KR20140041417A - 차량 휠 교환 방법 - Google Patents

Abstract

너트들과 리테이너 클리트들에 의해 차량에 고정된 차량 휠을 교환하기 위한 방법은: 이동 로봇을 사용하여 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거 및 교체하는 한편, 이동 기계 휠 핸들러를 사용하여 휠을 그립 및 탈거하고, 로봇에 의한 휠 너트들과 클리트들의 교체 전에 교체 휠을 제자리로 가져오는 단계를 포함한다.

Description

차량 휠 교환 방법{VEHICLE WHEEL CHANGING METHOD}

본 발명은 휠 구동 차량의 휠들, 예컨대 광산 운반 트럭과 같은 대형 차량의 휠들을 교환하는 기법들에 관한 것이다.

노천 광산은 일반적으로 초대형 광산 운반 트럭들의 집단을 채용한다. 이러한 트럭들의 휠들은 타이어가 마모 또는 손상되기 때문에 정기적으로 교환되어야 한다. 휠 교환은 시간 소모적이며 위험한 작동이다. 종래에는, 작업자가 수공구들을 사용하여 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거 및 교체하는데, 작업자는 너트들과 클리트들이 탈거되었을 때 휠을 그립 및 제거하게 되는 휠 핸들러와 휠 사이의 영역에서 작업한다.

본 발명은 작업자가 이러한 위험한 구역에서 작업할 필요 없이 휠 교환을 가능하게 할 것이다.

본 발명에 따르면, 너트들과 리테이너 클리트들에 의해 차량에 고정된 차량 휠을 교환하기 위한 방법에 있어서, 이동 로봇을 사용하여 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거 및 교체하는 한편, 이동 기계 휠 핸들러를 사용하여 휠을 그립 및 탈거하고, 로봇에 의한 휠 너트들과 클리트들의 교체 전에 교체 휠을 제자리로 가져오는 단계를 포함하는 방법이 제공될 수 있다.

상기 방법은, 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치를 식별하기 위해 휠을 레이저 스캔하고, 판단된 위치에 따라 로봇의 작동을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 너트들과 리테이너 클리트들에 의해 차량에 고정된 차량 휠을 교환하기 위한 방법에 있어서, 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치를 식별하기 위해 휠을 레이저 스캔하는 단계; 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거하기 위해 이동 로봇을 작동시키는 단계; 휠을 탈거하고 교체 휠로 교체하기 위해 기계 휠 핸들러를 작동시키는 단계; 및 휠 리테이너 클리트들과 너트들을 교체하기 위해 이동 로봇을 작동시키는 단계를 포함하는 방법으로 확장된다.

휠 핸들러는 휠 그리퍼 조들(jaws)이 장착된 작업자 구동 차량일 수 있다.

레이저 스캔은 레이저 스캔 공구를 조작하기 위해 작동하는 이동 로봇에 의해 수행될 수 있다.

이동 로봇은 레이저 스캔에 의해 판단된 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치에 따라 하나 이상의 탈거 공구를 조작함으로써 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거할 수 있다.

하나 이상의 탈거 공구는 너트들의 탈거 및 교체 시에 작동하기 위한 너트 러너, 및 휠 클리트들의 탈거 및 교체를 위해 휠 클리트들을 그립하기 위한 클리트 그리퍼를 포함할 수 있다.

너트 러너와 휠 클리트 그리퍼는 단일 탈거 공구에 통합되거나, 별개의 탈거 공구들 내에 제공될 수 있다.

탈거 시에, 각각의 너트와 클리트는 상기 너트 또는 클리트에 대해 고유한 개별 보관 위치에 로봇과 각각의 탈거 공구의 작동에 의해 보관될 수 있고, 교체를 위해, 각각의 너트와 클리트는 이후 상기 개별 보관 위치로부터 로봇에 의해 회수될 수 있다.

너트들과 클리트들을 위한 보관 위치는 하나 이상의 보관 네스트에 의해 제공될 수 있다.

너트 보관 위치는 너트들과 클리트들의 탈거 전에 로봇에 의해 휠 허브 상에 배치된 너트 네스트에 의해 제공될 수 있다.

너트 네스트는 휠 핸들러의 작동에 의한 휠의 탈거 및 교체 휠의 교체 중에 휠 허브 상에 남아있을 수 있다.

클리트 보관 위치는 휠에 인접한 지면 상에 로봇에 의해 위치된 클리트 네스트에 의해 제공될 수 있다.

클리트 네스트는 너트들이 탈거되어 너트 보관 네스트 상에 배치된 후에 로봇에 의해 지면 상에 위치될 수 있다.

대안으로, 클리트 네스트는 이동 로봇에 인접하게 위치할 수 있다.

클리트 네스트는 더 큰 공구 보관 팔레트의 일부를 형성할 수 있다.

대안으로, 너트 및 클리트 보관 위치는 이동 로봇에 인접하게 위치된 너트 및 클리트 보관 네스트에 의해 제공될 수 있다.

결합형 너트 및 클리트 네스트는 더 큰 공구 보관 팔레트의 일부를 형성할 수 있다.

대안으로, 너트 및 클리트 보관 위치는 너트들과 클리트들의 탈거 전에 로봇에 의해 휠 허브 상에 배치된 결합형 너트 및 클리트 보관 네스트에 의해 제공될 수 있다. 너트 및 클리트 보관 네스트는 휠 핸들러의 작동에 의한 휠의 탈거 및 교체 휠의 교체 중에 휠 허브 상에 남아있을 수 있다.

하나 이상의 탈거 공구는 스페이서 링 또는 링들을 탈거하기 위한 그리퍼 공구를 포함할 수 있다.

휠 허브들의 버핑(buffing)이 별개의 버핑 공구에 의해 제공될 수 있다.

대안으로, 스페이서 그리퍼 공구와 버핑 공구는 결합형 공구에 의해 제공될 수 있다.

로봇은 자주식이며(self-propelled) 조향 가능한 차량에 장착될 수 있다.

자주식 차량은 하나 이상의 레일 상에서 주행할 수 있다.

본 발명은 또한, 가동 차량; 차량에 의해 운반되며, 공구 조작기를 포함하는 로봇; 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 차량으로부터 목표 범위 내의 위치에서 일 세트의 특징부들을 식별하기 위해 로봇에 의해 작동 가능한 스캔 공구; 및 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 복수의 상기 위치에서 특정 작업을 반복적으로 수행하기 위해 로봇에 의해 작동 가능한 특정 작업 공구를 포함하는 로봇 장치를 제공할 수 있다.

상기 장치는 사용 중이 아닐 때 스캔 공구를 고정하기 위한 스캔 공구 홀더를 더 포함할 수 있고, 공구 조작기는 스캔 공구를 픽업하고, 상기 공구를 상기 일 세트의 특징부들을 식별하도록 작동시키고, 이후 상기 공구를 스캔 공구 홀더로 복귀시키기 위해 작동 가능하다.

상기 스캔 공구 홀더는 차량 상에, 또는 차량에 부착 가능한 트롤리 상에 있을 수 있다.

본 발명은 사용 중이 아닐 때 특정 작업 공구를 고정하기 위한 특정 작업 공구 홀더를 더 포함할 수 있고, 공구 조작기는 스캔 공구가 상기 일 세트의 특징부들을 식별한 후에, 상기 복수의 위치 각각에서의 상기 특정 작업의 수행을 위해, 특정 작업 공구를 픽업하고, 상기 공구를 상기 복수의 위치로 순차적으로 이동시키기 위해 작동 가능하다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 차량 휠 교환 작동에 요구되는 특정 작업들을 로봇에 의해 수행하기 위한 로봇 장치에 있어서, 탈거될 차량 휠의 인근에 위치 가능한 가동 차량; 차량에 의해 운반되며, 공구 조작기를 포함하는 로봇; 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 휠 상의 일 세트의 휠 리테이너 너트들과 휠 리테이너 클리트들을 식별하고 너트들과 클리트들의 위치를 판단하기 위해 로봇에 의해 작동 가능한 레이저 스캔 공구; 및 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 휠로부터 너트들과 클리트들을 탈거하기 위해 로봇에 의해 작동 가능한 하나 이상의 특정 작업 공구를 포함하는 로봇 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 차량 휠 상의 휠 리테이너 너트들 및/또는 클리트들의 위치를 검출하기 위한 위치 감지 시스템에 있어서, 레이저 거리 측정 장치; 및 휠 림(rim)의 평면을 식별하기 위한 양방향 스캔과, 너트들 및/또는 클리트들의 각도 배향을 식별하기 위한 아치형 스캔 내에서 레이저 거리 측정 장치를 이동시키는 조작기를 포함하는 위치 감지 시스템을 더 제공할 수 있다.

본 발명을 보다 완전히 설명하기 위해, 대형 광산 운반 트럭의 휠들을 교환하기 위한 하나의 특정한 휠 교환 방법을 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 기술할 것이다.
도 1은 이중 리어 휠들과 단일 프론트 휠들을 구비한 통상적인 광산 운반 트럭을 도시한다.
도 2는 운반 트럭 프론트 휠 체결 장치를 도시한다.
도 3은 리어 휠 체결 장치를 도시한다.
도 4는 운반 트럭의 휠들을 교환하기 위해 요구되는 기능들을 자동으로 수행하도록 설계된 로봇 장치를 도시한다.
도 5는 장치의 레이저 스캔 공구를 도시한다.
도 6은 운반 트럭의 프론트 및 리어 휠들과 관련되어 사용하기 위한 결합형 너트 러너 및 클리트 그리퍼 공구를 도시한다.
도 7은 리어 휠 클리트들의 탈거를 위한 휠 클리트 탈거 공구를 도시한다.
도 8은 결합형 스페이서 링 그리퍼 및 휠 허브 세척 공구를 도시한다.
도 9는 리어 휠 탈거 중에 사용하기 위한 너트 네스트를 도시한다.
도 10은 리어 휠 클리트들을 위한 클리트 네스트를 도시한다.
도 11은 프론트 휠 너트 및 클리트 네스트를 도시한다.
도 12 내지 도 51은 휠 교환 작동의 연속적인 단계들을 도해적으로 도시한다.

도 1은 광석 운반 빈(12)과 운전실(13)을 구비하고, 이중 리어 휠들(14)과 단일 프론트 휠들(15)이 장착된 통상적인 광산 운반 트럭(11)을 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 운반 트럭의 단일 프론트 휠들은 스터드들(22)과 클리트들(23)을 체결함으로써 테이퍼진 휠 허브(21) 상에 체결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 운반 트럭의 이중 리어 휠들은 스터드들(32)과 클리트들(33)에 의해 테이퍼진 리어 휠 허브(31) 상에 고정되고, 스페이서 링(34)이 각 쌍의 내외부 휠들 사이에서 연장된다. 운반 트럭의 프론트 또는 리어 휠들을 교체하기 위해서는, 각각의 스터드들(22 또는 32) 및 클리트들(23 또는 33)을 탈거 및 교체해야 한다. 리어 휠들의 경우, 외부 휠이 인출된 후 그리고 최내부 휠이 탈거되기 전에, 스페이서 링(34) 역시 탈거해야 한다.

너트들과 클리트들의 탈거 및 교체 중에, 휠이 떨어질 가능성을 제거하기 위해, 휠들은 휠 핸들러에 의해 고정되어야 한다. 종래에는, 이는 작업자가 폭발 및 충돌 구역으로 지칭되는 휠 핸들러와 휠 사이의 공간에서 수공구들로 작업하는 것을 요구한다. 도 4에 전체적으로 도시된 로봇 장치(41)는 작업자가 휠들에 근접하여 작업할 필요 없이 휠 스터드와 클리트 탈거 및 기타 휠 교환 기능들을 로봇을 사용하여 수행할 수 있도록 개발되었다. 이는 수 개의 로봇 축들을 중심으로 회전 가능한 로봇 아암들을 구비한 공구 조작기(44)를 포함하는 로봇(43)을 운반하는 가동 휠 차량(42) 형태의 이동 베이스 유닛(mobile base unit, MBU)을 포함한다. 로봇은 차량으로부터 신장 및 수축될 수 있는 신장성 빔(45)에 장착된다. 차량(42)은 로봇 제어실(46)을 포함하고, 제어 시스템들이 전기 인클로저들(47) 내부에 수용된다.

로봇은 위치의 정확도를 달성하기 위해 견고한 장착에 의존한다. 로봇이 차량 서스펜션 또는 타이어들로부터 움직이지 않도록 보장하기 위해, 차량 휠들은 유압 구동식 피벗들에 장착되고, 이들은 차량을 지면으로 하강시키면서 3개의 조절 가능한 패드(48) 상으로 수축된다.

작동 시에 로봇은 휠 교환 작동 중에 요구되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 다수의 공구를 픽업, 조작, 및 작동시키는데, 이는 도 12 내지 도 51을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 구체적으로, 도 5에 도시된 레이저 스캔 공구(51), 도 6에 도시된 바와 같은 프론트 너트 러너/클리트 그리퍼 및 리어 휠 너트 러너(61), 도 7에 도시된 바와 같은 리어 휠 클리트 그리퍼 공구(71), 도 8에 도시된 바와 같은 리어 휠 스페이서 링 그리퍼 및 휠 허브 세척 공구(81)가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 차량(42)은 사용 중이 아닐 때 너트 러너의 위치지정을 위한 공구 위치지정 네스트(49)를 구비한다. 도 4는 또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 너트 및 클리트 네스트들(91, 101)을 고정하며, 로봇 차량에 부착 가능한 리어 휠 너트 및 클리트 네스트 팔레트(50)를 보여준다. 프론트 휠 교환을 위해, 팔레트(50)는 도 11에 도시된 바와 같은 결합형 프론트 휠 클리트 및 너트 네스트(111)가 장착된 프론트 휠 교환 팔레트에 의해 인출 및 교체된다. 프론트 및 리어 휠들의 너트 및 클리트 네스트들의 기능들은 도 12 내지 도 63을 참조한 로봇 기능들의 설명에서 명확해질 것이다.

도 5에 도시된 바와 같은 레이저 스캔 공구(51)는 로봇 위치를 판단하고 그에 따라 소정의 이동을 조절하기 위한 레이저 거리 측정 장치의 형태로 이루어진다. 레이저 거리 측정 시스템은 비전 시스템에 비해 저비용이며, 조명 조건으로 인한 출력 변동이 없고, 색상 변동으로 인한 출력 변동이 없으며, 먼지, 안개 등으로 인한 출력 변동이 적다는 다수의 이점을 가진다. 이는 외부 조명을 필요로 하지 않으며, 비전 시스템보다 유지가 간단하다. 로봇을 위해 휠 타입을 선택하면, 서로 직각으로 두 라인에서 타이어와 휠 림의 외표면들을 가로질러 스캔함으로써 중심축에서의 휠 림의 평면의 위치를 판단할 수 있다. 로봇 제어기는 이후 너트 피치원경(pitch circle diameter, PCD)의 위치를 산정할 수 있다. 너트들 또는 스터드들 주위의 제3 스캔은 클리트들의 각도 배향 및 밸브 스템의 위치를 판단할 수 있다. 이는 또한 휠 타입의 정확한 선택을 입증할 것이다.

클리트들과 밸브 스템의 각도 배향에서 림의 평면과 축을 판단한 후에, 로봇 제어기는 그에 따라 향후 로봇 운동을 조절할 수 있다.

또한, 레이저 측정 장치를 사용하여, 휠 핸들러가 존재하는지 여부와 로봇이 자신의 아암들 아래서 안전하게 조종될 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이는 로봇이 휠 스캔을 시작하기 전에 휠 바로 앞의 영역을 사전-스캔함으로써 달성된다. 그렇게 할 때, 로봇은 위험한 배향에서의 부주의한 활성화로 인한 있을 수 있는 충돌로부터 자신을 보호할 수 있다.

도 6은 리어 휠 너트들을 탈거 및 재장착하기 위한 2속(two speed) 너트 러너(61)를 도시한다. 이는 스핀들(64), 3방향 기어 박스(65), 고토크 너트 러너(66), 및 고토크 클러치(67)를 통해, 또는 대안으로 고속 너트 러너(68)와 클러치(69)로부터, 두 속도에서 선택적으로 구동될 수 있는 스핀들 연장부(63)에 장착된 너트 맞물림 소켓(62)을 포함한다.

도 7은 리어 휠 클리트들을 탈거 및 교체하기 위한 휠 클리트 그리퍼를 도시한다. 휠 너트들이 탈거되었을 때, 클리트들은 탈거가 비교적 자유로울 것이지만, 자신의 테이퍼 및 휠의 중량에 의해 제자리에 잠금될 수도 있다. 공구(71)는 강한 그립 작용을 가할 수 있고, 재킹(jacking)할 필요 없이 클리트를 그 위치로부터 당길 수 있다. 공구(71)는 효과적으로는 토글 연결(73)을 통해 공압 구동되는, 그리퍼 조들(72)을 구비한 특수목적 펜치일 수 있다. 공구의 몸체는 클리트들의 측면을 그립하기 위해 클리트들과 조들(72)을 가깝게 위치지정하도록 전방 돌출된 프리로케이터들(74)을 포함한다.

클리트 당 단일 스터드를 구비한 프론트 휠 클리트들의 배치는 너트들과 함께 클리트 탈거를 허용한다. 따라서, 도 6에 도시된 공구(61)는 클리트가 너트 탈거 및 조임 중에 올바른 배향으로 고정되도록 너트 러너에 장착된 클리트 그리퍼(70)를 포함한다. 리어 휠 공구의 경우와 같이, 너트 러너는 2속 너트 러너지만, 더 짧은 너트 러너 스핀들을 구비한다.

도 8은 공압 작동식 그리퍼 조들(82), 및 회전 연마 패드(84)를 구비한 연마 헤드(83)를 포함하는 결합형 스페이서 링 그리퍼 및 휠 허브 세척 공구(81)를 도시한다.

로봇은 휠 설치 중에 너트들의 재설치를 위해 너트들을 픽업해야 하기 때문에, 너트들을 주지의 위치에 보관해야 한다. 게다가, 로봇은 휠 탈거 중에 너트를 탈거할 때, 너트를 간단히 드롭하는 대신에 너트를 운반하여, 다른 작업들을 방해하지 않는 위치에 보관해야 할 것이다. 이러한 두 목적을 달성하기 위해, 너트 러너 소켓은 너트가 풀릴 때 너트를 고정하기 위해 하나 이상의 스프링 탑재형 멈춤쇠를 수용하고, 짧은 스터드들을 구비한 네스트가 너트들을 위치지정하기 위해 그리고 너트들을 너트 러너 소켓으로부터 탈거하기 위해 사용된다. 이러한 짧은 스터드들을 휠 스터드들에 가깝게 위치시키면, 로봇이 너트들을 보관하기 위해 진행해야 하는 거리가 제한되고, 그에 따라 사이클 시간이 감소한다. 이는 각각의 휠 타입을 위한 상이한 너트 네스트가 허브 상에 위치되도록 채용함으로써 달성된다. 도 9에 도시된 바와 같은 리어 휠 너트 네스트(91)는 휠 스터드들에 가깝게 위치되도록 짧은 스터드들(92)의 링을 구비한다. 이러한 네스트는 리어 휠 공구 팔레트 상에 보관 및 운반되고, 너트 탈거 전에 로봇에 의해 허브 상에 배치된다. 마찬가지로, 네스트(101)가 클리트들을 위해 제공되고, 이는 클리트들이 향후 회수를 위해 주지의 위치에 로봇에 의해 배치될 수 있게 한다. 이러한 네스트는 도 10에 도시되며, 일 세트의 휠 클리트들을 수용하는 것으로 보여진다. 클리트 네스트는 또한 리어 휠 공구 팔레트 상에 위치한다.

운반 트럭의 프론트 휠들을 위한 클리트 당 단일 너트 배치는 클리트 및 너트 네스트가 도 11에 도시된 바와 같은 단일 네스트로 결합될 수 있게 한다.

운반 트럭의 리어 휠들과 프론트 휠들 모두의 탈거 및 교체를 위한 예시된 로봇 장치에 의해 수행되는 작동들의 시퀀스가 이제 도 12 내지 도 51을 참조하여 설명될 것이다.

리어 휠들의 탈거( Removal of Rear Wheels )

트럭으로부터 한 쌍의 리어 휠을 탈거하는 과정은 후술하는 시퀀스의 활동들을 포함한다:

1. 트럭이 표시된 위치까지 하드 스탠딩 패드 상으로 구동되고, 제동되며, 쐐기로 고정되고, 잠금되며, 리어 휠들이 기존의 기법들과 설비들을 사용하여 표면으로부터 재킹된다. 작업자는 리어 휠들 인근의 영역을 검사하고, 자갈 또는 흙더미 등을 제거한다.

2. MBU는 원격 제어 장치를 사용하는 작업자에 의해 리어 휠들 인근의 표시된 위치까지 구동되고, 휠들이 상승되며, MBU가 지면으로 하강된다.

3. 운반 트럭 리어 휠들이 MBU 차량에 전적으로 부착된 리어 휠 너트 및 클리트 네스트와 너트 러너 공구 상의 리어 휠 연장부에 적합하게 되도록, MBU가 작업자에 의해 설정된다.

4. 브레이크 먼지 커버가 작업자에 의해 제거된다.

5. 작업자는 공기 배기구를 타이어 밸브에 연결하고, 양 타이어 내의 압력은 5 psi를 향해 감소되기 시작할 것이다. 운반 트럭 휠 교환 기계는 타이어가 안전한 압력을 가지기 전에 시작할 수 있고, 그에 따라 시간을 절약한다는 것을 주목한다.

6. 작업자는 이후 이하를 포함하는 자동 공정을 개시할 것이다:

a. 붐은 휠을 향해 로봇을 이동시키기 위해 신장될 것이다(도 12).

b. 로봇은 휠까지의 경로가 임의의 장애물, 예컨대 휠 핸들러에 의해 차단되지 않는다는 것을 확인한다.

c. 로봇은 휠 림의 평면과 중심을 식별하는 수평 및 수직 스캔, 및 너트들의 각도 배향을 판단하는 휠 스터드들에 걸친 반원 스캔을 포함하는, 휠의 레이저 거리 스캔 시퀀스를 수행한다(도 14).

d. 로봇 붐은 수축되고, 로봇은 붐이 다시 신장되기 전에 너트 네스트를 픽업하며, 여기서 로봇은 허브 상에 네스트를 배치할 것이다(도 15 및 도 16).

e. 로봇 붐은 다시 수축되고, 자동 사이클의 완료를 나타내기 위해 조명이 점등되며, 휠 핸들러가 휠을 그립하기 위해 도착할 준비가 된다(도 16). 로봇 장치는 차량 핸들러의 존재 없이 너트를 풀기 시작할 수 있기 때문에, 휠 핸들러가 이후에 도입될 수 있다는 것을 주목한다.

7. 휠 핸들러가 휠을 그립했을 때, 작업자는 제2 자동 사이클을 개시할 것이다. 이러한 사이클은 이하를 포함한다:

a. 로봇은 너트 러너 공구를 픽업하고, 붐은 로봇을 휠에 제시하기 위해 신장된다(도 17 및 도 18).

b. 로봇은 점진적으로 너트들을 풀어 탈거하고, 너트들을 너트 네스트 상의 인접한 스터드에 나사결합시킨다(도 19 내지 도 21).

c. 로봇 붐은 수축되고, 로봇은 붐이 다시 신장되기 전에 클리트 제거 공구를 픽업한다(도 22).

e. 로봇은 점진적으로 클리트들을 그립 및 탈거하고, 클리트들을 클리트 네스트 내에 배치하며, 붐은 네스트에 접근하기 위해 요구되는 바에 따라 수축 및 신장된다. 특히 클리트의 탈거가 어려우면, 클리트가 자유로와질 때까지 휠 핸들러 운전자가 휠을 “흔들도록(jiggle)” 요청하기 위해, 로봇의 조명이 점등될 것이다(도 22).

f. 최종 클리트가 탈거될 때, 붐은 수축되고, 로봇은 클리트 그리퍼 공구를 보관한다(도 24).

8. MBU는 이후 휠 핸들러 운전자에게 점등된 조명으로 “상황 종료(all clear)” 신호를 보내고, 운전자는 휠을 탈거하기 위해 진행한다(도 25).

9. 외부 휠이 제거된 후에, 작업자는 제3 자동 사이클을 개시한다.

a. 로봇은 스페이서 링 그리퍼 공구를 픽업하고, 붐은 로봇을 휠에 제시하기 위해 신장될 것이다(도 26).

b. 로봇은 스페이서 링 그리퍼를 사용하여 휠 스페이서 링을 그립하고, 이를 허브로부터 미끄러지게 한다(도 27).

c. 붐은 수축되고, 로봇은 리어 휠 팔레트 상의 링 크레이들 내에 링을 배치한다(도 28).

d. MBU는 이후 휠 핸들러 운전자에게 “상황 종료” 신호를 보낼 것이다.

10. 휠 핸들러 운전자는 이후 내부 휠에 접근, 그립, 및 탈거한다.

11. 내부 휠이 탈거되었을 때, 작업자는 제4 자동 사이클을 개시한다.

a. 로봇은 공기 작동식 버핑 공구를 픽업한다(도 29).

b. 붐은 로봇을 허브에 제시하기 위해 신장된다.

c. 로봇은 허브의 클리트 영역들 및 테이퍼를 완전히 버핑한다(도 30).

d. 붐은 수축되고, 로봇은 버핑 공구를 내려놓고, MBU는 작업자들에게 “상황 종료” 신호를 보낸다.

리어 휠들의 장착( Fitment of Rear Wheels )

리어 휠들의 재장착은 본질적으로 휠 탈거의 정반대이다. 공정의 간결한 설명은 다음과 같다:

1. 휠 핸들러는 허브 상에 내부 휠을 배치한다(도 31).

2. 로봇은 허브 상에 스페이서 링을 배치한다(도 32).

3. 휠 핸들러는 허브 상에 외부 휠을 배치 및 고정하고, 로봇은 스페이서 링 그리퍼를 복귀시킨다(도 33).

4. 로봇은 클리트 공구를 획득하고, 점진적으로 클리트들을 삽입한다. 클리트가 요구된 위치로 푸시될 수 없으면, 점등된 조명이 휠 핸들러 운전자에게 휠을 “흔들도록” 알릴 것이다(도 34 및 도 35).

5. 로봇은 클리트 공구를 복귀시킨다(도 36).

6. 로봇은 너트 러너 공구를 획득하고, 너트들을 복귀시키며, 소정의 패턴으로 요구된 토크까지 너트들에 점진적으로 토크를 가한다(도 37 내지 도 40).

7. 로봇은 너트 네스트들을 MBU로 복귀시키고, “상황 종료” 신호를 보낸다(도 41 및 도 42).

8. 휠 핸들러는 이후 휠을 해제할 수 있고, 작업자는 두 타이어를 재-가압할 수 있다.

9. MBU는 작업자에 의해 멀리 구동될 것이다.

10. 트럭은 하강될 수 있고, 쐐기가 제거되고, 트럭은 하드 스탠딩 패드 밖으로 구동될 것이다.

프론트 휠 탈거 및 장착( Front Wheel Removal And Fitment )

트럭으로부터의 프론트 휠의 탈거는 다음과 같이 단일 리어 휠의 탈거와 유사한 시퀀스의 활동들을 포함한다:

1. 트럭은 주차, 잠금, 및 재킹되고, 타이어는 수축된다.

2. MBU는 프론트 휠 교환을 위해 설정되며 휠까지 구동되고, 안전 시스템이 설정된다(도 43 및 도 44).

3. 로봇은 밸브 스템 위치 내의 갭과 너트들의 평면, 중심, 및 배향을 파악하기 위해 휠을 스캔한다.

4. 로봇은 휠 허브 상에 너트 및 클리트 네스트를 배치한다(도 45 및 도 46).

5. 휠 핸들러는 타이어를 그립할 것이다.

6. 로봇은 너트들과 클리트들을 함께 탈거하고, 이들을 네스트 상에 배치한다(도 47 내지 도 51).

7. 휠 핸들러는 휠을 탈거할 것이다.

8. 로봇은 허브를 세척할 것이다.

9. 휠 핸들러는 새로운 휠을 배치 및 고정할 것이다.

10. 로봇은 클리트들과 너트들을 배치하고, 이들에 더 많은 토크를 가하며, 너트 및 클리트 네스트를 탈거할 것이다.

11. MBU는 운전자에 의해 멀리 구동될 수 있다.

12. 휠 핸들러는 떠날 것이고, 타이어는 수축될 수 있으며, 트럭은 하강되어 멀리 구동될 수 있다.

예시된 기계의 사용은 휠 교환 중에 정비 직원의 건강 및 안전상의 위험에 대한 노출의 상당한 감소를 가능하게 한다. 이러한 감소는 이하를 포함한다:

· 작업자가 휠 핸들러와 휠 사이의 영역(폭발 및 충돌 구역)에서 작업하도록 요구되는 시간이 1시간 초과에서 5분 미만까지 감소한다. 너트들, 클리트들, 및 리어 휠 스페이서 링 상의 수동 작업들과 관련된 이러한 구역에서의 모든 기능들이 제거된다.

· 너트들, 클리트들, 및 수공구들의 취급과 연관된 상처, 염좌, 타박상에 대한 작업자의 노출이 제거된다.

· 작업자의 공압 임팩트 구동기의 사용, 및 VWF, 2차적인 형태의 레이노병(Raynaud’s disease)을 유발할 이와 연관된 가능성이 제거된다.

예시된 기계는 또한 휠 너트 조임의 품질의 상당한 개선을 가능하게 하여, 정확한 조임 및 정확한 휠 부착을 훨씬 더 보장한다. 이와 관련된 문제들은 이하를 포함한다:

· 모든 너트들은 지속적인 조임 패턴으로 요구된 토크까지 계속 조여진다. 너트들은 또한 토크 한계값들 내의 지정된 각도로 조여질 수 있다. 제어 시스템의 데이터 기록 기능은 각각의 너트 상에 달성된 토크의 문서화된 증거를 제공한다. 현 시점에서, 달성되는 토크는 알려지지 않았고, 각각의 너트에 대해 상이하며, 잠재적으로 명시된 토크 미만이다.

· 모든 토크들 및 토크/거리 프로필들은 문서화되고 데이터베이스 내에 기록될 수 있다.

· 나사산 손상과 같은 원하지 않은 다양한 조건들이 현재 간과되고 있는 너트 설치 시에 생성된 토크 및 각도 프로필로부터 인식될 수 있다.

예시된 장치는 단지 예로서 제시되었고, 구성상 상세는 상이한 특정한 응용들에 대해 수정될 수 있다. 본 발명은 휠 교환 작동들에 제한되지 않으며, 휠 적재기들의 휠 너트들에 토크를 다시 가하거나, 다양한 무거운 설비 상에 너트들 또는 다른 체결구들을 탈거/설치하는 것과 같은, 다른 반복적 작업들의 수행에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 예시된 장치의 상세에 제한되지 않으며, 다양한 수정 및 변경이 첨부된 예시적인 청구범위들의 범주 내에 포함될 것이라는 점을 이해해야 한다.

Claims (45)

1. 너트들과 리테이너 클리트들에 의해 차량에 고정된 차량 휠을 교환하기 위한 방법에 있어서,
   이동 로봇을 사용하여 상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거 및 교체하는 한편, 이동 기계 휠 핸들러를 사용하여 상기 휠을 그립 및 탈거하고, 상기 로봇에 의한 상기 휠 너트들과 클리트들의 교체 전에 교체 휠을 제자리로 가져오는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 차량 핸들러는 휠 그리퍼 조들이 장착된 작업자 구동 차량인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치를 식별하기 위해 상기 휠을 레이저 스캔하고, 판단된 위치에 따라 상기 로봇의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 로봇은 너트 및 클리트 탈거 공구들을 상기 너트들과 클리트들의 판단된 위치로 순차적으로 이동시키고, 상기 너트와 클리트들의 탈거 및 교체를 위해 상기 공구들을 조작하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 탈거 시에, 각각의 너트와 클리트는 상기 너트 또는 클리트에 대해 고유한 개별 보관 위치에 상기 로봇에 의해 보관되고, 교체를 위해, 각각의 너트와 클리트는 각각의 보관 위치로부터 상기 로봇에 의해 회수되는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 너트들과 클리트들을 위한 보관 위치는 하나 이상의 보관 네스트에 의해 제공되는 방법.
7. 너트들과 리테이너 클리트들에 의해 차량에 고정된 차량 휠을 교환하기 위한 방법에 있어서,
   상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치를 식별하기 위해 상기 휠을 레이저 스캔하는 단계;
   상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거하기 위해 이동 로봇을 작동시키는 단계;
   상기 휠을 탈거하고 교체 휠로 교체하기 위해 기계 휠 핸들러를 작동시키는 단계; 및
   상기 휠 리테이너 클리트들과 상기 너트들을 교체하기 위해 상기 이동 로봇을 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 휠 핸들러는 휠 그리퍼 조들이 장착된 작업자 구동 차량인 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 레이저 스캔은 레이저 스캔 공구를 조작하기 위해 작동하는 상기 이동 로봇에 의해 수행되는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 이동 로봇은 상기 레이저 스캔에 의해 판단된 상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들의 위치에 따라 하나 이상의 탈거 공구를 조작함으로써 상기 휠 너트들과 리테이너 클리트들을 탈거하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 탈거 공구는 상기 너트들의 탈거 및 교체 시에 작동하기 위한 너트 러너, 및 상기 휠 클리트들의 탈거 및 교체를 위해 상기 휠 클리트들을 그립하기 위한 클리트 그리퍼를 포함하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 너트 러너와 상기 휠 클리트 그리퍼는 단일 탈거 공구에 통합되는 방법.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 탈거 시에, 각각의 너트와 클리트는 상기 너트 또는 클리트에 대해 고유한 개별 보관 위치에 상기 로봇과 각각의 탈거 공구의 작동에 의해 보관되고, 교체를 위해, 각각의 너트와 클리트는 상기 개별 보관 위치로부터 상기 로봇에 의해 회수되는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 너트들과 클리트들을 위한 보관 위치는 하나 이상의 보관 네스트에 의해 제공되는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 너트 보관 위치는 상기 너트들과 클리트들의 탈거 전에 상기 로봇에 의해 상기 휠 허브 상에 배치된 너트 네스트에 의해 제공되는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 너트 네스트는 상기 휠 핸들러의 작동에 의한 상기 휠의 탈거 및 상기 교체 휠의 교체 중에 상기 휠 허브 상에 남아있는 방법.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클리트 보관 위치는 상기 휠에 인접한 지면 상에 상기 로봇에 의해 위치된 클리트 네스트에 의해 제공되는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 클리트 네스트는 상기 너트들이 탈거되어 상기 너트 보관 네스트 상에 배치된 후에 상기 로봇에 의해 지면 상에 위치되는 방법.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 너트 및 클리트 보관 위치는 상기 너트들과 클리트들의 탈거 전에 상기 로봇에 의해 상기 휠 허브 상에 배치된 결합형 너트 및 클리트 보관 네스트에 의해 제공되는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 너트 및 클리트 보관 네스트는 상기 휠 핸들러의 작동에 의한 상기 휠의 탈거 및 교체 휠의 교체 중에 상기 휠 허브 상에 남아있는 방법.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로봇은 자주식이며 조향 가능한 차량에 장착되는 방법.
22. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 탈거 공구는 스페이서 링 또는 링들을 탈거하기 위한 링 그리퍼 공구를 포함하는 방법.
23. 제7항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량의 허브들의 버핑이 상기 로봇에 의해 조작되는 버핑 공구에 수행되는 방법.
24. 가동 차량;
    상기 차량에 의해 운반되며, 공구 조작기를 포함하는 로봇;
    상기 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 상기 차량으로부터 목표 범위 내의 위치에서 일 세트의 특징부들을 식별하기 위해 상기 로봇에 의해 작동 가능한 스캔 공구; 및
    상기 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 복수의 상기 위치에서 특정 작업을 반복적으로 수행하기 위해 상기 로봇에 의해 작동 가능한 특정 작업 공구를 포함하는 로봇 장치.
25. 제24항에 있어서, 사용 중이 아닐 때 상기 스캔 공구를 고정하기 위한 스캔 공구 홀더를 더 포함하고,
    상기 공구 조작기는 상기 스캔 공구를 픽업하고, 상기 공구를 상기 일 세트의 특징부들을 식별하도록 작동시키고, 이후 상기 공구를 상기 스캔 공구 홀더로 복귀시키기 위해 작동 가능한 로봇 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 스캔 공구 홀더는 상기 차량 상에, 또는 상기 차량에 부착 가능한 트롤리 상에 있는 로봇 장치.
27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캔 공구는 레이저 스캔 공구인 로봇 장치.
28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중이 아닐 때 상기 특정 작업 공구를 고정하기 위한 특정 작업 공구 홀더를 더 포함하고,
    상기 공구 조작기는 상기 스캔 공구가 상기 일 세트의 특징부들을 식별한 후에, 상기 복수의 위치 각각에서의 상기 특정 작업의 수행을 위해, 상기 특정 작업 공구를 픽업하고, 상기 공구를 상기 복수의 위치로 순차적으로 이동시키기 위해 작동 가능한 로봇 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 특정 작업 공구 홀더는 상기 차량 상에, 또는 상기 차량에 부착 가능한 트롤리 상에 있는 로봇 장치.
30. 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 작업 공구는 너트들과 맞물리고 너트들을 회전시키기 위한 너트 러너인 로봇 장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 너트 러너는 너트 맞물림 헤드, 및 다양한 속도와 토크에서 상기 헤드를 회전시키기 위한 다중 속도 헤드 구동기를 구비한 로봇 장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 다중 속도 헤드 구동기는 상기 너트 맞물림 헤드에 연결되는 구동 스핀들, 및 상기 스핀들에 선택적으로 결합 가능한 고속 및 저속 구동 모터들을 포함하는 로봇 장치.
33. 제24항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 작업 공구는 상기 공구 조작기에 의해 조작 가능한 복수의 공구 중 하나이며, 각각의 복수의 상기 위치에서 상이한 특정 작업을 각각 수행하기 위해 상기 로봇에 의해 작동 가능한 로봇 장치.
34. 제33항에 있어서, 상기 특정 작업 공구들 각각을 위한 특정 작업 공구 보관 홀더가 있고, 상기 공구 조작기는 순차적으로 각각의 선택된 위치에서 각각의 특정 작업을 수행하고 이후 상기 특정 작업 공구들을 각각의 홀더들로 복귀시키기 위해, 상기 특정 작업 공구들을 선택적으로 픽업 및 조작하도록 작동 가능한 로봇 장치.
35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 차량 휠 교환 작동에 요구되는 특정 작업들을 로봇에 의해 수행하기 위한 로봇 장치로서,
    상기 특정 작업 공구들 중 하나는 상기 휠 리테이너 클리트들의 탈거 및 교체를 위해 휠 리테이너 클리트들을 그립하기 위한 휠 클리트 그리퍼를 포함하는 로봇 장치.
36. 차량 휠 교환 작동에 요구되는 특정 작업들을 로봇에 의해 수행하기 위한 로봇 장치에 있어서,
    탈거될 차량 휠의 인근에 위치 가능한 가동 차량;
    상기 차량에 의해 운반되며, 공구 조작기를 포함하는 로봇;
    상기 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 상기 휠 상의 일 세트의 휠 리테이너 너트들과 휠 리테이너 클리트들을 식별하고 상기 너트들과 클리트들의 위치를 판단하기 위해 상기 로봇에 의해 작동 가능한 레이저 스캔 공구; 및
    상기 공구 조작기에 의해 조작 가능하며, 상기 휠로부터 상기 너트들과 클리트들을 탈거하기 위해 상기 로봇에 의해 작동 가능한 하나 이상의 특정 작업 공구를 포함하는 로봇 장치.
37. 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 특정 작업 공구는 상기 너트들과 맞물리고 상기 너트들을 회전시키기 위한 너트 러너, 및 상기 휠 리테이너 클리트들의 탈거 및 교체를 위해 상기 휠 리테이너 클리트들을 그립하기 위한 휠 클리트 그리퍼를 포함하는 로봇 장치.
38. 제37항에 있어서, 상기 너트 러너와 휠 클리트 그리퍼는 단일 특정 작업 공구에 통합되는 로봇 장치.
39. 제37항에 있어서, 상기 너트 러너는 제1 특정 작업 공구 내에 통합되고, 상기 휠 클리트 그리퍼는 상기 너트 러너 공구의 작동 후에 순차적으로 작동 가능한 제2 특정 작업 공구 내에 통합되는 로봇 장치.
40. 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량은 자주식이며 조향 가능한 로봇 장치.
41. 차량 휠 상의 휠 리테이너 너트들 및/또는 클리트들의 위치를 검출하기 위한 위치 감지 시스템에 있어서,
    레이저 거리 측정 장치; 및
    상기 휠 림의 평면을 식별하기 위한 양방향 스캔과, 상기 너트들 및/또는 클리트들의 각도 배향을 식별하기 위한 아치형 스캔 내에서 상기 레이저 거리 측정 장치를 이동시키는 조작기를 포함하는 위치 감지 시스템.
42. 제41항에 있어서, 상기 조작기는 휠 교환을 용이하게 하기 위한 너트 및/또는 클리트 탈거 및 교체 활동들을 수행하기 위해 작동 가능한 로봇에 의해 작동 가능한 시스템.
43. 제42항에 있어서, 상기 로봇은, 상기 레이저 거리 측정 장치로부터 상기 휠 너트들 및/또는 클리트들의 위치를 나타내는 신호를 수신하고, 이후 상기 너트 및/또는 클리트 탈거 및 교체 활동들을 수행하도록 상기 로봇을 제어하는 제어부를 구비하는 시스템.
44. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 로봇은 상기 휠에 인접하게 위치 가능한 로봇 차량에 장착되는 시스템.
45. 제44항에 있어서, 상기 로봇 차량은 자주식이며 조향 가능한 시스템.

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