KR20190102733A - Robot joint module with light based wireless communication and wireless power transfer structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 로봇 관절 모듈에 관한 것으로, 로봇의 배선 연결 없이 구동에 필요한 전력 및 제어 신호를 송수신하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a robot joint module, and to a robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure for transmitting and receiving power and control signals required for driving without connecting the robot wiring.
인간과의 작업 공간 공유가 전제된 협동 로봇은 인간 작업자의 안전이 고려된 기구 설계가 필수적으로 요구된다. Cooperative robots premised on sharing the working space with humans are indispensable for the design of machinery that considers the safety of human operators.
한편, 종래의 로봇 관절 기술은 로봇의 전력, 센싱, 제어입력을 위한 신호 배선이 요구되고 있다. 이러한 요구는 로봇 시스템의 설계에 있어서 조인트 간 전선이나, 커넥터 등 배선 요소에서 기구 설계의 자유도를 제한하며, 구성 및 유지보수를 위한 분해 및 조립작업 중 배선 작업이 작업 난이도와 작업 시간의 증대를 가져오는 문제점이 되어 왔다. Meanwhile, the conventional robot joint technology requires signal wiring for power, sensing, and control input of a robot. This requirement limits the degree of freedom in designing the instrument in wiring elements such as wires and connectors between joints in the design of the robot system, and wiring work during disassembly and assembly for configuration and maintenance increases work difficulty and time. It has been a problem.
이에 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 전파 기반의 무선 통신 기술을 로봇 시스템에 접목하여 배선을 최소화하였으나, 노이즈에 민감하거나, 로봇의 작동에 필요한 높은 통신 주기를 만족시키지 못하는 문제점을 여전히 가지고 있다.In order to solve this problem, conventionally, a radio wave-based wireless communication technology is applied to the robot system to minimize wiring, but still has a problem in that it is not sensitive to noise or does not satisfy a high communication period required for the operation of the robot.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 로봇의 배선 연결 없이 구동에 필요한 전력 및 제어 신호를 송수신하여 협동 작업을 원활하게 도와주는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈을 제공하는데 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure that facilitates cooperative work by transmitting and receiving power and control signals required for driving without connecting the robot wiring. There is this.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈은 내부가 중공 구조로 이루고, 로봇의 관절 형태로 형성되는 본체 및 상기 본체의 내부로 광신호를 이용한 무선통신 및 무선전력전달을 수행하여 상기 본체가 동작되도록 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, the robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure according to the present invention has a hollow structure, the body is formed in the joint form of the robot and the optical signal into the interior of the body And a controller for controlling the main body to operate by performing wireless communication and wireless power transfer.
또한 상기 본체는, 일단이 로봇 본체와 연결된 제1 관절, 일단이 상기 제1 관절의 타단과 연결된 제2 관절 및 상기 제1 관절 및 상기 제2 관절 사이에 무선전력이 전송되도록 구비되는 전력코일부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the main body, one end of the first joint connected to the robot body, one end of the second joint is connected to the other end of the first joint and the power coil unit is provided so that wireless power is transmitted between the first joint and the second joint. Characterized in that it comprises a.
또한 상기 제1 관절은, 내부에 구비되고, 상기 제2 관절을 제어하는 제1 제어신호를 광신호로 전송하는 제1 발광부 및 내부에 구비되고, 상기 제2 관절로부터 제1 제어신호에 대한 피드백 광신호인 제2 제어신호를 수신하는 제1 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first joint is provided in the first light emitting unit for transmitting the first control signal for controlling the second joint as an optical signal therein and is provided therein, for the first control signal from the second joint And a first light receiver configured to receive a second control signal which is a feedback optical signal.
또한 상기 제2 관절은, 상기 제1 발광부와 마주보는 내부에 구비되고, 제1 제어신호를 수신하는 제2 수광부, 상기 제1 수광부와 마주보는 내부에 구비되고, 상기 제2 제어신호를 전송하는 제2 발광부, 내부에 구비되고, 상기 제1 제어신호를 전처리하는 모듈 드라이버, 내부에 구비되고, 상기 전처리된 제1 제어신호에 포함된 제어에 따라 회전하는 중공형 모터, 내부에 구비되고, 상기 구동되는 중공형 모터의 회전속도를 제어하는 중공형 감속기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second joint may include a second light receiving unit provided inside the first light emitting unit, the second light receiving unit receiving a first control signal, and an inside of the second joint receiving the first control signal, and transmitting the second control signal. A second light emitting unit, provided inside, a module driver for preprocessing the first control signal, provided inside, and a hollow motor rotating in accordance with the control included in the preprocessed first control signal, And, characterized in that it comprises a hollow reducer for controlling the rotational speed of the driven hollow motor.
또한 상기 전력코일부는, 자기유도 방식 또는 자기공명 방식을 이용하여 무선전력전송을 하는 것을 특징으로 한다.The power coil unit may perform wireless power transmission using a magnetic induction method or a magnetic resonance method.
또한 상기 제1 발광부와 상기 제2 수광부 및 상기 제1 수광부와 상기 제2 발광부 사이를 빈 공간으로 유지하는 것을 특징으로 한다.The first light emitting part and the second light receiving part and the first light receiving part and the second light emitting part may be maintained in an empty space.
본 발명에 따른 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈은 광 기반의 무선통신 및 무선전력 기술을 적용하여 로봇의 배선이 제외된 상태로 기구 설계가 가능하다.Robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure according to the present invention can be designed in the state that the wiring of the robot is removed by applying the light-based wireless communication and wireless power technology.
이를 통해, 기구 설계의 자유도를 높이고, 안전에 최적화된 설계를 할 수 있다.Through this, it is possible to increase the degree of freedom in designing the instrument and to design the design optimized for safety.
또한 로봇의 조립 및 유지 보수에서 배선의 영향을 최소화함으로써, 로봇 개발 및 유지보수에서 소비되는 시간 및 원가를 절감할 수 있다.In addition, by minimizing the influence of the wiring in the assembly and maintenance of the robot, it is possible to reduce the time and cost spent in the development and maintenance of the robot.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절 모듈을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a robot joint module according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it is noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function is apparent to those skilled in the art or may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절 모듈을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a robot joint module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 로봇 관절 모듈은 로봇의 배선 연결 없이 구동에 필요한 전력 및 제어 신호를 송수신하여 협동 작업을 원활하게 도와준다.Referring to FIG. 1, the robot joint module smoothly assists in cooperative work by transmitting and receiving power and control signals required for driving without connecting the robot.
로봇 관절 모듈은 본체 및 제어부를 포함한다. 본체는 내부가 중공 구조로 이루고, 로봇의 관절 형태로 형성된다. 제어부는 본체의 내부로 광신호를 이용한 무선통신 및 무선전력전달을 수행하여 본체가 동작되도록 제어한다.The robot joint module includes a main body and a control unit. The main body has a hollow structure inside and is formed in the shape of a joint of a robot. The controller controls the main body to operate by performing wireless communication and wireless power transfer using an optical signal into the main body.
본체는 제1 관절, 제2 관절 및 전력코일부를 포함한다.The body includes a first joint, a second joint and a power coil part.
제1 관절은 일단이 로봇 본체와 연결되고, 제2 관절은 일단이 제1 관절의 타단과 연결된다. 또한 전력코일부는 제1 관절 및 제2 관절 사이에 무선전력이 전달되도록 구비된다. One end of the first joint is connected to the robot body, and the second joint is connected to the other end of the first joint. In addition, the power coil unit is provided so that the wireless power is transferred between the first joint and the second joint.
상세하게는, 제1 관절은 제1 발광부 및 제1 수광부를 포함한다. 제1 발광부는 내부에 구비되고, 제2 관절을 제어하는 제1 제어신호를 광신호로 전송한다. 제1 수광부는 내부에 구비되고, 제2 관절로부터 제1 제어신호에 대한 피드백 광신호인 제2 제어신호를 수신한다. 한편, 제1 발광부 및 제1 수광부는 후술되는 제2 수광부 및 제2 발광부와 서로 마주보는 위치에 구비된다.In detail, the first joint includes a first light emitting part and a first light receiving part. The first light emitting unit is provided inside and transmits a first control signal for controlling the second joint as an optical signal. The first light receiving unit is provided therein, and receives a second control signal, which is a feedback optical signal for the first control signal, from the second joint. Meanwhile, the first light emitting part and the first light receiving part are provided at positions facing each other with the second light receiving part and the second light emitting part, which will be described later.
제2 관절은 제2 수광부, 제2 발광부, 모듈 드라이버, 중공형 모터 및 중공형 감속기를 포함한다. 제2 수광부는 제1 발광부와 마주보는 내부에 구비되고, 제1 제어신호를 수신한다. 제2 발광부는 제1 수광부와 마주보는 내부에 구비되고, 제2 제어신호를 전송한다.The second joint includes a second light receiver, a second light emitter, a module driver, a hollow motor, and a hollow reducer. The second light receiver is provided inside the first light emitter and receives the first control signal. The second light emitting part is disposed inside the first light receiving part and transmits a second control signal.
여기서, 제1 발광부와 제2 수광부 및 제1 수광부와 제2 발광부 사이를 빈 공간으로 유지한다. 즉, 제1 발광부와 제2 수광부 및 제1 수광부와 제2 발광부 사이에는 광신호가 송수신됨에 따라 장애물로 발생되는 전파차단을 미연에 방지한다. 또한 제1 발광부와 제2 수광부 및 제1 수광부와 제2 발광부로 인한 무선통신은 매체로 사용되는 광의 특성(색상) 변경을 통하여 신호 간의 혼선을 방지하고, 빠른 속도의 정보 교환을 할 수 있다. Here, a space between the first light emitting part and the second light receiving part and between the first light receiving part and the second light emitting part is maintained. That is, as the optical signal is transmitted and received between the first light emitting unit and the second light receiving unit, and the first light receiving unit and the second light emitting unit, radio wave blocking caused by an obstacle is prevented. In addition, wireless communication due to the first light emitting unit, the second light receiving unit, and the first light receiving unit and the second light emitting unit may prevent crosstalk between signals by changing the characteristics (color) of light used as a medium, and enable high-speed information exchange. .
한편, 광 기반 무선통신은 제1 관절 및 제2 관절의 내부 공간에서 수행됨에 따라 밀폐된 구조에서 수행되기 때문에 외부의 물체 등에 대한 간섭을 차단하여 이상적인 조건에서 무선통신을 수행할 수 있다. 또한 광 기반 무선통신은 사용할 경우 무선화에 따른 냉각 성능 향상, 조립성 향상, 링크 구조 설계의 배선에 의한 제한 완화 등의 부가적인 효과를 얻을 수 있다.On the other hand, since the light-based wireless communication is performed in a sealed structure as it is performed in the inner space of the first joint and the second joint, the wireless communication may be performed under ideal conditions by blocking interference with an external object. In addition, when optical-based wireless communication is used, it is possible to obtain additional effects such as improving cooling performance, improving assembly performance, and mitigating restriction by wiring of link structure design.
모듈 드라이버는 내부에 구비되고, 제1 제어신호를 전처리한다. 즉, 모듈 드라이버는 제1 제어신호가 중공형 모터를 구동시키도록 신호를 변환할 수 있다. The module driver is provided inside and preprocesses the first control signal. That is, the module driver may convert the signal such that the first control signal drives the hollow motor.
중공형 모터는 내부에 구비되고, 전처리된 제1 제어신호에 포함된 제어에 따라 회전을 한다. 중공형 모터는 제2 관절을 실질적으로 구동시키는 구성으로써, 360°회전이 가능할 수 있다.The hollow motor is provided inside and rotates according to the control included in the preprocessed first control signal. The hollow motor is configured to substantially drive the second joint, and may be rotated 360 °.
중공형 감속기는 내부에 구비되고, 구동되는 중공형 모터의 회전속도를 제어한다. 중공형 감속기는 중공형 모터가 제1 제어신호에 포함된 제어에 맞게 안정적으로 회전할 수 있도록 제어한다.The hollow reducer is provided inside and controls the rotation speed of the driven hollow motor. The hollow reducer controls the hollow motor to stably rotate in accordance with the control included in the first control signal.
전력코일부는 제1 관절 및 제2 관절 사이에 무선전력이 전송되도록 구비된다. 전력코일부는 자기유도 방식 또는 자기공명 방식을 이용하여 무선전력전송을 한다. 즉, 전력코일부는 제1 관절 및 제2 관절 사이에 수㎜ ~ 수㎝ 이내의 거리를 두어 구비될 수 있다.The power coil unit is provided to transmit wireless power between the first joint and the second joint. The power coil unit performs wireless power transmission using a magnetic induction method or a magnetic resonance method. That is, the power coil unit may be provided at a distance of several mm to several cm between the first joint and the second joint.
전술된 바와 같이, 본 발명의 로봇 관절 모듈은 기존의 로봇 관절 설계 기술에서 탈피된 완전 무선 관절 모듈을 제작할 수 있으며, 이를 통해 기구 설계의 최적화를 달성할 수 있다. 또한 로봇 관절 모듈은 로봇의 조립 및 유지 보수에서 배선의 영향을 최소화함으로써, 로봇 개발 및 유지보수에서 소비되는 시간 및 원가를 절감할 수 있다.As described above, the robot articulation module of the present invention can manufacture a fully wireless articulation module deviated from the existing robot articulation design technology, thereby achieving optimization of instrument design. In addition, the robot joint module can minimize the influence of the wiring in the assembly and maintenance of the robot, thereby reducing the time and cost spent in robot development and maintenance.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
Claims (6)
상기 본체의 내부로 광신호를 이용한 무선통신 및 무선전력전달을 수행하여 상기 본체가 동작되도록 제어하는 제어부;
를 포함하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.A main body formed in a hollow structure and formed in a joint shape of a robot; And
A control unit which controls the main body to operate by performing wireless communication and wireless power transfer using an optical signal into the main body;
Robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transfer structure comprising a.
상기 본체는,
일단이 로봇 본체와 연결된 제1 관절;
일단이 상기 제1 관절의 타단과 연결된 제2 관절; 및
상기 제1 관절 및 상기 제2 관절 사이에 무선전력이 전송되도록 구비되는 전력코일부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.The method of claim 1,
The main body,
A first joint, one end of which is connected to the robot body;
A second joint, one end of which is connected to the other end of the first joint; And
A power coil unit provided to transmit wireless power between the first joint and the second joint;
Robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure comprising a.
상기 제1 관절은
내부에 구비되고, 상기 제2 관절을 제어하는 제1 제어신호를 광신호로 전송하는 제1 발광부; 및
내부에 구비되고, 상기 제2 관절로부터 제1 제어신호에 대한 피드백 광신호인 제2 제어신호를 수신하는 제1 수광부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.The method of claim 2,
The first joint is
A first light emitting unit provided inside and transmitting a first control signal for controlling the second joint as an optical signal; And
A first light receiving unit provided therein and receiving a second control signal which is a feedback optical signal for a first control signal from the second joint;
Robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure comprising a.
상기 제2 관절은,
상기 제1 발광부와 마주보는 내부에 구비되고, 제1 제어신호를 수신하는 제2 수광부;
상기 제1 수광부와 마주보는 내부에 구비되고, 상기 제2 제어신호를 전송하는 제2 발광부;
내부에 구비되고, 상기 제1 제어신호를 전처리하는 모듈 드라이버;
내부에 구비되고, 상기 전처리된 제1 제어신호에 포함된 제어에 따라 회전하는 중공형 모터;
내부에 구비되고, 상기 구동되는 중공형 모터의 회전속도를 제어하는 중공형 감속기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.The method of claim 3, wherein
The second joint,
A second light receiving unit provided inside the first light emitting unit and receiving a first control signal;
A second light emitting unit provided inside the first light receiving unit and transmitting the second control signal;
A module driver provided inside and preprocessing the first control signal;
A hollow motor provided inside and rotating according to the control included in the preprocessed first control signal;
A hollow reducer provided inside and controlling a rotation speed of the driven hollow motor;
Robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure comprising a.
상기 전력코일부는,
자기유도 방식 또는 자기공명 방식을 이용하여 무선전력전송을 하는 것을 특징으로 하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.The method of claim 2,
The power coil unit,
A robot joint module having a light-based wireless communication and wireless power transmission structure, characterized in that the wireless power transmission using a magnetic induction method or a magnetic resonance method.
상기 제1 발광부와 상기 제2 수광부 및 상기 제1 수광부와 상기 제2 발광부 사이를 빈 공간으로 유지하는 것을 특징으로 하는 광 기반의 무선통신 및 무선전력전달 구조를 가지는 로봇 관절 모듈.The method of claim 2,
A robot joint module having a light-based wireless communication and a wireless power transmission structure, characterized in that the space between the first light emitting unit and the second light receiving unit and the first light receiving unit and the second light emitting unit is maintained as an empty space.
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|---|---|---|---|
| KR1020180023568A KR20190102733A (en) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Robot joint module with light based wireless communication and wireless power transfer structure |
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|---|---|
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| KR1020180023568A KR20190102733A (en) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Robot joint module with light based wireless communication and wireless power transfer structure |
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| KR (1) | KR20190102733A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220058674A (en) | 2020-10-29 | 2022-05-10 | 한국전자기술연구원 | Robot arm joint and system using wireless power transmission |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101808288B1 (en) | 2015-11-13 | 2017-12-12 | 대우조선해양 주식회사 | Vertical articulated robot for narrow space welding |
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2018
- 2018-02-27 KR KR1020180023568A patent/KR20190102733A/en unknown
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