KR20170075971A - 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 롤축과 피치축으로 다관절을 구성한 로봇을 구동하는 장치에 있어서: 인접한 롤축과 피치축 사이에 드라이브모듈(30)을 배치하고, 상기 드라이브모듈(30)에 양쪽 축의 구동을 위한 케이블(20)을 데이지 체인 방식으로 연결하고, 상기 드라이브모듈(30)은 모터의 구동과 관련되어 기능별로 구분된 기판을 지지봉(36) 상에 적층된 상태로 구비하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 협소공간 작업용 로봇의 기내 배선을 전원, 이더켓 통신선 두 종류만 가능하게 설계하여 구동관련 기구부의 소형화를 도모하고 유지보수의 편의성을 증대시키는 효과가 있다.

Description

데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치{Robot drive apparatus with daisy chain structure}

본 발명은 로봇 구동장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 협소한 공간에 투입되는 작업용 다관절 로봇에서 모터드라이브 배선의 최적화를 구현하기 위한 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치에 관한 것이다.

선박의 건조에 있어서도 소형화된 구조의 다관절 용접로봇이 요구되는 경우가 있다. 예컨대 쇄빙선(ICE-Breaker) 급의 강성과 강도를 갖춘 쇄빙 LNG선의 선체는 일반 상선에 비해 론지 간격이 절반 수준으로 좁아지므로 수동용접은 물론 일반적인 로봇을 투입하기 곤란하다.

작업용 로봇의 배선과 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 등록실용신안공보 제0169731호(선행문헌 1), 한국 등록실용신안공보 제0380340호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 베이스, 어깨부, 암 및 손목부로 구성되고, 케이블이 배선되는 6축 다관절 로봇에 있어서, 상기 1, 2축과 3, 4, 5, 6축 케이블은 분리형 배선이고, 상기 1축과 2축의 케이블은 베이스에 설치되고, 상기 3, 4, 5 , 6축의 케이블은 암 및 손목부에 배선된다. 이에, 케이블을 로봇의 몸체 내부로 연결함으로서, 외부의 간섭을 방지할 수 있는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 축과 다른 축 사이에 장착되어 회동 가능하게 결합시키는 축단지지베어링과; 상기 축에 장착되어 상기 케이블의 일측을 지지하는 상부지지고정체; 상기 케이블의 타측을 지지하는 하부지지고정체; 상기 하부지지고정체의 외측에 장착되는 케이블지지베어링; 등으로 구성된다. 이에, 회동으로 인한 케이블의 피로파괴를 예방하고, 케이블의 점검과 교체가 용이한 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 다관절 로봇에서 어느 정도 배선의 단순화를 도모할 여지는 있으나 협소한 공간에 투입하기 위해 외형을 축소하는 경우 적용성이 저하되어 경박단소 설계에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 등록실용신안공보 제0169731호 "선체 용접용 로봇의 케이블 배선" (공개일자 : 1998.10.07.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0380340호 "로봇의 축간 케이블 연통구조" (공개일자 : 2005.03.29.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 축형 중공형 모터드라이브 모듈을 컴팩트한 구조로 통합하면서 2축형 모듈당 하나의 모터 드라이브를 로봇 관절 내부에 직접 수용하여 배선의 최적화와 더불어 데이지 체인 배선연결 방식의 채택이 가능하여 경박단소 설계를 구현하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 롤축과 피치축으로 다관절을 구성한 로봇을 구동하는 장치에 있어서: 인접한 롤축과 피치축 사이에 드라이브모듈을 배치하고, 상기 드라이브모듈에 양쪽 축의 구동을 위한 케이블을 데이지 체인 방식으로 연결하고, 상기 드라이브모듈은 모터의 구동과 관련되어 기능별로 구분된 기판을 지지봉 상에 적층된 상태로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈은 모터를 구동하는 구동기판, 통신을 처리하는 통신기판, 신호 입출력을 처리하는 인터페이스기판, 소요되는 전원을 생성하는 전원변환기판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈의 기판들은 양쪽의 축에 관련된 회로를 하나의 대각선을 중심으로 분할되는 영역에 구비하는 것을 특징으로 하는 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 케이블은 인접한 드라이브모듈 사이를 배선함에 있어서, 일측 구동축의 중공부와 타측 구동축의 측공부를 설정된 내부 경로로 통과하고, 인접한 측공부 사이를 설정된 외부 경로로 통과하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈의 기판들 중에 적어도 일부는 상하 배선의 간섭을 피하기 위한 절개부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 협소공간 작업용 로봇의 기내 배선을 전원, 이더켓 통신선 두 종류만 가능하게 설계하여 구동관련 기구부의 소형화를 도모하고 유지보수의 편의성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 로봇에 적용된 상태를 나타내는 구성도
도 2는 도 1의 로봇에 탑재된 드라이브모듈을 분리하여 나타내는 구성도
도 3은 도 2의 드라이브모듈을 적층된 상태로 나타내는 구성도
도 4는 도 3의 드라이브모듈에서 구동기판을 나타내는 구성도
도 5는 도 3의 드라이브모듈에서 전원변환기판을 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 다수의 롤축과 피치축으로 다관절을 구성한 로봇을 구동하는 장치에 관하여 제안한다. LNG선의 론지와 같은 협소공간의 용접작업에는 소형의 6축 다관절 로봇이 보편적으로 선호된다. 1축부(11)에서 6축부(16)에 이르기까지 순차적으로 롤축-피치축-피치축-롤축-피치축-롤축 방식으로 구성한 상태를 도시하고 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 인접한 롤축과 피치축 사이에 드라이브모듈(30)을 배치한 구조이다. 도 1을 참조하면 1축부(11)와 2축부(12) 사이에 상류측 드라이브모듈(30)가 배치되고, 3축부(13)와 4축부(14) 사이에 하류측 드라이브모듈(30)가 배치된다. 각 축은 모터, 감속기, 제동기, 상대 엔코더, 절대 엔코더 등을 구비하고, 베이스(10)를 통하여 입력되는 48V를 3.3~24V 범위로 변환하여 사용한다. 하나의 드라이브모듈(30)을 기준으로 양쪽의 축을 기구적/전기적으로 연결하여 모듈화하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 드라이브모듈(30)에 양쪽 축의 구동을 위한 케이블(20)을 데이지 체인 방식으로 연결한 구조이다. 데이지 체인 방식에 의하면 2축부(12)는 1축부(11)에 연결되고, 3축부(13)는 2축부(12)에 연결되고, 4축부(14)는 3축부(13)에 연결된다. 도 2를 참조하면 1축부(11)에 인입되는 상류측 케이블(20)이 드라이브모듈(30)의 일측으로 연결되고, 드라이브모듈(30)의 타측에서 하류측 케이블(20)이 2축부(12)로 인출된다. 이와 같은 방식에 의하면 케이블(20)의 양을 축소할 수 있으므로 경박단소 설계의 구현에 유리하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 드라이브모듈(30)은 모터의 구동과 관련되어 기능별로 구분된 기판을 지지봉(36) 상에 적층된 상태로 구비한다. 기능별 기판이 지지봉(36) 상에 적층되는 것은 상호 적절한 간격으로 이격된 상태를 유지함을 의미한다. 이와 같이 드라이브모듈(30)에서 기판들을 적층 상태로 수용하면 경박단소 설계의 구현에 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈(30)은 모터를 구동하는 구동기판(31), 통신을 처리하는 통신기판(32), 신호 입출력을 처리하는 인터페이스기판(33), 소요되는 전원을 생성하는 전원변환기판(34)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 구동기판(31)은 제어기(도시 생략)의 출력에 대응하여 모터의 작동 전원을 인가하는 회로이고, 통신기판(32)은 이더캣(EtherCAT) 신호의 입출력을 수행하는 회로이고, 인터페이스기판(33)은 엔코더를 비롯한 각종 신호의 입출력을 수행하는 회로이고, 전원변환기판(34)는 외부의 48V 전원을 작동에 소요되는 3.3~24V 범위의 전원으로 변환하는 회로이다.

도 3에는 지지봉(36) 상에 구동기판(31), 통신기판(32), 인터페이스기판(33), 전원변환기판(34)이 순차적으로 적층된 상태를 예시하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상측의 전원변환기판(34)는 소요되는 전압별로 다수의 전원커넥터(41)가 연결되고, 그 하층의 인터페이스기판(33)에는 다수의 입력커넥터(42)와 출력커넥터(43)가 연결된다. 입력커넥터(42)는 센서 등의 신호를 입력하는 접속구이며, 출력커넥터(43)는 모터, 제동기 등에 전원을 출력하는 접속구이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈(30)의 기판들은 양쪽의 축에 관련된 회로를 하나의 대각선을 중심으로 분할되는 영역에 구비하는 것을 특징으로 하는 한다. 도 4를 참조하면 드라이브모듈(30)의 하측에 배치된 구동기판(31)이 우상 모서리에서 좌하 모서리를 연결한 대각선을 기준으로 분할된 영역에 동일한 회로를 구비함을 예시한다. 하측의 전원커넥터(41)는 1축부(11)에서 케이블(20)로 연결되는 부분이고, 상측의 전원커넥터(41)는 2축부(12)에서 케이블(20)로 연결되는 부분이다. 드라이브모듈(30)의 통신커넥터(44)도 대각선을 기준으로 분할된 영역에 각각 구비된다. 물론, 도시에는 생략하나 구동기판(31) 외에 통신기판(32), 인터페이스기판(33), 전원변환기판(34)도 동일한 방식으로 구현된다. 이와 같은 배치(일종의 점대칭)에 의하면 양측으로 연결되는 케이블(20)에 의한 하중 분산에 유리한 것은 물론, 로봇의 6축 구성 변경에 대응하여 드라이브모듈(30)을 180˚로 방향을 전환하여 배치하기 용이하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 케이블(20)은 인접한 드라이브모듈(30) 사이를 배선함에 있어서, 일측 구동축(21)의 중공부(22)와 타측 구동축(21)의 측공부(23)를 설정된 내부 경로로 통과하고, 인접한 측공부(23) 사이를 설정된 외부 경로로 통과하는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면 케이블(20)이 1축부(11)에서 구동축(21)의 중공부(22), 2축부(12)에서 구동축(21)의 측공부(23)를 통하여 외부로 노출되고, 다시 3축부(13)에서 구동축(21)의 측공부(23), 4축부(14)에서 구동축(21)의 중공부(22)를 통하여 연결된다. 중공부(22)는 회전축과 동심으로 형성된 관통공이고, 측공부(23)는 회전축에서 반경방향과 축방향으로 형성된 관통공이다. 케이블(20)이 외부로 노출되는 경로에는 링크(25)의 내측으로 커버를 설치하여 은폐한다. 이와 같은 방식에 의하면 로봇의 다관절 다축 운동에 의한 케이블(20)의 간섭, 꼬임, 엉킴을 배제할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드라이브모듈(30)의 기판들 중에 적어도 일부는 상하 배선의 간섭을 피하기 위한 절개부(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 5에서 전원변환기판(34)에 대각선 방향으로 각각 절개부(46)가 형성된 상태를 예시한다. 절개부(46)는 전원변환기판(34)의 하층에 있는 인터페이스기판(33)의 커넥터 배치에 대응하여 다르게 형성되지만 어느 경우에나 대각선의 중심점을 기준으로 점대칭을 유지하는 것이 좋다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 베이스 11~16: 1축부~6축부
20: 케이블 21: 구동축
22: 중공부 23: 측공부
25: 링크 30: 드라이브모듈
31: 구동기판 32: 통신기판
33: 인터페이스기판 34: 전원변환기판
36: 지지봉 41: 전원커넥터
42: 입력커넥터 43: 출력커넥터
44: 통신커넥터 46: 절개부

Claims (5)

1. 다수의 롤축과 피치축으로 다관절을 구성한 로봇을 구동하는 장치에 있어서:
   인접한 롤축과 피치축 사이에 드라이브모듈(30)을 배치하고,
   상기 드라이브모듈(30)에 양쪽 축의 구동을 위한 케이블(20)을 데이지 체인 방식으로 연결하고,
   상기 드라이브모듈(30)은 모터의 구동과 관련되어 기능별로 구분된 기판을 지지봉(36) 상에 적층된 상태로 구비하는 것을 특징으로 하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 드라이브모듈(30)은 모터를 구동하는 구동기판(31), 통신을 처리하는 통신기판(32), 신호 입출력을 처리하는 인터페이스기판(33), 소요되는 전원을 생성하는 전원변환기판(34)을 구비하는 것을 특징으로 하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 드라이브모듈(30)의 기판들은 양쪽의 축에 관련된 회로를 하나의 대각선을 중심으로 분할되는 영역에 구비하는 것을 특징으로 하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이블(20)은 인접한 드라이브모듈(30) 사이를 배선함에 있어서, 일측 구동축(21)의 중공부(22)와 타측 구동축(21)의 측공부(23)를 설정된 내부 경로로 통과하고, 인접한 측공부(23) 사이를 설정된 외부 경로로 통과하는 것을 특징으로 하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 드라이브모듈(30)의 기판들 중에 적어도 일부는 상하 배선의 간섭을 피하기 위한 절개부(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이지 체인을 적용한 로봇 구동장치.

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