KR20190142055A - Winch drum of a parallel cable robot for detecting tension of a cable - Google Patents

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KR20190142055A KR1020180069102A KR20180069102A KR20190142055A KR 20190142055 A KR20190142055 A KR 20190142055A KR 1020180069102 A KR1020180069102 A KR 1020180069102A KR 20180069102 A KR20180069102 A KR 20180069102A KR 20190142055 A KR20190142055 A KR 20190142055A
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Abstract

The present invention relates to a winch drum which can detect cable tension in which a cable is withdrawn for driving a parallel cable robot. The winch drum for winding the cable for driving the parallel cable robot comprises: a drum main body (110) having a hollow cylindrical shape and having a groove (111) formed to guide an insertion position of a cable on an outer circumferential surface thereof; a strain gage (120) attached to an inner circumferential surface of the drum main body (110); and a transmission unit (130) provided in the drum main body (110) and transmitting a detection signal of the strain gage (120) to the outside. Therefore, safety can be secured by enabling real-time monitoring with regard to a deformation amount of the hollow drum body selected for light weight. Moreover, the tension and a winding position of the cable can be easily obtained.

Description

병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼{Winch drum of a parallel cable robot for detecting tension of a cable}Winch drum for a parallel cable robot for detecting tension of a cable

본 발명은 병렬케이블 로봇의 구동을 위하여 케이블의 인출이 이루어지는 윈치의 케이블장력을 검출할 수 있는 윈치 드럼에 관한 것이다.The present invention relates to a winch drum capable of detecting the cable tension of the winch that the cable is drawn out for driving the parallel cable robot.

병렬케이블 로봇이란 공간상에서 배치된 다수의 케이블로 구성되는 병렬형 로봇으로 정의되며, 엔드이펙터의 움직임을 제어하기 위한 구동기로 강체 링크 대신에 케이블을 사용한다. 기존 시리얼 로봇과 비교하여 설치와 구동이 쉽고, 확장이 가능한 넓은 작업공간, 빠른 움직임, 낮은 전력 소비와 관성, 그리고 로봇의 무게와 대비하여 높은 인가하중 등의 장점을 갖기 때문에 최근에 활발히 연구가 진행되고 있는 분야이다.A parallel cable robot is defined as a parallel robot consisting of a number of cables arranged in space, and uses a cable instead of a rigid link as a driver for controlling the movement of the end effector. Compared to the existing serial robots, research is actively conducted due to the advantages of easy installation and operation, expandable working space, fast movement, low power consumption and inertia, and high applied loads compared to the weight of the robot. It is becoming a field.

도 1은 종래기술에 따른 케이블용 윈치를 보여주는 도면이다.1 shows a winch for a cable according to the prior art.

도 1을 참고하면, 일반적인 케이블용 윈치는, 프레임(10)과, 프레임(10)에 지지되어 케이블(1)이 감기거나 풀리게 되는 드럼부(20)와, 프레임(10)에 지지되어 드럼부(20)에 이격되게 배치되어 케이블(1)의 장력을 조절하는 장력 조절부(30)와, 케이블(1)을 정렬된 상태로 권취(winding)하기 위한 케이블 정렬부(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a general cable winch includes a frame 10, a drum portion 20 supported by the frame 10, to which the cable 1 is wound or unwound, and a drum portion supported by the frame 10. And a tension adjusting unit 30 disposed to be spaced apart from the 20 to adjust the tension of the cable 1, and a cable alignment unit 40 for winding the cable 1 in an aligned state.

드럼부(20)는 프레임(10)에 연결되는 드럼 구동축(21)과, 케이블의 감기게 되는 드럼 몸체(22)와, 드럼 구동축(21)에 연결되어 드럼 구동축(21)을 회전 구동하게 되는 드럼 구동부(23)를 포함한다.The drum unit 20 is connected to the drum drive shaft 21 connected to the frame 10, the drum body 22 to be wound around the cable, and the drum drive shaft 21 to drive the drum drive shaft 21 to rotate. The drum drive unit 23 is included.

도 2는 종래기술에 다른 케이블용 윈치의 드럼 몸체를 보여주는 도면으로서, 드럼 몸체(22)는 중공의 원통형상을 갖고 외주면에 케이블이 삽입 위치하도록 나선형의 요홈(22a)이 형성되어 케이블 정렬부(40)에 의해 케이블은 정렬된 상태에서 드럼 몸체(22)에 순차적으로 감기거나 풀리게 된다. 이러한 케이블 정렬부(40)는 케이블의 정밀한 인출 길이를 제어할 수 있으며, 따라서 병렬케이블 로봇의 정교한 위치 제어가 이루어질 수 있다.Figure 2 is a view showing the drum body of the winch for the cable according to the prior art, the drum body 22 has a hollow cylindrical shape and a spiral groove 22a is formed so that the cable is inserted into the outer peripheral surface is formed cable alignment ( By 40) the cable is sequentially wound or unwound on the drum body 22 in an aligned state. The cable alignment unit 40 can control the precise lead length of the cable, so that the precise position control of the parallel cable robot can be made.

한편 넓은 작업공간에서 로봇의 동작이 요구되는 경우에 케이블의 충분한 인출 길이를 확보하기 위하여 드럼 몸체의 직경과 함께 길이도 커질 필요가 있다. 다른 한편으로 병렬케이블 로봇의 설치 용이성을 제고하기 위해서는 윈치 시스템의 경량화가 필요하며, 이를 위하여 드럼 몸체의 두께를 줄이는 동시에 고하중에서 얇아진 드럼의 변형량을 모니터링하여 안전성을 확보할 수 있는 방안이 필요하다.On the other hand, when the robot is required to operate in a large work space, the length needs to be increased along with the diameter of the drum body in order to secure a sufficient lead length of the cable. On the other hand, in order to improve the ease of installation of parallel cable robots, it is necessary to reduce the weight of the winch system, and to reduce the thickness of the drum body, a method for securing safety by monitoring the deformation amount of the drum thinned at high loads is needed.

공개특허공보 제10-2015-0040059호(공개일자: 2015.04.14.)Publication No. 10-2015-0040059 (published date: 2015.04.14.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, 병렬케이블 로봇의 구동을 위하여 윈치 드럼의 작동 중에 드럼의 변형량을 실시간으로 모니터링이 가능하여 안전성을 확보할 수 있는 병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼(이하, "윈치 드럼"으로도 약칭함)을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to improve the problems of the prior art, it is possible to monitor the deformation amount of the drum in real time during the operation of the winch drum for driving the parallel cable robot to detect the cable tension for the parallel cable robot to ensure safety To provide a winch drum (hereinafter also referred to as "winch drum") for.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 윈치 드럼은, 병렬케이블 로봇을 구동하기 위하여 케이블을 권취하기 위한 윈치 드럼에 있어서, 중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈이 형성되는 드럼 몸체와; 상기 드럼 몸체의 내주면에 부착되는 스트레인게이지와; 상기 드럼 몸체에 구비되어 상기 스트레인게이지의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부를 포함한다.The winch drum according to the present invention for achieving this object, in the winch drum for winding the cable to drive the parallel cable robot, has a hollow cylindrical shape, the groove to guide the insertion position of the cable to the outer peripheral surface A drum body formed; A strain gauge attached to an inner circumferential surface of the drum body; It is provided in the drum body includes a transmitter for transmitting the detection signal of the strain gauge to the outside.

바람직하게는, 상기 스트레인게이지는 복수 개로 마련되어 상기 드럼 몸체의 길이 방향으로 내주면을 따라서 복수 열로 마련된다.Preferably, the strain gauge is provided in plural numbers and provided in plural rows along the inner circumferential surface in the longitudinal direction of the drum body.

다음으로 본 발명에 따른 병렬케이블 로봇 시스템은, 상기 송신부로부터 검출 신호를 실시간으로 수신하여 상기 윈치 드럼에 귄취되는 케이블의 장력 및/또는 위치를 산출하는 모니터링부를 포함한다.Next, the parallel cable robot system according to the present invention includes a monitoring unit for receiving the detection signal from the transmitting unit in real time to calculate the tension and / or position of the cable is attached to the winch drum.

바람직하게는, 상기 송신부와 상기 모니터링부는 블루투스 통신에 의해 데이터의 전송이 이루어진다.Preferably, the transmission unit and the monitoring unit is a data transmission by Bluetooth communication.

본 발명에 따른 윈치 드럼은, 케이블이 감기게 되는 중공형의 드럼 몸체의 내주면에 단일 또는 복수 개의 스트레인게이지를 부착하고, 그 검출신호를 무선으로 외부에 전송할 수 있는 송신부가 마련됨으로써, 병렬케이블 로봇의 작동 과정에서 드럼 몸체에 인가된 하중에 의한 변형 정도를 실시간으로 모니터링이 가능하여 작업 안전성을 높일 수 있으며, 또한 케이블의 장력과 귄취 위치를 손쉽게 구할 수 있어서 케이블로봇의 정밀한 제어에 활용될 수 있는 효과가 있다.The winch drum according to the present invention has a parallel cable robot by attaching a single or a plurality of strain gauges to the inner circumferential surface of the hollow drum body to which the cable is wound, and transmitting the detection signal to the outside wirelessly. During the operation, the degree of deformation due to the load applied to the drum body can be monitored in real time, thereby increasing work safety. Also, the tension and the location of the cable can be easily obtained, which can be used for precise control of the cable robot. It works.

도 1은 종래기술에 따른 케이블용 윈치를 보여주는 도면,
도 2는 종래기술에 따른 케이블용 윈치의 드럼 몸체를 보여주는 도면,
도 3의 (a)(b)는 서로 다른 두께를 갖는 드럼 몸체에 동일 하중에 의한 변형을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도,1 shows a winch for a cable according to the prior art,
Figure 2 shows the drum body of the winch for the cable according to the prior art,
Figure 3 (a) (b) is a view showing a result of simulating the deformation by the same load on the drum body having a different thickness,
4 is a cross-sectional configuration view showing a winch drum according to an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional configuration view showing a winch drum according to another embodiment of the present invention;

본 발명의 실시예에서 제시되는 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 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept may be implemented in various forms. In addition, it is not to be construed as limited to the embodiments described herein, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 3의 (a)(b)는 서로 다른 두께를 갖는 드럼 몸체에 동일 하중에 의한 변형 정도를 시뮬레이션하여 보여주는 도면으로서, (a)는 두께가 15㎜(15T)이며, (b)는 두께가 11㎜(11T)인 드럼 몸체의 중앙에 각각 3000N의 힘을 인가한 경우에 변형된 상태의 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다.Figure 3 (a) (b) is a view showing a simulation of the deformation degree by the same load on the drum body having a different thickness, (a) is 15mm (15T) thickness, (b) is the thickness Simulation results of the deformed state are shown when a force of 3000 N is applied to the center of the drum body, which is 11 mm (11T), respectively.

이와 같이 동일 사이즈의 드럼 몸체이더라도 그 두께에 따라서 외력에 의한 변형 정도가 크게 차이가 나며, 특히 드럼 몸체의 두께가 얇거나 길이가 길어지면 외력에 의한 영향(변형)을 더욱 크게 받는 것을 알 수 있다.Thus, even if the drum body of the same size, the degree of deformation due to the external force is greatly different according to the thickness, especially if the thickness of the drum body is thinner or longer length, it can be seen that the influence (deformation) caused by the external force is greater. .

이에 본 발명은 윈치 드럼의 작동 과정에서 케이블의 권취(winding) 또는 권출(unwinding) 과정에서 케이블 장력에 의해 발생되는 윈치 드럼의 변형 량을 실시간으로 모니터링이 가능하여 윈치 시스템의 안전성을 향상시키고자 하는 것이며, 또한 윈치 드럼에 작용하는 케이블의 장력과 위치의 측정이 가능하다.Accordingly, the present invention is to improve the safety of the winch system by monitoring in real time the amount of deformation of the winch drum caused by the cable tension during the winding or unwinding of the cable in the operation of the winch drum It is also possible to measure the tension and position of the cable acting on the winch drum.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명의 윈치 드럼 또는 병렬케이블 로봇과 관련하여 종래기술과 동일 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하며, 본 발명의 특징적인 구성을 중심으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. On the other hand, with respect to the winch drum or parallel cable robot of the present invention, the duplicate description of the same configuration as the prior art will be omitted, and will be described based on the characteristic configuration of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing a winch drum according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 윈치 드럼은, 중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈(111)이 형성되는 드럼 몸체(110)와; 드럼 몸체(110)의 내주면에 부착되는 스트레인게이지(120)와; 드럼 몸체(110)에 부착되어 스트레인게이지(120)의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부(130)를 포함한다.Referring to Figure 4, the winch drum according to an embodiment of the present invention, the drum body 110 has a hollow cylindrical shape, the groove 111 is formed to guide the insertion position of the cable on the outer peripheral surface; A strain gauge 120 attached to an inner circumferential surface of the drum body 110; Attached to the drum body 110 includes a transmitter 130 for transmitting the detection signal of the strain gauge 120 to the outside.

스트레인게이지(120)는 외력에 의한 변형이 발생할 때 그 변형을 측정하게 되며, 드럼 몸체(110)의 내주면에 부착되어 드럼 몸체(110)에 발생되는 인장 또는 압축에 의한 변형률의 검출이 이루어진다. 이러한 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 변형이 발생되는 경우에 전기적 저항의 변화에 따른 전기적 검출 신호를 출력한다.The strain gauge 120 measures the deformation when deformation due to external force occurs, and is attached to the inner circumferential surface of the drum body 110 to detect strain due to tension or compression generated in the drum body 110. The strain gauge 120 outputs an electrical detection signal according to a change in electrical resistance when deformation of the drum body 110 occurs.

바람직하게는, 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 가운데에 부착되며, 따라서 상대적으로 변형이 크게 발생되는 드럼 몸체(110) 중앙의 변형률에 대한 실시간 모니터링이 가능하여 작업 안전성을 확보할 수 있다.Preferably, the strain gauge 120 is attached to the center of the drum body 110, so that the real-time monitoring of the strain in the center of the drum body 110, which is relatively large deformation can be secured to ensure working safety have.

송신부(130)는 드럼 몸체(110)의 내부에 배치되어 스트레인게이지(120)와 유선으로 연결되어 검출 신호를 수신하게 되며, 전달된 검출 신호를 외부의 모니터링부(200)로 전송한다. The transmitter 130 is disposed inside the drum body 110 to be connected to the strain gauge 120 in a wired manner to receive a detection signal, and transmits the transmitted detection signal to an external monitoring unit 200.

모니터링부(200)는 병렬케이블 로봇을 조작하기 위한 제어 유닛에 포함되는 구성일 수 있으며, 또한 모니터링부(200)에 전달된 실시간 검출 신호(변형률)는 설정 값(예를 들어, 드럼 몸체의 임계 하중)과 비교 판단이 이루어져 경고 신호를 출력하기 위한 입력 데이터로 사용될 수 있다.The monitoring unit 200 may be a component included in a control unit for operating the parallel cable robot, and the real-time detection signal (strain) transmitted to the monitoring unit 200 is a set value (for example, the threshold of the drum body). Load) can be used as input data to output a warning signal.

바람직하게는, 송신부(130)와 모니터링부(200)는 무선통신에 의해 데이터의 전송이 이루어지며, 보다 바람직하게는, 근거리의 저출력 통신에 효과적인 블루투스 통신이 사용될 수 있다.Preferably, the transmission unit 130 and the monitoring unit 200 is a data transmission by wireless communication, more preferably, Bluetooth communication that is effective for short-range low-power communication may be used.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 윈치 드럼을 보여주는 단면 구성도이다.5 is a cross-sectional view showing a winch drum according to another embodiment of the present invention.

도 5을 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 위치 드럼은, 드럼 몸체(110)의 내주면에 복수 개의 스트레인게이지(120)가 부착될 수 있으며, 바람직하게는, 드럼 몸체(110)의 길이 방향으로 나란하게 복수 개의 열로 배치된다.Referring to FIG. 5, in the position drum according to another embodiment, a plurality of strain gauges 120 may be attached to an inner circumferential surface of the drum body 110, and preferably, in a length direction of the drum body 110. It is arranged side by side in a plurality of columns.

앞서의 실시예와 마찬가지로, 각 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 내부에 배치되는 송신부(130)와 유선으로 연결되어 검출 신호의 전달이 이루어지며, 송신부(130)는 각 스트레인게이지(120)의 식별 ID와 함께 검출 신호를 모니터링부(200)로 전송한다. Like the previous embodiment, each strain gauge 120 is connected to the transmission unit 130 disposed inside the drum body 110 in a wired manner is a transmission of the detection signal, the transmission unit 130 is each strain gauge ( The detection signal is transmitted to the monitoring unit 200 together with the identification ID of 120.

이와 같이 드럼 몸체(110)의 내주면에 복수 개로 구성되어 배치되는 스트레인게이지(120)는 드럼 몸체(110)의 보다 정밀한 실시간 변형률의 모니터링이 이루어질 수 있으며, 또한 드럼 모델을 이용하여 케이블에 걸리는 장력의 계산이 가능하여 케이블 장력을 측정하기 위한 별도의 측정센서를 배제할 수 있다. 또한, 복수의 스트레인게이지(120)의 검출 신호를 이용하여 드럼 몸체(110) 중에 케이블이 감겨 있는 위치를 계산하여 얻을 수 있다.As such, the strain gauges 120, which are configured and arranged on the inner circumferential surface of the drum body 110, can be monitored more precisely in real time strain of the drum body 110, and also the tension of the cable is applied using the drum model. The calculations allow the elimination of a separate measuring sensor for measuring cable tension. In addition, by using the detection signals of the plurality of strain gauges 120 can be obtained by calculating the position of the cable wound in the drum body (110).

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

110 : 드럼 몸체 120, 200 : 스트레인게이지
130 : 송신부 200 : 모니터링부110: drum body 120, 200: strain gauge
130: transmitting unit 200: monitoring unit

Claims (4)

병렬케이블 로봇을 구동하기 위하여 케이블을 권취하기 위한 윈치 드럼에 있어서,
중공의 원통 형상을 가지며, 외주면에 케이블의 삽입 위치를 안내하게 되는 요홈이 형성되는 드럼 몸체와;
상기 드럼 몸체의 내주면에 부착되는 스트레인게이지와;
상기 드럼 몸체에 구비되어 상기 스트레인게이지의 검출 신호를 외부로 전송하기 위한 송신부를 포함하는 병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼.A winch drum for winding a cable to drive a parallel cable robot,
A drum body having a hollow cylindrical shape and having grooves formed on the outer circumference thereof to guide the insertion position of the cable;
A strain gauge attached to an inner circumferential surface of the drum body;
The winch drum for detecting the cable tension for the parallel cable robot provided on the drum body including a transmitter for transmitting the detection signal of the strain gauge to the outside. 제1항에 있어서, 상기 스트레인게이지는 복수 개로 마련되어 상기 드럼 몸체의 길이 방향으로 내주면을 따라서 복수 열로 마련됨을 특징으로 하는
병렬케이블 로봇용 케이블장력 감지를 위한 윈치 드럼.The method of claim 1, wherein the strain gauge is provided in plural, characterized in that provided in a plurality of rows along the inner peripheral surface in the longitudinal direction of the drum body.
Winch drum for detecting cable tension for parallel cable robots. 제1항 또는 제2항에 따른 윈치 드럼을 포함하여 병렬케이블 로봇을 구동하기 위한 병렬케이블 로봇 시스템에 있어서,
상기 송신부로부터 검출 신호를 실시간으로 수신하여 상기 윈치 드럼의 변형량과 귄취되는 케이블의 장력 및/또는 위치를 산출하는 모니터링부를 포함하는 병렬케이블 로봇 시스템.In the parallel cable robot system for driving a parallel cable robot including a winch drum according to claim 1,
And a monitoring unit configured to receive a detection signal from the transmitter in real time and calculate a deformation amount of the winch drum and a tension and / or a position of a cable drawn. 제3항에 있어서, 상기 송신부와 상기 모니터링부는 블루투스 통신에 의해 데이터의 전송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬케이블 로봇 시스템.The parallel cable robot system of claim 3, wherein the transmitting unit and the monitoring unit transmit data by Bluetooth communication.
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