KR20140029227A

KR20140029227A - 슬립링 및 슬립링 전기 시스템

Info

Publication number: KR20140029227A
Application number: KR1020130100855A
Authority: KR
Inventors: 슈우이치 사토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-03-10
Also published as: JP2014045580A; US20140055153A1; EP2704267B1; US9465076B2; KR101704861B1; JP6116159B2; EP2704267A3; EP2704267A2

Abstract

슬립링은 외장부, 복수의 브러시, 복수의 링, 복수의 브러시가 복수의 링과 접촉하게 하고 복수의 브러시를 지지하는 브러시 고정 부재, 복수의 링에 삽입되어 복수의 링을 지지하는 회전축을 포함한다. 슬립링은 또한 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 생성 유닛 및 신호를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하는데, 기준 신호 생성 유닛, 복수의 브러시 중 하나 이상인 제1 브러시, 제1 브러시와 접촉하는 제1 링, 및 검출 유닛에 의해 회로가 형성되며, 제1 브러시와 제1 링의 접촉 상태는 검출 유닛에 의해 검출된 신호에 기초하여 검출된다.

Description

슬립링 및 슬립링 전기 시스템{SLIP RING AND SLIP RING ELECTRICAL SYSTEM}

본 발명은 슬립링에 관한 것이다.

슬립링은 예를 들어, 로봇 암(arm)의 조인트와 같은 회전 부분을 통해 하나의 부분으로부터 다른 부분으로 전력 또는 신호를 송신하기 위한 수단으로서 널리 사용되고 있다. 슬립링은 회전축 및 브러시(brush)들을 포함하며, 통상적으로 다음의 구조를 갖는다.

회전축은 전도성 물질로 형성된 링들에 삽입되고, 링들은 동축적으로 회전축에 부착되어 회전축에 의해 지지된다. 링들에는 케이블들이 연결되어 있다. 또한, 전도성 물질로 형성되어 브러시들을 고정하기 위한 브러시 고정 부재가 회전축으로부터 일정 거리에서 배열된다. 이러한 방식으로, 브러시들은 링들과 접촉하도록 고정된다.

링들 및 브러시들은 서로 접촉하며, 링들 및 브러시들이 서로에 대해 미끄러질 수 있도록 유지된다. 이러한 방식으로, 링 측과 브러시 측 중 하나로부터 입력된 전력 또는 신호가 접촉점을 통해 다른 측에 송신된다.

브러시들과 링들이 서로 접촉하고 있는 접촉점들은 항상 서로에 대해 미끄러진다. 결과적으로, 슬라이딩 표면들이 마찰 등으로 인해 열화되기 때문에, 원하는 전력 및 신호가 송신될 수 없다. 이러한 이슈에 응답하여, 일본 특허출원 공개번호 제9-28060호는 접촉 저항의 증가에 기초하여 슬라이딩 표면의 열화를 검출하고, 슬립링의 슬라이딩 접촉점 상태를 감시하고, 사용자에게 그 상태를 통지할 수 있는 감시 시스템을 설명한다. 일본 특허 공개공보 제9-28060호에 따르면, 전력 공급 회로 및 션트 저항기(shunt resistor)가 슬립링에 직렬로 연결되고, 미터 릴레이(meter relay), 시퀀서(sequencer), 및 알람 디바이스가 션트 저항기에 직렬로 연결된다. 이러한 구성을 이용하면, 슬립링의 접촉 저항이 증가할 때 일어나는 전류 값의 변화가 션트 저항기에 의해 전압으로 변환될 수 있어, 이 전압이 검출될 수 있다.

그러나, 전술한 슬립링은 슬립링과 션트 저항기 사이의 배선 저항의 변화 및 슬라이딩 표면의 열화로 인한 접촉 저항의 변화가 별도로 검출될 수 없다는 문제가 있다. 다시 말하면, 슬립링의 열화가 독립적으로 검출될 수 없다. 예를 들어, 슬립링이 산업용 로봇 암과 같은 기기의 조인트에 설치되면, 로봇 암이 동작함에 따라 배선의 피로/열화가 배선들의 구부림으로 인해 일어날 수 있다. 결과적으로, 배선 저항이 변경될 수 있다. 이에 따라, 일보 특허출원 공개공보 제9-28060호에 설명된 슬립링 감시 시스템은 슬립링의 열화와 배선의 피로/열화를 구별할 수 없다. 또한, 예를 들어, 배선의 길이가 증가하여 전원 회로로부터의 전압에 잡음이 혼합되면, 접촉 저항의 변화가 정확히 검출될 수 없다.

본 발명은 슬립링의 전기 연속성의 상태를 정확하게 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 슬립링은 외장부(exterior), 복수의 브러시, 복수의 링, 복수의 브러시가 복수의 링과 접촉하게 하고 복수의 브러시를 지지하는 브러시 고정 부재, 복수의 링에 삽입되어 복수의 링을 지지하는 회전축을 포함한다. 슬립링은 기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 생성 유닛 및 신호를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하는데, 기준 신호 생성 유닛, 복수의 브러시 중 적어도 하나인 제1 브러시, 제1 브러시와 접촉하는 제1 링, 및 검출 유닛에 의해 회로가 형성되며, 제1 브러시와 제1 링의 접촉 상태는 검출 유닛에 의해 검출된 신호에 기초하여 검출된다.

본 발명의 추가적인 특징들은 첨부된 도면을 참조한 실시예들의 다음 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 슬립링의 구성을 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 정전압 회로(constant voltage circuit)가 기준 신호 생성 유닛으로서 사용될 때 사용되는 검출 방법을 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 정전류 회로(constant current circuit)가 기준 신호 생성 유닛으로서 사용될 때 사용되는 검출 방법을 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 신호 디바이스가 기준 신호 생성 유닛으로서 사용될 때 사용되는 검출 방법을 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 스위치들이 스위칭 유닛들로 사용될 때 사용되는 연결을 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 상위 컨트롤러 및 복수의 슬립링을 포함하는 슬립링 전기 시스템을 예시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세히 설명될 것이다. 도 1a는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 슬립링(1)의 구성을 예시한다. 전도성 물질로 형성된 복수의 링(2) 및 링 절연 부재들이 대안으로서 동축적으로 회전축(7)에 부착된다. 또한, 회전축(7)의 경우, 전도성 물질로 형성된 복수의 브러시(3)가 회전축(7)으로부터 일정한 거리에 배열되며, 복수의 브러시(3)를 고정하기 위한 브러시 고정 부재(4)가 배열된다. 브러시들(3)은 링들(2)과 접촉하기 위해 배열된다. 또한, 슬립링(1)은 기준 신호를 생성하기 위한 기준 신호 생성 유닛(5) 및 슬립링(1)의 외장부(14)에 있는 기준 신호 생성 유닛(5)에 기초하여 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하기 위한 검출 유닛(6)을 포함한다. 외장부(14) 내에 더 많은 공간을 확보하기 위해, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출유닛(6)은 외장부(14)의 외벽에 배열될 수 있다. 링들 각각은 링 측 출력 케이블(12)에 연결되고, 입출력 커넥터에 연결된다.

이러한 “신호”의 예들은 브러시들(3)과 링들(2)의 접촉점들의 열화를 검출하는 데 사용되는 전류, 전압, 및 일정한 펄스 신호를 포함한다.

도 1a에서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 슬립링(1)에서, 한 쌍의 브러시 및 링이 링들 및 브러시들의 접촉점들의 상태, 다시 말해 슬라이딩 접촉점들의 전기적 연속성의 상태를 검출한다. 이하, 이러한 브러시 쌍 및 링은 각각 제1 브러시들(3a) 및 제1 링(2a)이라고 표현될 것이다. 도 1a는 제1 링(2a)의 전면 및 후면에 각각 배열된 브러시들(3a)이 제1 링(2a)과 접촉하는 구성을 예시한다.

외부 전원(8)이 슬립링(1)의 외부로부터 전압 및 전류를 입력한다. 기본적으로, 슬립링(1)은 링들(2) 또는 브러시들(3)로부터의 전력 또는 신호를 다른 링 또는 브러시에 송신하는 디바이스이다. 따라서, 전력 또는 신호의 소스로서 외부 전원(8)은 브러시들(3) 또는 링들(2)에 연결될 수 있다. 그러나, 이하 외부 전원(8)이 브러시들(3)에 연결되어 있는 구성에 기초하여 설명할 것이다.

종래의 슬립링에서와 같이, 도 1a에 있는 브러시(3) 및 링들(2)은 슬라이딩 접촉점들을 통해 전력 및 신호를 입출력한다. 반대로, 단계별로 설명될 것이지만, 제1 브러시들(3a) 및 제1 링(2a)은 회로에 포함되고, 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하기 위한 기능을 갖는다. 일반적인 슬립링은 복수의 브러시와 링을 포함하는데, 각각이 전력 또는 신호를 송수신한다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 브러시 및 링 중에 적어도 한 쌍의 브러시 및 링이 슬립링(1)의 열화를 검출하는 데 사용된다.

도 2a는 도 1a에서의 슬립링(1)의 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 기능을 갖는 부위를 주로 예시한 회로 블록도이다. 브러시들(3)은 브러시 고정 부재(4)(미도시)에 의해 고정된다. 이하, 정전압 회로(5a)를 기준 신호 생성 유닛(5)으로서 사용함으로써 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 방법이 설명될 것이다.

도 2a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 슬립링(1)은 정전압 회로(5a)를 포함하며, 정전압 회로(5a), 제1 브러시(3a), 및 제1 링(2a)을 포함하는 회로가 형성된다. 또한, 회로는 전압을 검출할 수 있는 검출기(6a)를 포함한다. 이러한 방식으로, 외부 전원(8)으로부터의 전압이 변하는 경우에도, 정전압 회로(5a)는 전압을 안정화하기 때문에, 안정된 전압이 슬라이딩 접촉점들에 공급될 수 있다. 또한, 정전압 회로(5a)가 슬립링(1) 내에 배열되기 때문에, 검출 대상으로서 슬라이딩 접촉점들까지의 거리가 최소화될 수 있다. 결과적으로, 검출 동작은 외란(disturbance)에 영향을 받지 않는다. 정전압 회로(5a)는 예를 들어, 시리즈 레귤레이터를 사용함으로써 용이하게 구성될 수 있다. 정전압 회로(5a)는 공지의 기법이기 때문에, 그에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

정전압 회로(5a)에 의해 안정화된 전압은 제1 링(2a), 제1 브러시들(3a), 및 검출기(6a)를 포함하는 회로에 공급된다. 예를 들어, 션트 저항기가 검출기(6a)로서 사용된다. 정전압 회로(5a)로부터의 전압이 V0라고 가정하면, 제1 링(2a)과 제1 브러시 쌍(3a) 사이의 슬라이딩 접촉점들의 저항값은 R1이고, 검출기(6a)의 저항값은 R2이고, 검출기(6a)의 양단 전압 V는 V = R2/(R1 + R2) × V0에 의해 계산될 수 있다. 검출기(6a)의 양단 전압 V는 아날로그-투-디지털(A/D) 컨버터(6b)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호가 상대적으로 잡음에 영향을 받지 않기 때문에, 디지털 신호가 슬립링(1)의 외부에 직접 송신되어 계산 유닛에 의해 계산될 수 있다. 대안으로서, 슬립링(1)은 디지털 신호를 프로세싱하는 계산 프로세싱 유닛(9)을 포함할 수 있다. 슬립링(1)이 계산 프로세싱 유닛(9)을 포함하면, 계산 프로세싱 유닛(9)이 슬립링(1)의 외부에 디지털 신호를 송신하지 않고 슬라이딩 접촉점들이 열화되었는지 여부를 판단할 수 있기 때문에, 슬립링(1)의 외부에 송신되는 데이터량이 감소될 수 있다.

슬라이딩 접촉점의 열화는 다음과 같이 검출된다. 제1 링(2a)과 제1 브러시들(3a)의 회전 수가 증가하면, 전도성 물질로 형성된 링(2a) 및 브러시들(3a)이 마모되기 때문에, 슬라이딩 접촉점의 저항값이 증가한다. 이에 따라, 전압 V(V = R2/(R1 + R2) × V0)를 계산하는 데 사용되는 검출기(6a) 양단의 저항 R1만이 증가한다. 그 결과, 회전 수가 증가함에 따라 전압 V가 감소된다. 도 2b는 검출기(6a)에 의해 검출된 전압 V와 회전 수 사이의 관계를 예시한다. 도 2b에 예시된 바와 같이, 회전수가 증가함에 따라, 검출 전압 V가 감소된다.

이러한 현상은 본 발명의 예시적인 실시예에 사용된다. 더 구체적으로, 임의의 전압을 임계 전압 Vr로 설정함으로써, 슬라이딩 접촉점들의 열화가 검출될 수 있다. 설정된 임계치 Vr 미만의 전압이 검출되는 경우, 슬립링(1)의 슬라이딩에 의해 접촉점들이 열화되고 있다고 판단된다. 슬립링(1)을 포함하는 전자 장치에 있는 계산 유닛에 의해 전압의 감소가 검출될 수 있으며, 사용자는 예를 들어 사용자에게 경고를 부여하는 인터페이스를 통해 슬립링(1)의 열화를 통지받을 수 있다. 이러한 구성을 이용하면, 사용자는 장치를 분해하지 않고 슬라이딩 접촉점들의 전기적 연속성의 상태를 정확하게 숙지할 수 있다. 또한, 검출 기준으로서 사용되는 전압, 전류, 또는 신호가 슬립링(1) 내부에서 생성되기 때문에, 주변 잡음의 영향이 감소될 수 있다.

종래의 기법(일본 특허출원 공개공보 제9-28060호)에서처럼, 외부 전원(8)이 기준 전압으로 직접 사용되는 방법이 있다. 그러나, 외부 전원(8)으로부터 슬립링(1)까지 긴 배선이 존재한다. 이에 따라, 배선 자체의 열화 및 외란 잡음의 유입으로 인해, 슬라이딩 접촉점들의 열화만을 적확히 검출하는 것은 어렵다. 본 발명의 예시적인 실시예는 전술한 구성을 채택함으로써 이러한 문제점을 극복한다.

이하, 제2 실시예에서, 정전류 회로(5b)를 기준 신호 생성 유닛(5)으로서 사용함으로써 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 방법이 설명될 것이다.

도 3a는 제2 실시예를 예시한다. 외부 전원(8)은 정전류 회로(5b)에 연결되며, 제1 링(2a) 및 제1 브러시들(3a)을 갖는 회로를 형성한다. 점선으로 표시된 슬립링(1) 내부 부위가 도 1a에서 외장부(14)의 내부의 구성에 대응한다. 외부 전원(8)으로부터의 전압이 변하는 경우에도, 정전류 회로(5b)는 안정된 전류를 슬라이딩 접촉점들에 항상 공급할 수 있다. 슬립링(1)에 정전류 회로(5b)를 배열함으로써, 슬립링(1)에 정전압 회로(5a)를 배열함으로써 획득되는 것과 유사한, 유리한 효과가 획득될 수 있다. 따라서, 유리한 효과에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다. 또한, 정전류 회로(5b)는 시리즈 레귤레이터, 전계 효과 트랜지스터(FET) 등에 의해 용이하게 구성될 수 있다. 정전류 회로(5b)는 공지의 기법이기 때문에, 그에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

정전류 회로(5b)에 의해 안정화된 전류는 제1 링(2a) 및 제1 브러시들(3a)이 연결된 후 공급된다. 정전류 회로(5b)로부터 공급되는 전류가 I이고, 제1 링(2a)과 제1 브러시 쌍(3a) 사이의 슬라이딩 접촉점들의 저항값이 R1이라고 가정하면, 링(2a)과 브러시들(3a)의 양단 전압 V가 V = I × R1에 의해 획득될 수 있다. A/D 컨버터(6b)는 전압 V를 디지털 신호로 변환한다. 브러시 쌍(3a)과 링(2a) 사이의 슬라이딩 접촉점들의 저항값이 수 mΩ만큼 작으면, 제1 링(2a)을 거쳐 제1 브러시 쌍(3a) 양단 전압 V가 매우 작기 때문에, 슬라이딩 접촉점들의 열화가 충분히 검출되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 전압 레벨은 A/D 컨버터(6b)의 증폭기 회로 다운스트림을 배열함으로써 증폭될 수 있다.

제1 링(2a)과 제1 브러시들(3a)의 회전 수가 증가하면, 전압 V를 계산하는 데 사용되는 수식(V = I × R1)에서 저항 R1만이 증가한다. 그 결과, 회전 수가 증가함에 따라 전압 V가 증가된다. 도 3b는 회전 수의 증가에 따라 전압 V의 변화를 예시한다. 이러한 현상은 본 발명의 예시적인 실시예에 사용된다. 더 구체적으로, 임의의 전압을 임계 전압 Vr로서 설정함으로써, 슬라이딩 접촉점들의 열화가 판단될 수 있다.

다음으로, 제3 실시예가 설명될 것이다.

지금까지, 정전압 회로 또는 정전류 회로가 기준 신호 생성 유닛(5)으로서 사용되는 방법들이 설명하였다. 슬라이딩 접촉점들의 저항값의 변화가 이들 방법 중 하나로 검출된다. 그러나, 저항값의 변화만이 검출되면, 슬라이딩 접촉점의 열화가 충분히 검출될 수 없다. 이는 특히 고주파수 신호의 전송의 경우이다. 슬라이딩 접촉점들의 열화는 저항 성분을 변화시킬 뿐 아니라 접촉점들의 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분을 변화시킨다. 그 결과, 슬라이딩 접촉점들의 임피던스 매칭이 이루어지기 때문에 반사 또는 손실이 증가하며, 이로 인해 신호 전송 실패를 초래한다.

신호 전송에서 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하기 위한 간단한 방법이 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명될 것이다. 전술한 실시예에서는 정전압 회로 또는 정전류 회로가 기준 신호 생성 유닛(5)으로서 사용되었다. 본 발명의 실시예에서는, 소정의 신호 패턴을 생성하는 신호 발생기(5c)가 기준 신호 생성 유닛(5)으로서 사용된다. 신호 발생기(5c)는 펄스 발생기 집적 회로(IC) 또는 함수 발생기 IC와 같은 전자 부품에 의해 구성될 수 있다.

신호 발생기(5c)를 사용함으로써, 임의의 전송 신호 패턴이 제1 링(2a) 및 제1 브러시들(3a)의 슬라이딩 접촉점들에 송신된다. 신호 수신기(6c)가 슬라이딩 접촉점들을 통과한 신호를 수신한다. 수신 신호 패턴 A를 송신 신호 패턴과 비교하면, 일정 레벨 이상에서 파형들이 서로 일치한다. 이에 따라, 수신 신호 패턴 A는 슬라이딩 접촉점들이 문제점을 갖지 않는다는 것을 나타낸다. 반대로, 수신 신호 패턴 B를 송신 신호 패턴과 비교하면, 수신 신호 패턴 B가 송신 신호 패턴과 일치하지 않는다. 이러한 경우에, 슬라이딩 접촉점들이 열화될 수 있는 가능성이 있다. 이러한 방법으로, 제1 링(2a) 및 제1 브러시들(3a)의 슬라이딩 접촉점에 원하는 신호(예를 들어, USB(universal serial bus) 신호, RS(recommended standard) 232C 신호, 또는 CAN(control area network) 신호)를 공급함으로써, 슬라이딩 접촉점들을 통과한 신호가 검사될 수 있다. 슬립링(1)에 신호 발생기(5c) 및 신호 수신기(6c)를 배열함으로써, 기준 신호 생성 유닛(5)에 관한 전압 또는 전류를 사용함으로써 획득되는 것과 유사한, 유리한 효과가 획득될 수 있다. 따라서, 유리한 효과에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다. 또한, 신호 발생기(5c) 및 신호 수신기(6c)는 이들로 제한되는 것은 아니지만, 원하는 신호 컨트롤러 및 송수신기 IC에 의해 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 기준 신호 생성 유닛(5)에 기초하여 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 검출 유닛(6)을 슬립링(1)에 배열함으로써 슬라이딩 접촉점들의 열화만이 검출될 수 있다.

기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)은 슬립링(1) 내부에 배열되는 한 임의의 위치에 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에서 예시된 바와 같이, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)은 브러시 고정 부재(4)에 배열될 수 있다. 브러시 고정 부재(4)가 전기 배선 기판에 의해 형성되기 때문에, 전자 부품인 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)은 브러시들(3)을 갖는 전기 배선 기판에 실장될 수 있다. 이러한 방법으로, 슬립링(1)의 사이즈 감소 및 비용 감소가 이루어질 수 있다. 또한, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)은 가능한 브러시들(3)에 가깝게 배열되기 때문에, 슬라이딩 접촉점들의 열화만을 더 정확하게 검출할 수 있다.

도 1a에서의 슬립링(1)은 단일 링을 위한 2개의 브러시(제1 브러시 쌍(3a))를 포함한다. 반대로, 도 1b에서의 슬립링(1)은 서로 접촉하는 단일 브러시 및 단일 링을 포함한다. 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)에 대한 연결을 위해, 브러시 측은 2극 배선(two-pole wiring)을 필요로 한다. 이러한 문제점은 링 측 출력 케이블(12)의 출력 단자들의 양단을 단락시킴으로써 해결될 수 있다. 2개의 링 및 2개의 브러시의 슬라이딩 저항의 변화를 검출함으로써, 접촉점들의 열화가 검출될 수 있다. 슬라이딩 저항의 변화만을 검출하기 위해, 단락된 양단을 갖는 링 측 출력 케이블(12)이 가능한 두껍고 짧은 것이 바람직할 수 있다.

다음으로, 제4 실시예가 설명될 것이다.

슬립링(1)은 링들(2) 및 브러시들(3)의 접촉점들을 통해 외부로부터 전력 및 신호를 공급하기 위한 디바이스이다. 그러나, 도 2a 및 도 2b 내지 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 같이 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하기 위한 구성을 이용하면, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)이 폐회로(closed circuit)에 포함되기 때문에, 외부로부터의 전력 또는 신호가 이 회로를 통해 송신될 수 없다. 다시 말해, 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하기 위한 브러시들(3a) 및 링(2a)은 전력 또는 신호를 송신하기 위한 브러시들(3) 및 링들(2)과 별도로 요구되며, 이로 인해 접촉점들의 개수 증가를 초래한다.

스위치들을 스위칭 유닛들로서 배열함으로써 접촉점들의 개수의 증가를 방지할 수 있다. 전압이 기준 신호 생성 유닛(5)에 사용되는 경우가 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명될 것이다. 온/오프 동작을 이용하면, 스위칭 유닛들(10)은 회로의 연결을 스위칭할 수 있다. 스위칭 유닛(10) 역할을 하는 스위치들은 스위치들이 회로에 포함된 브러시들(3a)에 관해 기준 신호 생성 유닛(5)과 외부 배선 사이의 전기적 연결성을 스위칭할 수 있도록 배열된다. 스위칭 유닛들(10) 각각은 수동으로 동작될 수 있는 기계 스위치이거나 멀티플렉서와 같은 전기 스위치일 수 있다.

도 5a는 하나의 상태에서 스위칭 유닛들(10)을 예시한다. 오프 상태에서, 기준 신호 생성 유닛(5) 및 검출 유닛(6)은 폐회로를 형성하지 않는다. 이에 따라, 슬립링(1)의 외부로부터 입력될 전력이 브러시들(3a) 및 링(2a)의 슬라이딩 접촉점들을 통해 직접 공급된다.

반대로, 도 5b는 온 상태에 있는 스위칭 유닛들(10)을 예시한다. 온 상태에서, 기준 신호 생성 유닛(5), 검출 유닛(6), 브러시들(3a), 및 링들(2a)은 폐회로를 형성한다. 이 회로는 도 2a에 대응한다. 도 2a를 참조하여 설명된 방법과 동일한 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 방법이 사용된다.

전술한 바와 같이, 스위치들을 스위칭 유닛들(10)로서 배열함으로써, 접촉점들의 개수의 증가가 방지될 수 있다. 또한, 이러한 방법으로, 전력 또는 신호를 송신하는 링들(2) 또는 브러시들(3)의 열화가 직접 측정될 수 있으며, 이는 유리한 효과로서 간주된다.

다음으로, 제5 실시예가 설명될 것이다.

각각이 기준 신호 생성 유닛(5), 검출 유닛(6), 및 계산 프로세싱 유닛(9)을 포함하는 슬립링들에 적합한 시스템 구성이 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명될 것이다. 도 6a 및 도 6b는 직렬 신호가 각각의 슬립링에서 상위 컨트롤러(11)와 계산 프로세싱 유닛(9) 사이에 송수신되는 슬립링 전기 시스템들을 예시한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 신호 등이 조인트마다 배열된 슬립링을 통해 상위 컨트롤러(11)로부터 랙(rack)에 고정된 인공 로봇 암의 베이스로 송신되는 시스템이라고 가정한다. 본 발명의 실시예의 구성은 전술한 인공 로봇 암으로 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예는 복수의 연결 회전자(rotor)를 포함하는 시스템에 적절히 적용될 수 있다.

본 발명의 실시에의 구성에 따르면, 계산 프로세싱 유닛(9)으로 하여금 상위 컨트롤러(11)에 각각의 슬립링의 슬라이딩 접촉점들의 열화를 통지함으로써, 상위 컨트롤러(11)는 시스템 전체의 상태를 숙지할 수 있다. 또한, 계산 프로세싱 유닛(9)이 슬라이딩 중에 잡음 성분에 대한 주파수 분석을 실행하고 상위 컨트롤러(11)가 분석 결과에 기초하여 일정한 필터를 사용하는 고기능 시스템을 구축할 수 있다.

도 6a는 스타 네트워크(star network)에 연결되어 있는 계산 프로세싱 유닛(9) 및 상위 컨트롤러(11)를 예시한다. 도 6b는 버스(라인) 네트워크에 연결되어 있는 계산 프로세싱 유닛(9) 및 상위 컨트롤러(11)를 예시한다.

도 6a에서의 스타 네트워크 연결에서, 개별 상위 컨트롤러(11) 및 계산 프로세싱 유닛(9)에 대해 한 쌍의 배선이 필요하다. 이로 인해, 4개의 슬라이딩 접촉점들이 슬립링 SR1의 입력 측에 필요한 경우, 2개의 슬라이딩 접촉점이 슬립링 SR2의 입력 측에 필요하다. 즉, 접촉점들의 개수가 슬립링 SR1과 슬립링 SR2 사이에서 다르다(도 6a 및 도 6b에서, 입력 측에서의 각각의 슬라이딩 접촉점은 원에 의해 지시됨). 또한, 시스템에 포함된 슬립링들의 개수가 증가함에 따라, 상위 컨트롤러(11)에 가까운 슬립링의 입력 측에서의 접촉점들의 개수가 증가된다. 즉, 상위 컨트롤러(11)에 가까운 슬립링은 "대형” 슬립링을 사용하는 데 필요하다. 이러한 경우에, 공통 슬립링들이 사용될 수 없기 때문에, 비용 증가가 일어난다.

반대로, 도 6b에서의 버스 네트워크 연결에서, 상위 컨트롤러(11)와 복수의 계산 프로세싱 유닛(9)은 단일 통신 케이블 즉, 버스에 의해 연결될 수 있다. 이로 인해, 슬립링 SR3 및 슬립링 SR4의 입력 측에 2개의 슬라이딩 접촉점들이 사용된다. 즉, 동일한 개수의 접촉점이 슬립링 SR3 및 슬립링 SR4에 사용된다. 또한, 시스템에 사용되는 슬립링의 개수가 증가함에도, 접촉점들의 개수는 변하지 않는다. 또한, 슬립링들이 버스를 통해 서로 연결되기 때문에, 전술한 슬라이딩 잡음 보정 등을 실행하는 고기능 시스템이 상위 컨트롤러(11)를 배열하지 않고 제공될 수 있다.

전술한 바와 같이, 복수의 슬립링을 포함하는 버스 네트워크 연결은 기준 신호 생성 유닛(5), 검출 유닛(6), 및 계산 프로세싱 유닛(9)을 포함하는 슬립링 각각에 적절한 시스템 구성이다.

본 발명의 실시예들은 로봇 암의 조인트 등과 같은 회전자의 도전성에 적절히 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기준 전압 또는 전류와 같은 신호를 생성하는 기준 신호 생성 유닛 및 기준 신호 생성 유닛에 기초하여 슬라이딩 접촉점들의 열화를 검출하는 검출 유닛이 포함된다. 이에 따라, 슬라이딩 접촉점들의 전기적 연속성의 상태가 정확하게 검출될 수 있다. 또한, 검출 기준 전압, 전류, 또는 신호가 슬립링 내부에서 생성되기 때문에, 주변 잡음의 영향을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 개시된 실시예들로 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 다음의 청구항의 범위는 이러한 변형 및 균등 구조 및 기능 전부를 포괄하도록 최광의 해석에 부합될 수 있어야 한다.

Claims

외장부, 복수의 브러시, 복수의 링, 상기 복수의 브러시가 상기 복수의 링과 접촉하게 하고 상기 복수의 브러시를 지지하는 브러시 고정 부재, 및 상기 복수의 링에 삽입되어 상기 복수의 링을 지지하는 회전축을 포함하는 슬립링으로서,
기준 신호를 생성하도록 구성된 기준 신호 생성 유닛; 및
신호를 검출하도록 구성된 검출 유닛을 포함하며,
상기 기준 신호 생성 유닛, 상기 복수의 브러시 중 하나 이상인 제1 브러시, 상기 제1 브러시와 접촉하는 제1 링, 및 상기 검출 유닛에 의해 회로가 형성되며,
상기 제1 브러시와 상기 제1 링의 접촉 상태가 상기 검출 유닛에 의해 검출된 신호에 기초하여 검출되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛과 상기 검출 유닛은 상기 외장부 내에 포함되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛과 상기 검출 유닛은 상기 외장부의 외벽에 포함되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛은 정전압 회로이고, 상기 제1 브러시와 상기 제1 링의 접촉 상태는 상기 검출 유닛에 의해 검출된 전압에 기초하여 검출되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛은 정전류 회로이고, 상기 제1 브러시와 상기 제1 링의 접촉 상태는 상기 검출 유닛에 의해 검출된 전압에 기초하여 검출되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛은 신호 패턴을 생성하는 신호 발생기이고, 상기 검출 유닛은 신호 패턴을 수신하는 신호 수신기이며,
상기 제1 브러시와 상기 제1 링의 접촉 상태는, 상기 신호 수신기로 하여금 상기 회로에 포함되는 상기 제1 브러시와 상기 제1 링을 통과한 상기 신호 패턴을 수신하게 하고 상기 신호 발생기에 의해 생성된 신호 패턴을 상기 신호 수신기에 의해 수신된 신호 패턴과 비교함으로써 검출되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 검출 유닛에 연결된 계산 프로세싱 유닛을 더 포함하는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛과 외부 배선 사이의 전기 연속성을 스위칭하도록 구성되고, 상기 회로에 포함된 상기 제1 브러시와 상기 기준 신호 생성 유닛 사이에 배치되는 스위칭 유닛을 더 포함하는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 기준 신호 생성 유닛과 상기 검출 유닛은 상기 브러시들을 고정하는 상기 브러시 고정 부재에 배열되는, 슬립링.
제1항에 있어서, 상기 회로는 상기 슬립링의 2개의 출력 단자를 단락시킴으로써 형성되는, 슬립링.
슬립링 전기 시스템으로서,
상위 컨트롤러; 및
제5항에 따른 슬립링을 복수 포함하며,
상기 슬립링들에 각각 포함된 계산 프로세싱 유닛들이 상기 상위 컨트롤러에 연결되어 있는 네트워크가 형성하는, 슬립링 전기 시스템.
제11항에 있어서, 상기 계산 프로세싱 유닛들의 각각은 버스 네트워크에 의해 연결되어 검출 유닛들 중 대응하는 유닛에 의해 획득된 결과를 계산하는, 슬립링 전기 시스템.