KR20150068638A

KR20150068638A - 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법

Info

Publication number: KR20150068638A
Application number: KR1020130154519A
Authority: KR
Inventors: 박주이; 김수호; 서재원
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-22

Abstract

본 발명은 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법에 관한 것으로, 본체프레임과, 상기 본체프레임에 회동가능하게 결합되어 접을 수 있는 한 쌍의 링크암과, 상기 링크암을 고정지지하면서 회동력을 제공하여 각도를 조절하면서 접을 수 있도록 한 다수의 와이어, 및 상기 링크암의 단부에 고정되어 작업자가 탑승할 수 있는 승차대를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, LNGC 내부 작업시 발판을 설치하지 않고도 작업이 가능하여 작업시간을 단축시키고, 작업효율을 높이며, 안전사고의 위험이 극소화되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법{APPARATUS AND CONTROL METHOD OF WIRE-DRIVEN ROBOT BY MULTIPLE WIRE}

본 발명은 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LNGC 화물창 내부와 같이 입구가 좁고 작업영역이 넓은 적용처에서 원활하고 효율적으로 동작되도록 하고, 와이어가 끊어지는 사고 발생시에도 남아있는 와이어로 링크를 제어할 수 있도록 다수의 와이어가 하나의 링크와 연결되어 링크가 회전할 때 와이어가 링크의 회전에 따라 움직이도록 구성된 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, LNGC의 화물창은 금속으로 제작된 선박외벽 내에 저온에 강한 금속으로 제작된 화물창 외벽을 구성하고, 내부에는 화물창 외벽과 2차 단열막으로 이루어진 2차 단열구역과, 2차 단열막과 1차 단열막으로 이루어진 1차 단열구역으로 두개의 단열구역을 형성하며, 각각의 단열구역에는 단열재가 포함되어 있는 구조로 되어 있다.

이러한 LNGC의 화물창 내부를 검사하거나 수리할 때 통상은 누설(Leakage)이 발생한 지점에 접근하기 위해 발판(Scaffolding)을 설치한 후 작업자가 접근하여 용접 등의 방법으로 보수작업을 실시하게 된다.

때문에, 발판 설치 및 해체에 따른 작업시간(통상 9일)이 과다하게 소요되어 그에 따른 생산차질 및 시간 낭비가 큰 단점이 있다.

이를 개선하기 위해, 링크형 로봇이 고안되었으나, 링크형 로봇은 관절을 직접 구동하는 방식이기 때문에 로봇의 크기가 커 LNGC 화물창 내부와 같이 입구가 좁고 작업영역이 넓은 적용처(작업영역: 폭40m × 길이50m × 높이28m; 투입구의 직경: 1.4m)에 적용하기에는 무리가 따랐다.

1. 국내 등록특허 제1269187호(2013.05.23) 2. 국내 공개특허 제2011-0001125호(2011.01.06) 3. 국내 등록특허 제1097831호(2011.12.16) 4. 국내 등록특허 제1207614호(2012.11.27)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 화물창에 발판을 설치하지 않고 로봇을 투입하되 LNGC와 같이 입구가 좁고 작업영역은 넓은 작업장소에서 효과적인 다중 와이어 구동방식의 로봇을 이용함으로써 와이어가 끊어지더라도 남아 있는 와이어로 링크를 제어할 수 있어 작업효율을 향상시킨 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치 및 이를 이용한 와이어 길이 제어방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본체프레임과, 상기 본체프레임에 회동가능하게 결합되어 접을 수 있는 한 쌍의 링크암과, 상기 링크암을 고정지지하면서 회동력을 제공하여 각도를 조절하면서 접을 수 있도록 한 다수의 와이어, 및 상기 링크암의 단부에 고정되어 작업자가 탑승할 수 있는 승차대를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치를 제공한다.

이때, 상기 본체프레임은 하부본체, 중간본체, 상부본체로 분절되고; 상기 링크암의 일단은 상기 하부본체와 중간본체 사이에 결합되어 회전가능하게 구성되며; 상기 와이어의 일단은 상기 링크암에 고정되고, 타단은 상기 중간본체와 상부본체 사이에 결합된 하부도르레와 상부도르레에 각각 연결되어 감거나 풀 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 중간본체의 상단 내부 및 상부본체의 하단 내부에는 각각 하부윈치 및 하부윈치모터, 상부윈치 및 상부윈치모터가 설치되어 상기 다수의 와이어를 감거나 풀 수 있도록 구성될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 하부도르레와 상부도르레는 상기 중간본체 또는 상부본체에 결합되는 조립프레임과; 상기 조립프레임에 끼워지는 도르레베이스와; 상기 도르레베이스에 설치되는 다수의 수평도르레와; 상기 조립프레임과 상기 도르레베이스 및 수평도르레 사이에 각각 개재되는 베어링과; 상기 수평도르레를 경유하여 인출된 와이어를 지지 안내하는 다수의 동작도르레;를 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 상기 조립프레임에는 둘레 방향으로 간격을 두고 하부윈치 또는 상부윈치로부터 인출된 와이어를 상기 수평도르레로 안내하는 다수의 수직도르레가 더 설치되고, 상기 수직도르레가 설치된 인접위치의 조립프레임 상에는 와이어구멍이 천공 형성될 수 있다.

그리고, 상기 수평도르레와 상기 동작도르레 사이에 설치되어 상기 수평도르레의 둘레를 경유한 와이어가 수평방향으로 인출가능하도록 상기 도르레베이스에는 다수의 안내도르레가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 수평도르레는 상기 도르레베이스의 높이방향으로 제1,2,3수평도르레 3개가 순차 적층되고, 제1,2수평도르레에는 와이어가 시계방향으로 감기며, 제3수평도르레에는 와이어가 반시계방향으로 감기도록 배열될 수 있다.

본 발명에 따르면, LNGC 내부 작업시 발판을 설치하지 않고도 작업이 가능하여 작업시간을 단축시키고, 작업효율을 높이며, 와이어가 끊어져도 다중 와이어이기 때문에 작업이 가능하고, 안전사고의 위험이 극소화되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치의 기본 구조를 보인 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치의 예시적인 요부 확대도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치의 와이어 제어방법을 설명하기 위한 모식도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치는 로봇 본체를 구성하는 본체프레임(100)과, 상기 본체프레임(100)의 상단에 고정된 윈치하우징(200)과, 상기 본체프레임(100)에 회동가능하게 결합되어 접을 수 있는 한 쌍의 링크암(300)과, 상기 링크암(300)을 고정지지하면서 회동력을 제공하여 각도를 조절하면서 접을 수 있도록 한 다수의 와이어(400) 및 상기 링크암(300)의 단부에 고정되어 작업자가 탑승할 수 있는 승차대(500)를 포함한다.

이때, 상기 본체프레임(100)은 도 2의 도시와 같이, 하부본체(110), 중간본체(120), 상부본체(130)로 나누어지고, 상기 하부본체(110)와 중간본체(120) 사이에는 도 2 및 도 4와 같이, 한 쌍의 링크암(300)이 상하로 높이차를 두고 회전가능하게 결합된다.

이 경우, 상기 링크암(300)의 단부는 각각 하부회전유닛(310)과 상부회전유닛(320)에 각각 하부힌지(312) 및 상부힌지(322)를 통해 상하방향으로 회전, 즉 접어질 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 하부회전유닛(310)과 상부회전유닛(320)은 상기 하부본체(110)와 중간본체(120)를 서로 연결하되, 상하로 순차 결합되고 본체프레임(100)의 반경방향으로 회전할 수 있도록 구성된다.

여기에서, 상기 하부회전유닛(310)과 상부회전유닛(320)의 회전구조는 단순 베어링 조립을 통한 수동조작 회전 구조를 비롯한 전동수단을 이용한 동력조작 회전 구조 등 다양한 형태가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 이 구조 자체에 특징을 가진 것이 아니라 와이어(400)를 통해 상기 링크암(300)의 각도를 제어하고 조절할 수 있는 것에 특징이 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

그리고, 상기 중간본체(120)와 상부본체(130) 사이에는 도 3에 도시된 바와 같은 하부도르레(410)와 상부도르레(420)가 상하방향으로 서로 적층된 형태로 개재되어 다수의 와이어(400)가 감겼다 풀렸다 하면서 상기 링크암(300)의 각도를 조절할 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 중간본체(120)의 상단 내부에는 상기 링크암(300) 중 어느 하나의 회전각을 조절할 수 있도록 상기 와이어(400)가 권취되는 다수의 하부윈치(412)와, 이를 회전시키는 하부윈치모터(414)가 설치되고, 상기 상부본체(130)의 하단 내부에는 상기 링크암(300) 중 다른 하나의 회전각을 조절할 수 있도록 상기 와이어(400)가 권취되는 다수의 상부윈치(422)와, 이를 회전시키는 상부윈치모터(424)가 설치된다.

보다 구체적으로, 도 5 및 도 6에서와 같이, 하부도르레(410)와 상부도르레(420)는 서로 동일한 구조를 가진다.

따라서, 본 발명에서는 하나의 구조만 설명하도록 하며, 부득이하게 도르레의 구분을 위해 상부와 하부로 나누어 도면부호를 달리하고 있지만, 구조는 동일하므로 이하 공통된 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.

상기 하부도르레(410)와 상부도르레(420)는 상기 중간본체(120) 또는 상부본체(130)에 결합되는 조립프레임(F)과; 상기 조립프레임(F)에 끼워지는 도르레베이스(DB)와; 상기 도르레베이스(DB)에 설치되는 다수의 수평도르레(HR)와; 상기 조립프레임(F)과 상기 도르레베이스(DB) 및 수평도르레(HR) 사이에 각각 개재되는 베어링(B)과; 상기 수평도르레(HR)를 경유하여 인출된 와이어(400)를 지지 안내하는 다수의 동작도르레(DR);를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 조립프레임(F)에는 하부윈치(412) 또는 상부윈치(422)로부터 인출된 와이어(400)를 상기 수평도르레(HR)로 안내하는 다수의 수직도르레(VR)가 설치되는데, 상기 수직도르레(VR)는 상기 조립프레임(F)의 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되며, 상기 와이어(400)가 수직방향으로 이동할 수 있도록 상기 수직도르레(VR)가 설치된 인접위치의 조립프레임(F) 상에는 와이어구멍(WH)이 천공된다.

또한, 상기 조립프레임(F)의 상면에는 반경방향으로 간격을 두고 다수의 볼트공(BT)이 형성되어 하부도르레(410)와 상부도르레(420)의 상하 적층 조립은 물론, 상부본체(130)와의 결합이 가능하도록 구성된다.

아울러, 원통형상의 수평도르레(HR) 둘레를 경유한 와이어(400)가 수평방향으로 인출가능하도록 하기 위해 상기 도르레베이스(DB)에는 다수의 안내도르레(GR)가 설치될 수 있는데, 이 경우 상기 도르레베이스(DB)에는 상기 안내도르레(GR)의 설치를 용이하게 하기 위해 도르레지지판(DP)이 더 구비될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 도르레지지판(DP)에는 상기 안내도르레(GR)를 통해 수평도르레(HR)의 반경방향으로 인출된 와이어(400)를 경사지게 인출할 수 있도록 다수의 동작도르레(DR)를 더 구비할 수 있다.

다시 말해, 하부윈치(412) 또는 상부윈치(422)로부터 인출된 와이어(400)는 각각 와이어구멍(WH)을 통과한 뒤 다수의 수직도르레(VR)을 통해 수평방향으로 전환되고, 수평방향으로 전환된 와이어(400)는 다수의 수평도르레(HR)를 통해 반경방향으로 이동한 다음, 다수의 안내도르레(GR)를 통해 다시 수평 이동되고, 이어 다수의 동작도르레(DR)를 통해 각도 조절된 상태로 인출된다.

따라서, 윈치로부터 수직상태로 인출된 와이어(400)는 수평 상태로 전환된 후 다시 각도 조절가능한 상태로 경사 인출이 가능하므로 작업하기 용이하게 된다.

이러한 구조로 이루어진 링크 장치의 와이어 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

이때, 다수의 와이어(400)는 설명의 편의상 제1,2,3와이어(도면번호 생략)으로 표시하기로 한다.

그리고, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1,2와이어는 수평도르레(HR)를 기준으로 시계방향으로 감기고, 제3와이어는 반시계방향으로 감기도록 배치되는데, 이는 제1,2,3동작도르레(DR1,DR2,DR3)의 배열 간격에 맞춰 조절을 용이하게 하기 위함이다.

이 상태에서, 링크암(300)의 각도와 와이어(400)의 길이와 관계는 다음과 같으며, 3개의 와이어를 사용하여 하나의 링크암(300)을 구동하도록 구성됨이 바람직하다.

물론, 더 많은 갯수의 와이어를 사용할 수도 있으나, 본 발명 실시예에서는 3개의 와이어를 이용하여 하나의 링크암(300)을 구동시키는 것을 예시적으로 설명하기로 한다.

도 8,9에서와 같이, 하나의 와이어(400)에 대하여 링크암(300)의 각도 θ를 유지하기 위한 i번째 와이어의 길이 중, 말단도르레, 즉 제1동작도르레(DR1)로부터 링크암(300)까지의 길이 ℓ_i를 구하면 다음과 같다.

여기에서,

이때, 윈치로부터 링크암까지의 와이어길이

는

에 윈치로부터 말단도르레 윗면까지의 와이어길이를 더하여 구할 수 있는데, 링크암이 수평방향으로

만큼 회전하면 도르레뭉치가 링크암을 따라 회전하므로 이에 따라 필요한 와이어의 길이가 도 10과 같이 변화하게 된다.

그러므로, 다음과 같은 식에 의해 와이어의 길이를 보상하면 각 와이어의 길이를 제어함으로써 링크암의 각도 θ를 조절할 수 있게 된다.

이때,

는

일 때의 윈치로부터 말단도르레 윗면까지의 와이어 길이다.

100: 본체프레임 200: 윈치하우징
300: 링크암 400: 와이어
500: 승차대

Claims

본체프레임과,
상기 본체프레임에 회동가능하게 결합되어 접을 수 있는 한 쌍의 링크암과,
상기 링크암을 고정지지하면서 회동력을 제공하여 각도를 조절하면서 접을 수 있도록 한 다수의 와이어, 및
상기 링크암의 단부에 고정되어 작업자가 탑승할 수 있는 승차대를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 1에 있어서;
상기 본체프레임은 하부본체, 중간본체, 상부본체로 분절되고; 상기 링크암의 일단은 상기 하부본체와 중간본체 사이에 결합되어 회전가능하게 구성되며; 상기 와이어의 일단은 상기 링크암에 고정되고, 타단은 상기 중간본체와 상부본체 사이에 결합된 하부도르레와 상부도르레에 각각 연결되어 감거나 풀 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 2에 있어서;
상기 중간본체의 상단 내부 및 상부본체의 하단 내부에는 각각 하부윈치 및 하부윈치모터, 상부윈치 및 상부윈치모터가 설치되어 상기 다수의 와이어를 감거나 풀 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 2에 있어서;
상기 하부도르레와 상부도르레는 상기 중간본체 또는 상부본체에 결합되는 조립프레임과; 상기 조립프레임에 끼워지는 도르레베이스와; 상기 도르레베이스에 설치되는 다수의 수평도르레와; 상기 조립프레임과 상기 도르레베이스 및 수평도르레 사이에 각각 개재되는 베어링과; 상기 수평도르레를 경유하여 인출된 와이어를 지지 안내하는 다수의 동작도르레;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 4에 있어서;
상기 조립프레임에는 둘레 방향으로 간격을 두고 하부윈치 또는 상부윈치로부터 인출된 와이어를 상기 수평도르레로 안내하는 다수의 수직도르레가 더 설치되고, 상기 수직도르레가 설치된 인접위치의 조립프레임 상에는 와이어구멍이 천공 형성된 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 4에 있어서;
상기 수평도르레와 상기 동작도르레 사이에 설치되어 상기 수평도르레의 둘레를 경유한 와이어가 수평방향으로 인출가능하도록 상기 도르레베이스에는 다수의 안내도르레가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 4에 있어서;
상기 수평도르레는 상기 도르레베이스의 높이방향으로 제1,2,3수평도르레 3개가 순차 적층되고, 제1,2수평도르레에는 와이어가 시계방향으로 감기며, 제3수평도르레에는 와이어가 반시계방향으로 감기도록 배열된 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치.
청구항 1 내지 청구항 7에 기재된 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치를 이용하여 와이어의 길이를 제어하는 방법에 있어서;
하나의 와이어에 대하여 링크암의 각도 θ를 유지하기 위한 i번째 와이어의 길이 중, 말단도르레로부터 링크암까지의 길이 ℓ_i를 다음 (식 1)에 의해 구하는 단계;
(식 1)

여기에서,

상기 단계를 통해 구한 말단도르레로부터 링크암까지의 길이 ℓ_i를 이용하여 윈치로부터 링크암까지의 와이어길이
는
에 윈치로부터 말단도르레 윗면까지의 와이어길이를 더하여 구하되, 링크암이 수평방향으로
만큼 회전하면 도르레뭉치가 링크암을 따라 회전하므로 하기 (식 2)로 보정하여 와이어의 길이를 구하는 단계;
(식 2)

(
는
일 때의 윈치로부터 말단도르레 윗면까지의 와이어 길이)
로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 와이어 구동 로봇의 링크 장치를 이용한 와이어 길이 제어방법.