향을 따라 상기 제2암 본체의 정면 및 배면을 감싸면서 선회 가능하게 설치되는 체인을 더 포함하며,

   상기 체인의 상기 제2암 본체 정면쪽에는 상기 신축암이 결합되며, 상기 체인의 상기 제2암 본체 배면쪽에는 상기 승강 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇.

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