KR20210032871A - 툴 커플러, 툴 체인저 및 이를 포함하는 툴체인지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템은, 툴이 체결된 툴 커플러; 툴 커플러가 장착되는 툴 마운터; 및 로봇의 매니퓰레이터에 구비되며 툴 커플러를 툴 마운터에 장착시키커나 툴 마운터로부터 분리시키는 툴 체인저를 포함할 수 있다. 상기 툴 커플러에 포함된 마그넷의 자기력은, 상기 툴 마운터와 상기 툴 체인저에 분산되어 작용할 수 있다.

Description

툴 커플러, 툴 체인저 및 이를 포함하는 툴체인지 시스템{TOOL COUPLER, TOOL CHANGER AND TOOL CHANGE SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 툴에 체결된 툴 커플러와, 툴을 교환하는 툴 체인저와, 상기 툴 커플러 및 툴체인저를 포함하는 툴 체인지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 행하는 기계장치를 로봇이라고 한다. 최근 들어 로봇은 제어기술의 발달로 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 예로는 수술 로봇, 가사 도우미 로봇, 서비스 로봇, 우주 항공 원격 로봇, 위험물 처리 로봇 등을 들 수 있다. 이러한 로봇은 전기적·기계적 메커니즘에 의해서 팔이나 손의 동작에 가깝게 운동할 수 있도록 만들어진 매니퓰레이터(manipulator)를 이용하여 작업을 수행한다.

특히 가사 로봇은 특정 툴을 상기 매니퓰레이터에 체결시켜 특정 작업을 수행할 수 있다. 일례로, 쿠킹 로봇은 매니퓰레이터에 국자, 집게, 냄비 등과 같이 다양한 툴들을 체결시켜 쿠킹을 수행할 수 있다.

따라서, 로봇의 작업수행 능률의 향상을 위해, 매니퓰레이터에 구비된 툴체인저(tool changer)가 툴을 빠르고 정확하게 체인지 시키는 것이 중요하다.

다만, 종래의 툴체인저는 공압시스템을 이용하기 때문에 구조가 크고 부수적인 장비가 요구되어, 비용이 크고 소음이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 컴팩트하고 신속하며 신뢰성있게 툴을 교환 가능한 툴 체인지 시스템과, 이러한 툴 체인지 시스템에 포함된 툴 커플러 및 툴 체인저를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 툴 체인지 시스템은, 툴이 체결된 툴 커플러; 상기 툴 커플러가 장착되는 툴 마운터; 및 로봇의 매니퓰레이터에 구비되며, 상기 툴 커플러를 상기 툴 마운터에 장착시키커나 상기 툴 마운터로부터 분리시키는 툴 체인저를 포함할 수 있다. 상기 툴 커플러에 포함된 마그넷의 자기력은, 상기 툴 마운터와 상기 툴 체인저에 분산되어 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 상기 툴 커플러는, 상기 툴이 체결되는 하우징; 상기 하우징에 내장된 마그넷; 및 상기 마그넷의 양 단부에 연결된 한 쌍의 메탈 바디를 포함할 수 있다. 상기 툴 마운터는, 자성체이며 상기 메탈 바디를 향하는 한 쌍의 장착핀; 및 상기 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하며 자성체인 커넥팅 바를 포함할 수 있다. 상기 툴 체인저는, 상기 매니퓰레이터에 구비된 본체; 상기 본체에 장착된 메탈 바; 및 상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 상기 메탈 바디를 향하며 상기 메탈 바디와 상기 장착핀 사이의 자기력을 분산시키는 한 쌍의 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 툴 커플러는, 상기 하우징에 형성되고 상기 한 쌍의 메탈 바디 각각의 하측에 위치하며 상기 한 쌍의 장착핀이 삽입되는 장착홈을 더 포함할 수 있다.

상기 메탈 바 및 한 쌍의 돌출부는, 상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디와 함께 제1자속 루프를 이루고, 상기 커넥팅 바 및 한 쌍의 장착핀은 상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디와 함께 제2자속 루프를 이루도록 구성될 수 있다.

상기 하우징은, 상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디가 수용된 내부공간이 형성된 하우징 본체; 및 상기 내부공간을 커버하며 상기 본체를 마주보는 하우징 커버를 포함할 수 있다. 상기 하우징 커버의 외면에는 상기 돌출부가 삽입되는 아우터 함몰부가 형성될 수 있다.

상기 하우징 커버의 내면에는, 상기 아우터 함몰부와 대응되고 상기 메탈 바디의 일부가 삽입되는 이너 함몰부가 형성될 수 있다.

상기 본체에는 상기 하우징 커버를 향해 돌출된 지지핀이 구비되고, 상기 하우징 커버에는 상기 지지핀이 삽입되는 삽입공이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 툴 체인지 시스템의 툴 커플러는, 상기 툴이 체결되는 하우징; 상기 하우징에 내장되고 일 방향으로 길게 형성된 메탈 바디; 및 상기 메탈 바디의 양 단부에 서로 반대 극으로 부착된 한 쌍의 마그넷을 포함할 수 있다. 툴 마운터는, 자성체이며 상기 마그넷을 향하는 한 쌍의 장착핀; 및 상기 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하며 자성체인 커넥팅 바를 포함할 수 있다. 툴 체인저는, 상기 매니퓰레이터에 구비된 본체; 상기 본체에 장착된 메탈 바; 및 상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 상기 마그넷을 향하며 상기 마그넷과 상기 장착핀 사이의 자기력을 분산시키는 한 쌍의 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 마그넷은 상기 돌출부 및 장착핀에 대해 비스듬한 방향으로 착자될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 툴 커플러는, 툴에 체결되고 툴 체인저에 선택적으로 결합되어 툴 마운터에 장착되거나 상기 툴 마운터에서 분리될 수 있다.

상기 툴 커플러는, 비자성체인 하우징; 상기 하우징에 내장된 마그넷; 상기 마그넷의 양 단부에 연결되고 상기 툴 체인저의 한 쌍의 돌출부를 향하는 한 쌍의 메탈 바디; 상기 하우징에 구비되고 상기 툴에 체결되는 체결핀; 및 상기 하우징에 형성되고 상기 메탈 바디의 하측에 위치하며 상기 툴 마운터의 한 쌍의 장착핀이 각각 삽입되는 한 쌍의 장착홈을 포함할 수 있다.

상기 툴 커플러는, 상기 하우징에 형성되고 상기 툴 체인저의 지지핀이 삽입되는 한 쌍의 삽입공을 더 포함할 수 있다.

상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디는, 상기 한 쌍의 돌출부 및 상기 한 쌍의 돌출부를 서로 연결하는 메탈 바와 함께 제1자속 루프를 이루고, 상기 한 쌍의 장착핀 및 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하는 커넥팅 바와 함께 제2자속 루프를 이루도록 구성될 수 있다.

상기 하우징은, 상기 체결핀이 구비되고 상기 장착홈이 형성되며 상기 마그넷 및 메탈 바디가 수용된 내부공간이 형성된 하우징 본체; 및 상기 내부공간을 커버하는 하우징 커버를 포함할 수 있다. 상기 하우징 커버의 외면에는 상기 돌출부가 삽입되는 아우터 함몰부가 형성될 수 있다.

상기 하우징 커버의 내면에는, 상기 아우터 함몰부와 대응되고 상기 메탈 바디의 일부가 삽입된 이너 함몰부가 형성될 수 있다.

상기 아우터 함몰부와 상기 이너 함몰부 사이의 두께는, 상기 하우징 본체의 두께 및 상기 하우징 커버의 두께보다 얇을 수 있다.

상기 하우징에 구비되고 상기 툴 마운터에 맞닿도록 구성된 쿠션을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 툴 체인저는, 툴(tool)이 체결된 툴 커플러에 선택적으로 체결되고 상기 툴 커플러를 툴 마운터에 장착시키거나 상기 툴 마운터에서 분리시킬 수 있다.

상기 툴 체인저는, 비 자성체인 본체; 상기 본체에 장착되고 자성체인 메탈 바; 및 상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 자성체이며 상기 본체를 관통하여 상기 툴 커플러를 향하는 한 쌍의 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 메탈 바 및 한 쌍의 돌출부는, 상기 툴 커플러의 마그넷 모듈과 함께 자속 루프를 이루어, 상기 툴 커플러와 상기 툴 마운터 간의 자기력을 분산시키도록 구성될 수 있다.

상기 툴 체인저는, 상기 본체에 구비되고 상기 툴 커플러에 맞닿도록 구성된 쿠션을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 툴 체인지 시스템은, 자기력에 의해 체결/분리가 이뤄지므로 별도의 외부 시스템이 불필요하다. 이로써, 툴 체인지 시스템이 컴팩트한 이점이 있다.

또한, 툴 체인저는 툴 커플러와 툴 마운터 간의 자기력을 분산시키므로, 툴 체인저는 툴 커플러를 툴 마운터에서 용이하게 분리시킬 수 있다.

또한, 툴 마운터는 툴 커플러와 툴 체인저 간의 자기력을 분산시키므로, 툴 체인저는 툴 마운터에 장착된 툴 커플러에서 용이하게 분리될 수 있다.

또한, 툴 커플러, 툴 마운터 및 툴 체인저간의 자기력에 의해 상호간 체결 또는 장착이 이뤄지므로, 별도의 제어가 불필요하며 툴 체인지 시스템의 동작 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 툴 체인저와 툴 커플러의 체결시 지지핀은 커플러에 형성된 삽입공에 삽입되 수 있다. 이로써 툴 커플러는 툴 체인저의 반경 방향에 대해 지지될 수 있다.

또한, 툴 커플러에는 마그넷 모듈의 일부가 삽입되는 이너 함몰부와, 툴 체인저의 돌출부가 삽입되는 아우터 함몰부가 형성될 수 있다. 이로써, 상기 돌출부가 정위치로 가이드 될 수 있고, 제1자속 루프가 용이하게 형성될 수 있다.

또한, 툴 커풀러에는 마운터의 장착핀이 삽입되는 장착홈이 형성될 수 있다. 이로써 툴 커플러는 툴 마운터에 안정적으로 장착될 수 있고, 제2자속 루프가 용이하게 형성될 수 있다.

또한, 툴 커플러에는 툴 마운터에 맞닿도록 구성된 쿠션이 구비될 수 있다. 이로써, 툴 커플러가 툴 마운터에 체결될 때 툴 마운터 및 툴 커플러에 가해지는 충격을 최소화할 수 있다.

또한, 툴 체인저에는 툴 커플러에 맞닿도록 구성된 쿠션이 구비될 수 있다. 이로써, 툴 체인저가 툴 커플러에 체결될 때 툴 체인저 및 툴 커플러에 가해지는 충격을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇을 포함하는 AI 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇과 연결되는 AI 서버를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 AI 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템에 툴이 장착된 상태가 도시된 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 툴 체인지 시스템의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 다른 툴 커플러를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 툴 커플러에서 하우징 커버를 제거한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인저를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 11은 도 6에 표시된 A-A`에 대한 단면도이다.
도 12는 도 6에 표시된 B-B`에 대한 단면도이다.
도 13은 도 6에 표시된 C-C`에 대한 단면도이다.
도 14는 툴 체인저에 체결된 툴 커플러가 툴 마운터에 장착된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 15은 툴 체인저에 체결된 툴 커플러가 툴 마운터에서 분리된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 16는 툴 체인저와 분리된 툴 커플러가 툴 마운터에 장착된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 17c는 툴을 툴 마운터에서 분리시키는 과정이 도시된 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 툴을 툴 마운터에 장착시키는 과정이 도시된 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 툴 체인지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

<로봇(Robot)>

로봇은 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계를 의미할 수 있다. 특히, 환경을 인식하고 스스로 판단하여 동작을 수행하는 기능을 갖는 로봇을 지능형 로봇이라 칭할 수 있다.

로봇은 사용 목적이나 분야에 따라 산업용, 의료용, 가정용, 군사용 등으로 분류할 수 있다.

로봇은 액츄에이터 또는 모터를 포함하는 구동부를 구비하여 로봇 관절을 움직이는 등의 다양한 물리적 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이동 가능한 로봇은 구동부에 휠, 브레이크, 프로펠러 등이 포함되어, 구동부를 통해 지상에서 주행하거나 공중에서 비행할 수 있다.

<인공 지능(AI: Artificial Intelligence)>

인공 지능은 인공적인 지능 또는 이를 만들 수 있는 방법론을 연구하는 분야를 의미하며, 머신 러닝(기계 학습, Machine Learning)은 인공 지능 분야에서 다루는 다양한 문제를 정의하고 그것을 해결하는 방법론을 연구하는 분야를 의미한다. 머신 러닝은 어떠한 작업에 대하여 꾸준한 경험을 통해 그 작업에 대한 성능을 높이는 알고리즘으로 정의하기도 한다.

인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network)은 머신 러닝에서 사용되는 모델로써, 시냅스의 결합으로 네트워크를 형성한 인공 뉴런(노드)들로 구성되는, 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 의미할 수 있다. 인공 신경망은 다른 레이어의 뉴런들 사이의 연결 패턴, 모델 파라미터를 갱신하는 학습 과정, 출력값을 생성하는 활성화 함수(Activation Function)에 의해 정의될 수 있다.

인공 신경망은 입력층(Input Layer), 출력층(Output Layer), 그리고 선택적으로 하나 이상의 은닉층(Hidden Layer)를 포함할 수 있다. 각 층은 하나 이상의 뉴런을 포함하고, 인공 신경망은 뉴런과 뉴런을 연결하는 시냅스를 포함할 수 있다. 인공 신경망에서 각 뉴런은 시냅스를 통해 입력되는 입력 신호들, 가중치, 편향에 대한 활성 함수의 함숫값을 출력할 수 있다.

모델 파라미터는 학습을 통해 결정되는 파라미터를 의미하며, 시냅스 연결의 가중치와 뉴런의 편향 등이 포함된다. 그리고, 하이퍼파라미터는 머신 러닝 알고리즘에서 학습 전에 설정되어야 하는 파라미터를 의미하며, 학습률(Learning Rate), 반복 횟수, 미니 배치 크기, 초기화 함수 등이 포함된다.

인공 신경망의 학습의 목적은 손실 함수를 최소화하는 모델 파라미터를 결정하는 것으로 볼 수 있다. 손실 함수는 인공 신경망의 학습 과정에서 최적의 모델 파라미터를 결정하기 위한 지표로 이용될 수 있다.

머신 러닝은 학습 방식에 따라 지도 학습(Supervised Learning), 비지도 학습(Unsupervised Learning), 강화 학습(Reinforcement Learning)으로 분류할 수 있다.

지도 학습은 학습 데이터에 대한 레이블(label)이 주어진 상태에서 인공 신경망을 학습시키는 방법을 의미하며, 레이블이란 학습 데이터가 인공 신경망에 입력되는 경우 인공 신경망이 추론해 내야 하는 정답(또는 결과 값)을 의미할 수 있다. 비지도 학습은 학습 데이터에 대한 레이블이 주어지지 않는 상태에서 인공 신경망을 학습시키는 방법을 의미할 수 있다. 강화 학습은 어떤 환경 안에서 정의된 에이전트가 각 상태에서 누적 보상을 최대화하는 행동 혹은 행동 순서를 선택하도록 학습시키는 학습 방법을 의미할 수 있다.

인공 신경망 중에서 복수의 은닉층을 포함하는 심층 신경망(DNN: Deep Neural Network)으로 구현되는 머신 러닝을 딥 러닝(심층 학습, Deep Learning)이라 부르기도 하며, 딥 러닝은 머신 러닝의 일부이다. 이하에서, 머신 러닝은 딥 러닝을 포함하는 의미로 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇을 포함하는 AI 장치(100)를 나타낸다.

AI 장치(100)는 TV, 프로젝터, 휴대폰, 스마트폰, 데스크탑 컴퓨터, 노트북, 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 태블릿 PC, 웨어러블 장치, 셋톱박스(STB), DMB 수신기, 라디오, 세탁기, 냉장고, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지, 로봇, 차량 등과 같은, 고정형 기기 또는 이동 가능한 기기 등으로 구현될 수 있다.

도 1을 참조하면, AI 장치(100)는 통신부(110), 입력부(120), 러닝 프로세서(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(170) 및 프로세서(180) 등을 포함할 수 있다.

통신부(110)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 AI 장치(100a 내지 100e)나 AI 서버(200) 등의 외부 장치들과 데이터를 송수신할 수 있다. 예컨대, 통신부(110)는 외부 장치들과 센서 정보, 사용자 입력, 학습 모델, 제어 신호 등을 송수신할 수 있다.

이때, 통신부(110)가 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth??), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있다.

입력부(120)는 다양한 종류의 데이터를 획득할 수 있다.

이때, 입력부(120)는 영상 신호 입력을 위한 카메라, 오디오 신호를 수신하기 위한 마이크로폰, 사용자로부터 정보를 입력 받기 위한 사용자 입력부 등을 포함할 수 있다. 여기서, 카메라나 마이크로폰을 센서로 취급하여, 카메라나 마이크로폰으로부터 획득한 신호를 센싱 데이터 또는 센서 정보라고 할 수도 있다.

입력부(120)는 모델 학습을 위한 학습 데이터 및 학습 모델을 이용하여 출력을 획득할 때 사용될 입력 데이터 등을 획득할 수 있다. 입력부(120)는 가공되지 않은 입력 데이터를 획득할 수도 있으며, 이 경우 프로세서(180) 또는 러닝 프로세서(130)는 입력 데이터에 대하여 전처리로써 입력 특징점(input feature)을 추출할 수 있다.

러닝 프로세서(130)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 여기서, 학습된 인공 신경망을 학습 모델이라 칭할 수 있다. 학습 모델은 학습 데이터가 아닌 새로운 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론해 내는데 사용될 수 있고, 추론된 값은 어떠한 동작을 수행하기 위한 판단의 기초로 이용될 수 있다.

이때, 러닝 프로세서(130)는 AI 서버(200)의 러닝 프로세서(240)과 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다.

이때, 러닝 프로세서(130)는 AI 장치(100)에 통합되거나 구현된 메모리를 포함할 수 있다. 또는, 러닝 프로세서(130)는 메모리(170), AI 장치(100)에 직접 결합된 외부 메모리 또는 외부 장치에서 유지되는 메모리를 사용하여 구현될 수도 있다.

센싱부(140)는 다양한 센서들을 이용하여 AI 장치(100) 내부 정보, AI 장치(100)의 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.

이때, 센싱부(140)에 포함되는 센서에는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰, 라이다, 레이더 등이 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다.

이때, 출력부(150)에는 시각 정보를 출력하는 디스플레이부, 청각 정보를 출력하는 스피커, 촉각 정보를 출력하는 햅틱 모듈 등이 포함될 수 있다.

메모리(170)는 AI 장치(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리(170)는 입력부(120)에서 획득한 입력 데이터, 학습 데이터, 학습 모델, 학습 히스토리 등을 저장할 수 있다.

프로세서(180)는 데이터 분석 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, AI 장치(100)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 그리고, 프로세서(180)는 AI 장치(100)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다.

이를 위해, 프로세서(180)는 러닝 프로세서(130) 또는 메모리(170)의 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 상기 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 AI 장치(100)의 구성 요소들을 제어할 수 있다.

이때, 프로세서(180)는 결정된 동작을 수행하기 위하여 외부 장치의 연계가 필요한 경우, 해당 외부 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 해당 외부 장치에 전송할 수 있다.

프로세서(180)는 사용자 입력에 대하여 의도 정보를 획득하고, 획득한 의도 정보에 기초하여 사용자의 요구 사항을 결정할 수 있다.

이때, 프로세서(180)는 음성 입력을 문자열로 변환하기 위한 STT(Speech To Text) 엔진 또는 자연어의 의도 정보를 획득하기 위한 자연어 처리(NLP: Natural Language Processing) 엔진 중에서 적어도 하나 이상을 이용하여, 사용자 입력에 상응하는 의도 정보를 획득할 수 있다.

이때, STT 엔진 또는 NLP 엔진 중에서 적어도 하나 이상은 적어도 일부가 머신 러닝 알고리즘에 따라 학습된 인공 신경망으로 구성될 수 있다. 그리고, STT 엔진 또는 NLP 엔진 중에서 적어도 하나 이상은 러닝 프로세서(130)에 의해 학습된 것이나, AI 서버(200)의 러닝 프로세서(240)에 의해 학습된 것이거나, 또는 이들의 분산 처리에 의해 학습된 것일 수 있다.

프로세서(180)는 AI 장치(100)의 동작 내용이나 동작에 대한 사용자의 피드백 등을 포함하는 이력 정보를 수집하여 메모리(170) 또는 러닝 프로세서(130)에 저장하거나, AI 서버(200) 등의 외부 장치에 전송할 수 있다. 수집된 이력 정보는 학습 모델을 갱신하는데 이용될 수 있다.

프로세서(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, AI 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, AI 장치(100)에 포함된 구성 요소들 중 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇과 연결되는 AI 서버(200)를 나타낸다.

도 2를 참조하면, AI 서버(200)는 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 인공 신경망을 학습시키거나 학습된 인공 신경망을 이용하는 장치를 의미할 수 있다. 여기서, AI 서버(200)는 복수의 서버들로 구성되어 분산 처리를 수행할 수도 있고, 5G 네트워크로 정의될 수 있다. 이때, AI 서버(200)는 AI 장치(100)의 일부의 구성으로 포함되어, AI 프로세싱 중 적어도 일부를 함께 수행할 수도 있다.

AI 서버(200)는 통신부(210), 메모리(230), 러닝 프로세서(240) 및 프로세서(260) 등을 포함할 수 있다.

통신부(210)는 AI 장치(100) 등의 외부 장치와 데이터를 송수신할 수 있다.

메모리(230)는 모델 저장부(231)를 포함할 수 있다. 모델 저장부(231)는 러닝 프로세서(240)을 통하여 학습 중인 또는 학습된 모델(또는 인공 신경망, 231a)을 저장할 수 있다.

러닝 프로세서(240)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망(231a)을 학습시킬 수 있다. 학습 모델은 인공 신경망의 AI 서버(200)에 탑재된 상태에서 이용되거나, AI 장치(100) 등의 외부 장치에 탑재되어 이용될 수도 있다.

학습 모델은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 학습 모델의 일부 또는 전부가 소프트웨어로 구현되는 경우 학습 모델을 구성하는 하나 이상의 명령어(instruction)는 메모리(230)에 저장될 수 있다.

프로세서(260)는 학습 모델을 이용하여 새로운 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 AI 시스템(1)을 나타낸다.

도 3을 참조하면, AI 시스템(1)은 AI 서버(200), 로봇(100a), 자율 주행 차량(100b), XR 장치(100c), 스마트폰(100d) 또는 가전(100e) 중에서 적어도 하나 이상이 클라우드 네트워크(10)와 연결된다. 여기서, AI 기술이 적용된 로봇(100a), 자율 주행 차량(100b), XR 장치(100c), 스마트폰(100d) 또는 가전(100e) 등을 AI 장치(100a 내지 100e)라 칭할 수 있다.

클라우드 네트워크(10)는 클라우드 컴퓨팅 인프라의 일부를 구성하거나 클라우드 컴퓨팅 인프라 안에 존재하는 네트워크를 의미할 수 있다. 여기서, 클라우드 네트워크(10)는 3G 네트워크, 4G 또는 LTE(Long Term Evolution) 네트워크 또는 5G 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다.

즉, AI 시스템(1)을 구성하는 각 장치들(100a 내지 100e, 200)은 클라우드 네트워크(10)를 통해 서로 연결될 수 있다. 특히, 각 장치들(100a 내지 100e, 200)은 기지국을 통해서 서로 통신할 수도 있지만, 기지국을 통하지 않고 직접 서로 통신할 수도 있다.

AI 서버(200)는 AI 프로세싱을 수행하는 서버와 빅 데이터에 대한 연산을 수행하는 서버를 포함할 수 있다.

AI 서버(200)는 AI 시스템(1)을 구성하는 AI 장치들인 로봇(100a), 자율 주행 차량(100b), XR 장치(100c), 스마트폰(100d) 또는 가전(100e) 중에서 적어도 하나 이상과 클라우드 네트워크(10)을 통하여 연결되고, 연결된 AI 장치들(100a 내지 100e)의 AI 프로세싱을 적어도 일부를 도울 수 있다.

이때, AI 서버(200)는 AI 장치(100a 내지 100e)를 대신하여 머신 러닝 알고리즘에 따라 인공 신경망을 학습시킬 수 있고, 학습 모델을 직접 저장하거나 AI 장치(100a 내지 100e)에 전송할 수 있다.

이때, AI 서버(200)는 AI 장치(100a 내지 100e)로부터 입력 데이터를 수신하고, 학습 모델을 이용하여 수신한 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성하여 AI 장치(100a 내지 100e)로 전송할 수 있다.

또는, AI 장치(100a 내지 100e)는 직접 학습 모델을 이용하여 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성할 수도 있다.

이하에서는, 상술한 기술이 적용되는 AI 장치(100a 내지 100e)의 다양한 실시 예들을 설명한다. 여기서, 도 3에 도시된 AI 장치(100a 내지 100e)는 도 1에 도시된 AI 장치(100)의 구체적인 실시 예로 볼 수 있다.

<AI+로봇>

로봇(100a)은 AI 기술이 적용되어, 안내 로봇, 운반 로봇, 청소 로봇, 웨어러블 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 펫 로봇, 무인 비행 로봇 등으로 구현될 수 있다.

로봇(100a)은 동작을 제어하기 위한 로봇 제어 모듈을 포함할 수 있고, 로봇 제어 모듈은 소프트웨어 모듈 또는 이를 하드웨어로 구현한 칩을 의미할 수 있다.

로봇(100a)은 다양한 종류의 센서들로부터 획득한 센서 정보를 이용하여 로봇(100a)의 상태 정보를 획득하거나, 주변 환경 및 객체를 검출(인식)하거나, 맵 데이터를 생성하거나, 이동 경로 및 주행 계획을 결정하거나, 사용자 상호작용에 대한 응답을 결정하거나, 동작을 결정할 수 있다.

여기서, 로봇(100a)은 이동 경로 및 주행 계획을 결정하기 위하여, 라이다, 레이더, 카메라 중에서 적어도 하나 이상의 센서에서 획득한 센서 정보를 이용할 수 있다.

로봇(100a)은 적어도 하나 이상의 인공 신경망으로 구성된 학습 모델을 이용하여 상기한 동작들을 수행할 수 있다. 예컨대, 로봇(100a)은 학습 모델을 이용하여 주변 환경 및 객체를 인식할 수 있고, 인식된 주변 환경 정보 또는 객체 정보를 이용하여 동작을 결정할 수 있다. 여기서, 학습 모델은 로봇(100a)에서 직접 학습되거나, AI 서버(200) 등의 외부 장치에서 학습된 것일 수 있다.

이때, 로봇(100a)은 직접 학습 모델을 이용하여 결과를 생성하여 동작을 수행할 수도 있지만, AI 서버(200) 등의 외부 장치에 센서 정보를 전송하고 그에 따라 생성된 결과를 수신하여 동작을 수행할 수도 있다.

로봇(100a)은 맵 데이터, 센서 정보로부터 검출한 객체 정보 또는 외부 장치로부터 획득한 객체 정보 중에서 적어도 하나 이상을 이용하여 이동 경로와 주행 계획을 결정하고, 구동부를 제어하여 결정된 이동 경로와 주행 계획에 따라 로봇(100a)을 주행시킬 수 있다.

맵 데이터에는 로봇(100a)이 이동하는 공간에 배치된 다양한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 예컨대, 맵 데이터에는 벽, 문 등의 고정 객체들과 화분, 책상 등의 이동 가능한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 그리고, 객체 식별 정보에는 명칭, 종류, 거리, 위치 등이 포함될 수 있다.

또한, 로봇(100a)은 사용자의 제어/상호작용에 기초하여 구동부를 제어함으로써, 동작을 수행하거나 주행할 수 있다. 이때, 로봇(100a)은 사용자의 동작이나 음성 발화에 따른 상호작용의 의도 정보를 획득하고, 획득한 의도 정보에 기초하여 응답을 결정하여 동작을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템에 툴이 장착된 상태가 도시된 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템(2)은, 툴 커플러(20)와, 툴 체인저(50)와, 툴 마운터(80)를 포함한다. 툴 체인지 시스템(2)은 매니퓰레이터(M)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 편의를 위해 툴 커플러(20)를 '커플러'로, 툴 체인저(50)를 '체인저'로, 툴 마운터(80)를 '마운터'로 명명한다.

커플러(20)는 툴(3)에 체결된다. 커플러(20)는 툴(3)과 별도로 제공될 수 있다. 따라서, 커플러(20)는 다양한 타입의 툴(3)과 호환되어 사용될 수 있다. 상기 툴(3)은 매니퓰레이터(M)의 작업 수행에 요구되는 도구일 수 있다. 툴(3)는 매니퓰레이터(M)의 수행 작업에 요구되는 도구일 수 있다. 예를 들어, 툴(3)은 수저, 국자, 뒤집개(Spatula) 중 어느 하나일 수 있다.

커플러(20)는 체인저(50)와 선택적으로 체결되도록 구성된다. 또한, 커플러(20)는 마운터(80)에 장착되거나 마운터(80)로부터 분리 가능하도록 구성된다. 커플러(20)는 마운터(80)의 상측에서 장착 또는 분리될 수 있다.

체인저(50)는 매니퓰레이터(M)에 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 체인저(50)는 매니퓰레이터(M)의 단부에 구비될 수 있다. 매니퓰레이터(M)는 앞서 설명한 로봇(100a)에 포함된 구성일 수 있다.

체인저(50)는 커플러(20)와 선택적으로 체결될 수 있다. 체인저(50)는 툴(3) 및 커플러(20)를 마운터(80)로부터 분리시키거나, 툴(3) 및 커플러(20)를 마운터(80)에 장착시킬 수 있다.

마운터(80)는 커플러(20)가 장착되도록 구성된다. 툴(3)과 체결된 커플러(20)가 마운터(80)에 장착됨으로써, 툴(3)이 마운터(80)에 거치될 수 있다. 또한, 마운터(80)는 구조물(4)에 고정될 수 있다. 일례로, 상기 구조물(4)은 벽이나, 거치대나, 선반등을 포함할 수 있다.

마운터(80)는 복수개가 구비될 수 있다. 각 마운터(80)에는 서로 동일하거나 다른 타입의 툴(3)이 거치될 수 있다.

매니퓰레이터(M)는 작업에 적합한 툴(3)에 체결된 커플러(20)를 체인저(50)와 체결시킬 수 있고, 상기 툴(3) 및 커플러(20)를 마운터(80)에서 분리시킬 수 있다. 이후 매니퓰레이터(M)는 툴(3) 및 커플러(20)가 체인저(50)에 체결된 상태에서 상기 툴(3)을 사용하여 작업을 수행할 수 있다. 상기 작업이 완료되면, 매니퓰레이터(M)는 툴(3) 및 커플러(20)를 마운터(80)에 장착시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인지 시스템의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 툴 체인지 시스템의 분해 사시도이다.

앞서 설명한 바와 같이, 툴 체인지 시스템(2)은 커플러(20)와, 체인저(50)와, 마운터(80)를 포함할 수 있다.

커플러(20)는 하우징(30)과, 하우징(30)에 내장된 마그넷 모듈(40)을 포함할 수 있다. 하우징(30)은 커플러 하우징으로 명명될 수 있다.

하우징(30)은 비자성체일 수 있다. 예를 들어, 하우징(30)은 알루미늄, 동, 플라스틱 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 하우징(30)은 마그넷 모듈(40)에 의해 발생하는 자기장에 영향을 끼지지 않을 수 있다.

하우징(30)은 커플러(20)의 외관을 형성할 수 있다. 하우징(30)은 원통 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 하우징(30)은 일면과, 상기 일면과 이격된 타면과, 상기 일면 및 타면을 연결하는 둘레면을 포함할 수 있다. 이하에서는 하우징(30)의 일면이 전면이고 타면이 배면인 경우를 예로 들어 설명한다.

좀 더 상세히, 하우징(30)은, 마그넷 모듈(40)이 수용되는 내부 공간이 형성된 하우징 본체(31)와, 상기 내부 공간을 커버하는 하우징 커버(36)를 포함할 수 있다.

하우징 본체(31)는 하우징(30)의 전면 및 둘레면을 포함할 수 있고, 하우징 커버(32)는 하우징(30)의 배면을 포함할 수 있다. 즉, 하우징 본체(31)의 전면 및 둘레면은 하우징(30)의 전면 및 둘레면을 의미하고, 하우징 커버(32)의 배면은 하우징(30)의 배면을 의미할 수 있다.

하우징(30)에는, 툴(3)(도 5 참조)과 체결되도록 구성된 체결핀(33)이 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 하우징(30)의 전면은 툴(3)을 향할 수 있고, 체결핀(33)은 하우징(30)의 전면에 구비될 수 있다. 즉, 체결핀(33)은 하우징 본체(31)에 구비될 수 있다.

체결핀(33)은 전방으로 돌출 형성될 수 있다. 툴(3)과 커플러(20)의 견고한 체결을 위해 체결핀(33)은 복수개가 구비됨이 바람직하다. 일례로, 체결핀(33)은 상하 이격된 한 쌍이 구비될 수 있다.

체결핀(33)은 비자성체임이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 체결핀(33)은 플라스틱, 오소테나이트계 스테인리스강(Austenitic Stainless Steels), 알루미늄, 황동계열 금속 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 체결핀(33)은 STS304(SUS304) 재질을 포함할 수 있다.

하우징(30)에는 마운터(80)의 후술할 장착핀(82)이 삽입되는 장착홈(34)이 형성될 수 있다. 장착홈(34)은 좌우로 이격된 한 쌍이 형성될 수 있다.

장착홈(34)은 하우징(30)의 둘레면에 형성될 수 있다. 장착홈(34)은 하우징(30)의 둘레면에서 상측으로 함몰되어 하방에 대해 개방될 수 있다. 즉, 장착홈(34)는 하우징 본체(31)에 구비될 수 있다.

장착홈(34)은 마그넷 모듈(40), 좀 더 상세히는 후술할 메탈 바디(42)의 하측에 위치할 수 있다.

하우징(30)에는 체인저(50)의 후술할 지지핀(61)이 삽입되는 삽입공(37)이 형성될 수 있다. 삽입공(37)은 하우징(30)의 배면에 형성될 수 있다. 즉, 삽입공(37)은 하우징 커버(36)에 형성될 수 있다. 삽입공(37)은 하우징 커버(36)가 전후 관통되어 형성될 수 있다.

삽입공(37)은 내측으로 갈수록 내경이 작아지는 방향으로 테이퍼지게 형성될 수 있다. 따라서, 지지핀(61)은 용이하게 삽입공(37)에 삽입될 수 있다.

마그넷 모듈(40)은 하우징(30)에 내장될 수 있다. 좀 더 상세히, 마그넷 모듈(40)은 하우징 본체(31)의 내부 공간에 배치될 수 있고, 하우징 커버(36)에 의해 커버될 수 있다.

마그넷 모듈(40)은, 마그넷(41) 및 마그넷(41)의 양극에 연결된 한 쌍의 메탈 바디(42)를 포함할 수 있다.

마그넷(41)은 일 방향(예를 들어, 좌우방향)으로 길게 형성될 수 있다. 마그넷(41)의 착자(Magnetization) 방향(D)(도 12 및 도 13 참조)은 마그넷(41)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 즉, 마그넷(41)의 양 극(N극, S극)은 마그넷(41)의 양 단부에 위치할 수 있다.

마그넷(41)은 네오디뮴(Neodymium) 자석일 수 있다.

또한, 마그넷(41)은 높은 내열성을 가질 수 있다. 따라서, 툴 커플러(20)가 고온의 환경에 배치되더라도 마그넷(41)의 자력이 떨어지지 않는 이점이 있다.

예를 들어, 마그넷(41)은 N48SH 또는 N48UH 재질일 수 있다. 상기 'N48'은 마그넷(41)의 최대 에너지적(BHmax)을 나타내는 고유의 그레이드(grade)를 의미한다. 또한, 상기 'SH' 및 'UH'는 마그넷(41)의 최대 내열 온도를 나타내는 고유의 알파벳 표기이다. 'SH'재질은 최대 섭씨 150도까지 자력이 감소하지 않고 유지될 수 있다. 'UH'재질은 최대 섭씨 180도까지 자력이 감소하지 않고 유지될 수 있다.

다만 이에 한정되는 것은 아니며, 마그넷(41)의 그레이드(grade) 및 내열 온도는 필요에 따라 달라질 수 있다. 마그넷(41)은 한 쌍의 메탈 바디(42) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 마그넷(41)의 자속은 메탈 바디(42)를 지나며 방향성이 없어질 수 있고, 후술할 마그네틱 모듈(70)의 돌출부(72)와 마운터(80)의 장착핀(82)으로 자기력이 균등하게 분할될 수 있다.

메탈 바디(42)는 자성체일 수 있다. 좀 더 상세히, 메탈 바디(42)는 철이나, 니켈이나, 코발트 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체일 수 있다. 따라서, 마그넷(41)에 의한 자기장은 메탈 바디(42)를 따라 강하게 유도될 수 있다.

일례로, 메탈 바디(42)는 기계구조용 탄소강(SM45C, Carbon Steel for Machine structure use) 재질을 포함할 수 있다. 탄소강은 가격이 저렴한 자성체이나, 부식에 취약하므로 하우징(30)의 방수 능력이 높은 경우에 적합하다.

다른 예로, 메탈 바디(42)는 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel) 재질을 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 메탈 바디(42)는 STS430(SUS430) 재질을 포함할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 높은 정도의 내식성을 갖는 자성체이다. 따라서, 이러한 재질을 갖는 메탈 바디(42)는 하우징(30)의 방수 능력이 다소 낮더라도 수분에 의해 부식되지 않을 수 있다.

또다른 예로, 메탈 바디(42)는 시효경화(age-hardenable) 열처리된 마르텐사이트 스테인레스강(Martensitic Stainless Steels) 재질을 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 메탈 바디(42)는 Custom465 재질(carpenter Technology Corporation, S46500, F899)을 포함할 수 있다. 상기 Custom465 재질은 높은 내식성을 가질뿐만 아니라 소금물에 대해서도 강한 내식성을 갖는 자성체이다. 따라서, 이러한 재질을 갖는 메탈 바디(42)는 하우징(30)의 방수 능력이 낮고 소금물에 노출되더라도 부식되지 않을 수 있다.

한 쌍의 메탈 바디(42)는 마그넷(41)을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다. 한 쌍의 메탈 바디(42) 중 어느 하나는 마그넷(41)의 N극에 부착될 수 있고 다른 하나는 마그넷(41)의 S극에 부착될 수 있다.

각 메탈 바디(42)는 'ㄴ'형상일 수 있다. 좀 더 상세히, 메탈 바디(42)는 마그넷(41)의 길이 방향으로 연장된 연장부(42a)와, 상기 연장부(42a)에서 절곡된 절곡부(42b)를 포함할 수 있다.

연장부(42a)는 마그넷(41)에 부착될 수 있다. 절곡부(42b)는 연장부(42a)의 단부에서 하우징 커버(36)를 향해 절곡될 수 있다.

하우징 커버(36)에는 메탈 바디(42), 좀 더 상세히는 절곡부(42b)의 단부를 마주보는 이너 함몰부(38)가 형성될 수 있다.

마그넷 모듈(40)의 일부는 이너 함몰부(38)에 삽입될 수 있다. 좀 더 상세히, 절곡부(42b)의 단부는 이너 함몰부(38) 내에 위치할 수 있다.

이너 함몰부(38)는 하우징 커버(36)의 전면(내면)이 함몰되어 형성될 수 있고, 절곡부(42b)의 단부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이너 함몰부(38)는 하우징 커버(36)의 전면(내면)에 대해 단차지게 형성될 수 있다.

한편, 체인저(50)는 커플러(20)의 후방에 위치할 수 있다. 체인저(50)는 커플러(20)의 후방에서 커플러(20)와 체결 또는 분리될 수 있다.

체인저(50)는 체인저 본체(60)와, 체인저 본체(60)에 체결된 마그네틱 모듈(70)을 포함할 수 있다.

체인저 본체(60)는 커플러(20)의 하우징(30), 좀 더 상세히는 하우징 커버(36)를 마주볼 수 있다.

체인저 본체(60)은 비자성체일 수 있다. 예를 들어, 체인저 본체(60)는 알루미늄, 동, 플라스틱 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 체인저 본체(60)는 커플러(20)의 마그넷 모듈(40)과 체인저(50)의 마그네틱 모듈(70) 사이에서 상호작용하는 자기장에 영향을 끼지지 않을 수 있다.

체인저 본체(60)은 체인저(50)의 외관을 형성할 수 있다. 체인저 본체(60)은 원통 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 체인저 본체(60)은 일면(예를 들어, 전면)과, 상기 일면과 이격된 타면(예를 들어, 배면)과, 상기 일면 및 타면을 연결하는 둘레면을 포함할 수 있다.

체인저(50)에는 커플러(20)를 지지하는 지지핀(61)가 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 체인저 본체(60)의 전면은 커플러(20)를 향할 수 있고, 지지핀(61)는 체인저 본체(60)의 전면에 구비될 수 있다. 지지핀(61)은 비자성체임이 바람직하다.

지지핀(61)은 커플러(20)의 하우징 커버(36)를 향해 길게 돌출될 수 있다.

지지핀(61)은 커플러(20)의 삽입공(37)에 삽입될 수 있다. 따라서, 지지핀(61)은 커플러(20)를 수직 방향에 대해 지지할 수 있고, 커플러(20)가 중력에 의해 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

지지핀(61)는 전방으로 돌출 형성될 수 있다. 커플러(20)를 안정적으로 지지하기 위해 지지핀(61)는 복수개가 구비됨이 바람직하다. 일례로, 지지핀(61)는 상하 이격된 한 쌍이 구비될 수 있다.

또한, 체인저(50)에는 적어도 하나의 쿠션(62)가 구비될 수 있다. 쿠션(62)는 실리콘이나 고무나 우레탄 등과 같이 탄성 변형되는 재질을 포함할 수 있다. 쿠션(62)는 체인저 쿠션으로 명명될 수 있다.

좀 더 상세히, 쿠션(62)는 체인저 본체(60)의 전면에 구비될 수 있다. 쿠션(62)는 체인저 본체(60)의 전면보다 전방으로 돌출될 수 있다. 쿠션(62)는, 체인저(50)가 커플러(20)에 접근하는 과정에서 체인저(50)가 커플러(20)에 가하는 충격을 최소화할 수 있다.

또한, 체인저 본체(60)에는 후술할 마그네틱 모듈(70)의 돌출부(72)가 통과하는 관통공(63)이 형성될 수 있다. 관통공은 좌우 이격된 한 쌍이 형성될 수 있다.

좀 더 상세히, 관통공(63)은 체인저 본체(60)의 전면에 형성될 수 있고, 돌출부(72)는 관통공(63)을 통해 체인저 본체(60)의 전면보다 전방으로 돌출될 수 있다.

마그네틱 모듈(70)은 체인저 본체(60)의 후방에서 체인저 본체(60)와 체결될 수 있다.

마그네틱 모듈(70)은 자성체일 수 있다. 따라서, 체인저(50)가 커플러(20)와 체결된 상태에서 마그넷 모듈(40)의 마그넷(41)에 의한 자기장은 마그네틱 모듈(70)을 따라 강하게 유도될 수 있다.

마그네틱 모듈(70)은, 메탈 바(71) 및 메탈 바(71)의 양단부에 구비된 한 쌍의 돌출부(72)를 포함할 수 있다.

메탈 바(71)는 일 방향(예를 들어, 좌우방향)으로 길게 형성될 수 있다. 메탈 바(71)는 앞서 설명한 마그넷 모듈(40)의 마그넷(41)과 나란한 방향으로 길게 형성될 수 있다.

한 쌍의 돌출부(72)는 메탈 바(71)의 양단부에 연결될 수 있고, 커플러(20)를 향해 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 돌출부(71)는 메탈 바(71)의 양단부의 전면에 구비되며 마그넷 모듈(40)을 향할 수 있다.

돌출부(72)는 자성체일 수 있다. 좀 더 상세히, 좀 더 상세히, 돌출부(72)는 철이나, 니켈이나, 코발트 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체일 수 있다.

일례로, 돌출부(72)은 기계구조용 탄소강(SM45C, Carbon Steel for Machine structure use) 재질을 포함할 수 있다. 탄소강은 가격이 저렴한 자성체이나, 부식에 취약하므로 돌출부(72)가 수분에 노출되지 않는 환경인 경우에 적합하다.

다른 예로, 돌출부(72)는 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel) 재질을 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 돌출부(72)는 STS430(SUS430) 재질과 같은 스테인리스 400계열을 포함할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 높은 내식성을 갖는 자성체이다. 따라서, 이러한 재질을 갖는 돌출부(72)는 수분에 노출되더라도 부식되지 않을 수 있다.

돌출부(71)는 체인저 본체(60)에 형성된 관통공(63)을 통과하여 체인저 본체(60)에서 커플러(20)를 향해 돌출될 수 있다. 한 쌍의 돌출부(72) 중 어느 하나는 일 메탈 바디(42)와 대응되는 위치를 향할 수 있고, 한 쌍의 돌출부(72) 중 다른 하나는 타 메탈 바디(42)와 대응되는 위치를 향할 수 있다.

한편, 마운터(80)는 커플러(20)의 하측에 위치할 수 있다. 즉, 커플러(20)는 마운터(80)의 상측에서 마운터(80)에 장착되거나 마운터(80)와 분리될 수 있다.

마운터(80)는 커넥팅 바(81) 및 커넥팅 바(81)의 양 단부에 구비된 장착핀(82)을 포함할 수 있다.

커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)은 자성체일 수 있다. 좀 더 상세히, 커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)은 철이나, 니켈이나, 코발트 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체일 수 있다. 따라서, 커플러(20)가 마운터(80)와 장착된 상태에서 마그넷 모듈(40)의 마그넷(41)에 의한 자기장은 커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)을 따라 강하게 유도될 수 있다.

일례로, 커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)은 기계구조용 탄소강(SM45C, Carbon Steel for Machine structure use) 재질을 포함할 수 있다. 탄소강은 가격이 저렴한 자성체이나, 부식에 취약하므로 마운터(80)가 수분에 노출되지 않는 환경인 경우에 적합하다.

다른 예로, 커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)은 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel) 재질을 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 커넥팅 바(81) 및 장착핀(82)는 STS430(SUS430) 재질과 같은 스테인리스 400계열을 포함할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강은 높은 내식성을 갖는 자성체이다. 따라서, 이러한 재질을 갖는 마운터(80)는 수분에 노출되더라도 부식되지 않을 수 있다.

커넥팅 바(81)는 일 방향(예를 들어, 좌우방향)으로 길게 형성될 수 있다. 커넥팅 바(81)는 앞서 설명한 마그넷 모듈(40)의 마그넷(41)과 나란한 방향으로 길게 형성될 수 있다.

커넥팅 바(81)는 앞서 설명한 구조물(4)(도 4 참조)에 고정될 수 있다. 구조물(4)은 커플러(20)의 하우징(30)의 외측에 위치함이 자명하다.

장착핀(82)은 커넥팅 바(81)의 양단부에 구비될 수 있다. 장착핀(82)은 커넥팅 바(81)의 길이 방향으로 이격된 한 쌍이 구비될 수 있다.

좀 더 상세히, 장착핀(82)은 커넥팅 바(81)의 양단부의 상면에 구비될 수 있고, 수직하게 배치될 수 있다.

장착핀(82)은 커플러(20)의 하우징(30)에 형성된 장착홈(34)에 삽입될 수 있다. 이로써 커플러(20)가 마운터(80)에 장착될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 다른 툴 커플러를 다른 방향에서 바라본 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 툴 커플러에서 하우징 커버를 제거한 도면이다.

커플러(20)의 하우징(30)의 내부에는, 마그넷 모듈(40)이 수용되는 이너 수용홈(31a)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 이너 수용홈(31a)은 하우징 본체(31)의 내부에 형성될 수 있다. 이너 수용홈(31a)은 하우징 커버(36)를 향해 개방될 수 있다.

하우징 본체(31)에는 체결보스(31b)가 형성될 수 있고, 하우징 커버(36)에는 상기 체결보스(31b)와 대응되는 체결공(36a)이 형성될 수 있다. 체결 보스(31b)는 하우징 본체(31)의 내부에 형성될 수 있고 하우징 커버(36)를 향할 수 있다. 체결공(36a)은 하우징 커버(36)에 관통 형성될 수 있다. 체결보스(31b) 및 체결공(36a)은 각각 복수개일 수 있다.

스크류 등의 체결부재는 체결공(36a)을 관통하여 체결보스(31b)에 체결될 수 있다. 이로써 하우징 본체(31)와 하우징 커버(36)가 체결될 수 있다. 마그넷 모듈(40)에 의한 자기장에 영향을 끼치지 않기 위해, 상기 체결부재는 비자성체일 수 있다.

하우징 본체(31)에는, 하우징 커버(36)에 형성된 삽입공(37)과 연통되는 삽입 보스(31c)가 형성될 수 있다. 삽입 보스(31c)는 하우징 본체(31)의 내부에 형성될 수 있고 하우징 커버(36)를 향할 수 있다.

체인저(50)의 지지핀(61)(도 7 참조)은 삽입공(37) 및 삽입보스(31c)에 순차적으로 삽입될 수 있다. 즉, 지지핀(61)은 삽입공(37)을 통과하여 삽입보스(31c)에 삽입될 수 있다. 따라서, 커플러(20)는 지지핀(61)에 의해 수직 방향으로 신뢰성있게 지지될 수 있다.

하우징(30)에는 체결공(31d)이 형성될 수 있고, 마그넷 모듈(40)에는 상기 체결공(31d)과 대응되는 체결홈(42c)(도 7 참조)이 형성될 수 있다.

체결공(31d)은 하우징(30), 좀 더 상세히는 하우징 본체(31)의 둘레면에 형성될 수 있다. 체결공(31d)은 마그넷 모듈(40)의 길이 방향으로 서로 이격된 한 쌍이 형성될 수 있다. 체결공(31d)은 하우징 본체(31)에 형성된 이너 수용홈(31a)의 사이드에 위치할 수 있다. 체결공(31d)은 이너 수용홈(31a)의 내부와 연통될 수 있다.

체결홈(42c)는 마그넷 모듈(40), 좀 더 상세히는 메탈 바디(42)에 형성될 수 있다. 마그넷 모듈(40)이 이너 수용홈(31a)에 수용된 상태이면 체결홈(42c)은 체결공(31d)과 일직선상에 위치할 수 있다.

스크류 등의 체결부재는 체결공(31d)을 관통하여 체결홈(42c)에 체결될 수 있다. 이로써 마그넷 모듈(40)이 하우징 본체(31)에 견고하게 체결될 수 있고, 마그넷 모듈(40)이 이너 수용홈(31a)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 마그넷 모듈(40)에 의한 자기장에 영향을 끼치지 않기 위해, 상기 체결부재는 비자성체일 수 있다.

하우징(30)의 둘레면에 형성된 장착홈(34)은 이너 수용홈(40)의 양단부 하측에 위치할 수 있다. 장착홈(34)은 이너 수용홈(31a)과 연통되지 않을 수 있다.

커플러(20)에는 적어도 하나의 쿠션(35)가 구비될 수 있다. 쿠션(35)는 실리콘이나 고무나 우레탄 등과 같이 탄성 변형되는 재질을 포함할 수 있다. 쿠션(35)는 커플러 쿠션으로 명명될 수 있다.

좀 더 상세히, 쿠션(35)는 하우징(30)의 저면(32)에 구비될 수 있다. 하우징(30)의 저면(32)은 하우징(30)의 둘레면에 포함될 수 있으며, 수평한 평면일 수 있다. 하우징(30)의 저면(32) 및 쿠션(35)는 하우징(30)의 둘레 방향에 대해 한 쌍의 장착홈(34) 사이에 위치할 수 있다.

쿠션(35)는 하우징(30)의 저면(32)보다 하측으로 돌출될 수 있다. 쿠션(35)는, 커플러(20)가 마운터(80)(도 7 참조)에 장착되는 과정에서 커플러(20)가 마운터(80)에 가하는 충격을 최소화할 수 있다.

하우징(30)의 저면(32) 및 쿠션(35)는, 마운터(80)의 커넥팅 바(81)(도 7 참조)의 상면을 마주볼 수 있다. 좀 더 상세히, 커넥팅 바의 상면에는 하우징(30)의 저면(32) 및 쿠션(35)을 마주보는 단차부(81a)(도 7 참조)가 형성될 수 있다. 단차부(81a)는 커넥팅 바(81)의 상면에 대해 하측으로 단차지게 형성될 수 있다. 단차부(81a)는 한 쌍의 장착핀(82) 사이에 위치할 수 있다. 커플러(20)가 마운터(80)에 장착되면 쿠션(35)는 단차부(81a)에 맞닿을 수 있다.

단차부(81a)에 의해 커플러(20)의 하우징(30)와 커넥팅 바(81)가 서로 간섭하지 않으면서도 장착핀(82)이 장착홈(34)에 깊숙히 삽입될 수 있다. 이로써 커플러(20)가 마운터(80)에 안정적으로 장착될 수 있다.

한편, 하우징 커버(36)에는 메탈 바디(42), 좀 더 상세히는 절곡부(42b)의 단부와 대응되는 위치에 아우터 함몰부(39)가 형성될 수 있다. 즉, 아우터 함몰부(39)는 마그넷 모듈(40)을 향해 함몰될 수 있다. 아우터 함몰부(39)는 하우징 커버(36)의 배면(외면)에 대해 단차지게 형성될 수 있다.

아우터 함몰부(39)는 하우징 커버(36)의 배면(외면)이 함몰되어 형성될 수 있고, 이너 함몰부(38)(도 7 참조)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 이너 함몰부(38)와 아우터 함몰부(39)는 전후 방향으로 오버랩될 수 있다.

체인저(50)와 커플러(20)가 체결되면, 체인저(50)의 돌출부(72)의 단부는 아우터 함몰부(39) 내에 위치할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 메탈 바디(42)의 절곡부(42b)의 단부는 이너 함몰부(38) 내에 위치하므로, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 간 거리가 최소화될 수 있다. 따라서, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이의 자기력이 충분히 강하게 유지될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 툴 체인저를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.

체인저(50)의 체인저 본체(60)에는, 마그네틱 모듈(70)이 수용되는 수용홈(60a)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 수용홈(60a)은 커플러(20)의 반대편, 즉 후방을 향해 개방될 수 있다.

체인저 본체(60)에는 제1체결공(60b)(도 7 참조)이 형성될 수 있고, 마그네틱 모듈(70)의 메탈 바(71)에는 상기 제1체결공(60b)와 대응되는 제2체결공(36a)이 형성될 수 있다. 제1체결공(60b) 및 제2체결공(71a)은 각각 복수개일 수 있다.

제1체결공(60b)은 수용홈(60a)의 내부와 연통될 수 있다. 즉, 제1체결공(60b)은 체인저 본체(60)의 전면에서부터 수용홈(60a)까지 관통되어 형성될 수 있다.

제2체결공(71a)는 메탈 바(71)에 관통 형성될 수 있다. 제2체결공(71a)은 한 쌍의 돌출부(72) 사이에 위치할 수 있다. 마그네틱 모듈(70)이 수용홈(60a)에 수용된 상태이면 제2체결공(71a)은 제1체결공(60b)과 일직선상에 위치할 수 있다.

스크류 등의 체결부재는 제1체결공(60b) 및 제2체결공(71a)에 체결될 수 있다. 이로써 마그네틱 모듈(70)이 체인저 본체(60)에 견고하게 체결될 수 있고, 마그네틱 모듈(70)이 수용홈(60a)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 마그넷 모듈(40)에 의한 자기장에 영향을 끼치지 않기 위해, 상기 체결부재는 비자성체일 수 있다.

도 11은 도 6에 표시된 A-A`에 대한 단면도이고, 도 12는 도 6에 표시된 B-B`에 대한 단면도이고, 도 13은 도 6에 표시된 C-C`에 대한 단면도이다.

이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 커플러(20)와 체인저(50) 간의 체결에 대해 설명한다.

체인저(50)는 커플러(20)와 선택적으로 체결될 수 있다. 체인저(50)는 커플러(20)의 후방에서 커플러(20)에 체결될 수 있다.

체인저(50)는 커플러(20)의 체결 시, 체인저(50)의 지지핀(61)은 커플러(20)의 삽입공(37) 및 삽입보스(31c)에 삽입되고, 체인저(50)의 돌출부(72)는 커플러(20)의 아우터 함몰부(39)에 삽입될 수 있다.

지지핀(61)은 체인저(50)의 반경 방향(예를 들어, 수직 방향)에 대해 커플러(20)를 지지할 수 있다. 지지핀(61)은 체인저(50)의 체인저 본체(60)에서 돌출부(72)보다 더 전방으로 돌출될 수 있다. 따라서, 지지핀(61)은 커플러의 하우징의 삽입공(37) 및 삽입보스(31c)에 깊숙히 삽입될 수 있다. 따라서, 지지핀(61)은 체인저(50)의 반경 방향에 대해 커플러(20)를 안정적으로 지지할 수 있다.

체인저(50)의 마그네틱 모듈(70)과 커플러(20)의 마그넷 모듈(40) 사이의 자기력에 의해, 커플러(20)와 체인저(50)가 서로 체결될 수 있다. 상기 자기력은 체인저(50)의 축방향(예를 들어, 전후 방향)에 대한 결합력으로 작용할 수 있다.

마그넷 모듈(40)의 메탈 바디(42)와 마그네틱 모듈(70)의 돌출부(72)는 체인저(50)의 축 방향(예를 들어, 전후 방향)으로 서로 오버랩될 수 있다. 좀 더 상세히, 메탈 바디(42)의 절곡부(42b)와 돌출부(72)는 체인저(50)의 축 방향(예를 들어, 전후 방향)으로 서로 오버랩될 수 있다. 돌출부(72)는 절곡부(42b)의 후방에 위치할 수 있다. 따라서, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이에는 자기력(인력)이 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 마그넷 모듈(40)과 마그네틱 모듈(70)은 함께 제1자속 루프(F1)를 이룰 수 있다. 제1자속 루프(F1)는 마그넷(41)에 의해 발생한 자속이 메탈 바디(42)와 마그네틱 모듈(70)에 의해 유도되어 이루는 자속의 경로를 의미할 수 있다. 제1자속 루프(F1)는 폐루프일 수 있다.

제1자속 루프(F1)는, 마그넷(41)의 일 극(N극)에서부터 일 메탈 바디(42), 일 돌출부(72), 커넥팅 바(71), 타 돌출부(72), 타 메탈 바디(42)를 순차적으로 지나 마그넷(41)의 반대 극(S극)으로 이어질 수 있다.

하우징 커버(36)의 내면에는 메탈 바디(42)의 절곡부(42b)가 삽입되는 이너 함몰부(38)가 형성되고, 하우징 커버(36)의 외면에는 돌출부(72)가 삽입되는 아우터 함몰부(39)가 형성될 수 있다.

이너 함몰부(38)와 아우터 함몰부(39) 사이의 두께(t4)는, 하우징 본체(31)의 두께(t1)(t2)보다 얇을 수 있다. 좀 더 상세히, 이너 함몰부(38)와 아우터 함몰부(39) 사이의 두께(t4)는, 하우징 본체(31)의 전면부 두께(t1)보다 얇을 수 있고, 하우징 본체(31)의 둘레부의 두께(t2)보다 얇을 수 있다. 또한, 이너 함몰부(38)와 아우터 함몰부(39) 사이의 두께(t4)는 하우징 커버(36)의 두께(t3)보다 얇을 수 있다. 따라서, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이의 거리는 최소화될 수 있고 제1자속 루프(F1)가 원활하게 형성될 수 있다.

또한, 돌출부(72)의 일부가 아우터 함몰부(39)에 삽입됨으로써, 돌출부(72)는 지지핀(61)과 함께 체인저(50)의 반경방향에 대해 커플러(20)를 지지하는 것도 가능하다.

이하, 도 13을 참조하여 커플러(20)와 마운터(80) 간의 장착에 대해 설명한다.

커플러(20)는 마운터(80)에 선택적으로 장착될 수 있다. 커플러(20)는 마운터(80)의 상측에서 마운터(80)에 체결될 수 있다.

마운터(80)는 커플러(20)의 장착 시, 마운터(80)의 장착핀(82)은 커플러(20)의 장착홈(34)에 삽입될 수 있다.

커플러(20)의 마그넷 모듈(40)과 마운터(80) 사이의 자기력에 의해 커플러(20)가 마운터(80)에 장착될 수 있다. 상기 자기력은 체인저(50)의 수직 방향에 대한 결합력으로 작용할 수 있다.

마그넷 모듈(40)의 메탈 바디(42)와 마운터(80)의 장착핀(82)는 수직 방향으로 서로 오버랩될 수 있다. 메탈 바디(42)는 장착핀(82)의 상측에 위치할 수 있다. 따라서, 메탈 바디(42)와 장착핀(82) 사이에는 자기력(인력)이 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 마그넷 모듈(40)과 마운터(80)은 함께 제2자속 루프(F2)를 이룰 수 있다. 제2자속 루프(F2)는 마그넷(41)에 의해 발생한 자속이 메탈 바디(42)와 마운터(80)에 의해 유도되어 이루는 자속의 경로를 의미할 수 있다. 제2자속 루프(F2)는 폐루프일 수 있다.

제2자속 루프(F2)는, 마그넷(41)의 일 극(N극)에서부터 일 메탈 바디(42), 일 장착핀(82), 커넥팅 바(81), 타 장착핀(82), 타 메탈 바디(42)를 순차적으로 지나 마그넷(41)의 반대 극(S극)으로 이어질 수 있다.

하우징(30)에는 마그넷 모듈(40)이 수용되는 이너 수용부(31a)와, 장착핀(82)이 삽입되는 장착홈(34)이 형성될 수 있다.

이너 수용부(31a)와 장착홈(34) 사이의 두께(t5)는 하우징 본체(31)의 두께(t1)(t2)보다 얇을 수 있다. 좀 더 상세히, 이너 수용부(31a)와 장착홈(34) 사이의 두께(t5)는, 하우징 본체(31)의 전면부 두께(t1)보다 얇을 수 있고, 하우징 본체(31)의 둘레부의 두께(t2)보다 얇을 수 있다. 또한, 이너 수용부(31a)와 장착홈(34) 사이의 두께(t5)는 하우징 커버(36)의 두께(t3)보다 얇을 수 있다. 따라서, 메탈 바디(42)와 장착핀(82) 사이의 거리는 최소화될 수 있고 제2자속 루프(F2)가 원활하게 형성될 수 있다.

또한, 장착핀(82)이 장착홈(34)에 삽입됨으로써, 커플러(20)는 수평 방향에 대해 마운터(80)에 구속될 수 있다.

도 14는 툴 체인저에 체결된 툴 커플러가 툴 마운터에 장착된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 툴 체인저에 체결된 툴 커플러가 툴 마운터에서 분리된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 툴 체인저와 분리된 툴 커플러가 툴 마운터에 장착된 경우의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

커플러(20)가 마운터(80)에 장착되고 체인저(50)에 체결된 상태이면 마그넷 모듈(40)에 의해 발생하는 자기력은 마그네틱 모듈(70)과 마운터(80)로 분산되어 작용할 수 있다.

도 14를 참조하면, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이에는 자기력(인력)이 작용할 수 있고, 메탈 바디(42)와 장착핀(82) 사이에도 자기력(인력)이 작용할 수 있다.

메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이에 작용하는 자기력을 제1결합력으로 명명할 수 있고, 메탈 바디(42)와 장착핀(82) 사이에 작용하는 자기력을 제2결합력으로 명명할 수 있다. 제1결합력과 제2결합력의 세기는 동일 또는 유사할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 마그넷 모듈(40)과 마그네틱 모듈(70)은 함께 제1자속 루프(F1)를 이룰 수 있고, 마그넷 모듈(40)과 마운터(80)은 함께 제2자속 루프(F2)를 이룰 수 있다. 제1자속 루프(F1)는 마그넷(41), 일 메탈 바디(42), 일 돌출부(72), 메탈 바(71), 타 돌출부(72), 타 메탈 바디(42), 마그넷(41) 순으로 이어질 수 있다. 제2자속 루프(F2)는 마그넷(41), 일 메탈 바디(42), 일 장착핀(82), 커넥팅 바(81), 타 장착핀(82), 타 메탈 바디(42), 마그넷(41) 순으로 이어질 수 있다.

즉, 제1자속 루프(F1)와 제2자속 루프(F2)는 마그넷 모듈(40)을 공유할 수 있다. 따라서, 마그넷 모듈(40)에 의한 자기력이 마그네틱 모듈(70)과 마운터(80)로 분산되어 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 제1자속 루프(F1) 및 제2자속 루프(F2)가 동시에 존재하면, 제1자속 루프(F1) 또는 제2자속 루프(F2)가 단독으로 존재하는 경우에 비해 제1자속 루프(F1) 및 제2자속 루프(F2)의 각 자속 밀도가 상대적으로 작을 수 있다.

자속 밀도는 자기력의 세기에 비례하므로, 제1결합력 및 제2결합력이 동시에 작용하면, 제1결합력 또는 제2결합력이 단독으로 작용하는 경우에 비해 제1,2결합력의 세기가 상대적으로 작을 수 있다.

따라서, 툴(3)(도 4 참조)을 마운터(80)에 거치시키는 과정에서, 제1결합력의 세기가 상대적으로 약하므로 체인저(50)는 마운터(80)에 장착된 커플러(20)에서 용이하게 분리될 수 있다.

또한, 툴(3)(도 4 참조)을 마운터(80)에서 분리시키는 과정에서 제2결합력의 세기가 상대적으로 약하므로, 체인저(50)는 커플러(20)를 마운터(80)에서 용이하게 분리시킬 수 있다.

한편, 커플러(20)가 체인저(50)에 체결되고 마운터(80)에서 분리된 상태이면, 마그넷 모듈(40)에 의해 발생하는 자기력은 마그네틱 모듈(70)에 작용할 수 있다.

도 15를 참조하면, 메탈 바디(42)와 돌출부(72) 사이에는 자기력(인력), 즉 제1결합력이 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 마그넷 모듈(40)과 마그네틱 모듈(70)은 함께 제1자속 루프(F1)를 이룰 수 있다. 제1자속 루프(F1)는 마그넷(41), 일 메탈 바디(42), 일 돌출부(72), 메탈 바(71), 타 돌출부(72), 타 메탈 바디(42), 마그넷(41) 순으로 이어질 수 있다.

제1자속 루프(F1)가 단독으로 존재하므로, 제1자속 루프(F1) 및 제2자속 루프(F2)가 동시에 존재하는 경우에 비해 제1자속 루프(F1)의 자속 밀도가 상대적으로 클 수 있다. 즉, 제1결합력의 세기는 상대적으로 강해질 수 있다.

따라서, 커플러(20)는 체인저(50)에 신뢰성있게 체결될 수 있고, 매니퓰레이터(M)(도 4 참조)가 툴(3)을 이용한 작업을 수행하는 도중에 커플러(20)가 체인저(50)에서 분리되지 않을 수 있다.

한편, 커플러(20)가 마운터(80)에 체결되고 체인저(50)에서 분리된 상태이면, 마그넷 모듈(40)에 의해 발생하는 자기력은 마운터(80)에 작용할 수 있다.

도 16을 참조하면, 메탈 바디(42)와 장착핀(82) 사이에는 자기력(인력), 즉 제2결합력이 작용할 수 있다.

좀 더 상세히, 마그넷 모듈(40)과 마운터(80)는 함께 제2자속 루프(F2)를 이룰 수 있다. 제2자속 루프(F2)는 마그넷(41), 일 메탈 바디(42), 일 장착핀(82), 커넥팅 바(81), 타 장착핀(82), 타 메탈 바디(42), 마그넷(41) 순으로 이어질 수 있다.

제2자속 루프(F2)가 단독으로 존재하므로, 제1자속 루프(F1) 및 제2자속 루프(F2)가 동시에 존재하는 경우에 비해 제2자속 루프(F2)의 자속 밀도가 상대적으로 클 수 있다. 즉, 제2결합력의 세기는 상대적으로 강해질 수 있다.

따라서, 커플러(20)는 마운터(80)에 신뢰성있게 장착될 수 있고, 외부의 충격 등에 의해 커플러(20)가 마운터(80)에서 상측으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

도 17a 내지 도 17c는 툴을 툴 마운터에서 분리시키는 과정이 도시된 도면이다.

매니퓰레이터(M)는 사용하고자 하는 툴(3)을 마운터(80)에서 분리시킬 수 있다.

도 17a에 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(M)는 체인저(50)를 툴(3)이 체결된 커플러(20)의 후방에서 체인저(50)를 향해 접근시킬 수 있다. 이때 커플러(20)는 마운터(80)에 장착되어 커플러(20)와 마운터(80) 간에 제2결합력이 단독으로 작용하는 상태일 수 있다.

도 17b에 도시된 바와 같이 체인저(50)가 커플러(20)에 체결되면, 체인저(50)와 커플러(20) 간에는 제1결합력이 작용할 수 있고 커플러(20)와 마운터(80) 간에는 제2결합력이 작용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1결합력 및 제2결합력이 동시에 작용하면, 제1결합력 또는 제2결합력이 단독으로 작용하는 경우와 비교하여 제1결합력 및 제2결합력의 각 세기는 작아질 수 있다.

즉, 메탈 바(71) 및 한 쌍의 돌출부(72)는 마그넷 모듈(40)과 함께 제1자속 루프(F1)를 이룸으로써, 기존의 제2자속 루프(F2)를 약화시키고 툴 커플러(20)와 툴 마운터(80) 간의 자기력을 분산시킬 수 있다.

도 17c에 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(M)는 커플러(20)와 체결된 체인저(50)를 상승시킬 수 있다. 체인저(50)의 지지핀(61)(도 7 참조)은 수직 방향에 대해 커플러(20)를 지지하므로, 커플러(20) 및 툴(3)이 마운터(80)에서 분리될 수 있다.

또한, 커플러(20)와 마운터(80) 사이에 작용하는 제2결합력의 세기가 상대적으로 작아진 상태에서 체인저(50)가 상승하므로, 커플러(20)는 마운터(80)에서 원활하게 분리될 수 있다.

커플러(20)가 마운터(80)에서 완전히 분리되면, 체인저(50)와 커플러(20) 간에 제1결합력이 단독으로 작용할 수 있다. 이때 제1결합력의 세기는 제1,2결합력이 동시에 작용하는 경우에 비해 상대적으로 커질 수 있다. 따라서, 매니퓰레이터(M)(도 4 참조)가 툴(3)을 이용한 작업을 수행하는 도중에 커플러(20)가 체인저(50)에서 분리되지 않을 수 있다.

도 18a 내지 도 18c는 툴을 툴 마운터에 장착시키는 과정이 도시된 도면이다.

매니퓰레이터(M)는 사용 완료한 툴(3)을 마운터(80)에 거치시킬 수 있다.

도 18a에 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(M)는 체인저(50)에 체결된 커플러(20)를 마운터(80)의 상측에서 마운터(80)를 향해 하강시킬 수 있다. 이때 커플러(20)는 마운터(80)에 장착되어 커플러(20)와 마운터(80) 간에 제2결합력이 단독으로 작용하는 상태일 수 있다. 또한, 체인저(50)의 지지핀(61)(도 7 참조)에 의해 커플러(20)가 수직 방향으로 지지될 수 있다.

도 18b에 도시된 바와 같이 체인저(50)가 마운터(80)에 장착되면, 체인저(50)와 커플러(20) 간에는 제1결합력이 작용할 수 있고 커플러(20)와 마운터(80) 간에는 제2결합력이 작용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1결합력 및 제2결합력이 동시에 작용하면, 제1결합력 또는 제2결합력이 단독으로 작용하는 경우와 비교하여 제1결합력 및 제2결합력의 각 세기는 작아질 수 있다.

즉, 커넥팅 바(81) 및 한 쌍의 장착핀(82)는 마그넷 모듈(40)과 함께 제2자속 루프(F2)를 이룸으로써, 기존의 제1자속 루프(F1)를 약화시키고 툴 체인저(50)와 툴 커플러(20) 간의 자기력을 분산시킬 수 있다.

도 18c에 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(M)는 체인저(50)를 후방으로 이동시킬 수 있다. 마운터(80)의 장착핀(82)(도 7 참조)은 수평 방향에 대해 커플러(20)를 구속하므로, 커플러(20)는 마운터(80)에 장착된 상태를 유지하고 체인저(50)는 커플러(20)에서 분리될 수 있다.

또한, 커플러(20)와 체인저(50) 사이에 작용하는 제1결합력의 세기가 상대적으로 작아진 상태에서 체인저(50)가 후방으로 이동하므로, 체인저(50)는 커플러(20)에서 원활하게 분리될 수 있다.

체인저(50)가 커플러(20)에서 완전히 분리되면, 커플러(20)와 마운터(80) 간에 제2결합력이 단독으로 작용할 수 있다. 이때 제2결합력의 세기는 제1,2결합력이 동시에 작용하는 경우에 비해 상대적으로 커질 수 있다. 따라서, 커플러(20)는 마운터(80)에 신뢰성있게 장착될 수 있다.

도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 툴 체인지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 앞서 설명한 실시예와 중복되는 내용은 원용하고 차이점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 마그넷 모듈(40`)은 메탈 바디(42`) 및 메탈 바디(42`)의 양단부에 구비된 한 쌍의 마그넷(41`)을 포함할 수 있다.

메탈 바디(42`)는 일 방향(예를 들어, 좌우방향)으로 길게 형성될 수 있다. 메탈 바디(42`)는 자성체일 수 있다. 따라서, 한 쌍의 마그넷(41`)에 의한 자기장은 메탈 바디(42`)를 따라 강하게 유도될 수 있다.

한 쌍의 마그넷(41`)은 메탈 바디(42`)의 양단부에 연결될 수 있고, 후방을 향해 돌출될 수 있다. 즉, 한 쌍의 마그넷(41`)은 마그네틱 모듈(70)을 향해 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 마그넷(41`)은 메탈 바디(42`)의 양단부의 배면에 구비될 수 있다.

한 쌍의 마그넷(41`)는 메탈 바디(42)에 서로 반대 극으로 부착될 수 있다. 한 쌍의 마그넷(41`) 중 어느 하나는 메탈 바디(42)에 N극이 부착될 수 있고 다른 하나는 메탈 바디(42)에 S극이 부착될 수 있다.

마그넷(41`)과 마그네틱 모듈(70)의 돌출부(72)는 체인저(50)의 축 방향(예를 들어, 전후 방향)으로 서로 오버랩될 수 있다. 돌출부(72)는 마그넷(41`)의 후방에 위치할 수 있다. 따라서, 마그넷(41`)과 돌출부(72) 사이에는 자기력(인력)이 작용할 수 있다.

마그넷 모듈(40`)과 마그네틱 모듈(70)은 함께 제1자속 루프(F1`)를 이룰 수 있다. 제1자속 루프(F1`)는 폐루프일 수 있다. 제1자속 루프(F1`)는, 일 마그넷(41`), 일 돌출부(72), 메탈 바(71), 타 돌출부(72), 타 마그넷(41`), 메탈 바디(42`), 일 마그넷(41`) 순으로 이어질 수 있다.

마그넷(41`)과 마운터(80)의 장착핀(82)는 체인저(50)의 반경 방향(예를 들어, 수직 방향)으로 서로 오버랩될 수 있다. 장착핀(82)는 마그넷(41`)의 하측에 위치할 수 있다. 따라서, 마그넷(41`)과 장착핀(82) 사이에는 자기력(인력)이 작용할 수 있다.

마그넷 모듈(40`)과 마운터(80)은 함께 제2자속 루프(F2`)를 이룰 수 있다. 제2자속 루프(F2`)는 폐루프일 수 있다. 제2자속 루프(F2`)는, 일 마그넷(41`), 일 장착핀(82), 커넥팅 바(81), 타 장착핀(82), 타 마그넷(41`), 메탈 바디(42`), 일 마그넷(41`) 순으로 이어질 수 있다.

마그넷(41`)의 자속은 메탈 바디(42)를 지나지 않고 곧바로 돌출부(72) 및 장착핀(82)으로 향하므로, 돌출부(72) 및 장착핀(82)에 작용하는 자기력이 상대적으로 강한 이점이 있다.

다만, 마그넷(41`)이 돌출부(72) 및 장착핀(82)에 각각 작용하는 자기력은 마그넷(41`)의 착자 방향에 민감할 수 있다. 따라서, 마그넷(41`)에 의한 자기력이 돌출부와 장착핀으로 균등하게 분산되도록 하기 위해, 마그넷(41`)의 착자(Magnetization) 방향(D1)(D2)은 돌출부(72) 및 장착핀(82)에 대해 비스듬할 수 있다. 또한, 마그넷(41`)의 착자 방향(D1)(D2)은 메탈 바디(42`)에 대해 비스듬할 수 있다.

일례로, 일 마그넷(41`)의 착자 방향(D1)과 타 마그넷(41`)의 착자 방향(D2)은 서로 나란하며 반대 방향일 수 있다. 일 마그넷(41`)의 착자 방향(D1)은 전방 상부에서 후방 하부를 향할 수 있다. 타 마그넷(41`)의 착자 방향(D2)은 후방 하부에서 전방 상부를 향할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 툴 커플러 30: 하우징
31: 하우징 본체 33: 체결핀
34: 장착홈 35: 쿠션
36: 하우징 커버 37: 삽입공
38: 이너 함몰부 39: 아우터 함몰부
40: 마그넷 모듈 41: 마그넷
42: 메탈 바디 50: 툴 체인저
60: 체인저 본체 61: 지지핀
62: 쿠션 63: 관통공
70: 마그네틱 모듈 71: 메탈 바
72: 돌출부 80: 툴 마운터
81: 커넥팅 바 82: 장착핀

Claims (18)

1. 툴이 체결된 툴 커플러;
   상기 툴 커플러가 장착되는 툴 마운터; 및
   로봇의 매니퓰레이터에 구비되며, 상기 툴 커플러를 상기 툴 마운터에 장착시키커나 상기 툴 마운터로부터 분리시키는 툴 체인저를 포함하고,
   상기 툴 커플러는,
   상기 툴이 체결되는 하우징;
   상기 하우징에 내장된 마그넷; 및
   상기 마그넷의 양 단부에 연결된 한 쌍의 메탈 바디를 포함하고,
   상기 툴 마운터는,
   자성체이며 상기 메탈 바디를 향하는 한 쌍의 장착핀; 및
   상기 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하며 자성체인 커넥팅 바를 포함하고,
   상기 툴 체인저는,
   상기 매니퓰레이터에 구비된 본체;
   상기 본체에 장착된 메탈 바; 및
   상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 상기 메탈 바디를 향하며 상기 메탈 바디와 상기 장착핀 사이의 자기력을 분산시키는 한 쌍의 돌출부를 포함하는 툴체인지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 툴 커플러는,
   상기 하우징에 형성되고 상기 한 쌍의 메탈 바디 각각의 하측에 위치하며 상기 한 쌍의 장착핀이 삽입되는 장착홈을 더 포함하는 툴 체인지 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 메탈 바 및 한 쌍의 돌출부는, 상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디와 함께 제1자속 루프를 이루고,
   상기 커넥팅 바 및 한 쌍의 장착핀은 상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디와 함께 제2자속 루프를 이루도록 구성된 툴체인지 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디가 수용된 내부공간이 형성된 하우징 본체; 및
   상기 내부공간을 커버하며 상기 본체를 마주보는 하우징 커버를 포함하고,
   상기 하우징 커버의 외면에는 상기 돌출부가 삽입되는 아우터 함몰부가 형성된 툴체인지 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징 커버의 내면에는, 상기 아우터 함몰부와 대응되고 상기 메탈 바디의 일부가 삽입되는 이너 함몰부가 형성된 툴체인지 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 본체에는 상기 하우징 커버를 향해 돌출된 지지핀이 구비되고,
   상기 하우징 커버에는 상기 지지핀이 삽입되는 삽입공이 형성된 툴체인지 시스템.
7. 툴이 체결된 툴 커플러;
   상기 툴 커플러가 장착되는 툴 마운터; 및
   로봇의 매니퓰레이터에 구비되며, 상기 툴 커플러를 상기 툴 마운터에 장착시키커나 상기 툴 마운터로부터 분리시키는 툴 체인저를 포함하고,
   상기 툴 커플러는,
   상기 툴이 체결되는 하우징;
   상기 하우징에 내장되고 일 방향으로 길게 형성된 메탈 바디; 및
   상기 메탈 바디의 양 단부에 서로 반대 극으로 부착된 한 쌍의 마그넷을 포함하고,
   상기 툴 마운터는,
   자성체이며 상기 마그넷을 향하는 한 쌍의 장착핀; 및
   상기 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하며 자성체인 커넥팅 바를 포함하고,
   상기 툴 체인저는,
   상기 매니퓰레이터에 구비된 본체;
   상기 본체에 장착된 메탈 바; 및
   상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 상기 마그넷을 향하며 상기 마그넷과 상기 장착핀 사이의 자기력을 분산시키는 한 쌍의 돌출부를 포함하는 툴체인지 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 마그넷은 상기 돌출부 및 장착핀에 대해 비스듬한 방향으로 착자된 툴체인지 시스템.
9. 툴에 체결되고, 툴 체인저에 선택적으로 결합되어 툴 마운터에 장착되거나 상기 툴 마운터에서 분리되는 툴 커플러에 있어서,
   비자성체인 하우징;
   상기 하우징에 내장된 마그넷;
   상기 마그넷의 양 단부에 연결되고 상기 툴 체인저의 한 쌍의 돌출부를 향하는 한 쌍의 메탈 바디;
   상기 하우징에 구비되고 상기 툴에 체결되는 체결핀; 및
   상기 하우징에 형성되고 상기 메탈 바디의 하측에 위치하며 상기 툴 마운터의 한 쌍의 장착핀이 각각 삽입되는 한 쌍의 장착홈을 포함하는 툴 커플러.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징에 형성되고 상기 툴 체인저의 지지핀이 삽입되는 한 쌍의 삽입공을 더 포함하는 툴 커플러.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 마그넷 및 한 쌍의 메탈 바디는,
    상기 한 쌍의 돌출부 및 상기 한 쌍의 돌출부를 서로 연결하는 메탈 바와 함께 제1자속 루프를 이루고,
    상기 한 쌍의 장착핀 및 한 쌍의 장착핀을 서로 연결하는 커넥팅 바와 함께 제2자속 루프를 이루도록 구성된 툴 커플러.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 체결핀이 구비되고 상기 장착홈이 형성되며 상기 마그넷 및 메탈 바디가 수용된 내부공간이 형성된 하우징 본체; 및
    상기 내부공간을 커버하는 하우징 커버를 포함하고,
    상기 하우징 커버의 외면에는 상기 돌출부가 삽입되는 아우터 함몰부가 형성된 툴 커플러.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하우징 커버의 내면에는, 상기 아우터 함몰부와 대응되고 상기 메탈 바디의 일부가 삽입된 이너 함몰부가 형성된 툴 커플러.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 아우터 함몰부와 상기 이너 함몰부 사이의 두께는, 상기 하우징 본체의 두께 및 상기 하우징 커버의 두께보다 얇은 툴 커플러.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되고 상기 툴 마운터에 맞닿도록 구성된 쿠션을 더 포함하는 툴 커플러.
16. 툴(tool)이 체결된 툴 커플러에 선택적으로 체결되고, 상기 툴 커플러를 툴 마운터에 장착시키거나 상기 툴 마운터에서 분리시키는 툴 체인저에 있어서,
    비 자성체인 본체;
    상기 본체에 장착되고 자성체인 메탈 바; 및
    상기 메탈 바의 양 단부에 구비되고 자성체이며 상기 본체를 관통하여 상기 툴 커플러를 향하는 한 쌍의 돌출부를 포함하는 툴 체인저.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 메탈 바 및 한 쌍의 돌출부는, 상기 툴 커플러의 마그넷 모듈과 함께 자속 루프를 이루어, 상기 툴 커플러와 상기 툴 마운터 간의 자기력을 분산시키도록 구성된 툴 체인저.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 본체에 구비되고 상기 툴 커플러에 맞닿도록 구성된 쿠션을 더 포함하는 툴 체인저.

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