KR20180032056A - 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 배터리 배선 구조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조는, 절대 엔코더 근처에 배터리를 배치하고, 상기 배터리는 케이블을 통해 단부에 제1 커넥터가 연결되고, 상기 절대 엔코더는 전원공급라인과 연결되고 상기 전원공급라인의 단부에 제2 커넥터가 연결되며, 상기 배터리와 상기 절대 엔코더는 제1 커넥터와 제2 커넥터가 접속되고, 상기 전원공급라인의 소정 위치에서 분기되는 전원보조라인이 형성되며, 상기 전원보조라인의 단부에는 전원보조공급용 부재가 형성되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

Description

배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조{BATTERY WIRING STRUCTURE OF ROBOT MOUNTED WITH BATTERY BACKUP TYPE ABSOLUTE ENCODER}

본 발명은 로봇의 배터리 배선 구조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 엔코더는 코드화 방식에 따라, 인크리멘탈(incremental) 엔코더와 절대(absolute) 엔코더로 구분할 수 있다.

인크리멘탈 엔코더는 회전축(shaft)의 회전각도에 따라 출력값이 구형파로 출력되어 그 출력 펄스수를 변환하여 위치를 검출하는 것이며, 절대 엔코더는 회전축의 회전각도에 따라 출력값이 평행 코드(parallel code)로 출력되어 절대값으로 나타나는 센서로서 외부 환경에 따라 변화되지 않으며 그 특징으로 정전시 원점 보상의 필요 없이 절대 위치를 유지할 수 있는 엔코더이다.

산업용 로봇들 중에는 절대 엔코더를 활용하여 전원이 차단되더라도 현재 각 축의 위치를 기억할 수 있는 로봇들이 대다수 존재하며, 이러한 절대 엔코더 중 상당수는 bettery backup type으로 외부 전원 없이 현재 위치를 기억하기 위해 battery를 활용하게 된다.

이러한 일례의 배터리 백업 타입의 절대 엔코더로서는 대한민국 공개특허 10-2005-0067617에 '엔코더용 배터리 장치'가 개시된다.

대한민국 공개특허 10-2005-0067617에는 백업용 배터리의 전원 소모에 따른 불필요한 교체 주기를 늘리기 위한 기술이 개시될 뿐이다.

백업용 배터리의 전원 소모를 적게 유지하는 것도 중요하지만, 실제 배터리는 주기적 교체가 불가피한 소모품으로서 배터리 교체시 전원이 일시적으로 차단됨으로써 절대 엔코더가 기억해야 할 절대치를 잃어버리지 않게 하는 것이 더욱 중요한 문제가 된다.

도 1 및 도 2는 종래의 배터리 백업 타입의 절대 엔코더의 배터리 배선 구조를 보인 것이다.

도 1를 참조하면, 종래의 배터리 배선 구조 일례는, 각 축의 배터리 전원 공급라인(12)을 기내 배선을 통해 절대 엔코더(11)로부터 로봇(10) 베이스 부위에 설치되어 있는 배터리 보드(13)까지 연결하는 배선 구조를 갖는다. 배터리 보드(13)는 배터리(14, 15) 장착을 위한 용도를 지닌다.

도 2를 참조하면, 종래의 배터리 배선 구조 다른 예는, 절대 엔코더(11) 근처에 배터리(14)를 배치하고, 소형 커넥터(16)를 활용하여 배터리 전원 공급 라인(12)과 연결하는 배선 구조를 갖는다.

도 1의 배선 구조에서는 배터리 수명이 다 되어 교체를 할 때, 병렬로 연결된 배터리(14, 15)를 1개씩 빼내어 교체할 수 있기 때문에, 절대 엔코더(11)에는 전원이 끊기지 않아 배터리(14, 15) 교체 시 엔코더 값을 잃어버리지 않는 장점을 갖는다. 하지만 로봇 기내 배선 케이블에 단선과 같은 문제가 발생하여 케이블의 교체가 수행될 경우에는 엔코더 값을 잃어버리게 된다. 뿐만 아니라 기내배선 케이블에 배터리 선도 포함되기 때문에 로봇 내부를 지나다니는 케이블이 많아지므로 각 축에서의 용적률(케이블이 통과할 수 있는 구멍면적 대비 케이블이 차지하는 면적)이 증가하게 되는데, 이는 기내 배선의 난이도 증가 및 기내배선 케이블 수명 단축의 주요 원인 중 하나로 작용한다.

도 2의 배선 구조에서는 배터리(14)가 기내 배선과 독립적인 소형 커넥터(16)를 통해 절대 엔코더(11)에 연결되므로 기내 배선 케이블을 제거해도 엔코더 값을 상실하지 않는 장점 및 기내 배선할 케이블의 용적률이 작아지는 장점을 갖지만, 배터리 교체 시에는 엔코더 값을 잃어버린다는 단점을 갖는다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 10-2005-0067617

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더에 있어서 배터리 소모에 따라 배터리를 교체할 때, 전원 공급이 계속 유지될 수 있는 배터리 배선 구조를 제공하고자 한다.

또한, 배터리 배선 구조를 다양한 방식으로 제공하여 절대 엔코더가 수행해야 할 기본적인 기능을 계속 유지할 수 있도록 하는 배터리 배선 구조를 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조는, 절대 엔코더 근처에 배터리를 배치하고, 상기 배터리는 케이블을 통해 단부에 제1 커넥터가 연결되고, 상기 절대 엔코더는 전원공급라인과 연결되고 상기 전원공급라인의 단부에 제2 커넥터가 연결되며, 상기 배터리와 상기 절대 엔코더는 제1 커넥터와 제2 커넥터가 접속되고, 상기 전원공급라인의 소정 위치에서 분기되는 전원보조라인이 형성되며, 상기 전원보조라인의 단부에는 전원보조공급용 부재가 형성되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

여기서, 상기 전원보조공급용 부재는 제3 커넥터일 수 있다.

여기서, 상기 배터리 교체시, 상기 제3 커넥터에는 일시적으로 전원을 공급할 배터리에 연결된 커넥터가 접속된 후 상기 배터리가 분리되며, 상기 배터리가 분리된 후, 교체할 새로운 배터리에 연결된 커넥터가 상기 제2 커넥터에 접속되는 것으로 전원 공급의 차단 없이 배터리를 교체할 수 있고, 절대 엔코더의 절대치 기억을 상실하지 않을 수 있으며, 산업용 로봇 기내 배선 케이블의 공간 여유도를 확보하는 것이 가능하고, 산업용 로봇 기내 배선 케이블의 교체에 따른 전원 공급의 일시적인 차단도 방지할 수 있다.

여기서, 상기 전원보조공급용 부재는 캐패시터일 수 있다.

여기서, 상기 배터리 교체시, 상기 캐패시터에 전력이 충전된 상태에서 상기 배터리의 제1 커넥터가 제2 커넥터로부터 분리되고, 상기 배터리가 분리된 후, 교체할 새로운 배터리에 연결된 커넥터가 상기 제2 커넥터에 접속되는 것으로 전원공급 차단없이 배터리 교체가 수행될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더에 있어서 배터리 소모에 따라 교체할 때, 전원 공급이 계속 유지될 수 있으며, 나이가 계속적인 전원을 공급함으로써 절대 엔코더가 수행해야 할 기본 기능을 계속 유지할 수 있도록 할 수 있다.

특히, 전원공급의 계속 유지 및 절대 엔코더의 기본 기능 수행은 배터리의 배선 구조를 개선하여 이들을 가능케할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 배터리 백업 타입의 절대 엔코더 배선 구조의 일예를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 배터리 백업 타입의 절대 엔코더 배선 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8은 도 3에 도시된 배터리 배선의 제1 실시예에 대한 배터리 교체 공정을 설명한 것이다.
도 9 내지 도 11은 도 3에 도시된 배터리 배선의 제2 실시예에 대한 배터리 교체 공정을 설명한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조 및 작용효과를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.

또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 산업용 로봇은 다관절 로봇을 예로 들어 설명하지만, 이에 국한할 필요가 없고 다관절 로봇 이외에도 절대 엔코더를 탑재하여 사용하는 산업용 로봇들에 본 발명의 기술이 모두 적용될 수 있다.

산업용 로봇 중에는 절대 엔코더를 활용하여 전원이 차단되더라도 현재 각 축의 위치를 기억할 수 있는 로봇들이 필요하며, 이러한 절대 엔코더 중 상당수는 배터리 백업 타입으로 외부 전원 없이 현재 위치를 기억하기 위해 배터리를 활용하게 된다.

배터리 백업 타입의 절대 엔코더는 엔코더를 구동하는 드라이브에 주 전원공급장치(SMPS)가 포함되어 있으며, 전원공급장치가 오프(Off)되는 경우에는 보통 드라이브 외부에 장착되는 배터리의 전원을 엔코더로 공급하여, 드라이브 전원 차단시에도 엔코더의 위치 데이터를 보존할 수 있도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 산업용 로봇(100)에는 소정의 위치에 위치 데이터를 상시적으로 기억할 수 있는 절대 엔코더(110)가 마련될 수 있다.

절대 엔코더(110) 근처에는 백업으로 전원을 공급할 수 있는 배터리(140)가 위치되고, 배터리(140)는 소형 커넥터(130)를 통해 절대 엔코더(110)와 연결된다.

배터리(140)의 전원라인에 연결된 제1 커넥터(130a)와 절대 엔코더(110)와 연결된 전원공급라인(120)에 연결된 제2 커넥터(130b)가 서로 접속되어 백업 전원이 공급될 수 있는 조건을 갖춘다.

전원공급라인(120)의 일지점에는 병렬 연결되는 전원보조라인(150)이 형성되고, 전원보조라인(150)의 단부에는 전원보조공급용 부재(160)가 형성된다.

전원보조라인(150)과 전원보조공급용 부재(160)는 배터리(140) 교체시 절대 엔코더(110)에 전원 공급이 일시적으로 차단되는 것을 방지하는 배선 구조로서, 절대 엔코더(110)에 전원을 지속적으로 공급함과 아울러 절대 엔코더(110)가 가지는 절대치를 잃어버리지 않도록 하여 산업용 로봇(100)의 역할을 충실히 이행할 수 있도록 한다.

전원보조라인(150)과 전원보조공급용 부재(160)에 의해 어떠한 방식으로 절대 엔코더(110)에 전원이 계속 공급될 수 있는 지 2가지 실시예로서 다음의 도 4 내지 도 8, 및 도 9 내지 도 11를 통해 설명한다.

도 4 내지 도 8은 도 3에 도시된 배터리 배선의 제1 실시예에 대한 배선 공정을 설명한 것이다.

도 4 내지 도 8에 도시된 본 발명의 제1 실시예는 전원보조공급용 부재(160)가 커넥터(160a)인 경우의 예시이다.

먼저 도 4를 참조하면, 절대 엔코더(110) 근처에는 백업으로 전원을 공급할 수 있는 배터리(140)가 위치되고, 배터리(140)는 소형 커넥터(130)를 통해 절대 엔코더(110)와 연결된다.

배터리(140)의 전원라인에 연결된 제1 커넥터(130a)와 절대 엔코더(110)와 연결된 전원공급라인(120)에 연결된 제2 커넥터(130b)가 서로 접속되어 백업 전원이 공급될 수 있는 조건을 갖춘다.

전원공급라인(120)의 일지점에는 병렬 연결되는 전원보조라인(150)이 형성되고, 전원보조라인(150)의 단부에는 제3 커넥터(160a)가 형성된다.

여기서, 배터리A(140a)는 교체할 새로운 배터리이고, 배터리B(140b)는 배터리(140)의 교체시 일시적으로 전원을 공급하여 절대 엔코더(110)에 전원 공급이 차단되는 것을 방지하는 보조 배터리이다.

도 4와 같은 배터리 배선 구조에서, 배터리(140)의 수명이 다하여 교체가 필요한 경우, 도 5와 같이 배터리B(140b)를 제3 커넥터(160a)에 연결한다. 이때 배터리B(140b)의 커넥터(130d)를 이용할 수 있다.

이 상태에서 도 6과 같이 수명이 다한 배터리(140)를 분리해낸다.

배터리(140)가 분리되더라도 배터리B(140b)가 전원보조라인(150)을 매개로 절대 엔코더(110)에 연결되어 있기 때문에 절대 엔코더(110)에 전원이 차단없이 계속적으로 공급이 될 수 있다.

다음으로, 도 7를 참조하면, 배터리(140)가 분리된 제2 커넥터(130b)와 배터리A(140a)의 커넥터(130c)를 서로 연결시켜, 배터리A(140a)를 통해 절대 엔코더(110)에 전원을 공급할 수 있는 배선을 갖도록 한다.

마지막으로 도 8에서와 같이 일시적으로 전원을 공급하고 있는 배터리B(140b)를 분리시킨다.

이렇게 하여, 절대 엔코더(110)에 공급되는 전원을 차단하지 않고 배터리(140)를 배터리A(140a)로 교체가 가능하도록 하며, 또한 절대 엔코더(110) 근처에 제1 내지 제3 커넥터(130a, 130b, 160a)를 활용하여 교체가 이루어지도록 함으로써 종래의 도 1과 같이 산업용 로봇의 기내 배선 교체에 따른 전원 공급 차단 우려도 없애고 기내 배선내에 배터리 공급라인이 추가될 필요가 없게 된다.

도 9 내지 도 11은 도 3에 도시된 배터리 배선의 제2 실시예에 대한 배선 공정을 설명한 것이다. 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

먼저 도 9를 참조하면, 절대 엔코더(110) 근처에는 백업으로 전원을 공급할 수 있는 배터리(140)가 위치되고, 배터리(140)는 소형 커넥터(130)를 통해 절대 엔코더(110)와 연결된다.

배터리(140)의 전원라인에 연결된 제1 커넥터(130a)와 절대 엔코더(110)와 연결된 전원공급라인(120)에 연결된 제2 커넥터(130b)가 서로 접속되어 백업 전원이 공급될 수 있는 조건을 갖춘다.

전원공급라인(120)의 일지점에는 병렬 연결되는 전원보조라인(150)이 형성되고, 전원보조라인(150)의 단부에는 캐패시터(160b)가 연결된다.

여기서, 도면기호 140a는 교체될 새로운 배터리이다.

이 상태에서 배터리 교체가 필요할 때, 도 9에서 도 10과 같이 교체가 필요한 배터리(140)를 커넥터 결합(130)으로부터 분리한다.

배터리(140)가 제1 커넥터(130a)를 제2 커넥터(130b)로부터 분리되더라도 전원공급라인(120)과 병렬 연결된 캐패시터(160b)에는 소정의 전력이 충전된 상태이기 때문에 배터리(140)로부터 공급되던 전원이 캐패시터(160b)에 의해 절대 엔코더(120)로 공급될 수 있게 된다.

배터리(140)가 분리된 후, 도 11과 같이 새로운 배터리(140a)를 커넥터(130c)를 통해 제2 커넥터(130b)에 연결시킨다. 그럼으로써 캐패시터(160b)에 의해 공급되던 전력이 다시 새로운 배터리(140a)에 의해 공급되고 배터리 교체가 전원 차단 없이 이루어질 수 있으며, 또한 도 1과 같이 배터리 전원공급라인(120)을 기내에 배치하지 않게 되므로 기내 배선 교체에 따른 전원공급차단의 우려도 없어지고, 산업용 로봇 기내의 협소한 공간에 별도의 배터리 전원공급 케이블이 포함될 필요도 없어 로봇 기내의 공간 여유도를 확보하는 것이 가능하게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 산업용 로봇 110 : 절대 엔코더
120 : 전원공급라인 130 : 커넥터 결합
130a : 제1 커넥터 130b : 제2 커넥터
130c, 130d : 커넥터 140, 140a, 140b : 배터리
150 : 전원보조라인 160 : 전원보조공급용 부재
160a : 제3 커넥터 160b : 캐패시터

Claims (5)

1. 절대 엔코더 근처에 배터리를 배치하고,
   상기 배터리는 케이블을 통해 단부에 제1 커넥터가 연결되고, 상기 절대 엔코더는 전원공급라인과 연결되고 상기 전원공급라인의 단부에 제2 커넥터가 연결되며, 상기 배터리와 상기 절대 엔코더는 제1 커넥터와 제2 커넥터가 접속되고,
   상기 전원공급라인의 소정 위치에서 분기되는 전원보조라인이 형성되며, 상기 전원보조라인의 단부에는 전원보조공급용 부재가 형성되는, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원보조공급용 부재는 제3 커넥터인, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배터리 교체시, 상기 제3 커넥터에는 일시적으로 전원을 공급할 배터리에 연결된 커넥터가 접속된 후 상기 배터리가 분리되며,
   상기 배터리가 분리된 후, 교체할 새로운 배터리에 연결된 커넥터가 상기 제2 커넥터에 접속되는, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전원보조공급용 부재는 캐패시터인, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 배터리 교체시, 상기 캐패시터에 전력이 충전된 상태에서 상기 배터리의 제1 커넥터가 제2 커넥터로부터 분리되고,
   상기 배터리가 분리된 후, 교체할 새로운 배터리에 연결된 커넥터가 상기 제2 커넥터에 접속되는, 배터리 백업 타입의 절대 엔코더를 탑재한 로봇의 배터리 배선 구조.

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