KR20150085056A

KR20150085056A - 헥사포드 시스템

Info

Publication number: KR20150085056A
Application number: KR1020157015894A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 레이; 슬림 아루아니
Original assignee: 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-07-22
Also published as: CN105050776A; EP2928650B1; JP2015534909A; EP2928650A1; US9764466B2; WO2014076079A1; FR2997887A1; US20160031080A1; JP6400593B2; FR2997887B1; CN105050776B

Abstract

본 발명은 제1 서포트(2) 및 제2 서포트(3)와 6개의 리니어 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)를 포함하는 헥사포드 시스템(1)에 대한 것으로, 각 리니어 액튜에이터는 스위벨 연결부(41, 42, 43, 44)에 의하여 제1 서포트(2)와 제2 서포트(3) 위에서 각각 연접되는 두 단부들을 가지며, 일단부가 제1 서포트(2)에 매립되면서 스위벨 연결부(51, 52)에 의하여 타단부가 제2 서포트(3)에 결합되는 흡력 구조물(50)을 포함하고, 그의 회전 중심(60)은 제2 서포트(3)의 두께에 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 검사 및/또는 보수 로봇에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 복수의 헥사포드 시스템(1)이 구비되고, 헥사포드 시스템(1)은 직렬로 배치되는 다관절 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 및/또는 보수 로봇에 대한 것이다.

Description

헥사포드 시스템{HEXAPOD SYSTEM}

본 발명은 로봇 분야에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 헥사포드 시스템들을 포함하는 로봇 분야에 대한 것이다. 본 발명의 비제한적이지만 특히 유익한 용도는 원자로의 검사 및 보수 분야이다.

예컨대, 원자력 분야와 같은 일정 분야에서, 매우 정밀하고 강건한(robust) 로봇의 사용은 점점 더 중요하다. 원자로의 안전을 향상시키기 위한 점증하는 요청에 따라, 원자로가 가동 중에 검사 및/또는 보수 작업을 수행하기 위하여 로봇에 대해 의존하는 것은 특히 매력적인 것으로 보인다(이들 과제는 보통 ISIR이라고 불리며, "가동중 검사 및 보수(In Service Inspection and Repair)"를 나타냄). 이들 로봇은 건설 및 해체(dismantling) 장소(주로 원자로 해체)에서 또한 원자로 사고 중에 작업할 수 있으며 그리고 인간 작업자의 높은 위험을 초래하기에 예외적으로 작업하는 것이 필요한 영역에 접근할 수 없는 산업 사고에 더욱 일반적으로 작업할 수 있다.

통상적으로, 이들 로봇들은 특히, 나트륨 냉각수를 이용하는 고속 중성자 원자로 용기의 나트륨에 잠긴 상태에서, 핵 유닛의 측정 및 보수용 공구들 및 센서들을 구비할 수 있다.

현재 사용되는 로봇들은 일반적으로 원자로 주 용기의 외부로부터 조종되는 폴(pole)에 장착된다. 이러한 용기 내부로의 주요 접근로는 플로어(floor)에 위치된다. 검사 또는 보수 메카니즘은 이들 접근로를 통해 도입될 수 있다. 이들 방안들은 검사될 영역이 접근하기 용이한 경우, 전체적으로 만족스럽다. 현재까지 이러한 유형의 원자로의 가장 깊은 침지 부분까지 접근하는 요구는 없었다. 규정의 변경에 따라, 핵 안전 협회(Nuclear Safety Authority)는 이제 이들 영역의 전부 또는 일부를 검사할 수 있는 것을 요구한다. 이제까지 채용된 수단은 이를 허용하지 않았다.

그러므로 안전상 점증하는 요건들에 의하여 ISIR 작업 동안 원자로 유닛에서 접근하기 어려운 영역을 로봇이 접근하는 것이 필요해진다. 또한, 접근하기 어려운 이들 영역은 때로 로봇이 원자로에 진입하는 지점으로부터 비교적 먼 거리에 위치될 수 있다.

폴을 포함하는 공지 방안들에서는, 접근하기 어려운 영역에 로봇이 배치될 수 없으므로, ISIR의 견지에서 엄격한 요건들에 적합하지 않다.

더우기, 일부 원자로들은 로봇에 대해 특히 제한된 환경을 제공한다. 4세대 냉매를 가진 원자로가 그러하다. 특히, 이러한 유형의 원자로에서, 냉매는 일반적으로 나트륨(sodium)이다. 이 금속은 화학적으로 매우 활성이다. 더구나, 물처럼, 나트륨은 침지되는 로봇에 상당한 정력학적인(hydrostatic) 압력을 미친다. 또한, 냉매 온도는 냉매를 액체 상태로 유지하고 주 용기의 내부 구조물의 열 피로의 제한에 대해 요건들을 만족시키기 위하여 비교적 높이 유지된다. ASTRID(Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) 원자로는 이러한 유형의 원자로의 예를 구성한다.

이들 엄격한 제한들에 의하여 만족스럽지 않게 직렬로 장착된 피벗 관절들에 기초한 방안들이 형성된다. 이러한 유형의 방안은 실제로 나트륨-냉매 원자로와 같은 제한된 환경에서 충분히 강건하거나 또는 과도하게 낮은 하중 수용력(load capacity)을 가지는 것으로 입증되지 않았다.

더우기, 헥사포드들에 기초한 관절들은 관절에 의하여 생성되는 힘, 통상적으로 헥사포드의 상부판에 배치된 질량의 운동은 이 판에 수직이 아닐 때, 충분한 하중 수용력을 제공하지 못한다. 이는, 이 힘에 의하여 전단력이 불가피하게 발생되기 때문이다. 이러한 전단력은 리니어 액튜에이터(linear actuator)들에 의하여 흡수되어야 하며, 이는 최선으로 그들의 하중 수용력을 감소시키며 최악으로 관절(articulation)의 파괴를 유발한다. 이러한 유형의 방안은 따라서 또한 만족스럽지 못하다.

본 발명의 목적들, 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명백해질 것이다. 자연적으로 다른 이점들이 입증될 것이다.

그러므로 정밀하고 강건한 그리고 하중의 방향에 상관 없이 양호한 하중 수용력을 형성하는 로봇 관절을 제안하는 것으로 구성되는 필요성이 존재한다. 본 발명의 목적은 이러한 요건을 충족하는 방안을 제안하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따라, 본 발명은 제1 및 제2 서포트와 6개의 리니어 액튜에이터들을 포함하는 로봇용 헥사포드 시스템을 제안하며, 각각의 리니어 액튜에이터는 스위벨 연결부(swivel connection)를 통해 제1 및 제2 서포트에 각각 연접되는 두 단부들을 가진다. 헥사포드 시스템은 일단부가 제1 서포트에 매립되고 타단부가 스위벨 연결부에 의하여 제2 서포트에 결합된 흡력 구조물(force-absorbing structure)을 포함한다. 바람직하게 그리고 특히 유익하게, 흡력 구조물을 결합시키는 이러한 스위벨 연결부의 회전 중심은 제2 서포트의 두께에 위치된다.

이와 같이 적어도 2의 회전 자유도로 제1 서포트에 대해 제2 서포트의 이동성을 유지하면서 이 시스템은 제2 서포트에 가해진 전단력을 효과적으로 흡수한다. 스위벨의 회전 중심의 배치에 의하여 또한 스위벨과 제2 서포트 사이의 레버 아암을 제거할 수 있으며 리니어 액튜에이터들에 불필요하게 가해지는 힘을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 의해서, 따라서 액튜에이터들은 요청된 운동에 필요한 힘을 발생하도록 작동될 수 있다. 제2 서포트에 수직인 힘을 균등한 수용력으로 전개하고, 흡력 구조물에 의한 전단력의 흡수에 의하여 종래 기술에 비해 본 발명에 따른 헥사포드의 크기와 중량을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 헥사포드에 의하여 형성된 관절은 정밀하고 강건하며 제한된 크기를 가지면서 향상된 하중 수용력을 제공한다.

또 다른 실시예에 따라, 본 발명은 예컨대 검사 및/또는 보수용 로봇에 대한 것으로, 적어도 하나의 바람직하게는 직렬로 장착된 복수의 관절들이 구비되며 각각 제1 및 제2 서포트와 적어도 3개, 바람직하게 6개의 리니어 액튜에이터들을 포함하는 아암을 포함하는 것을 특징으로 한다. 각각의 리니어 액튜에이터는 스위벨 연결부에 의하여 제1 및 제2 서포트 위에서 각각 관절식의 두 단부들을 가진다. 각각의 관절은 또한 한편으로 제1 서포트에 매립되고 다른 한편 스위벨 연결부에 의하여 제2 서포트에 결합된 흡력 구조물을 포함한다. 바람직하게 그리고 특히 유익하게, 이러한 스위벨 연결부의 회전 중심은 제2 서포트의 두께에 위치된다.

이와 같이 본 발명에 의하면 여러 헥사포드 시스템들의 중량에 의하여 발생된 전단력이 주로 흡력 구조물에 의하여 흡수되는 다관절 아암을 포함하는 로봇이 제조될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 관절을 구비한 로봇은 양호한 정교함(dexterity)을 제공하면서 증가된 하중 수용력을 가진다. 이와 같이 로봇 아암은 감소된 크기를 가지면서 비교적 큰 길이를 가질 수 있다. 그러므로 로봇 아암은 접근하기 어려운 영역들과 높은 하중 수용력이 필요한 작업들에 사용될 수 있다.

유익하게, 이 로봇은 핵 발전소의 검사를 수행하도록 구성된 검사 및/또는 보수 로봇이다. 또한 극한의 환경에서 해체 또는 작업 수행을 위하여 사용될 수 있다.

유익하나 비제한적인 실시예에 따르면, 로봇은 직렬로 배치된 복수의 관절들을 구비한 아암을 포함한다. 유익하게, 각 관절은 흡력 구조물을 구비한 헥사포드를 형성한다. 유익하게, 두 개의 중첩된 헥사포드 시스템들이 동일한 서포트를 공유한다.

본 발명의 목적들, 특징들 및 이점들이 첨부 도면들에 의하여 도시된 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이며, 여기서:
도 1은 판들에 실질적으로 수직인 힘이 가해진 종래기술에 따른 헥사포드를 도시하는 다이어그램으로서, 이 도면은 또한 이러한 하중 수용 케이스의 액튜에이터에 포함된 힘의 균형을 도시하는 도면이며;
도 2는 판들에 실질적으로 평행인 힘이 가해진 종래기술에 따른 헥사포드를 도시하는 다이어그램으로서, 이 도면은 또한 이러한 하중 수용 케이스의 액튜에이터에 포함된 힘의 균형을 도시하는 도면이며;
도 3은 판들에 실질적으로 평행이며 상부판으로부터 치우친 지점에서 힘이 가해진 종래기술에 따른 헥사포드를 도시하는 다이어그램이며;
도 4는 단면으로 도시된 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 도면이며;
도 5는 측면으로부터 도시한 본 발명의 제2 실시예를 도시하며;
도 6은 도 4에 도시된 제2 실시예의 단면이며;
도 7은 흡력 구조물이 중공인 실시예를 도시하며;
도 8은 시스를 구비한 본 발명에 따른 다관절 아암의 예를 개략적으로 도시한다.

도면들이 단지 예로서 제공되고 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 도면들은 본 발명의 이해를 촉진하기 위한 요지적인 개략적인 표현을 구성하고 실 적용의 크기에 반드시 일치할 필요는 없다. 특히, 여러 요소들의 실제적인 크기는 실제를 반영하지 않는다.

본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 앞서, 결합하거나 또는 대체해서 선택적으로 사용될 임의 특징들이 이하 설명된다.

- 유익하게, 제2 서포트 위에서 흡력 구조물을 관절 작동시키는 스위벨 연결부의 회전 중심은 제2 서포트를 교차하는 두 평면들 사이에 위치되고, 상기 두 평면들은 서로 평행이고 서로 수직인 두 축(Rx, Ry)들에 의하여 형성되는 평면으로 제1 서포트를 고정 유지하면서 제1 서포트에 대해 그 둘레로 제2 서포트가 회전되는 평면에 평행이다. 축(Rz)은 제2 서포트의 고유 회전축, 즉, 제2 서포트 자체의 회전축이다. 흡력 구조물은 주 방향으로 연장한다. 통상적으로, 방향(Rz)은 흡력 구조물이 연장하는 주 방향이다. 방향(Rz)은 매립 연결부와, 제2 서포트에 흡력 구조물을 결합시키는 스위벨 연결부의 회전 중심을 통과하는 직선에 의하여 형성된다. 그러므로 이 방향은 리니어 액튜에이터들의 전개(deployment)에 상관 없이 고정된다.

- 유익하게, 제1 서포트 위에서 리니어 액튜에이터들이 연접되는(articulated) 스위벨 연결부의 중심은 동일 평면이다. 리니어 액튜에이터들이 그에 의하여 제1 서포트 위에서 연접되는 스위벨 연결부의 중심에 의하여 형성되는 평면은 두 평면들에 대해 평행이고, 서로 평행이며, 제2 서포트를 관통하고 그 사이로 흡력 구조물을 제2 서포트 위에 결합시키는 스위벨 연결부의 회전 중심이 위치된다.

- 제2 서포트의 외형(contour)은 외부 덮개(envelope)를 형성하고 제2 서포트와 흡력 구조물에 의하여 형성된 스위벨 연결부의 회전 중심은 덮개 내측에 위치된다.

스위벨 연결부의 회전 중심은 이상적으로 제2 서포트의 평면 중간에 위치된다.

- 바람직하게, 제2 서포트는 흡력 구조물을 향하는 내면과 내면을 향하는 외면을 가지며 회전 중심은 내면과 외면들 사이에 위치되고, 이상적으로 이들 두 평면의 중간에 위치된다.

- 바람직하게, 제2 서포트의 흡력 구조물을 결합시키는 스위벨 연결부의 회전 중심은 제2 서포트의 외면과 내면 사이, 즉, 제2 서포트의 두께의 중간에 위치된다.

- 비제한적인 실시예에 따르면, 내면과 외면은 평면이다.

- 바람직하게, 리니어 액튜에이터들과 흡력 구조물은 그 자체로 제1 및 제2 서포트들 사이에 기계적인 관절들을 제공한다. 그러므로 서로에 대해 두 서포트들을 이동시키거나 유지하기 위하여 다른 요소들이 제공되지 않는다.

- 비제한적인 실시예에 따르면, 흡력 구조물은 연결 아암이며, 그의 일 단부는 제1 서포트 위에 매립되고 그의 제2 단부는 스위벨 연결부에 의하여 제2 서포트에 결합된다. 바람직하게, 흡력 구조물은 튜브이다.

- 일 실시예에 따르면, 본 발명은 스튜어트(Stewart) 플랫폼 유형의 연접부(articulation)를 기초로 전단력을 흡수하는 구조물과 같은 다른 특징을 포함하는 연접부를 제공한다.

- 리니어 액튜에이터들은 수축가능한 아암이다. 리니어 액튜에이터들은 예를 들면 유압 잭, 공압 잭 또는 스크류 잭 등이다.

- 리니어 액튜에이터들은 제1 및 제2 서포트들을 연결시킬 수 있는 스위벨 연결부 외에 다른 피벗이나 스위벨 연결부를 포함하지 않는다. 분리해서 고려할 때, 리니어 액튜에이터는 따라서 병진 운동(translation)으로만 이동할 수 있으며 선택적으로 병진축 둘레로 회전 이동한다.

- 제1 서포트는 강성이다. 제1 서포트는 그것이 연결되는 외부 요소들을 가진 연접부 외에 다른 어느 연접부를 포함하지 않는다(예컨대, 액튜에이터들, 흡력 구조물). 유사하게, 제2 서포트는 강성이다. 제2 서포트는 그것이 연결되는 외부 요소들 외에 다른 연접부를 포함하지 않는다.

- 유익하게, 제2 서포트와 흡력 구조물에 의하여 형성되는 스위벨 연결부의 회전 중심은 제2 서포트 위에서 리니어 액튜에이터들이 연접되는 스위벨 연결부에 의하여 형성되는 원의 중심에 위치된다.

- 유익하게, 흡력 구조물은 제1 서포트 위에 리니어 액튜에이터들이 연접되는 스위벨 연결부에 의하여 형성되는 원의 중심에서 제1 서포트에 매립된다.

- 유익하게, 제1 서포트 위에서 리니어 액튜에이터들이 관절 작동되는 스위벨 연결부들은 각각 제1 서포트의 두깨에 위치되는 회전 중심을 가진다. 이와같이, 제1 서포트에 액튜에이터들을 결합시키는 스위벨 연결부의 회전 중심은 제1 서포트를 관통하는 두 평면들 사이에 위치되고, 상기 두 평면들은 서로 평행이고 서로 수직인 두 축(Rx, Ry)들에 의하여 형성되는 평면으로 제1 서포트를 고정 유지하면서 제1 서포트에 대해 그 둘레로 제2 서포트가 회전되는 평면에 평행이다. 바람직하게, 액튜에이터들을 제1 서포트에 결합시키는 스위벨 연결부들의 회전 중심은 제1 서포트를 통과하는 두 평면들 사이에 위치되고, 상기 두 평면들은 서로 평행이며 한편으로 흡력 구조물과 제1 서포트 사이의 매립 연결부를 관통하고 다른 한편으로 제2 서포트와 흡력 구조물을 결합시키는 스위벨 연결부의 중심을 관통하는 축(Rz)에 수직이다. 유익하게, 스위벨 연결부와 제1 스위벨 연결부 및 제1 서포트 사이의 레버 아암은 축소되고, 따라서 제1 서포트와 스위벨들 위에 생성된 힘을 제한한다.

- 유익하게, 제2 서포트 위에서 리니어 액튜에이터들이 연접되는 스위벨 연결부들은 제2 서포트의 두께에 위치되는 회전 중심을 가진다. 유익하게, 스위벨 연결부들과 제2 서포트 사이의 레버 아암은 축소되므로, 제2 서포트와 스위벨들에 생성되는 힘을 제한한다.

- 비제한적인 실시예에 따르면, 제1 및 제2 서포트들의 적어도 하나는 판을 형성한다. 이와 같이 제2 서포트에 흡력 구조물을 결합시키는 스위벨의 회전 중심은 제2 서포트의 두께(e₂)에 위치된다. 두께(e₂)는 흡력 구조물이 그를 따라 연장하는 주 방향에 평행인 방향으로 취해진 제2 서포트 위의 두 점들 사이의 크기에 의하여 정해진다. 유익하게, 제2 서포트의 외면과 내면 사이의 거리와 제2 서포트에 흡력 구조물을 결합시키는 스위벨 연결부의 중심은 e₂/2이다.

- 비제한적인 실시예에 따라, 헥사포드 시스템의 제1 및 제2 서포트들에서 취해진 적어도 하나의 서포트는 각각 매립 연결부와 스위벨 연결부를 형성하기 위하여 흡력 구조물의 일 단부와 작동하도록 구성되는 커넥터를 포함한다.

- 유익하게, 커넥터는 또한 흡력 구조물과 추가적인 흡력 구조물로부터 취해진 구조물을 가지고 매립된 연결부, 흡력 구조물과 추가적인 흡력 구조물에서 취해진 다른 구조물을 가진 스위벨 연결부를 형성하도록 추가적인 흡력 구조물과 작동하도록 구성된다. 이와 같이 동일한 커넥터가 두 연접부들에 공통이다.

- 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 서포트들의 적어도 하나는 같이 상기 매립 연결부, 또는 각각 상기 스위벨 연결부를 형성하기 위하여 상기 흡력 구조물과 같이 작동하도록 구성된 커넥터를 포함하며, 커넥터는 제2 헥사포드 시스템의 제2 흡력 구조물과 작동하도록 구성되고, 두 헥사포드 시스템들은 이러한 제2 흡력 구조물과 같이 스위벨 연결부 또는 각각 매립 연결부를 형성하도록 직렬로 장착되며, 동일한 커넥터가 이와 같이 직렬로 장착된 두 헥사포드 시스템들의 흡력 구조물과 작동한다. 이와 같이 제1 서포트는 매립 연결부를 형성하기 위하여 상기 매립 연결부에 의하여 제1 서포트에 결합된 흡력 구조물과 작동하도록 구성된 커넥터를 포함하며, 제1 커넥터는 또한 다른 흡력 구조물과 함께 스위벨 연결부를 형성하도록 또 다른 헥사포드 시스템의 제2 흡력 구조물과 작동하도록 이와 같이 동일한 커넥터가 직렬로 장착된 두 헥사포드들의 흡력 구조물과 동시에 작동한다. 유사하게, 제2 서포트는 스위벨 연결부를 형성하기 위하여 제2 서포트와 상기 스위벨 연결부에 의하여 결합된 흡력 구조물과 작동하도록 구성된 커넥터를 포함하고, 제2 커넥터는 또한 다른 흡력 구조물과 같이 매립 연결부를 형성하기 위하여 또 다른 헥사포드 시스템의 또 다른 흡력구조물과 작동하도록 구성되며, 동일한 커넥터가 이와 같이 동시에 직렬로 장착된 두 헥사포드들의 흡력 구조물과 동시에 작동한다. 이와 같이, 다수의 헥사포드 시스템들을 포함하는 다관절 아암의 조립 및 보수가 촉진된다.

- 일 실시예에 따르면, 커넥터들은 단일 부재(single piece)를 형성한다.

- 일 실시예에 따르면, 두 헥사포드 시스템들의 흡력 구조물들은 커넥터들만에 의하여 서포트들에 고정된다.

- 일 실시예에 따르면, 커넥터를 포함하는 서포트는 직렬로 장착된 두 헥사포드 시스템들에 공통이다.

- 일 실시예에 따르면, 두 헥사포드 시스템들의 액튜에이터들은 공통 서포트 위에서 회전하도록 연접된다.

- 일 실시예에 따르면, 공통 서포트는 단일 부재를 형성한다.

- 일 실시예에 따르면, 흡력 구조물은, 제2 서포트 위에 흡력 구조물이 매립되는 제1 단부와 스위벨에 의하여 제2 서포트에 흡력 구조물이 결합되는 제2 단부를 가지며 흡력 구조물의 제1 및 제2 단부들은 고정된다. 이와 같이 강성 연결부가제1 및 제2 단부들을 연결한다. 후자는 연접되지 않는다.

- 일 실시예에 따르면, 흡력 구조물은 동일 연접부의 하나의 서포트로부터 다른 서포트로 연장한다.

- 일 실시예에 따르면, 흡력 구조물은 각 서포트가 연장하는 평면에 수직인 주 방향으로 연장한다. 흡력 구조물은 실질적으로 선형으로 연장한다.

- 일 실시예에 따르면, 각 헥사포드 시스템은 단일 흡력 구조물을 포함한다.

- 일 실시예에 따르면, 흡력 구조물은 중공 스위벨을 구성하는 중공 튜브를 포함한다. 이 시스템은 흡력 구조물과 제1 및 제2 서포트들을 통과하는 통로 채널을 형성하도록 구성된다. 통로 채널은 서포트들의 중심을 관통한다. 복수의 헥사포드 시스템을 구비한 다관절 아암은 각 헥사포드 시스템의 통로 채널을 관통하는 적어도 하나의 케이블 또는 적어도 하나의 파이프를 포함한다. 아암의 헥사포드 시스템의 각각의 통로 채널은 연속적인 통로 채널을 형성한다.

또 다른 실시예에 따르면, 이 시스템은 위에 설명된 특징들의 결합 또는 단지 하나의 특징만을 포함하는 복수의 헥사포드 시스템들을 구비하며 여기서 헥사포드 시스템들은 직렬로 장착된 다관절 아암을 포함하는 로봇에 대한 것이다.

비제한적인 실시예에 따르면, 로봇은 핵 발전소의 검사를 수행하도록 구성된 검사 및/또는 보수 로봇이다.

비제한적인 실시예에 따르면, 상기 로봇이 해체용 및/또는 열악한 환경에서 작업하도록 제조된 로봇이다

일 실시예에 따르면, 다관절 아암은 적어도 두 회전축들 위에서 아암이 운동할 수 있도록 직렬로 장착된 적어도 세 개의 헥사포드 시스템들을 포함한다. 이와 같이 본 발명은 향상된 강건성과 하중 수용력 및 연접부에 의한 적어도 2의 회전 자유도를 가진 다관절 아암을 제공한다.

유익한 실시예에 따라 다관절 아암은 적어도 복수의 연접부들을 덮는 유체 밀봉된 변형가능한 시스(sheath)를 포함한다. 시스는 다관절 아암의 운동을 따르고 다관절 아암의 운동에 불문하고 리니어 액튜에이터들과 스위벨 연결부로부터 일정 거리에 유지되도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명은 아암이 연장하는 주 방향에 수직인 두 축들 위에서 연접부에 의하여 적어도 2의 회전 자유도를 가지는 로봇 아암을 제공한다. 유체 밀봉된 시스(fluidtight sheath)는 종래 기술에 대한 부분에서 설명된 공지 방안들의 로봇 아암을 덮는 시스들에 비해 휠씬 우수한 내마모성과 사용 수명을 가진다.

본 발명의 개발 측면에서, 공지의 방안에서, 시스 내측에 회전 중심이 위치되고, 이는 매우 작은 곡률 반경을 발생하고 그러므로 시스의 매우 작은 영역에 응력이 집중한다. 연접부들에 의하여 회전이 발생함에 따라, 이들 영역의 피로는 매우 신속하게 증가하고 파괴가 출현한다. 본 발명에 따른 로봇 아암에서, 각 연접부의 회전 중심은 시스의 외측 또는 적어도 연접부의 외측으로 밀어진다.

시스에 가해진 응력은 따라서 길이를 따라 보다 균등하게 분포된다. 이어서 높은 피로 영역이 제한되거나 또는 제거된다. 피로 강도와 시스의 사용 수명은 이어서 향상된다. 이와 같이 본 발명은 연접부가 작동하는 주위 환경에 대해 연접부의 보호를 향상시키도록 신뢰성 있으며, 강건하고 단순한 방안을 제공한다.

더우기, 이 방안은 로봇 아암의 메카니즘과 나트륨의 접촉을 방지하는 이점을 가진다. 이는 나트륨의 보유 영역을 상당히 제한하고 로봇 아암의 세척과 방제에 관련하는 어려움을 감소시킨다. 아암이 용기에서의 작업을 완료하고 그로부터 나올 때 특히 유용하다. 이어서 아암은 세척되거나 또는 가동되고 보수되며, 이는 나트륨의 제한된 존재에 의하여 촉진된다.

유익한 실시예에 따르면, 시스는 바람직하게 다관절 아암의 운동에 상관 없이, 리니어 액튜에이터들과 스위벨 연결부들로부터 일정 거리에 유지되도록 구성된다. 이와 같이, 시스에 외력이 가해지면, 예컨대, 일 지점에서 시스의 외부 덮개에 압력이 가해지거나, 또는 예컨대 외부 환경으로부터 시스로 압력이 가해질 때, 시스는 관절들의 액튜에이터들로부터 일정 거리에 유지된다. 그러므로 서포트에 리니어 액튜에이터들을 결합시키는 스위벨들과 시스 사이 또는 시스와 액튜에이터를 형성하는 잭 또는 로드 사이에 접촉이 없다.

유익한 실시예에 따르면, 시스는 바람직하게 예컨대 액체 침지에 관련된 압력 또는 일 지점에서의 압력과 같은 외부 압력에 의하여 실질적으로 변형될 수 없는 부피를 가진다. 이와 같이, 아암이 액체에 침지되거나 또는 가압 유체에 배치되더라도, 시스는 형상적인 고려에 의하여 고정되고 압력에 의하여 영향을 받지 않는 부피를 유지한다. 바람직하게, 시스의 부피는 일정하다.

유익하게, 이로써 압력의 영향 하의 시스는 연접부들과의 접촉이 방지되고, 이는 시스를 손상시키거나 또는 리니어 액튜에이터들을 손상시키는 것이 방지된다.

더우기, 그리고 또한 유익하게, 이로써 압축가능한 시스에 기초한 방안에 대해, 아암에 가해지는 아르키메데스(Archimede) 부력을 증가시킬 수 있다. 아르키메데스 부력은 아암의 중량에 반대이다. 그러므로 후자는 예컨대 변형가능한 시스를 가진 아암보다 또는 시스 없는 아암보다 더 길어짐으로써, 질량의 이러한 증가를 보충하기 위한 구조물이나 기계적인 보강재를 제공할 필요 없이 더 큰 질량을 가질 수 있다. 아암의 조종가능성과 및/또는 외부 하중 수용력이 크게 향상된다.

- 바람직하게, 시스는 모든 연접부들을 덮으며, 단지 다관절 아암의 마지막 연접부들을 선택적으로 제외할 수 있다.

- 효과적으로, 시스 부피는 일정하게 유지되거나 10% 이상 변하지 않으며, 또는 바람직하게는 10바와 같거나 작은, 바람직하게는 5바보다 작거나 같은 압력이 가해질 때 5% 이상 변하지 않는다.

- 바람직하게, 시스는 파형 튜브이며, 또한 벨로우즈 튜브로 불린다.

- 바람직하게 시스는 여러 등급의 스테인레스강, 티타늄, 탄소, 구리, 실리콘을 포함하는 폴리머, 또는 이들 재료들의 조합 중에서 선택된 재료로 제조된다.

- 유익한 실시예에 따르면, 제1 및 제2 서포트들은 적어도 하나의 리니어 액튜에이터들로부터 일정 거리에 시스를 유지하도록 구성된다.

- 하나의 유익한 실시예에 따르면, 아암은 적어도 하나의 리니어 액튜에이터로부터 일정 거리에 시스를 유지하도록 구성된 서포트 구조물을 포함한다. 또 다른 효과적인 실시예에 따르면, 시스는 시스 내측의 압력에 의하여 적어도 하나의 리니어 액튜에이터로부터 일정 거리에 유지된다. 다관절 아암은 시스 내측의 가스를 포함한다. 이와 같이 다관절 아암은 시스 내측에 수용된 가스를 포함한다.

- 유익한 실시예에 따르면, 아암은 리니어 액튜에이터들과 서포트들로부터, 즉, 또한 연접부들로부터 일정 거리에 시스를 유지하도록 구성된다.

- 유익한 실시예에 따르면, 시스는, 연접부에 추가해서, 유체를 포함한다. 바람직하게, 유체는 아암이 그 속에서 이동하는 유체보다 더 가볍다. 예컨대, 시스 내측의 유체는 공기와 같은 가스이며, 아암은 물이나 나트륨과 같은 액체에 침지된다. 가스는 시스에 수용된다. 그러므로 가스는 시스로부터 도피할 수 없다.

- 바람직하게, 시스는 단일 부재이다. 대체적으로, 시스는 서포트 구조물에 의하여 지지되는 유체 밀봉된 덮개를 포함한다.

- 일 실시예에 따르면, 각각의 흡력 구조물은 중공 스위벨을 구비하는 중공 튜브를 포함한다. 각 커넥터는 중심에서 중공이고 각각의 헥사포드 시스템은 통로 채널을 형성하도록 구성된다. 로봇은 또한 모든 헥사포드 시스템들을 관통하는, 그들의 통로 채널을 관통하는 적어도 하나의 케이블 또는 적어도 하나의 파이프를 포함한다.

본 발명에서, 로봇 연접부를 형성하기 위하여 헥사포드라고도 불리는 적어도 하나의 헥사포드 시스템에 착안하였다.

공지의 헥사포드 시스템이 도 1과 2에 도시된다. 그 특징들 및 결점들은 본 발명의 내용이 이제 설명될 것이다. 이들 도면들에 설명된 바와 같이, 헥사포드 시스템은 세 쌍의 수축가능한 아암(110)들에 의해 평행으로 상호 연결되는 바닥판(102)과 상부판(103)을 가지는 기계전자적인 디바이스이다. 각각의 아암은 스위벨 연결부(104)에 의하여 두 판들의 각각에 대해 연접된다. 아암(110)의 전개 또는 수축에 의하여, 병진의 3 자유도와 회전의 3 자유도의 6 자유도에 따라 상부판(103)은 바닥판(102)에 대해 이동한다.

상부판(103) 위의 질량(mass)을 이동시키고 판들에 수직으로 중량이 가해질 때 헥사포드들은 매우 효과적이다. 질량의 중량 또는 상부판(103)에 수직으로 가해진 힘은 도 1의 힘의 평형에서 M으로 표시된 벡터로 표현된다. 이러한 외력에 대한 반응으로, 잭(jack)의 작동축을 따라 각각의 잭은 작용력을 발생한다. 액튜에이터에 의하여 생성된 이러한 반작용력은 도 1에서 R로 표시된 벡터에 의하여 도시된다. 명확성을 위하여, 도 1의 다이어그램에 단지 하나의 반작용력이 도시된다. 실제로, 벡터로 표시된 힘은 6개의 잭들 위에 분배된다.

벡터(M)와 벡터(R) 사이의 각도(α)는 작다. 잭에 의하여 생성된 힘의 크기는 R = M/cos(α)이다(명확성 때문에 잭들의 하나만이 하중을 흡수하는 것으로 고려).

헥사포드가 가로방향(transverse) 힘, 즉, 상부판에 실질적으로 평행인 하나의 힘을 받는 경우, 이어서 이러한 가로방향 힘의 투사된 성분이 각 잭(110)에 해롭게 미친다.

이는 도 2에 도시되며, 제2 판에 적용된 외력은 M'로 표시된다. 도 1과 도 2에 도시된 힘(M 및 M')은 같은 크기를 가지며, 단지 방향이 다르다. 잭의 반작용력(R')과 벡터(M') 사이의 각도(α')는 잭의 반작용력(R)과 벡터(M) 사이의 각도(α)보다 더 크다. 이어서 전단력(T')은 전단력(T)보다 휠씬 더 크다. 이를 식으로 표시하면 다음과 같다:

α' = Π/2-α

R' = M/cos(α') = M/cos(Π/2 - α);

R = M/cos(α);

cos(Π/2-α) > cos(α)

같은 크기의 힘(M 과 M')에 대해 힘(R')의 크기는 따라서 힘(R)의 크기보다 휠씬 더 크다.

이 문제는 힘(M')이 도 2 도시와 같이 상부판(103)의 평면에 가해지지 않은 때, 그러나, 후자로부터 치우친 때, 더욱 중요하다. 편향력(offset force,M')의 적용 지점(114)과 상부판(103) 사이의 레버 아암(113)이 상당한 전단력(T)과 모멘트(M0)를 생성하기 때문이다. 이는 도 3에 도시된다.

따라서 아암(110)에 의하여 생성된 힘의 일부는 전단력(T')을 보충하기 위해서만 사용된다.

이와 같이 하중(M)을 흡수하도록 형성된 헥사포드는 가끔 하중(M')을 흡수할 수 없다. 최선의 경우, 전단력(T')을 보충하기 위하여 잭들에 의하여 생성된 힘은제1 판(102)에 평행인 회전 축(Rx 및 Ry)들 둘레로 상부판(103)을 이동시키기 위하여 잭들이 발생할 수 있는 힘을 매우 크게 감소시킨다. 회전 축(Rx 및 Ry)들이 도 1에 도시되고, 회전축(Rz)은 판(103)의 고유 회전축이다.

하나의 방안은 판들에 평행으로 그리고 직각으로 가해지는 하중을 흡수할 수 있도록 헥사포드의 크기를 크게 형성하는 것으로 구성될 것이다. 그러나 이 방안은 헥사포드를 더욱 비싸고 더욱 부피가 크며 특히 더욱 무겁도록 만드는 단점을 가진다. 그러나, 헥사포드의 중량 및 크기의 증가는 헥사포드를 구비한 로봇의 조종성능의 향상과 접근하기 어려운 영역에 접근하는 능력에 반비례한다. 더구나, 헥사포드의 중량은 또한 전단력과 보충이 필요한 모멘트를 발생한다.

더우기, 바닥판(102)에 평행인 회전축(Rx 및 Ry)에 따라서만 상부판을 이동시키는 경우, 잭들의 과잉 크기(oversizing)는 그러한 과잉 크기의 목적이, 일을 하지 않는, 전단력을 보충하기 위한 것이므로 유용하지 않다.

이를 개선하기 위하여, 본 발명은 이러한 전단력의 리니어 액튜에이터들을 구제하기 위하여 전단력(T)을 흡수하도록 구성된 기계적 구조물을 통합시킴으로써 공지의 헥사포드 시스템을 변형킨다.

아암들의 리니어 액튜에이터들은 이어서 전체 성능으로서 하중(M')의 회전 운동을 관리할 수 있다. 이러한 전단력을 흡수하기 위한 구조물은 바람직하게 헥사포드의 중심에 매립된다. 이는 고정 서포트에 그리고 이동가능한 서포트에 대해 이동되는 서포트를 가진 스위벨 연결부에 고정된다. 이러한 연접부는 소정의 축에서, 즉, 축((Rx 및 Ry)에서 2의 회전 자유도를 제공하는 스위벨을 형성한다.

본 발명의 실시예들의 예가 이제 도 3 및 도 4 그리고 도 5를 참조하여 각각 보다 구체적으로 설명될 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 헥사포드 시스템의 제1 실시예를 도시한다. 또한 헥사포드로 불리는 이 헥사포드 시스템은, 제1 서포트(2)와 제2 서포트(3)를 포함한다. 본 발명은 특정 서포트 형태에 제한되지 않는다. 이와 같이, 각각의 서포트는 평면 형상을 가질 수 있으며 판을 구성한다.

또한 비제한적으로, 본 명세서에서 제2 서포트(3)는 제1 서포트(2)에 대해 회전될 수 있는 것으로 생각될 것이다. 이를 위하여, 6개의 리니어 액튜에이터(10a, 10b,..., 10f)들은 각각 스위벨 연결부(43a, 44a, ..., 43f, 44f)들에 의하여 제1 서포트(2) 위의 단부들의 하나에 의하여 연접되고 또 다른 스위벨 연결부(41a, 42a, ..., 41f, 42f)들에 의하여 제2 서포트(3) 위의 다른 하나의 단부에 의하여 연접된다. 각각의 스위벨 연결부(41a, ..., 41f, 43a,...43f)는 두 서포트(2, 3)들의 하나에 의하여 운반되는 시트(42a, ...42f, 44a, ... 44f)와 작동한다.

다관절 아암들로 불리는, 이들 리니어 액튜에이터(10a, ..., 10f)들은 또한 예컨대 유압, 공압 또는 스크류 잭들을 포함한다. 이들 리니어 액튜에이터(10a, ..., 10f)들은 예컨대 쌍을 이루므로 액튜에이터(10b)의 스위벨 연결부는 다른 액튜에이터(10c, ..., 10f)들보다 액튜에이터(10b)에 더 근접하게 제1 서포트(2) 위에 배치되고 그러므로 이러한 액튜에이터(10b)는 다른 리니어 액튜에이터(10d, ..., 10a)들보다 액튜에이터(10c)에 더 근접하게 제2 서포트(3) 위에 배치된다. 이와 같이 액튜에이터들을 이와 같이 배치함으로써 메카니즘 상의 마찰이나 막힘이 피해진다.

이 시스템은 또한 흡력(force-absorbing) 구조물(50)을 포함한다. 이러한 구조물은 제1 서포트(2)에 매립된다. 이 구조물은 스위벨 연결부(51, 52)에 의하여 제2 서포트(3)에 결합된다. 흡력 구조물(50)은 단단하며, 즉, 매립 연결부(54)와 스위벨 연결부(51, 52)들 사이에 축(Rx, Ry 및 Rz)을 따라 힘을 전달하도록 구성된다. 바람직하게, 구조물은 스위벨 연결부(51, 52) 외에 다른 연접부(articulation)를 포함하지 않는다.

도시된 유익한 실시예에 따르면, 이 구조물은 연결 아암을 형성한다. 연결 아암의 일 단부(53)는 매립 연결부(54)를 형성하기 위하여 제1 서포트(2)와 작동한다. 연결 아암의 다른 단부는 스위벨 연결부(51, 52)를 형성하기 위하여 제2 서포트(3)에 고정된 시트(52)와 작동하는 스위벨(51)을 형성한다. 유익하게, 연결 아암은 튜브를 형성한다.

제2 서포트(3)는 도 4에 도시된 축(Rx 및 Ry)들 둘레로 적어도 2의 회전 자유도를 가지며, 축(Rz)은 제2 서포트(3)의 고유 회전축이다. 흡력 구조물이 실질적으로 리니어, 원통형 또는 원추형인 경우, 축(Rz)은 이 구조물이 위치하는 주 방향에 평행이다.

특정 실시예에서, 제2 서포트(3)는 또한 축(Rx 및 Ry)들에 수직인 축(Rz) 위에서 제1 서포트(2)에 대해 회전한다. 축(Rz) 위의 이러한 회전 자유도는 예컨대 서포트에 의하여 운반되는 공구에 의하여 요소를 나사 결합하도록 작용한다.

특히 유익하게, 스위벨 연결부(51, 52)의 중심(60)은 제2 서포트(3)의 두께(e₂)에 위치된다. 이 두께는 도 4에 도시된다. 예컨대, 바닥면(31)과 상부면(32)을 가지는 판을 형성하는 제2 서포트(3)의 경우, 중심(60)은 두 면(31, 32)들 사이에 위치된다. 보다 일반적으로, 제2 서포트(3)의 둘레는 덮개를 형성하고 회전 중심(60)은 덮개 내측에 고정된다. 달리 말하면, 스위벨 연결부(51, 52)의 회전 중심(60)은 서로 평행이고, 축(Rx 및 Ry)들에 의하여 형성되는 평면에 평행이며, 제2 서포트(3)를 관통하는 두 평면들 사이에 위치된다.

특히 유익하게, 스위벨(41a, ..., 41f, 43a, ...43f)들의 중심은 판(3)의 두께(e₂) 및 판(2)의 두께(e₁)에 각각 위치된다. 스위벨(41a, ..., 41f)들의 중심(60)은 동일 평면이고 중심(60)은 스위벨(41a, ..., 41f)들의 중심을 포함하는 평면에 속한다. 이로써, 판(3)을 이동시키에 필요한 이상의 액튜에이터(11a, ..., 11f)들에 의하여 가해지는 힘을 감소시킨다. 중심(43a, ...43f)들은 또한 동일 평면이다.

이와 같이, 본 발명은 회전 중심(60), 제2 서포트(3) 및 스위벨(41a, ... 41f)의 사이의 레버 아암을 적어도 축소시키므로, 제2 서포트(3)를 이동시키기 위하여 필요한 힘이 손실되도록 액튜에이터(11a, ..., 11f)들에 의해 균형이 형성되는 전단력을 제한한다. 특히 흡력 구조물(50)은 제1 서포트(2)에 수직이 아니게 향해지고 서포트(3)에 가해지는 외력을 미치는 전단력을 흡수할 것이다. 즉, 축(Rx 및 Ry)들에 의하여 형성된 평면에 수직이 아니도록 가해지는 힘이다.

시스템의 크기와 중량은 축(Rx 및 Ry) 위의 회전 하중 수용력을 유지하면서 감소될 수 있다.

바람직하게, 리니어 액튜에이터(10)들의 스위벨 연결부(41, 42)들은 제2 서포트(3)와 평탄한 외형을 형성한다. 전단력 흡수 구조물(50)의 스위벨 연결부(51, 52)의 중심(60)은 상기 평면에 수직이고 중심(60)을 통과하는 직선이 또한 상기 외형의 중심을 통과하도록 위치된다. 바람직하게, 스위벨(41, 42)의 중심은 원을 형성하고 원의 중간 또는 원에 수직인 직선에 위치되며 원의 중심을 통과하는 중심(60)을 형성한다. 이와 같이 제2 서포트(3)의 힘은 흡력 구조물(50) 위로 균등하게 분배된다.

바람직하게 매립 연결부(54)에 대해 동일하게 적용된다. 이는 스위벨 연결부(43, 44)의 중심에 의하여 형성되는 둘레 내측에 바람직하게 위치된다. 바람직하게, 이 둘레는 원을 형성하고 매립 연결부(54)는 원의 중심 또는 이 원에 수직이며 그 중심을 관통하는 직선에 위치된다.

도 5와 6에 도시된 실시예는 도 4와 관련하여 위에 설명된 실시예의 특징들을 반복한다. 더우기, 이 실시예에서, 제2 서포트(3) 위의 리니어 액튜에이터(10)들을 연접시키는 스위벨들의 회전 중심(41)은 이러한 제2 서포트(3)에 더욱 근접하게 이동된다. 바람직하게, 회전 중심(41)은 평면 또는 제2 서포트(3)의 두께(e₂)에 위치된다. 이는 또한 스위벨과 제2 서포트(3) 사이의 레버 아암을 축소하며, 이로써 이 서포트(3) 및 리니어 액튜에이터(10)들에 가해진 힘을 감소시킨다. 이어서 축(Rx 및 Ry)들 위의 회전 수용력을 유지하면서 이 시스템의 중량 및 매립 연결부는 축소될 수 있다. 대신해서, 균등한 중량과 크기를 위하여 시스템의 하중 수용력을 증가시킬 수 있다. 이러한 특징은 전단력을 흡수하기 위한 구조물의 존재에 상관 없이 적용될 수 있음을 알아야 한다.

유사하게, 그리고 바람직하게, 제1 서포트(2) 위에서 리니어 액튜에이터(10)들을 연접시키는 스위벨의 회전 중심(43)은 이러한 제1 서포트(2)에 더욱 근접하게 이동된다. 바람직하게, 회전 중심(43)은 평면 또는 제1 서포트(2)의 두께(e₁)에 위치된다. 이러한 특징 또한 전단력 흡수 구조물의 존재에 불문하고 적용될 수 있음을 알아야 한다.

바람직하게, 각 서포트(2, 3)는 금속판이며, 그 두께는 시스템의 높이와 비교하면 비교적 작으며, 시스템의 높이는 방향(Rz)으로 고려된다. 이들 금속판들에는 보강재가 구비되고 액튜에이터들과, 흡력 구조물, 및 외력에 의하여 생성된 힘의 작동 하에 변형을 제한하기 위하여 축(Rx, Ry)을 따라 강성을 증가시키는 보강재가 구비된다.

바람직하게, 제1 및 제2 서포트(2, 3)들은 스위벨 연결부의 시트(42, 44)들이 리니어 액튜에이터(10)를 연접시키기 위하여 그 위에 부착된 판들이다. 시스템의 제조가 이로써 용이해진다.

바람직하게, 제2 서포트(3)는 커넥터(21a)를 포함한다. 커넥터(21a)는 제2 서포트(3) 위에서 흡력 구조물(50)을 연접시키는 스위벨 연결부(51, 52)의 시트(52)를 포함한다. 바람직하게, 커넥터(21a)는 또한 후자와 같이 매립 연결부를 형성하기 위하여 또 다른 흡력 구조물(50)의 단부를 수용하도록 형성된다. 이와 같이 제1 및 제2 서포트(2, 3)들은 유사하며, 이는 제조 및 그 비용을 수용한다.

효과적으로, 제1 서포트(2)는 또한 커넥터(21b)를 포함한다. 이와 같이, 시스템이 조립되기 전에, 제1 및 제2 서포트(2, 3)들은 동일하다.

특정 실시예에 따르면, 커넥터(21a, 21b)들은 두 단부들을 가지는 슬리브 형태이다. 제1 단부(210a, 210b)는 전단력 흡수 구조물(50)의 스위벨 연결부(51, 52)들을 형성하는 시트(52)와 스위벨(51)을 수용하도록 구성된다. 제2 단부(211a, 211b)는 후자와 같이 매립 연결부를 형성하기 위하여 구조물(50)의 단부(53)를 수용하도록 구성된다. 통상적으로, 이러한 매립 연결부(54)는 전단력 흡수 구조물(50)을 커넥터(21a, 21b)에 나사 결합함으로써 얻어진다. 예컨대, 핀은 나머지 회전 자유도를 제거하기 위하여 제공된다.

유익하게, 동일한 커넥터가 동시에 스위벨 연결부를 형성하기 위한 제1 구조물(50)과 매립 연결부를 형성하기 위한 제2 구조물(50)을 수용하도록 구성된다. 이 실시예는 여러 헥사포드 시스템들이 직렬로 장착되면 특히 효과적이다.

이와 같이, 동일한 커넥터가 직렬로 장착된 두 헥사포드들에 사용될 수 있다. 도 6을 예로 들면, 제2 서포트(3)의 커넥터(21a)는 예컨대 단부(211a)에 의하여 후자와 같이 매립 연결부를 형성하기 위하여 도시되지 않은 추가적인 구조물(50)을 허용할 수 있다. 또한 추가적인 리니어 액튜에이터들을 제2 서포트(3) 위로 장착하고 이들 추가적인 리니어 액튜에이터들을 도시되지 않은 제3 서포트에 결합시킴으로써, 직렬로 장착된 제2 서포트(3)를 공통으로 가지는 두 헥사포드들이 얻어질 것이다. 이 실시예가 바람직하다.

그럼에도 불구하고, 본 발명은 또한 직렬로 장착된 헥사포드들을 포함하나 흡력 구조물(50)을 수용할 수 없는 커넥터를 가지지 않는 것이 명백하다. 또한 본 발명은 직렬로 장착되나 공통 서포트를 가지지 않는 헥사포드들을 포함하는 것이 명백하다.

바람직한 실시예에 따르면, 축(Rz) 둘레로 제1 서포트(2)에 대해 제2 서포트(3)의 회전을 방지하도록 구성된 리니어 액튜에이터들을 제어하도록 디바이스가 구성된다.

도 7은 선택적이지만 특히 유익한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 흡력 구조물(50)은 전부 중공이다. 이와 같이 각각의 헥사포드 시스템(1)은 통로 채널(61)을 가진다. 이로써 전체 관절이 가벼워지고 다관절 아암을 경량화함으로써 균등 중량에 대한 하중 수용력을 향상시킨다. 이로써 또한 연결부의 중심에서 케이블이나 파이프를 통과시킬 수 있다. 축(Rz) 둘레로의 연접부의 회전, 즉, 흡력 구조물이 주로 연장하는 축 둘레로의 회전은 이들 케이블이나 파이프들이 다관절 아암의 일단부로부터 다른 단부로 연장하더라도, 그를 관통하는 케이블 또는 파이프의 비틀림을 유발하지 않는다. 더구나, 연접부 중심에 케이블을 배치함으로써 관절의 이동 중의 케이블을 신장시키는 것을 피할 수 있다. 이들 케이블들은 예컨대 전기 케이블이므로, 예컨대 아암 위에 배치된 공구들을 제어할 수 있으며, 또는 아암에 의하여 지지되는 센서들과 통신할 수 있다. 파이프들에 의하여 아암 위에 배치된 예컨대, 공압, 또는 유압 공구들이 제어되고 작동될 수 있다. 이들 파이프들에 의해서 또한 아암 단부로부터 유체를 분사하고, 제거하고, 추출할 수 있다.

도 7 도시의 비제한적인 실시예에 따라, 흡력 구조물(50)은 도 5와 6과 관련하여 설명되는 구조물과 실질적으로 유사하다.

커넥터(21a)는 중공이다. 이는 관통된 내부 보어를 포함한다.

커넥터의 제2 단부(211a)는 흡력 구조물의 중공 튜브(55)의 제1 단부(53)의 외면에 위치된 외부 나사와 작동하는 내부 나사(59)를 포함한다.

커넥터의 제1 단부(210a)는 단면 축소부를 포함하며 이는 커넥터에 의하여 형성된 보어로부터 스위벨 연결부(51)가 이탈하는 것을 방지한다.

중공 튜브(55)는 스위벨(51)의 스위벨 서포트(56)를 형성하는 부분의 외면에 의하여 지지되는 보충 나사와 작동하도록 형성된 나사(57)를 내면에 구비하는 제2 단부를 포함한다. 이러한 스위벨 서포트(56)는 이와 같이 나사 결합에 의해 중공 튜브(55)에 고정된다. 이 실시예에 의하여 연접부들의 제조 및 조립이 상당히 간단하게 된다.

스위벨 서포트(56)는 스위벨(51)을 수용하기 위한 부분을 포함한다. 스위벨(51)은 주로 이러한 수용부를 보충하는 보어를 포함하고 이러한 스위벨 서포트(56)의 단부로부터 후자에 고정된 구(sphere)를 형성한다. 정지부는 바람직하게 스위벨(51)용 서포트(56)의 보어에 의하여 구비되는 내부 나사와 작동하는 외부 나사를 가지는 스크류를 포함한다. 이와 같이, 스크류는 스위벨(51)의 서포트(56) 단부에 고정된다. 스크류 헤드는 스위벨(51)의 보어보다 더 큰 단면을 가진다. 이와 같이 후자는 스크류 헤드의 바닥면에 접한다. 바람직하게, 워셔가 스크류 헤드(58)와 스위벨(51) 사이에 구비된다.

특히 유익하게, 스크류는 중공이다. 두 커넥터(21a, 21b)들과, 중공 튜브(55), 스위벨(51)을 위한 서포트(56), 스위벨(51)과 스크류 헤드(58)를 포함하는 흡력 구조물(50)은 따라서 케이블이나 파이프용 통로 채널을 형성하는 관통 개구를 가진다.

유익하게, 연접부(1)는 이하와 같이 조립된다:

- 바람직하게 스크류에 의하여 서포트(2)에 고정된 커넥터(21b)에 중공 튜브(55)를 고정하며;

- 바람직하게 스크류에 의하여 중공 튜브(55)에 스위벨(51)용 서포트(56)를 고정하며;

- 스위벨(51)용 서포트(56)를 서포트(3)에 고정된 커넥터(21a)를 관통해서 통과시키며;

- 스위벨 서포트(56)에 의하여 지지되는 수용부에 커넥터(21a)에 의하여 형성된 시트(52) 내측에 스위벨(51)을 배치하고;

바람직하게 스크류에 의하여, 스위벨(51)용 서포트(56) 위에 보유 정지부, 여기서는 중공 스크류(58)와 워셔를 고정한다.

이어서 아암의 조립은 제2 연접부와 같이 진행될 수 있다. 이를 위하여, 상기 단계들은 서포트(3)의 커넥터(21a)를 사용하여 반복된다. 이와 같이 제1 단계는 커넥터(21a) 위에 또 다른 중공 튜브를 고정하는 것으로 구성된다.

다른 실시예들은 각각의 연접부들을 관통하는 채널을 형성하도록 구성될 수 있다.

특히 바람직하게, 그리고 도 8 도시와 같이, 여러 헥사포드 시스템들로 형성되는 다관절 아암(100)은 아암 둘레 또는 적어도 헥사포드 시스템 둘레의 슬리브를 형성하는 시스(sheath)(200)를 포함한다.

이러한 시스는 유체 밀봉식이다. 이는 변형가능하며 관절의 운동을 따를 수 있다. 축(Rx 또는 Ry) 둘레로의 회전의 경우, 시스(200)는 다관절 아암(100)의 형태를 따른다. 아암(100)의 곡률에 불문하고, 연접부의 곡률 반경의 중심은 그의 외측에 위치되고 보통 시스(200)의 내부 외측에 위치된다. 시스의 변형은 따라서 비교적 넓은 표면에 걸쳐 분배된다. 변형 아래 응력을 받는 영역은 신장되고, 이는 시스(200)의 피로를 감소시킨다. 그의 유체 기밀성은 따라서 효과적이고 지속적이다.

시스(200)는 따라서 연접부가 보호되어야 하는 환경에서 아암(100)의 위치를 변경시키기에 적합하다. 이러한 경우는 예컨대 나트륨-냉매 원자로이다.

바람직하게, 시스(200)는 그의 일 단부에서 프레임 또는 상기 프레임에, 즉, 아암(100)의 말단부용 서포트에 고정된 서포트(2)에 밀봉 고정된다. 바람직하게, 다른 단부에서 아암(100)의 말단부의 서포트(6)에 또는 이 서포트(6)에 고정된 요소에 고정된다.

바람직하게, 시스(200)는 그의 두 단부들 사이에서 연속적인 유체 밀봉을 가진다. 이는 단일 부재 또는 밀봉되어 조립된 여러 부재들에 의하여 형성된다.

바람직하게, 시스(200)는 일정한 부피를 가지거나 또는 다소 압축성이다. 이와 같이 시스는 변형가능하나 외부 압력의 영향 아래 단지 다소 압축가능하거나 또는 압축가능하지 않을 것이다. 비교적 큰 강한 주위 압력을 받으면, 통상 1 바와 10바 사이의 압력을 받으면, 시스(200)는 실질적으로 일정한 압력을 유지한다. 보다 일반적으로, 비교적 높은 주위 압력, 통상적으로 1 내지 10바의 압력이 적용되면, 시스(200)의 용적은 10% 이상, 바람직하게는 5% 이상 감소하지 않는다. 그러한 외부 압력은 예컨대 다관절 아암(100)이 침지되는 유체에 의하여 생성될 수 있다. 이는 아암(100)이 나트륨-냉매 원자로에서 ISIR 과제를 수행할 때 발생할 수 있는 것이다.

시스(200)는 일정한 부피를 가지므로 외부 압력의 영향 아래 리니어 액튜에이터(10)와 접촉하는 것이 방지된다. 이어서 파손 위험이 피해진다. 더구나, 시스(200)는 다관절 아암(100)의 부피를 증가시키며 그러므로 후자에 가해지는 아르키메데스 부력을 증가시킨다. 아르키메데스 부력은 도 8에 도시된다. 아르키메데스 부력이 다관절 아암(100)의 중량의 모두 또는 일부를 보충한다. 이는 아암(100)의 중량이 아암의 말단부에 의하여 및/또는 외부 요소 위에 이 단부에 의하여 가해지는 힘에 의하여 운반되는 질량(M)의 하중에 부가되는 경향을 가지기 때문이다. 아암(100) 자체의 중량에 의하여 유발된 전단력은 그러므로 후자의 하중 수용력을 제한한다. 본 발명에 의하여, 아암(100)에 의하여 제공될 수 있는 하중 수용력은 이와 같이 증가하면서 아르키메데스 부력에 의하여 아암 자체의 중량의 전부 또는 일부를 보충한다.

아암(100)이 큰 질량을 가질 때 그의 길이, 포함하는 연접부의 수 또는 그 크기 때문에 특히 효과적이다.

아암이 수평으로 전개되거나 및/또는 수평에 근접한 펼쳐진 위치에서 작동할 때 특히 효과적이다.

시스(200) 내측에 존재하는 유체는 아암(100)을 에워싸는 매체의 유체보다 더 가볍다. 통상적으로, 예컨대, 다관절 아암(100)이 유체 속에서 이동할 때 가스는 공기보다 선호된다. 또한 아암(100)이 자유 공기 중에서 이동할 때 헬륨과 같은 공기보다 더 가벼운 가스를 제공할 수 있을 것이다. 수직이 아닐 때 아암(100)의 중량에 의하여 흡력 구조물(50) 위에 전단력이 발생하므로 더욱 더 효과적이다.

바람직하게, 시스(200)는 벨로우즈 튜브와 같은 파형 튜브에 의하여 형성된다. 효과적으로, 시스는 금속, 예컨대, 스테인레스강으로 제조된 파형 튜브로 형성된다. 그러한 소재를 선택함으로써, 주위 유체의 압력을 견딜 수 있으며, 또는 예컨대 나트륨 냉매의 경우 온도 및/또는 화학적 응력을 견딜 수 있다. 파형 튜브의 강성에 의하여 시스(200)는 다관절 아암에 의하여 부여된 운동을 외부 압력이 존재하더라도 부피가 따를 수 있도록 일정 부피를 유지할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 시스(200)는 신축성 유체 밀봉식 외부 덮개 및 신축성 덮개가 접하는 강성 프레임을 포함한다. 이와 같이 골조는 서포트 구조물을 형성한다. 예컨대 골조는 금속으로 제조된다. 골조는 다관절 아암(100)에 부착될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 골조는 관절(1)의 서포트(2,,, 6)에 의하여 형성된다. 후자는 따라서 리니어 액튜에이터들을 서포트들에 연결시키는 리니어 액튜에이터(10)들과 스위벨로부터 일정 거리에 덮개를 유지하도록 형성된다.

여전히 또 다른 실시예에 따르면, 부분적으로 변형가능한 시스가 제공되나 시스와 액튜에이터(10)들 사이의 접촉을 발생하는 변형을 방지한다. 이와 같이, 리니어 액튜에이터(10)에 접촉하는 것을 방지하는 강성 골조를 시스가 접할 때까지 변형할 수 있는 신축성 외부 덮개에 의하여 형성된 시스를 가질 수 있다. 이와 같이 리니어 액튜에이터(10)와 접하는 시스를 손상시킬 위험성이 제거된다.

여전히 또 다른 실시예를 따라, 아암은 후자의 부피를 유지하기 위하여 시스(200) 내측의 충분한 압력을 유지하도록 구성된다. 이와 같이 시스 내측으로 가압 가스를 분사하도록 준비할 수 있으므로 시스(200) 내측의 압력은 시스 둘레 압력의 작용과 균형을 이룰 수 있다.

이와 같이 본 발명은 액튜에이터들을 구제하기 위하여 전단력을 간단히 흡수하기 위한 확실한 방안을 명백히 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 적어도 2의 회전 자유도에 따라 작용을 발생하거나 또는 하중을 이동시키기 위하여 기계화된 스위벨 유형의 효과적인 방안을 제공한다.

이와 같이 본 발명은 로봇의 기본 요소로서 특히 효과적이며 또는 원자로와 같은 제한 환경에서 검사 또는 보수 작업에 사용되는 연접부(articulation) 메카니즘의 기본 요소로서 입증된다.

본 발명은 위에 설명된 실시예로 제한되지 않으며 청구범위들에 의하여 포괄되는 모든 실시예들로 확장한다.

특히, 원자로 환경에서 검사 및 보수 작업에 특히 효과적이지만, 본 발명은 또한 다른 과제를 가지는 로봇 또는 다른 환경에서 작동하는 연접부들에 적용한다.

Claims

제1 서포트(2)와 제2 서포트(3) 및 6개의 리니어 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)를 포함하고, 각각의 리니어 액튜에이터는 스위벨 연결부(41, 42, 43, 44)를 통해 제1 서포트(2) 및 제2 서포트(3)에 각각 연접되는 두 단부를 가지는, 헥사포드 시스템(1)에 있어서,
한편으로 제1 서포트(2)에 매립되고, 다른 한편으로 회전 중심(60)이 제2 서포트(3)의 두께에 위치되도록 스위벨 연결부(51, 52)에 의하여 제2 서포트(3)에 결합되는 흡력 구조물(50)을 포함하며,
상기 리니어 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)가 제1 서포트(2)에 연접되는 스위벨 연결부(43, 44)는 각각 제1 서포트(2)의 두께에 위치되는 회전 중심을 가지고, 상기 리니어 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)가 제2 서포트(3)에 연접되는 스위벨 연결부(41, 42)는 각각 제2 서포트(3)의 두께에 위치되는 회전 중심을 가지며,
상기 제1 서포트(2) 및 제2 서포트(3) 중 적어도 하나의 서포트는, 상기 흡력 구조물(50)과 작용하여 매립 구조와 각각의 스위벨 연결부(51, 52)를 형성하도록 구성되는 커넥터(21a, 21b)를 포함하고, 상기 커넥터(21a, 21b)는 제2 헥사포드 시스템의 제2 흡력 구조물과 작용하도록 구성되며, 두 개의 헥사포드 시스템은 제2 흡력 구조물과 함께 스위벨 연결부와 각각의 매립 구조를 형성하도록 직렬로 장착되어, 동일한 커넥터가 직렬로 장착된 두 개의 헥사포드 시스템의 흡력 구조물들과 작용하는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 커넥터(21a, 21b)는 단일 부재(single piece)를 형성하는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
직렬로 장착된 두 개의 헥사포드 시스템의 흡력 구조물(50)들은 단지 커넥터(21a, 21b)들에 의해서만 서포트(2, 3)에 고정되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커넥터(21a, 21b)들을 포함하는 서포트(2, 3)는 직렬로 장착된 두 개의 헥사포드 시스템에 공통인 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 두 개의 헥사포드 시스템의 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)들은 공통 서포트(2, 3)에 회전 연접되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
공통 서포트(2, 3)들은 단일 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 중심(60)은 제2 서포트(3)를 관통하는 두 평면 사이에 위치되고, 상기 두 평면은 서로 평행이며, 상기 두 평면은 한편으로 상기 흡력 구조물(50)과 제1 서포트(2) 사이의 매립 연결부를 관통하고 다른 한편으로 제2 서포트(3)에 흡력 구조물(50)을 결합시키는 스위벨 연결부(51, 52)의 중심을 관통하는 축(Rz)에 수직인 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 서포트(3)는 흡력 구조물(50)을 향하는 내면(31)과 상기 내면(31)의 반대편의 외면(32)을 가지며 상기 회전 중심(60)은 상기 내면(31)과 외면(32) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 서포트(3)와 흡력 구조물(50)에 의하여 형성되는 스위벨 연결부의 상기 회전 중심(60)은 리니어 액튜에이터(10)들이 제2 서포트(3)에 연접되는 스위벨 연결부(41, 42)들에 의하여 형성되는 원의 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡력 구조물(50)은 리니어 액튜에이터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f)들이 제1 서포트(2)에 연접되는 스위벨 연결부(43, 44)에 의하여 형성되는 원의 중심에서 제1 서포트(2)에 매립되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 서포트(2) 및 제2 서포트(3) 중에서 적어도 하나는 판을 형성하는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡력 구조물(50)은 제1 서포트(2)에 매립되는 제1 단부와 스위벨 연결부(51, 52)에 의하여 제2 서포트(3)에 결합되는 제2 단부를 가지며, 상기 흡력 구조물(50)의 제1 단부 및 제2 단부는 고정되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
단일 흡력 구조물(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡력 구조물(50)은 중공 스위벨 연결부(51)를 지지하는 중공 튜브(55)를 포함하며, 커넥터(21a, 21b)는 중심이 중공이며, 상기 헥사포드 시스템은 흡력 구조물(50)과 제1 서포트(2) 및 제2 서포트(3)를 관통하는 통로 채널(61)을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 헥사포드 시스템.
검사 및/또는 보수 로봇에 있어서,
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 복수의 헥사포드 시스템(1)들이 구비되고 상기 헥사포드 시스템(1)들이 직렬로 배치되는 다관절 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
제15항에 있어서,
상기 헥사포드 시스템(1)을 둘러싸고 상기 다관절 아암(100)의 운동을 따라 변형되는 변형가능한 유체 밀봉 시스(200)를 포함하며, 상기 변형가능한 유체 밀봉 시스(200)는 다관절 아암(100)의 운동에 불문하고 리니어 액튜에이터(10)와 스위벨 연결부(41, 42, 43, 44)로부터 일정 거리에 유지되는 것을 특징으로 하는 로봇.
제16항에 있어서,
상기 시스(200) 내부의 리니어 액튜에이터(10)로부터 일정 거리에 시스(200)를 유지할 수 있는 압력을 보장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 흡력 구조물(50)은 중공 스위벨 연결부(51)를 구비하는 중공 튜브(55)를 포함하며, 각각의 커넥터(21a, 21b)는 중심이 중공이며, 각각의 헥사포드 시스템(1)은 통로 채널(61)을 형성하도록 구성되며, 상기 로봇은 통로 채널(61)들을 관통하여 모든 헥사포드 시스템(1)을 관통하는 적어도 하나의 파이프의 적어도 하나의 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.