KR20210104848A - 세장형 물체를 운반 및 배치하기 위한 반자율 시스템 - Google Patents

Abstract

반자율 장치(10)에 대한 개량예가 여기에 기재된다. 갠트리 서브조립체(100), 갠트리 서브조립체(100) 상에 이동 가능하게 장착된 트램 서브조립체(200), 및 트램 서브조립체(200) 상에 장착된 작동 서브조립체(300)를 갖는 장치에 있어서, 개량예는 작동 서브조립체(300)에 작동 가능하게 연결되는 그리퍼 서브조립체(400)를 포함한다. 서브조립체들의 운동은 서브조립체들 중 하나 이상과 관련된 구동 시스템을 제어하는 제어 시스템에 의해 부분적으로 제어된다. 갠트리 서브조립체(100)는 작업 현장의 선택된 부분에 횡방향으로 걸치기 위한 브리지 부재(102)를 포함한다. 트램 서브조립체(200)는 브리지 부재(102)를 따라 횡방향으로 이동하는 트램(202)을 포함한다. 작동 서브조립체(300)는 대체로 수직 방향으로의 그리퍼 서브조립체(400)의 운동을 제어하기 위한 적어도 하나의 모션 액추에이터를 포함하고, 대체로 수평 방향으로의 운동을 위한 추가 모션 액추에이터를 포함할 수도 있다. 그리퍼 서브조립체(400)는 물체(52, 54), 특히 도로, 기타 시멘트질 표면 건설에 사용되는 보강용 바와 같은 세장형 물체의 들어올림, 운반 및 배치를 위한 수동적으로 작동되는 그리퍼(402)를 포함한다.

Description

세장형 물체를 운반 및 배치하기 위한 반자율 시스템

본 발명은 건설 장비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 작업 현장에서 계획에 따라 물체를 이송 및 배치하기 위한 반자율 조립체(semi-autonomous assembly)에 관한 것이다.

건설은 노동 집약적이고 시간이 많이 걸리는 작업이다. 도로, 교량, 바닥, 벽 패널, 터널, 고가교, 조립식 건물 요소 및 기타 실외 및 실내 표면 용으로 만들어진 것과 같은 콘크리트 슬래브는 일반적으로 사전 계획된 그리드 패턴으로 배치된 보강용 바 또는 철근 형태의 보강재와 함께 철근 콘크리트로 만들어진다. 철근은 도로, 활주로 및 교량의 노면, 터널, 벽 패널, 조립식 건물 요소 및 바닥재와 같은 표면의 건설 현장의 길이와 너비를 따라 배치된다. 예컨대, 도로는 일반적으로 폭이 35 피트에서 수백 피트에 이르고, 길이가 수 마일에 이른다. 교량 바닥판(bridge deck)은 일반적으로 길지는 않지만 폭이 도로에 필적한다. 교량과 도로, 특히 진입로와 진출로는 곡선이다. 콘크리트 도로 및 교량 표면에는 일반적으로 그리드 매트(grid mat)라고 하는 그리드 패턴의 두 층의 철근이 필요하며, 표면의 길이 및 폭을 따라 이어지는 철근은 이들이 가로지를 때 교차한다. 철근의 표준 길이는 40 ~ 50 피트이며, 일반적으로 최대 60 피트이다. 도로 또는 교량 바닥판의 폭에 걸쳐서 서로 대략 평행하게 배치된 철근의 가로 길이에 대한 그리드 간격은 4 내지 14 인치 이격되어 있으며, 많은 경우 5 내지 12 인치 이격되어 있다. 그리드 매트의 층들 사이의 간격은 통상 2 내지 8 인치이다. 소정 길이의 철근들이 만나는 곳에서는, 단 대 단(end to end)으로 배치하거나 단부들 사이에 간극을 두는 것이 아니라, 부분들을 수 인치 내지 수 피트만큼 겹 이음(lap joint)으로 서로 겹치도록 배치하여 연속적인 길이의 보강재를 생성한다. 철근 그리드는 콘크리트 구조에 구조적 및 인장 무결성을 추가한다. 철근은 탄소강, 스테인리스강 또는 유리섬유로 만들어지며, 노출되거나 도금 또는 에폭시 코팅될 수도 있다.

현재 철근은 수동으로 배치된다. 철근 묶음은 원하는 길이로 미리 절단된다. 형성된 철근은 일반적으로 트럭에 의해 공사 현장으로 운반된 다음 크레인에 의해 실제 작업 현장에 더 가깝게 이동한다. 그 후, 건설 작업자들은 스스로 건설 계획에 따라 필요한 곳에 각 길이의 철근을 개별적으로 들어올리고 이동시키고 배치해야 한다. 철근은 무겁고 때로는 다루기 어려운데, 흔히 울퉁불퉁한 표면을 걷는 것과 관련된 많은 시간의 노동 후에는 특히 그렇다.

건설 프로젝트 과정에서 철근 및 기타 세장형 물체를 수작업으로 운반하고 배치하면, 발목 뒤틀림, 등의 긴장, 넘어짐, 기타 관절 및 근육 부상으로 인해 작업자에게 심각한 부상을 입힐 위험이 있다. 이러한 작업이 작업자에게 부과하는 물리적인 대가는 인구 통계 변화와 함께 최근 몇 년 동안 건설 현장에 참가하는 근로자의 수를 줄였다. 그러므로, 노동 집약적인 작업을 수행하는 대체 방법이 필요하다.

예컨대, 철근 콘크리트 슬래브를 필요로 하는 많은 건설 프로젝트 중 임의의 것에서 물리적으로 요구하는 작업과 관련된 문제는 본 명세서에 기재된 시스템 및 장치에 의해 해결된다.

작업 현장에서 사전 계획된 위치에 세장형 물체를 들어올리고, 운반하고, 배치하기 위해 반자율 장치가 개발되었다. 본 장치는 개략적으로, 사용시 작업 현장의 선택된 부분에 횡방향으로 걸치기 위한 브리지 부재(bridge member) 및 갠트리 구동 시스템을 포함하는 갠트리 서브조립체(gantry subassembly); 갠트리 서브조립체 상에 이동 가능하게 장착되며 적어도 하나의 트램 및 트램 구동 시스템을 포함하는 트램 서브조립체(tram subassembly); 트램 서브조립체 상에 장착되며 모션 액추에이터(motion actuator) 및 액추에이터 구동 시스템을 포함하는 작동 서브조립체(actuation subassembly); 모션 액추에이터에 작동 가능하게(operatively) 연결된 그리퍼 서브조립체(gripper subassembly); 및 제어 시스템을 포함한다.

본 장치는 사용시 작업 현장의 선택된 부분에 횡방향으로 걸치기 위한 브리지 부재, 및 작업 현장의 선택된 부분의 제 1 경로를 따라 갠트리 서브조립체의 이동을 실행하기 위한 갠트리 구동 시스템을 포함하는 갠트리 서브조립체; 갠트리 서브조립체 상에 이동 가능하게 장착되며, 트램 및 브리지 부재의 전장(span)을 따른 제 2 경로를 따라 트램의 이동을 실행하기 위한 트램 구동 시스템을 포함하는 트램 서브조립체; 및 트램 서브조립체 상에 장착되며, 모션 액추에이터 및 제 2 경로에 대체로 수직인 제 3 경로를 따라 이동을 실행하기 위한 액추에이터 구동 시스템을 포함하는 작동 서브조립체를 포함하는 반자율 조립체 및 장치에 대한 개량예를 제공한다. 개량예는 다양한 태양에서 작동 서브조립체의 모션 액추에이터로부터 현수되며 그와 함께 이동 가능한 그리퍼 서브조립체― 그리퍼 서브조립체는 물체를 파지 및 방출하기 위한 적어도 하나의 그리퍼를 포함함 ―, 및 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 감지 기능부, 모델링(modeling) 기능부 및 실행 기능부를 포함한다. 감지 기능부는 감각 신호(sensory signal)를 수신하고 감각 신호를 적어도 모델링 기능부에 전달한다. 모델링 기능부는 작업 현장에 대한 적어도 그리퍼의 포즈(pose)를 동적으로 계산하고, 포즈 계산값을 작업 현장에 복수의 물체를 배치하기 위한 계획에 맞게 조정하여 조정 계산값(coordination calculation)을 생성하고, 조정 계산값을 실행 기능부에 전달한다. 실행 기능부는 모션 신호를 갠트리 구동 시스템, 트램 구동 시스템 및 액추에이터 구동 시스템 중 하나 이상에 전달하여 각각 제 1, 제 2 및 제 3 경로 중 하나 이상을 따라 조정된 이동을 하게 하여, 복수의 물체의 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 그리퍼 서브조립체를 위치시킨다.

그리퍼 서브조립체는 모션 액추에이터에 현수된 아암(arm), 및 아암에 현수된 복수의 그리퍼를 포함할 수도 있다. 특정 태양에서, 아암이 그로부터 모션 액추에이터에 현수되는 커넥터 및 제 3 경로의 축을 중심으로 커넥터를 회전시키기 위한 모터가 있을 수도 있다.

특정 태양에서, 각각의 그리퍼는 부분적으로 폐쇄된 이격된 관계로 서로를 향해 편향되는 적어도 한 쌍의 관절식 핑거(articulatable finger) 및 적어도 한 쌍의 핑거를 개폐하기 위한 핑거 작동 부재를 포함할 수도 있다. 핑거 쌍의 각각의 핑거는 서로 피벗식으로(pivotally) 연결된 베이스 부분 및 플리퍼 부분(flipper portion)을 포함할 수 있는데, 베이스 부분은 핑거 작동 부재에 작동 가능하게 연결되고, 플리퍼 부분은 물체와의 초기 맞물림을 위해 테이퍼진 단부를 갖는다. 각각의 핑거는 또한 플리퍼 부분을 베이스 부분 쪽으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 스프링 부재를 포함할 수도 있다. 핑거 작동 부재는 상부 표면과 하부 표면을 갖는 베이스 플레이트― 하부 표면은 물체와 접촉하도록 구성됨 ―; 피동 기어 세트의 제 1 방향으로의 운동이 핑거 쌍을 폐쇄하고 피동 기어 세트의 제 2 방향으로의 운동이 핑거 쌍을 개방하도록 핑거 쌍에 작동 가능하게 연결된 피동 기어 세트; 구동 기어의 운동이 피동 기어 세트의 운동으로 변환되도록 피동 기어 세트에 작동 가능하게 연결된 구동 기어― 구동 기어는 베이스 플레이트의 상부 표면에 연결된 하단 부분, 상단 부분, 및 구동 기어의 상단 부분과 하단 부분 사이에 위치된 잠금 부분(locking portion)을 가지며, 구동 기어는 핑거 쌍이 개방되는 잠금 해제 위치(unlocked position) 쪽으로 편향됨 ―를 포함할 수도 있다. 핑거 작동 부재는 또한 잠금 부재를 구비한 액추에이터를 포함할 수도 있는데, 잠금 부재는 구동 기어의 잠금 부분을 액추에이터의 잠금 부재와의 정렬 상태로, 그리고 핑거 쌍이 폐쇄되는 잠금 위치(locked position)로 이동시키기에 충분한 힘을 베이스 플레이트의 하부 표면에 대해 제 3 경로의 방향으로 가할 때 구동 기어의 잠금 부분과 수동적 잠금 맞물림(passive locking engagement)되도록 편향된다. 액추에이터는 바람직하게는 제어 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 잠금 부재를 잠금 부분과의 맞물림으로부터 능동적으로 철회시켜서, 구동 기어를 잠금 해제 위치 쪽으로 자유롭게 이동하게 한다.

다양한 태양에서, 액추에이터는 공동을 갖는 솔레노이드일 수 있으며, 잠금 부재는 공동 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 플런저일 수도 있다. 구동 기어의 잠금 부분은 플런저를 수용하기 위한 개구의 형태일 수도 있다. 핑거 작동 부재는 피동 기어 세트 및 구동 기어의 적어도 잠금 부분을 수납하기 위한 기어 케이스를 더 포함할 수도 있다. 기어 케이스는 구동 기어의 잠금 부분이 액추에이터의 잠금 부재와의 정렬 상태로 이동할 때 구동 기어의 상단 부분이 통과하는 통로를 갖는 상단 플레이트, 및 구동 기어가 기어 케이스 밖으로 이동할 수 있는 거리를 제한하기 위한 정지부를 구비할 수도 있다. 액추에이터는 서로에 대해 평행하게 이격된 관계의 제 1 샤프트 및 제 2 샤프트를 더 포함할 수 있는데, 피동 기어 세트 중 제 1 기어가 제 1 샤프트 상에 장착되고 피동 기어 세트 중 제 2 기어가 제 2 샤프트 상에 장착된다. 제 1 핑거는 제 1 샤프트 상에 장착되고 제 2 핑거는 제 2 샤프트 상에 장착될 수도 있다. 구동 기어는 제 1 기어와 이동 가능하게 맞물리는 제 1 에지 및 제 2 기어와 이동 가능하게 맞물리는 제 2 에지를 가질 수도 있다. 이러한 구성에서, 제 3 경로의 평면에서의 구동 기어의 상향 운동은 제 1 및 제 2 기어와 제 1 및 제 2 샤프트를 제 1 방향으로 회전시켜서 그 쌍의 제 1 및 제 2 핑거를 폐쇄하고, 제 3 경로의 평면에서의 구동 기어의 하향 운동은 제 1 및 제 2 기어와 제 1 및 제 2 샤프트를 제 2 방향으로 회전시켜서 제 1 및 제 2 핑거를 개방한다. 다양한 태양에서, 두 쌍의 핑거가 있을 수도 있으며, 각각의 쌍은 구동 기어와 제 1 피동 기어의 양 측부에서 제 1 샤프트 상에 장착된 제 1 핑거, 및 구동 기어와 제 2 피동 기어의 양 측부에서 제 2 샤프트 상에 장착된 제 2 핑거를 갖는다.

다양한 태양에서, 작동 서브조립체의 모션 액추에이터는 제 3 경로에 대한 액슬(axle)의 운동을 수행하기 위한 액추에이터 구동 시스템에 작동 가능하게 연결된 액슬을 구비하고, 그리퍼 서브조립체는 액슬에 장착된 커넥터, 커넥터 플레이트의 양 측부로부터 측방향으로 연장되는 2개의 아암 섹션, 및 각각의 아암 섹션으로부터 현수된 적어도 하나의 그리퍼를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 액추에이터 구동 시스템의 모션 액추에이터는 액슬의 선형 및 회전 운동을 수행한다. 액슬은 또한 액슬의 선형, 회전 및 피벗 운동 중 하나 이상을 수행하기 위해 모션 액추에이터에 피벗식으로 연결될 수도 있다. 특정 태양에서, 액추에이터 구동 시스템의 모션 액추에이터는 액슬의 선형 운동을 수행하고, 커넥터는 액슬을 중심으로 회전하도록 장착된다. 특정 태양에서, 회전 운동은 수동으로 수행될 수도 있다. 대안적인 태양에서, 회전 운동은 그리퍼 구동 모터에 의해 수행될 수도 있다.

다양한 태양에서, 각각의 그리퍼는 부분적으로 폐쇄된 이격된 관계로 서로를 향해 편향되는 적어도 한 쌍의 관절식 핑거 및 적어도 한 쌍의 핑거를 개폐하기 위한 핑거 작동 부재를 가질 수도 있다. 핑거 작동 부재는 상부 표면과 하부 표면을 갖는 베이스 플레이트― 하부 표면은 물체와 접촉하도록 구성됨 ―; 피동 기어 세트의 제 1 방향으로의 운동이 핑거 쌍을 폐쇄하고 피동 기어 세트의 제 2 방향으로의 운동이 핑거 쌍을 개방하도록 핑거 쌍에 작동 가능하게 연결된 피동 기어 세트; 구동 기어의 운동이 피동 기어 세트의 운동으로 변환되도록 피동 기어 세트에 작동 가능하게 연결된 구동 기어― 구동 기어는 베이스 플레이트의 상부 표면에 연결된 하단 부분, 상단 부분, 및 구동 기어의 상단 부분과 하단 부분 사이에 위치된 잠금 부분을 가지며, 구동 기어는 핑거 쌍이 개방되는 잠금 해제 위치 쪽으로 편향됨 ―; 및 잠금 부재를 구비한 액추에이터― 잠금 부재는 구동 기어의 잠금 부분을 액추에이터의 잠금 부재와의 정렬 상태로, 그리고 핑거 쌍이 폐쇄되는 잠금 위치로 이동시키기에 충분한 힘을 베이스 플레이트의 하부 표면에 대해 제 3 경로의 방향으로 가할 때 구동 기어의 잠금 부분과 수동적 잠금 맞물림되도록 편향되고, 액추에이터는 제어 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 잠금 부재를 잠금 부분과의 맞물림으로부터 능동적으로 철회시켜서, 구동 기어를 잠금 해제 위치 쪽으로 자유롭게 이동하게 함 ―를 포함할 수도 있다.

본 장치는 작업 현장의 사전 측정을 필요로 하는 일 없이 작업 현장 내 및 근처의 관련 물체의 3차원 포즈를 감지하고 매핑(mapping)하기 위한 적어도 한 쌍의 스테레오 카메라를 포함할 수도 있다.

제어 시스템의 감지 기능부는 이미지 데이터 소스로부터 감각 신호를 수신하여 작업 현장과 갠트리, 트램, 작동 및 그리퍼 서브조립체들 중 하나 이상의 부분에 미리 배치된 표식(marker)을 찾아 감지 데이터를 생성할 수도 있다. 감지 기능부는 이미지 데이터 소스, 펄스 레이저 센서, 인간 조작자 제어 입력 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 소스로부터 감각 신호를 수신할 수도 있다.

모델링 기능부는 작업 현장의 감지된 모델을 정의하기 위한 위치화(localization) 및 매핑 중 하나 이상을 위해, 작업 현장에 대한 그리퍼, 그리퍼 아암, 트램 및 갠트리 브리지 부재 구성요소들 중 하나 이상의 포즈를 추정하기 위해, 그리고 계획에 근거한 기대치로부터 관찰된 장애물들 사이의 차이를 탐지하기 위한 결함 모니터링(fault monitoring)을 위해 감지 데이터를 이용할 수도 있다.

실행 기능부는 작업 현장의 감지된 모델과 작업 현장에 대한 그리퍼, 그리퍼 아암, 트램 및 갠트리 브리지 부재 구성요소 포즈들 중 하나 이상의 감지된 관계를 계획의 전략적 의도와 결합하여, 계획을 수행하기 위한 모션 신호를 전술적으로 결정하고 지시하는 실행기 모듈(executor module)을 포함할 수도 있다. 실행 기능부는 연속 배치에 필요한 물체를 결정하고 계획에 따라 진행할 물체의 배치를 위한 최적 위치를 결정함에 있어서 실행기 모듈을 보조하는 배치 계획 모듈(placement planning module), 및 작업 현장에 있는 장애물의 존재를 탐지하기 위해 모델링 기능부에 의해 생성된 작업 현장의 3차원 맵을 사용하는 장애물 회피 모듈(obstacle avoidance module)을 포함할 수도 있다. 장애물 회피 모듈은 그리퍼, 그리퍼 아암, 트램 및 갠트리 브리지 부재 구성요소들 중 하나 이상에 대해 주어진 모션의 궤적을 변경함으로써 장애물 탐지에 응답한다. 장애물 회피 모듈은 추가로 또는 대안적으로 장치의 모션을 중지함으로써 장애물 탐지에 응답할 수도 있다.

다양한 응용예에서, 작업 현장에서 서로에 대해 실질적으로 인접하게 평행 이격된 관계로 위치된 2개의 조립체가 있을 수 있으며, 각 조립체는 갠트리 서브조립체, 트램 서브조립체, 작동 서브조립체, 그리퍼 서브조립체 및 제어 시스템을 포함하는데, 이들은 복수의 물체의 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 그리퍼 서브조립체를 위치시키기 위해 각각 제 1, 제 2 및 제 3 경로 중 하나 이상을 따른 각 조립체의 조정된 운동(coordinated movement)을 동기화하도록 유선 접속 또는 무선 접속 중 하나에 의해 작동 가능하게 연결된다.

특정 응용예에서, 조립체는 갠트리 서브조립체의 브리지 부재 상에 장착된 적어도 두 개의 트램 서브조립체를 포함할 수 있는데, 각 트램 서브조립체는 그에 장착된 하나의 작동 서브조립체를 갖고, 각각의 작동 서브조립체는 그로부터 현수된 하나의 그리퍼 서브조립체를 가지며, 제어 시스템은 복수의 물체의 조정된 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 각각의 그리퍼 서브조립체를 위치시키기 위해, 제 2 경로를 따른 각각의 트램 서브조립체의 운동을 조정하고 제 3 경로를 따른 각각의 작동 서브조립체의 운동을 조정한다.

본 개시의 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 예시적인 건설 현장에서 사용되는 반자율 운반 및 배치 장치의 실시예의 사시도이다.
도 2는 예시적인 작업 현장에서 철근과 같은 세장형 물체를 그 물체를 유지한 저장소로부터 적소로 이동시키고 배치하는 도 1의 반자율 운반 및 배치 장치의 실시예의 평면도의 개략도이다.
도 3은 도 2의 예시의 측면 입면도이다.
도 4는 철근 매트를 보여주는 반자율 장치의 실시예의 갠트리 서브조립체 및 트램 서브조립체의 개략적인 측면 입면도이다.
도 5는 모듈로 이루어진 운반 및 배치 장치의 갠트리의 실시예의 사시도이다.
도 6은 모듈들 사이의 예시적인 커넥터를 보여주는, 운반 및 배치 장치의 갠트리 부분의 일 단부의 도면이다.
도 7은 도 6의 모듈들 사이의 커넥터의 근접도이다.
도 8은 도 1의 운반 및 배치 장치의 갠트리 서브조립체의 유동 휠(idler wheel)의 도면이다.
도 9는 종방향으로 장치의 선형 또는 비선형 이동을 수행하기 위한 도 1의 장치의 갠트리 서브조립체의 구동 휠 및 구동 모터의 도면이다.
도 10은 도 1의 장치의 부분 사시도이다.
도 11은 도 1의 장치의 트램 서브조립체 및 액추에이터 서브조립체의 실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11의 트램 서브조립체 및 액추에이터 서브조립체의 측면도이다.
도 13은 도 11의 트램 서브조립체 및 액추에이터 서브조립체의 한 면의 정면도이다.
도 14는 갠트리 서브조립체의 트러스(truss) 부분을 가로질러 트램 서브조립체의 횡방향 운동을 수행하기 위한 구동 휠, 구동 모터 및 기어를 보여주는, 트램 서브조립체 용 구동 시스템을 위한 기어 장치의 실시예의 부분 사시도이다.
도 15는 도 11의 트램 서브조립체 및 액추에이터 서브조립체의 평면도이다.
도 16은 갠트리 서브조립체의 트러스 부분을 가로질러 트램 서브조립체의 횡방향 운동을 수행하기 위한 구동 휠, 구동 모터 및 기어를 보여주는, 트램 서브조립체 용 구동 시스템을 위한 대안적인 기어 장치의 부분도이다.
도 17은 도 1의 장치의 그리퍼 서브조립체의 실시예의 정면도이다.
도 18은 철근과 같은 소정 길이의 세장형 물체를 파지하는 도 17의 그리퍼 서브조립체 상의 그리퍼의 실시예의 부분 사시도이다.
도 19는 다수의 세장형 물체를 유지하도록 구성된 저장소로부터 세장형 물체를 들어올리는 도 1의 그리퍼 서브조립체의 실시예를 도시한다.
도 20은 내부의 기어 장치를 점선으로 나타낸 그리퍼의 실시예의 일부의 도면이다.
도 21은 도 20의 그리퍼의 실시예의 핑거 부분의 분해도이다.
도 22는 도 20의 그리퍼의 구성요소들의 사시도이다.
도 23은 도 22의 그리퍼의 구성요소들의 분해도이다.
도 24는 도 25a 내지 도 25d 및 도 25g의 그리퍼를 나타내는, 솔레노이드 챔버 내에 완전히 안착된 플런저 및 잠금 해제 위치의 그리퍼를 보여주는, 도 20의 그리퍼의 일부의 단면도이다.
도 25a 내지 도 25g는 그리퍼의 정면도 및 배면도로서, 그리퍼가 잠금 해제된 개방 위치(정면, 도 25a)로부터 움직여서, 세장형 물체를 집어들고(정면, 도 25b; 정면, 도 25c; 배면, 도 25d), 폐쇄된 잠금 위치(정면, 도 25e; 배면, 도 25f)로 이동하고, 잠금 해제 위치(정면, 도 25g)로 이동하여 물체를 방출하는 것을 나타낸다.
도 26a 및 도 26b는 도 25a 내지 도 25g에 도시된 물체보다 직경이 작은 물체를 유지하고 있는 도 20의 그리퍼의 정면도(도 26a) 및 배면도(도 26b)을 도시한다.
도 27은 솔레노이드 챔버로부터 부분적으로 인출된 플런저 및 잠금 위치에 있는 그리퍼를 보여주는 도 25e 및 도 25f의 그리퍼의 일부의 단면도이다.
도 28은 잠금 위치의 플런저를 보여주는 도 27의 일부를 부분 확대도이다.
도 29는 잠금 해제 위치에서 물체를 방출하는 도 25g의 그리퍼의 플런저 위치의 부분 단면도이다.
도 30은 도 20 및 도 25 내지 도 26의 그리퍼의 구성요소들을 보여주는 부분 단면도이다.
도 31은 세장형 물체의 저장소로부터 세장형 물체를 들어올리는 그리퍼 서브조립체의 사시도이다.
도 33은 도 1의 장치와 함께 사용될 수 있는 스테레오 카메라의 실시예의 시야의 중첩 패턴의 도면이다.
도 34는 도 33의 스테레오 카메라의 시야의 비 중첩 패턴의 평면도이다.
도 35는 반자율 운반 및 배치 장치의 조작자에 의해 사용되는 비상 정지 원격 제어기의 실시예를 도시한다.
도 36은 반자율 운반 및 배치 장치의 조작자에 의해 사용되는 원격 제어기의 실시예를 도시한다.
도 37은 예컨대, 종축(Y)을 따라 연장되는 그리퍼 아암에 의해 기다란 부분의 철근 또는 다른 세장형 물체를 배치하는 데 사용하기 위한 두 대의 도 1의 운반 및 배치 장치를 도시한다.
도 38은 도 38에 도시된 장치들의 배열의 개략적인 평면도이다.
도 39는 도 38의 예시의 측면 입면도이다.
도 40은 도 1의 반자율 운반 및 배치 장치의 횡축 또는 X축을 따라 연장되는 그리퍼 아암을 갖는 그리퍼 서브조립체의 대안적인 장치를 예시한다.
도 41은 기다란 부분의 철근 또는 다른 세장형 물체를 횡축 또는 X축을 따라 배치하기 위해 단일 트러스 섹션 상의 2개의 트램으로부터 운반되는 2개의 그리퍼 서브조립체가 있는 도 40의 반자율 운반 및 배치 장치의 대안적인 장치를 예시한다.
도 42는 그리퍼 아암들이 횡축 또는 X축을 따라 연장되는 도 41에 도시된 장치들의 배열의 개략적인 평면도이다.
도 43은 도 1의 장치의 실시예에서 작업 현장의 양 측면의 길이를 따른 기준 표식의 예시적인 배치 및 카메라의 상대적인 시야를 개략적으로 도시한다.
도 44는 세장형 물체 더미, 및 물체를 작업 현장에 더 가까운 저장소 또는 다른 컨테이너로 이동시키기 위한 크레인의 상대적인 위치 설정, 그리고 작업 현장에서 저장소를 위치시키고 물체를 배치하기 위한 반자율 운반 및 배치 장치의 이동의 개략적인 예시이다.
도 45는 반자율 운반 및 배치 장치의 실시예에 대한 소프트웨어 구성요소 다이어그램을 나타내는 흐름도이다.
도 46은 세장형 철근의 처짐 테스트를 위한 테스트 설정을 나타낸다.
도 47은 도 46의 테스트 설정을 사용한 처짐 테스트의 결과를 나타낸다.
도 48은 추가적인 처짐 테스트의 결과를 나타낸다.
도 49는 도 1에 도시된 장치의 실시예의 예시적인 특징들의 블록도이다.
도 50은 예시적인 철근 저장소의 핸들과 맞물린 한 쌍의 저장소 리프팅 아암을 도시하는 본 명세서에 기재된 운반 및 배치 장치의 실시예의 일부의 사시도이다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"의 단수 형태는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 내용을 포함한다. 따라서, 관사 "a" 및 "an"은 본 명세서에서는 관사의 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)의 문법적 물체를 지칭하기 위해 사용된다. 예로서, "요소"는 하나의 요소 또는 하나 초과의 요소를 의미한다.

예컨대 제한 없이, 상단, 하단, 좌, 우, 하, 상, 전, 후, 및 그 변형과 같이 여기에 사용된 방향 관련 어구는 첨부 도면에 표시된 요소의 배향(orientation)과 관련될 것이며, 명백하게 달리 언급되지 않는 한 청구범위를 제한하지 않는다. 본 명세서에서 사용된 "작동 가능하게 연결된(operatively connected)"은 각각의 경우에 하나의 구성요소 또는 특징부의 조작 또는 작동이 작동 가능하게 연결된 구성요소 또는 특징부의 조작 또는 작동에 영향을 미치도록 2개 이상의 구성요소 또는 특징부들이 서로 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있거나, 무선으로 연결될 수 있음을 의미한다.

청구범위를 포함하여 본 출원에 있어서, 달리 지시된 경우를 제외하고, 수량, 값 또는 특성을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에서 "약(about)"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "약"이라는 용어가 숫자와 함께 명시적으로 나타나지 않더라도 숫자를 "약"이라는 단어가 앞에 표기된 것처럼 읽을 수도 있다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 하기의 설명에 기재된 임의의 수치 파라미터는 본 개시에 따른 방법 및 조성물에서 얻고자 하는 희망 특성에 따라 달라질 수도 있다. 청구항의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라 적어도, 본 설명에 기재된 각 수치 파라미터는 보고된 유효 자릿수의 숫자에 비추어 그리고 통상적인 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다. 예컨대, "1 내지 10"의 범위는 언급된 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이의, 즉 최소값이 1 이상이고 최대값이 10 이하인 임의의 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다.

도 1은 도로, 교량, 바닥, 벽 패널, 터널, 고가교, 조립식 건물 요소 및 기타 건설 중인 대형 철근 콘크리트 표면과 같은 작업 현장(12)을 위한 철근 매트(50)를 형성하기 위해 철근과 같은 세장형 물체(52, 54)를 배치하는 반자율 운반 및 배치 장치(10)의 실시예를 도시한다. 일반적으로, 철근(52, 54)은 그리퍼 서브조립체(400)의 그리퍼(402)의 세트에 의해 저장소(14) 또는 기타 적절한 컨테이너로부터 들어올려진다. 그 후, 철근은 장치(10)에 의해 지정된 위치로 운반되고 건설 계획에 따라 지정된 위치에 배치되어 철근 매트(50)를 형성한다. 지정된 위치의 결정은 사전 계획된 건설 계획에 따라 미리 수행될 수 있거나, 또는 기존 철근의 위치와 관련하여 또는 2개 이상의 표시된 지점과 관련하여 결정된 위치일 수 있거나, 또는 프로젝트가 진행되거나 프로젝트의 여러 단계들이 완료됨에 따라 지정된 위치가 변경될 것이라는 점에서 동적일 수도 있다.

본 명세서에 기재된 장치(10)는 개략적으로 적어도 3개의 주요 방향으로 함께 모션을 제공하는 적어도 4개의 서브조립체를 포함한다: 갠트리 축 서브조립체(100)는 작업 현장(12)의 제 1, 종방향 경로(Y축)를 따라 모션을 수행하고; 트램 축 서브조립체(200)는 개략적으로 종방향의 제 1 경로를 가로지르는 횡방향(X축)의 제 2 경로를 따라 모션을 수행하고; 액추에이터 축 서브조립체(300)는 수직 방향(Z축)의 제 3 경로를 따라 모션을 수행하고; 액추에이터 서브조립체(300)에 작동 가능하게 연결된 그리퍼 서브조립체(400)는 세장형 물체를 결합하고, 유지하며, 그렇게 하라는 신호를 받으면 지정된 위치에서 세장형 물체를 방출한다. 특정 태양에서, 장치(10)는 트램 서브조립체(200)에 대해 Y축을 따른 액추에이터 서브조립체(300)의 운동에 의해 제 4의 주축을 따라 모션을 제공할 수도 있다. 특정 태양에서, 그리퍼 서브조립체(400)는 Z축을 중심으로 한 회전 운동을 위해 장비되어 있을 수도 있다. 그리퍼 서브조립체(400)는 세장형 물체(52, 54)를 종방향으로 제 1 경로를 따라, 또는 횡방향으로 제 2 경로를 따라 배치하도록 위치될 수 있거나, 또는 경사진 및 만곡된 콘크리트 표면에 대한 계획에 대응하기 위해 제 1, 제 2 또는 제 3 경로에 대해 기울어진 위치에 세장형 물체를 위치시키기 위해, 수직 Z축을 중심으로 하나 이상의 평면을 통해 임의의 각도 및/또는 경사로 회전될 수도 있다.

참조의 편의를 위해, 모션의 경로는 각각 Y축(갠트리 축)의 또는 그를 따른 평면, X축(트램 축)의 또는 그를 따른 평면, 및 Z축(작동 축)의 또는 그를 따른 평면에 걸친 모션으로 지칭될 수도 있다. 당업자는 여기에서 논의된 "평면" 및 모션 경로, 특히 종방향 또는 Y축 평면이 통상 수학적으로 평면형이거나 선형이 아닐 것임을 이해할 것인데, 이는 지면 상의 표면이든지 아니면 특별히 교량 바닥판 상의 표면이든지 표면은 통상적으로 정확하게 평면형이거나, 직선형이거나, 또는 심지어 정적인 것도 아닐 것이기 때문이다. 건설 중 및 건설 후 사용시 모두에 교량 바닥판은 예컨대 차량의 무게에 반응하여 진동하고 굴곡되며 지면 표면은 고르지 않다. 콘크리트를 타설하기 전에, 철근 매트(50)는 건설 노동자가 그 위를 걸을 때 구부러지고, 도로의 계획된 경사 변경(grading)에 대응하기 위해 의도적으로 경사질 수도 있다. Y축 평면이 기울어지면 X축 및 Z축 평면도 기울어질 수도 있다. 그러므로, 본 명세서에서 사용되는 종, 횡 및 수직의 경로 또는 방향은 도로와 같은 작업 현장의 경로 및 방향을 지칭하며, 선형, 비선형, 평면, 비평면, 직선, 곡선 및 각진 경로 또는 방향 중 하나 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 장치(10)는 종방향 경로의 변화 및 철근 매트(50)를 놓기 위한 건설 계획의 변동을 인식하기 위한 인식 시스템 및 소프트웨어로 이들 변수를 처리한다.

예시적인 인식 시스템 및 관련 소프트웨어를 갖는, 유사한 경로들을 따라 툴을 작동하기 위한 예시적인 갠트리 및 관련 서브조립체가 미국 특허 제 10,061,323 호에 개시되어 있으며, 이 공보의 관련 부분은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에 기재된 장치는 미국 특허 제 10,061,323 호에 기재된 조립체와 여러 가지 측면에서 상이한데, 주로 트램 서브조립체(200) 및 액추에이터 서브조립체(300) 각각의 개량과 주어진 작업 현장(12)에 대한 건설 계획에 따라 물체를 운반하고 배치하기 위해 철근과 같은 세장형 물체를 수동적으로(passively) 파지하기 위한 그리퍼 서브조립체(400)의 개량에 있어서 차이가 있다. 장치(10)는 다양한 물체를 들어올리고, 운반하고, 배치하는 데 사용될 수 있지만, 세장형 물체를 들어올리고, 운반하고, 배치하는 데 매우 적합하다. 철근을 들어올리거나, 운반하거나 배치하는 것에 제한되지는 않지만, 설명의 편의를 위해, 본 명세서에 기재된 장치는 철근을 이동시키는 것에 관하여 설명될 것이다. 당업자는 임의의 세장형 물체 및 다양한 다른 물체가 장치(10), 특히 본 명세서에 기재된 그리퍼 서브조립체(400)에 의해 들어올려지고, 운반되고, 및/또는 배치될 수 있음을 이해할 것이다.

그리퍼 서브조립체(400)가 장치(10) 및 개량된 서브조립체의 주요 기능에 통합되기 때문에, 그리퍼 서브조립체의 세부 사항에 대해 먼저 설명할 것이다.

그리퍼 서브조립체

도 17 내지 도 19를 참조하면, 그리퍼 서브조립체는 개략적으로 적어도 하나의 그리퍼 아암(470), 복수의 그리퍼(402), 및 그리퍼 아암(470)을 작동 서브조립체(300)의 액슬(358)에 연결하기 위한 커넥터(480)를 포함한다. 다양한 태양에서, 들어올림, 운반 및 배치될 세장형 물체의 유형 및 길이에 따라, 그리퍼 서브조립체(400)는 적어도 2개의 그리퍼(402)를 가질 수도 있다. 도 17 내지 도 19에 도시된 실시예에서, 4개의 그리퍼(402)가 아암(470)의 두 섹션에 부착되는데, 각 아암 섹션에 2개의 그리퍼가 있다.

커넥터(480)는 커넥터(480)에 일체로 연결될 수 있거나 커넥터(480)에 견고하게 또는 해제 가능하게 연결된 별도의 플레이트일 수 있는 회전 가능한 상부 플레이트(478)를 포함한다. 상부 플레이트(478)는 Z축을 따른 액슬(358)의 선형 운동 및 Z축에 대한 액슬(358)의 임의의 회전이 상부 플레이트(478) 및 커넥터(480)의 상응하는 운동 및 회전으로 변환되도록 액슬(358)과 맞물리기 위한 중앙 개구(482)(도 15 및 도 16 참조)를 갖는다. 작동 서브조립체(300)에 장착된 모터는 액슬(358)의 선형 운동을 수행하고, 다양한 태양에서 적어도 90°, 바람직하게는 180°, 더욱 바람직하게는 360°의 액슬(358)의 회전을 수행할 수도 있다. 각도 또는 회전의 시각적 지표로서, 또는 회전 각도의 수동 조정을 허용하기 위해 플레이트(478)의 표면 상에 표식이 제공될 수도 있다. 다양한 태양에서, 액슬(358)은 또한 Z축에 대해 기울어질 수 있도록 하는 피벗 조인트에 의해 작동 서브조립체(300)에 연결될 수도 있다. 베이스 커넥터 플레이트(480)는 액슬(358)과 플레이트(478)의 선형 운동, 회전 및 틸팅(tilting)이 아암 섹션(470)의 선형 운동, 회전 및 틸팅을 유발하도록 각 아암 섹션(470)의 내측에 있는 슬롯(476) 내에 끼워지는 대향하는 단부 섹션들을 갖는다. 그리퍼 서브조립체(400)의 아암 섹션(470) 및 그리퍼(402)는 그에 의해 360° 회전되고 수평면에 대한 각도(통상적으로 90° 미만, 더욱 적당하게는 45° 미만, 그리고 가장 적당하게는 30° 미만의 예각)로 기울어져서, 그리퍼(402) 및 그리퍼(402)에 의해 유지되는 철근(52, 54)과 같은 세장형 물체를 적어도 2 자유도 내에서 임의의 원하는 각도로 위치시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다양한 태양에서, 각각의 그리퍼(402)는 개별적으로 회전을 위해 장착된다.

각각의 아암 섹션(470)은 다양한 태양에서 강성 연결을 형성하기 위해 키 탭(keyed tab)(474)에 의해 접합된 다수의 섹션을 포함할 수 있으며, 도 19에 도시된 바와 같이, 추가로 서로 이격되고 나란히 위치되며 키 탭(486)에 의해 연결된 2개 이상의 아암 섹션으로 이루어질 수도 있다. 아암 섹션의 중량을 보다 가볍게 만들기 위해, 절결부(472)가 아암(470) 내에 형성될 수도 있다. 아암 섹션은 또한 강성 바, 또는 그리퍼(402)가 장착되거나 현수될 수 있는 다른 구조로 형성될 수도 있다.

예시적인 그리퍼(402)가 도 20에 도시되어 있다. 도시된 그리퍼(402)는 두 쌍 또는 4개의 핑거(finger)(404)를 포함한다. 그리퍼(402)는 4개의 핑거를 갖는 것으로 제한되지 않는다. 메커니즘이 세장형 물체를 파지하고 유지할 수 있는 한 어떤 개수의 핑거도 충분할 것이다. 예시적인 핑거(404)가 도 21에 도시되어 있다. 각각의 핑거(404)는 핑거 베이스(406) 및 핑거 플리퍼(finger flipper)(408)를 포함하는데, 이들은 핑거 플리퍼 및 핑거 베이스 각각의 개구(414 및 414')를 관통하는 커넥터(420)에 의해 피벗식으로 연결된다. 커넥터(420)는 핑거 베이스 및 핑거 플리퍼의 피스들을 접합하고 이들이 서로에 대해 피벗할 수 있게 하는 임의의 적절한 핀, 볼트 또는 그와 유사한 것일 수도 있다. 각 핑거 플리퍼(408)의 자유 단부는 철근(52, 54)과 같은 세장형 물체를 저장소(14)의 홈(20)으로부터 들어올릴 때 세장형 물체 주변 및 아래에서 핑거(404)를 쉽게 조종할 수 있도록 테이퍼져 있다. 각각의 핑거(404)는 또한 구멍(416)에 장착되는 핀(412)에 의해 일 단부가 핑거 베이스(406)에 연결되고 타 단부가 핑거 플리퍼(408)에 연결되는 적어도 하나의, 그리고 특정 태양에서는 2개의 연장 스프링(410)을 핑거(404)의 각 측면에 포함할 수도 있다. 연장 스프링(410)은 쌍을 이루는 핑거(404)를 향해 내측으로 핑거 플리퍼(408)를 편향시킨다. 핑거 플리퍼(408)에 연결되지 않은 각 핑거 베이스(406)의 단부는 핑거(404)를 샤프트(422) 상에 피벗식으로 장착하기 위한 구멍(422')을 포함한다. 각각의 그리퍼(402)는 2개의 평행 이격된 샤프트(422)를 갖는다. 각 쌍의 핑거(404)는 각각의 쌍을 이루는 핑거(404)의 핑거 플리퍼(408)의 테이퍼진 단부가 도 20에 도시된 바와 같이 단-대-단 접촉이 아니라 측면 대 측면 접촉을 위해 타방 쪽으로 편향되도록 그 쌍의 다른 부재와 대면하고 그로부터 오프셋된 2개의 샤프트 중 서로 다른 하나에 장착된다.

연장 스프링(410)은 판 스프링, 또는 그리퍼 핑거를 폐쇄 위치로 편향시키기 위한 임의의 다른 적절한 수단으로 대체될 수도 있다. 예컨대, 판 스프링(도시되지 않음)은 핑거 베이스(406) 및 필거 플리퍼(408) 내부에 봉입되어, 그리퍼가 철근으로 하강할 때 철근 부분으로부터의 압력에 의해 강제로 열릴 때까지 플리퍼(408)를 장력을 받는 상태로 폐쇄 위치에 둘 수도 있다.

각각의 그리퍼(402)는 목표로 하는 세장형 물체를 파지하고 방출하기 위해 한 쌍의 핑거(404)를 개폐하는 핑거 작동 부재를 포함한다. 도 20, 도 22 및 도 23에 도시된 실시예에서, 핑거 작동 부재는 2개의 기어(426) 사이에 위치되며 2개의 기어(426)와 맞물리도록 구성된 랙(rack)(428)을 포함한다. 랙(428)은 중앙 부분의 양 에지를 따라 톱니(432)를 갖고 상부 부분에는 정지 핀(430)을 수용하기 위한 개구를 가지며 톱니가 있는 중앙 부분보다 넓은 중실의 하부 부분은 베이스 플레이트(438)에 연결되어 그로부터 대략 수직으로 상방으로 연장되는 직사각형 플레이트의 형태일 수도 있다. 2개의 기어(426) 각각은 평행 샤프트(422) 중 서로 다른 하나에 장착되고 동일한 샤프트(422)에 장착된 핑거들(404) 사이에 위치된다. 각각의 기어(426)는 랙 톱니(432)와 맞물리거나 결합하는 기어 톱니(434)를 포함하는데, 하나의 기어(426)는 한쪽 에지에서 랙 톱니(432)와 맞물리고 다른 기어(426)는 랙(428)의 반대쪽 에지에서 랙 톱니(432)와 맞물린다. 도 20을 참조하면, 랙(428)의 각 톱니면에 하나씩 2개의 기어(426)가 있으며, 각각의 기어(426)는 핑거 베이스(406) 상의 구멍(422')을 통과하는 별도의 샤프트(422) 상에 장착된다.

기어(426)는 기어 케이스(424) 내에 수납된다. 기어 케이스(424)는 상단 부분(436), 측면(492) 및 바닥면(496)을 가지며, 바닥면(496)은 랙(428)의 중실 하부 부분이 통과하는 슬롯(498) 및 스프링(440)의 적어도 일부를 수용하기 위한 공동(500)을 포함한다. 슬리브(466)를 갖는 구멍이 기어 케이스(424)의 각 측면을 통해 연장되며, 이 구멍을 통해 샤프트(422)가 핑거 작동 부재를 위한 하우징을 제공하는 기어 케이스(424)를 통과한다. 상단 부분(436)은 랙(428)과 정렬된 슬롯(464)을 포함한다. 웨이브 스프링과 같은 스프링(440)이 베이스 플레이트(438)와 기어 케이스(424)의 바닥면(496) 내의 외부 공동(500) 사이에서 랙(428)의 하부 부분 주위에 위치된다. 스프링(440)은 랙(428)의 베이스 플레이트(438)에 대해 하향 힘을 가함으로써, 핑거 작동 부재가 휴지 상태에 있고 스프링(440)을 압축하기 위한 다른 힘이 가해지지 않을 때 베이스 플레이트(438)를 하우징 및 기어 케이스(424) 내의 랙(428)으로부터 완전히 연장되도록 유지한다. 상단 부분(436) 위에서 랙(428)의 상단에 있는 정지 핀(430)은 랙(428)이 기어 케이스(426) 밖으로 슬라이딩하는 것을 방지한다. 정렬 핀(442)은 베이스 플레이트(438)의 구멍(444)을 통해 위로 연장되고 기어 케이스(424)의 바닥면(496)에 있는 구멍(494)을 통과하여 그와 슬라이딩 결합된다.

솔레노이드(450)는 덮개의 일 측면(492) 상에 위치되고, 나사형 단부 섹션(460) 및 나사형 너트(506)를 통해 측면(492) 및 기어 케이스(424)에 연결된다. 솔레노이드(450)는 솔레노이드(450) 내의 공동(454) 안팎으로 슬라이딩할 수 있는 플런저(452)를 포함한다. 플런저(452)는 랙(428)에 의해 차단되지 않을 때 공동(454) 밖으로 밀려나올 수 있도록 스프링이 장착되어 있다(스프링(510), 도 28에 도시됨). 스프링(510)은 솔레노이드의 전기적 결합 없이 솔레노이드가 잠기게 한다. 솔레노이드(450)의 폐쇄된 단부에서, 와이어(488)가 예컨대 액추에이터 서브조립체(300) 내의 전기 회로로 연장되고, 랙 잠금 구멍(456)에서 솔레노이드 플런저(452)를 잠금 해제하기 위해 필요에 따라 결합된다. 솔레노이드(450)의 반대쪽 단부에는 공동(454)으로 이어지는 단부 섹션(454)을 통한 개구가 있다. 플런저(452)의 외부 단부(458)는 개구를 통해 연장된다. 랙(428)은 철근(52, 54) 주위에 그리퍼 핑거(404)를 잠그기 위해 플런저(452)의 단부(458)를 수용하는 크기의 잠금 구멍(456)을 포함한다. 다양한 태양에서, 플런저(452)의 외부 단부(458)의 마찰을 감소시키기 위해 랙(428)의 중간에 롤러 베어링(502)이 매립된다. 다양한 태양에서, 롤러 베어링(502)은 트랙(468)을 거쳐서 조립 중에 랙(428) 내에 삽입될 수도 있다. 제 2 롤러 베어링(504) 및 가이드(512)가 기어 케이스(424) 내에 위치하여 적어도 부분적으로 플런저 단부(458)와 맞물려서 임의의 마찰을 줄이고 플런저 단부(458)가 기어 케이스(424)를 관통한 솔레노이드(450)와 랙(428)의 잠금 구멍(456) 사이에서 앞뒤로 이동할 때 플런저 단부(458)를 정렬시킨다. 하나 이상의 잠금 핀(508)이 롤러 베어링(502)을 잠금 구멍(456)에 인접하여 적소에 고정한다. 환형 정지 링(490)이 플런저(452) 주위에 위치되어 플런저가 솔레노이드(450) 밖으로 너무 멀리 이동하는 것을 방지한다. 정지 링(490)은 예컨대 정지 링(490)이 가이드(512)에 접할 때 플런저(452)의 이동을 차단한다.

도 44에 도시된 바와 같이, 철근(52, 54)의 대량 재고는 일반적으로 수작업으로 재고 더미(30)로부터 이동되어 저장소(14)에 배치될 것이다. 작업에 필요한 적절한 크기의 철근으로 채워진 저장소는 장치(10)에 의해 작업 현장(12)에 더 가까이로 이동된다. 저장소(14)는 그리퍼가 철근을 파지하는 것과 동일한 방식으로 파지할 수 있는 세장형 핸들을 저장소의 중간, 측면 또는 모서리를 따라 포함할 수도 있다. 대안적으로, 장치(10)는 하나 이상의 리프트 아암(514)에 의해 저장소를 이동시킬 수도 있다.

도 50에 도시된 장치(10)의 실시예는 작동 서브조립체(300)의 각 측면에 하나씩 한 쌍의 리프트 아암(514)을 포함할 수도 있다. 각각의 리프트 아암(514)은 예컨대 저장소(14)의 크로스바(524) 상의 브래킷(526)에 의해 부착된 핸들(516) 상에 가로대(518) 또는 임의의 적절한 상보적인 결합 부재와 결합하기 위한 후크(520) 또는 임의의 적절한 결합 부재를 갖는다. 다양한 태양에서 각각의 리프트 아암(514)은 Z축을 따라 상향 및 하향 운동을 용이하게 하기 위해 작동 서브조립체(300) 또는 갠트리 트러스(102) 상의 전동 기어 세트(528)에 연결될 수도 있다. 저장소(14)를 들어올리기 위해, 리프트 아암(514)은 기어 세트(528)의 작동에 의해 하강될 것이고 장치(10)는 후크(520)가 가로대(518) 아래에 있을 때까지 저장소(14)에 충분히 가깝게 이동될 것이다. 그 후, 아암(514)은 후크(520)가 가로대(518)와 결합할 때까지 상승하고, 이어서 저장소(14)를 지면으로부터 들어올리기 위해 더 인상된다. 그 후, 장치(10)는 작업 현장(12)으로 이동되고 저장소(14)는 하강되어 해제된다. 그 후, 리프트 아암(514)은 가로대(518)로부터 멀어지고, 그리퍼 서브조립체(400)의 작동 경로 밖으로 상승될 것이다.

전동 기어 세트(528)는 당업자에게 알려진 임의의 적절한 기어 장치 및 전원을 포함할 수도 있다. 당업자는 저장소(14) 또는 다른 컨테이너를 상승 및 하강시키기 위한 Z축을 따른 리프트 아암(514)의 이동이 유압식, 공압식 또는 임의의 다른 선형 작동 이펙터(linear actuation effector)와 같은 전동 기어 세트 이외의 수단에 의해 이루어질 수도 있음을 이해할 것이다.

도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이, 작업 현장(12)에서 사용할 준비가 된 소정 길이의 철근(52, 54)은 저장소(14)의 포스트(16)에 의해 상승된 홈(18) 및 하부 홈(20) 내에 위치된다. 상승된 높이와 낮은 높이의 홈은 그리퍼 결합을 위해 바들 사이에 필요한 간격을 유지하면서 저장소(14)의 용량을 최대화한다. 통상적으로, 두 홈(18 및 20)은 동일한 유형의 철근을 유지한다. 그러나, 다양한 태양에서, 상이한 길이, 직경, 또는 코팅의 철근과 같은 상이한 유형의 철근들이 상이한 홈(18 또는 20) 내에 위치될 수도 있다. 장치(10)는 그리퍼 서브조립체(400)를 철근 저장소(14) 위에 위치시키고, 복수(4개가 도시됨)의 그리퍼(402) 각각의 핑거(404)는 소정 길이의 철근(52 또는 54) 주위에서 폐쇄된다. 작업 현장에서, 장치(10)는 사전 설치된 건설 계획에 따라 Y 또는 X 방향으로 또는 X, Y 및 Z 평면에 대해 원하는 각도 또는 경사로 그리퍼 서브조립체(400)를 배향하여, 도 24, 도 25a 내지 도 25g, 및 도 27 내지 도 30에 도시된 순서에 따라 배치를 위한 단일 조각의 철근(52 또는 54)을 들어올리고 운반하여 철근 매트(50)를 형성한다.

순서의 시작에서, 그리퍼(402)는 개방되고, 픽업될 단일 길이의 철근(52 또는 54)에 접근하기 위해 Z축을 따라 작동 서브조립체(300)에 의해 하강될 준비가 된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(450)의 플런저(452)는 랙(428)의 측면을 가압하고 있으며, 베이스 플레이트(438)는 기어 케이스로부터 완전히 연장되어 있다. 랙(428)(정지 핀(430) 제외)은 기어 케이스(424) 내에 위치된다. 정지 핀(430)은 상단 부분(436)과 접촉하고 있으며, 스프링(440)은 전술한 바와 같이 약간만 압축되거나 또는 휴지 상태에 있다. 그리퍼 핑거(404)는 완전히 "폐쇄"되어 있고 연장 스프링(410)에 의해 그 위치에 유지된다. 이 잠금 해제 위치에서, 솔레노이드 플런저(452)가 후퇴되어 랙 잠금 구멍(456)을 자유롭게 한다. 솔레노이드 플런저(452) 상의 스프링(510)이 플런저(452)를 랙(428)에 대해 압박한다.

도 25a 및 도 25b를 참조하면, 베이스 플레이트(438)가 철근(52) 상으로 하향으로 강제됨에 따라, 랙(428)이 상단 캡 플레이트(436)의 슬롯(464)을 통해 위로 이동하기 시작하고, 기어 톱니(434)와 맞물린 랙 톱니(432)가 기어(426)를 회전시킴으로써 그리퍼 핑거(404)가 철근(52) 쪽으로 회전하기 시작하게 한다. 도 25c 및 도 25d에 도시된 바와 같이, 핑거 플리퍼(408)가 철근(52)과 접촉하기에 충분히 회전하는 경우, 연장 스프링(410)이 신장된다. 랙(428)은 도 25d에 도시된 바와 같이 자유롭게 이동하여 슬롯(464)을 통해 조금 더 연장되고, 솔레노이드 플런저(452)가 도 25e 및 도 25f에 도시된 바와 같이 잠금 구멍(456)과 정렬될 때까지 잠금 구멍(456)을 솔레노이드 플런저(452)에 더 가깝게 이동시킨다. 랙(428)이 완전이 후퇴되면, 잠금 구멍(456)은 솔레노이드 푸셔(452)와 정렬된다. 잠금 위치에서, 랙(428)은 완전 폐쇄 위치에 도달한다. 솔레노이드 플런저(452)는 랙(428)의 잠금 구멍(456)에 정렬된다. 솔레노이드 플런저(452) 상의 스프링(510)은 랙(428) 내의 잠금 구멍(456)을 통해 플런저(452)를 밀어내어 메커니즘을 잠근다. 솔레노이드 플런저(452)는 잠금 구멍(456) 내로 강제되고, 핑거(404)는 이제 "폐쇄" 위치에 잠기며, 철근(52 또는 54)은 포획된 상태로 유지된다. 도 27 및 도 28은 플런저 단부(458)가 잠금 구멍(456) 내에 잠긴 상태로 공동(454)로부터 부분적으로 해제된 플런저(452)의 측면 단면도 및 부분 확대 측면 단면도를 도시한다.

철근(52 또는 54)이 방출될 위치에 있으면, 장치(10)는 예컨대 와이어(488)를 통해 솔레노이드(450)에 신호를 보내 그리퍼(402)를 잠금 해제한다. 솔레노이드(450)가 활성화될 때, 플런저(452)는 잠금 구멍(456)으로부터 후퇴된다. 플런저(452)가 랙(428)의 잠금 구멍(456)에서 벗어날 때, 메커니즘은 자유롭게 개방되어 랙(428)이 하우징 내로 다시 인출될 수 있게 한다. 랙(428)이 후퇴됨에 따라, 랙 톱니(432)에 의해 기어 톱니(434)가 기어(426)를 안쪽으로 회전시켜서 그리퍼(402)의 핑거(404)가 바깥쪽으로 회전하게 함으로써, 철근(52 또는 54)을 방출하여 작업 현장(12)의 사전 계획된 위치로 떨어지게 한다.

당업자는 그리퍼 핑거를 개폐하는 데 다른 방법이 사용될 수도 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 대안적인 설계는 솔레노이드 대신 전자석을 사용하여 랙(428)을 잠그는 것을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 래칫/폴 메커니즘을 사용하여 랙(428) 또는 기어(426)와 맞물릴 수도 있다. 다른 대안적인 장치에서, 전기적, 공압적 또는 유압식으로 작동되는 캠-로크(cam-lock)가 사용될 수도 있다.

도 26a 및 도 26b를 참조하면, 핑거(404) 상의 연장 스프링(410)은 상이한 크기의 철근과 결합할 수 있게 한다. 더 작은 직경의 철근의 경우, 스프링(410)은 핑거(404)를 폐쇄된 상태로 유지한다. 더 큰 직경의 철근의 경우, 철근에 가해지는 힘은 더 큰 직경의 철근을 위한 더 많은 공간을 제공하기 위해 핑거(404)를 강제로 개방한다. 그렇지 않으면, 잠금 및 잠금 해제 메커니즘이 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 작동한다.

갠트리 서브조립체

갠트리 축 서브조립체(100)는 원동기이고, 제 1 경로를 따라 장치(10)를 이동시키는데, 제 1 경로는 다양한 태양에서 건설 중인 도로 또는 교량 바닥판의 종방향 경로를 따른다. 갠트리 축 서브조립체(100)는 트러스 또는 교량 구조(102)로 구성되는데, 이는 다양한 태양에서 도로 또는 교량 바닥판과 같은 작업 현장의 폭에(즉, 제 1 경로에 대해 횡단하는 방향으로) 걸치도록 함께 접합된 모듈(118)로부터 형성될 수도 있다. 다양한 태양에서 갠트리 축 서브조립체(100)는 콘크리트 도로 및 교량 바닥판 형성에 통상적으로 사용되는 종래의 강철 파이프 스크리드 레일(steel pipe screed rail)(58) 상에 지지될 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 갠트리 축 서브조립체(100)에는 지면을 따라 주행하기 위한, 탱크에서 사용되는 것과 같은 휠, 롤러, 트레드 또는 트랙이 마련될 수도 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 갠트리 축 서브조립체(100)에는 갠트리 축 구성요소에 전력을 공급하기 위한 발전기(148)와 같은 전원, 시스템 제어를 위한 보조 전자 기기 박스(160), 및 연속적인 동작 또는 스텝 앤 새틀(step-and-settle) 동작으로 레일(58) 또는 지면을 따라 종방향으로 자체 추진하기 위한 구동 모터(184)를 포함하는 피드백 제어 구동 시스템이 들어 있다.

다양한 태양에서, 갠트리 축 서브조립체(100)는 각 단부에 적어도 하나씩, 바람직하게는 2개씩 적어도 2개, 바람직하게는 4개의 레그(104)와, 레그(104)가 장착되는, 각 단부 상의 조정 가능한 지지 프레임(106)과, 작업 현장의 폭에 걸쳐 있는 트러스(102)와 같은 브리지 부재를 포함할 수도 있다. 브리지 부재는 각각의 단부에서 지지 프레임(106) 중 하나에 부착된다. 브리지 부재는 브리지 부재의 길이가 임의의 주어진 작업 현장의 횡방향 치수와 일치하도록 작업 현장에서 연장될 수 있게 모듈(118)로 구성될 수도 있다. 작업 현장에서 필요에 따라 브리지 부재의 폭을 늘릴 수 있도록 연장 부재가 제공될 수도 있다. 본 명세서에 기재된 구조적 구성요소에 제한되지는 않지만, 브리지 부재는 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같이 트러스(102)로서 설명될 것이다. 당업자는 주어진 작업 현장의 전장을 연결하고 트램 및 작동 서브조립체 구성요소들을 운반할 수 있는 다른 구조로 충분할 수도 있음을 인식할 것이다.

예컨대, 도 10은 갠트리 축 서브조립체(100)의 레그(104)가 미리 천공된 구멍(110)을 포함하는 것을 나타낸다. 브래킷(108) 및 핀(112), 또는 임의의 다른 적절한 커넥터는 프레임(106) 및 트러스(102)가 특정 작업 현장에 적합한 높이로 상승 또는 하강될 수 있도록 지지 프레임(106)을 레그(104) 상의 희망 높이에 연결한다. 각각의 브래킷(108)은 적어도 하나의 프레임 커넥터 부분(114) 및 레그 커넥터 부분(116)을 가지며, 각 부분은 프레임(106) 및 레그(104)의 미리 천공된 구멍(110)과 각각 정렬되는 미리 천공된 구멍(154)을 갖는다. 핀(112)이 정렬된 구멍들을 통과하여 프레임(106)을 브래킷(108)의 프레임 부분(114)에, 그리고 레그(104)를 브래킷(108)의 레그 부분(116)에 연결한다. 각각의 레그(104) 및 지지 프레임(106)은 프레임(106)이 레그(104) 상에서 위 또는 아래(즉, 예컨대 Z축을 따라 또는 도면에 도시된 바와 같이 수직으로) 또는 전방 또는 후방으로(즉, X축을 따라, 또는 도면에 도시된 바와 같이 횡방향으로 수평으로) 조절될 수 있도록 다수의 구멍(110)을 가질 수도 있다. 나사 및 너트와 같은 추가적인 잠금용 체결구가 프레임(106) 및 레그(104)를 고정하기 위해 사용될 수도 있다.

트러스(102)는 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이 각 단부가 2개의 지지 프레임(106) 중 하나로부터 현수되어 있다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 트러스(102)는 다양한 태양에서 상부 및 하부 횡방향 빔(120), 상부 크로스바(124) 및 전방 및 후방 직립 바(122)를 갖는 직사각형 또는 정사각형 프레임 부재, 및 대각선 바(126)로 구성될 수 있다. 상부 횡방향 빔(120)은 프레임(106)을 지지하도록 용접되거나 볼트 또는 나사와 같은 임의의 적절한 체결구에 의해 연결될 수도 있다. 빔(120)과 프레임 부재(124, 122 및 126) 사이의 조인트(128)에 보강재(132)가 장착될 수도 있다.

도 7을 참조하면, 트러스 모듈(118)은 본 명세서에서 선단 또는 전방단과 후단 또는 후방단을 갖는 것으로 설명될 수 있으며, 모듈(118)의 선단 및 후단은 서로 연결함으로써 인접한 모듈들(118)을 연결하기 위한 특징부가 내부에 형성되거나 그에 부착되도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시예에서, 트러스 모듈(118)은 트러스(102)의 하나의 장변에서 예컨대 모듈(118)의 선단의 직립 바(122)의 하부 에지에 부착된 하부 홈형 부재(lower grooved member)(140) 및 트러스(102)의 동일한 변에서 인접한 모듈(118)의 후단의 직립 바(122)의 하부 에지에 부착된 실린더형 부재(138)로 구성된 제 1 커넥터(136)에 의해 접합될 수도 있다. 실린더형 부재(138)는 홈형 부재(140)의 홈 내에 안착된다. 홈형 부재(140) 상의 경사면은 인접한 모듈들이 연결될 때 실린더형 부재(138)의 이동을 허용한다. 트러스(102)의 대향하는 장변은, 도 7에 도시된 바와 같이, 실린더형 부재(138)가 선단측에 있고 홈형 부재(140)가 후단측에 있도록 홈형 부재(140) 및 실린더형 부재(138)를 반전시킬 수도 있다. 대안적으로, 두 유형의 커넥터 부재는 동일한 선단 또는 후단 측에 있을 수도 있다. 예컨대, 제 2 커넥터(134)는 모듈(118)의 직립 바(122)의 상단을 따라 위치될 수 있으며, 다양한 태양에서, 직립 바(122)의 선단(그리고 트러스(122) 대향하는 장변에서는 후단)의 상부 에지에 부착된 포크형 부재(forked member)(142) 및 인접 모듈(118)의 직립 바(122)의 후단(그리고 트러스(102)의 대향하는 장변에서는 선단)의 상부 에지에 부착된 아이 부재(eye member)(144)를 갖는 상부 핀 조인트를 포함할 수도 있다. 아이 부재(144)는 포크형 부재(142)의 대향하는 면들 내에 끼워진다. 핀(146)이 아이 부재(144)를 포크형 부재(142)의 면들에 연결하여 인접한 모듈들(118)의 선단 및 후단을 함께 고정한다. 대안적으로, 두 유형의 커넥터 부재가 동일한 선단 또는 후단 측에 있을 수도 있다.

핀 조인트를 통과하는 핀(146)은 모듈(118)의 상단 모서리에 있는 핀의 평면에서의 모션을 제한한다. 인접한 모듈들(118)을 조립하기 위해, 실린더(138)는 핀(146)의 삽입을 위해 핀 조인트(142, 144)의 핀홀들이 정렬될 때까지 홈(140) 내에서 회전한다. 실린더형 부재(138), 홈형 부재(140), 아이 부재(144) 및 포크형 부재(142)는 인접한 모듈들(118)의 대향 단부들에 있는 직립 프레임 바(122)에 각각의 위치에서 용접되거나, 볼트 또는 동등한 체결구와 같은 임의의 적절한 공지 수단에 의해 단단히 연결될 수도 있다.

다양한 태양에서, 레일(130)은 프레임 부재(예컨대, 바(122, 124, 126)에 의해 형성됨)의 각 측면의 하부 횡방향 빔(120)의 내측을 따라 연장된다. 레일(130)은 하부 횡방향 빔(120)에 용접되거나 볼트 또는 나사와 같은 적절하게 강한 체결구로 연결될 수도 있다. 대안적으로, 레일(130)은 L자형 빔으로 제조되는 동안 하부 빔(120)의 일체형 부분으로서 형성될 수도 있다. 설명된 배열은 갠트리 트러스(102)의 모듈들(118)을 정렬하기 위한 운동학적 인터페이스를 제공한다. 대안적으로, 레일(130)은 트램 서브시스템(200)의 휠(212)이 갠트리 모듈들(118)을 가로질러 매끄럽게 움직일 수 있고 각 모듈의 단부 에지에서 부딪히지 않도록 인접한 모듈들(118) 상의 인접한 레일들 사이에 대각선 절결부를 가질 수도 있다. 당업자는 대안적인 휠 및 레일 배열이 사용될 수도 있음을 이해할 것이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 갠트리 서브시스템(100)의 각 레그(104)는 크로스 브레이스(162) 상에 안착되고, 그에 견고하게 연결된다. 크로스 브레이스(162)의 밑면으로부터 아래로 연장되는 것은 상단 플레이트(166)에 부착된 스위블 축 포스트(swivel axis post)(164)와 같은 회전 이펙터이다. 스위블 축 포스트는 시계 방향 및 반 시계 방향으로 회전하여 휠(150, 152)이 레그(104)에 대해 회전할 수 있게 함으로써, 휠이 레일을 따라 이동할 때 스크리드 레일(58)의 곡률을 따르도록 휠(150, 152)의 위치를 조정하게 한다. 각 상단 플레이트(166)로부터 아래로 연장되는 것은 측면 플레이트(168)이다. 액슬(172)은 상단 플레이트(166) 아래에서 상단 플레이트(166)에 대체로 평행하게 측면 플레이트(168)로부터 수직으로 연장된다.

기어 피동 휠(gear driven wheel)(150)은 트러스(102)의 각 측면에 있는 적어도 하나의 액슬에 장착되고, 선단 또는 후단에 위치될 수도 있다. 갠트리 서브시스템(100)은 제 1 경로를 따라 앞뒤로 모두 이동할 수 있으므로, 선단 및 후단의 위치는 이동 방향에 따라 변경될 것이다. 기어 피동 휠(150)은 다양한 태양에서 열차의 휠과 같이 구성되는데, 원통형 또는 원추형 휠(176)의 각 측면에 적어도 하나의, 다양한 태양에서는 2개의 플랜지(174)를 가지며, 휠(176)은 작업 현장(12)의 에지 상의 스크리드 레일(58)과 맞물리도록 구성된다. 그러므로, 실린더는 스크리드 레일의 원통형의 형상에 적절하게 최소한의 마찰로 안착되도록 단면이 오목할 수도 있다. 스크리드 레일(58)이 직사각형 또는 정사각형 프로파일을 갖는 경우, 휠(176) 상의 실린더의 프로파일은 갠트리가 스크리드 레일을 따라 이동할 때 원활한 롤링 결합(rolling engagement)을 보장하기 위해 유사하게 성형될 것이다.

기어 피동 휠(150)은 액슬(172) 상에 작동 가능하게 장착된 플랜지(174)의 일 측면에 기어(178)를 포함한다. 기어(178)의 톱니는 종동 기어(182)의 톱니와 맞물리고 종동 기어(182)의 톱니는 이어서 구동 기어(180)의 톱니와 맞물린다. 구동 기어(180)는 모터(184)에 의해 구동되는 구동 막대(186) 상에 장착된다. 모터(184)는 전기 모터, 가스 동력 모터일 수 있거나, 특정 태양에서 유압 모터일 수도 있다. 후술하는 갠트리 컴퓨터(190) 또는 트램 컴퓨터 중 하나에 대한 피드백을 위해 2개의 구적 인코더(quadrature encoder)가 트러스(102)의 각 측면에 위치되는데, 각 유동 휠(152)에 하나씩, 그리고 각 피동 휠(150)에 하나씩 위치된다.

동력원이 제공된다. 동력원은 디젤 발전기, 가솔린, 천연 가스 또는 배터리 동력식 발전기와 같은 발전기(148)일 수도 있다. 동력원은 유압식일 수도 있다. 예컨대, 발전기(148)는 다른 갠트리 축 전자 기기에 의해 요구되는 전력에 더하여 갠트리 구동 모터(184) 및 트램 구동 모터에 의해 요구되는 전력 출력을 제공하는 데 사용될 수도 있다. 발전기(148)는 장치(10) 전체에 필요한 전력을 제공할 수도 있다. 다양한 태양에서, 구동 시스템은 모터(184)(각 구동 휠에 하나씩)를 높은 rpm으로 구동하고 높은 전기 효율을 유지하기 위해 통상적으로 96V DC 전력으로 작동할 수도 있다. 유압식 동력 장치가 사용되는 경우, 모터(184)는 AC 모터 또는 유압 모터와 같은 임의의 적절한 모터일 수도 있다. 적절한 발전기에는 기성품 2kW급 AC 발전기 및 기성품 해양 등급 DC 발전기가 제한 없이 포함된다.

다양한 태양에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 발전기(148)는 전자 기기 박스(160) 내의 전원에 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 모터(184)에 의한 구동 막대(186)의 회전은 기어(180, 182 및 178)에 의해 피동 휠(150)의 전진 또는 후진 모션으로 변환되고, 액슬(172)의, 플레이트(168 및 166)를 통한 스위블 축 포스트(164), 크로스바(162) 및 레그(104)에의 연결을 통해 프레임(106) 및 트러스(102)를 지지하고, 그에 의해 제 1 경로에서 스크리드 레일(58)의 길이를 따라 갠트리 서브시스템(100)을 이동시킨다. 휠은 강철 또는 다른 적절하게 강성 및 내후성인 재료로 제조될 수도 있다. 작동 중 구동 조립체 구성요소에 대한 접근을 차단하기 위해 예컨대 고무로 만든 안전 범퍼(도시되지 않음)가 추가될 수도 있다.

추가적인 유동 또는 종동 휠(152)은 다양한 태양에서 일반적으로 측면 당 단 하나의 피동 휠이 있는 실시예에서 트러스(102)의 각 측면 상의 레그(104) 중 하나 아래에 위치된다. 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 유동 휠(152)은 기어가 없고 모터에 연결되지 않는 것을 제외하고는 피동 휠(150)과 동일한 방식으로 구성된다. 유동 휠(152)은, 구동 휠(152)의 형상과 같이, 그 형상이 스크리드 레일(58)과 가능한 한 적은 마찰로 매끄럽게 맞물리도록 구성되는 휠(176)을 둘러싸는 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 2개의 플랜지(174)를 포함한다. 유동 휠(152)은 상단 플레이트(166)로부터 하향으로 연장되는 측면 플레이트(168)에 액슬(172)을 통해 연결되며 레그(104)가 그에 장착되는 크로스바(162)에 스위블 축 포스트(164)를 통해 연결되는 것에 의해 트러스(102)의 각 측면 상의 레그(104) 중 하나에 작동 가능하게 연결된다. 유동 휠(152)에는 레일을 따른 구동 휠 미끄러짐(drive wheel slip)을 측정하기 위한 인코더(도시되지 않음)가 장착될 수도 있다. 또한, 구동 휠 및 유동 휠을 레그(104)에 장착하는 스위블 축 피벗 포스트(164) 내에 레일 곡률 센서(도시되지 않음)가 일체화될 수도 있다. 단부 플레이트(170) 또는 흙받이는 작동 중에 휠 구성요소를 파편으로부터 보호하기 위해 유동 및 구동 휠(152, 150)의 선단 또는 후단 중 하나 또는 둘 모두에서 상단 플레이트(166)로부터 연장될 수도 있다.

갠트리 전자 기기는 예컨대 지지 프레임(106) 상에 장착된 하나 이상의 전자 기기 하우징 또는 박스(160)를 포함한다. 전자 기기 박스(160)는 트램 축 서브조립체(200) 트램 컴퓨터(아래에서 보다 상세히 설명됨)에 대한 종속 제어 장치(slave)의 역할을 하는 중앙 처리 장치(예컨대, 컴퓨터(190)), 구동 축 모션 제어기(192), 갠트리 측 안전 감시 타이머(도시되지 않음), 전력 릴레이(194), 센서 인터페이스 전자 기기(196), 액추에이터 인터페이스 릴레이(actuator interface relay)(도시되지 않음), 및 전력 변환 전자 기기(195)를 수용할 수 있다. 갠트리 컴퓨터(190)는 갠트리 축 모션 제어기(192)에 명령하고 발전기의 원격 시작을 명령한다. 갠트리 컴퓨터(190)는 또한 사건 카메라(incident camera)(도시되지 않음)로부터의 안전 영상을 기록하고, 레일 곡률 센서(164) 입력을 처리하고, 안전 근접 센서 입력(도시되지 않음)을 처리할 수도 있다. 갠트리 전자 기기를 위한 모든 전자 기기 구성요소는 잘 알려져 있고, 상업적으로 이용 가능한 구성요소이며, 본 명세서에서 상세히 설명할 필요는 없다. 당업자는 그들의 기능 및 구조를 알고 있거나 문헌으로부터 쉽게 확인할 수 있다.

다양한 태양에서, 안전 특징부가 장치(10)에 포함될 수도 있다. 예컨대, 로봇 상태 경고등(예컨대, 스택 라이트(stack light)) 및 수동 비상 정지 버튼(도시되지 않음)이 레그(104) 및 전자 기기 박스 또는 박스들(160)에 부착되어 있을 수도 있다. 또한, 임의의 안전 관련 사건의 기록을 캡처하기 위해 레그(104) 근처 영역의 영상을 녹화할 수 있는 임의 선택적인 저해상도 비디오 카메라(도시되지 않음)가 제공될 수도 있다. 물체 또는 장애물이 모션의 방향으로부터 갠트리 서브조립체 레그(104)에 접근할 때 모션 제어 결함을 촉발할 수 있도록 근접 센서(도시되지 않음)가 제공될 수도 있다.

갠트리 서브시스템(100) 전원, 전자 기기 박스 또는 박스들(160), 센서들 및 모션 제어기들 사이의 전기 배선은 갠트리의 각 섹션 내의 사전 배선된 케이블 섹션 내에 있을 수 있으며, 트러스 섹션이 연결됨에 따라 단 대 단으로 연결될 수도 있다. 대안적으로, 갠트리 서브시스템 종속 컴퓨터(190)와 트램 서브조립체 마스터 컴퓨터(파워 박스 또는 전자 기기 박스(204 또는 205) 내에 수납됨) 사이의 신호는 무선 주파수(RF) 링크 또는 광 링크와 같은 무선 링크를 통해 전달될 수도 있다. 다른 대안적인 배열체에서, 전자 통신은 동적, 자동 수축 케이블 릴을 통해 수행될 수도 있다.

트램 서브조립체

도 10 내지 도 15에 도시된 트램 서브조립체(200)는 박스형 구조를 형성하도록 서로 용접되거나 그렇지 않으면 임의의 적절한 수단으로 연결될 수 있는 상부 프레임 바(216), 측면 프레임 바(218) 및 하부 프레임 바(220)로 구성되는 강성 프레임 또는 트램(202)을 포함할 수도 있다. 그러나 서브조립체 구성요소들의 운반을 허용하는 임의의 적절한 형상이면 충분할 것이다. 도시된 구조에서, 트램(202)에 구조적 안정성을 추가하기 위해 브레이스 바(238)가 추가로 제공될 수도 있다.

트램 서브조립체(200)는 X축을 따라 횡방향으로 작업 현장(12)을 가로질러 제 2 경로를 따라 트램(202)을 이동시키기 위한 구동 시스템을 포함한다. 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 트램 구동 시스템은 트램(202) 또는 다른 브레이스 바(238)(도시되지 않음)와 같은 트램 프레임 부재에 장착된 구동 모터(226), 모터(226)로부터 연장되는 구동 막대(232), 구동 기어(228) 및 피동 기어(230)를 포함한다. 피동 기어(230)는 구동 휠 액슬(224) 상에 장착된다. 다양한 태양에서, 기어 체인(278)은 구동 기어(228)를 피동 기어(230)에 작동 가능하게 연결한다. 구동 막대(232)의 회전은 구동 기어(228)를 회전시키고, 이는 체인(278)에 의해 피동 기어(230)로, 그리고 액슬(224)로 전달된다.

측면 부재(236)는 예컨대 프레임 바(218 또는 220) 상에 장착되어 트램(202)의 각 측면에 위치된다. 구동 액슬(224)의 각각의 단부는 슬리브(264)를 통해 구동 휠(212)에 연결되도록 측면 부재(236)의 적절한 크기의 구멍을 통해 연장된다.

다양한 태양에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 트램 구동 시스템의 구동 기어(228) 및 피동 기어(230)는 직접 접촉하고 기어 체인(278)에 의해 연결되지 않을 수도 있다. 구동 기어(228)의 톱니(266)는 피동 기어(230)의 톱니(268)와 맞물린다. 구동 기어(228)의 운동이 피동 기어(230)를 이동시키고, 이는 차례로 액슬(224)을 회전시켜서 구동 휠(212)을 회전시킨다. 전기 와이어(262)(예시의 편의를 위해 도 16에 부분적으로 도시됨)는 트램 전원에 전기적으로 연결되며, 트램 전원은 다양한 태양에서 디젤 발전기, 가솔린, 천연 가스 또는 배터리 동력식 발전기와 같은 제 2 발전기일 수도 있다. 발전기로부터의 전력은 구동 모터(226)에 동력을 공급하여 구동 막대(232)를 통해 구동 기어(228)를 회전시킨다. 발전기로부터의 전력은 구동 모터(226)에 동력을 공급하여 구동 막대(232)를 통해 구동 기어(228)를 회전시킨다. 다양한 태양에서, 동력원은 유압식일 수도 있다.

대안적으로, 전력은 도 11 내지 도 13에 도시된 슬라이딩 전도체(248)를 통해 갠트리 주 전원으로부터 트램(202)으로 전달될 수도 있다. 슬라이딩 전도체(248)는 트램(202)에서 바(216)로부터 위쪽으로 연장되고, 트러스 상부 횡방향 빔(120) 내에 또는 상에 형성된 레일을 따라 슬라이딩하며, 상부 빔 레일로부터 전력을 수집한다. 전력은 와이어(242)에 의해 파워 박스(205) 내의 구동 시스템 구성요소로 전달된다.

트램 서브조립체 구동 휠(212)은 바람직하게는 강철로 되어 있고, 갠트리 서브조립체(100)의 하부 횡방향 바(120) 상의 트러스(102) 레일(130)에 지탱되어 움직이도록 위치된다. 레일(130)은 또한 마찰을 최대화하고 슬립 및 래킹 힘(slip and racking forces) 모두를 최소화하기 위해 강철로 제조될 수도 있다. 다양한 태양에서, 도 10 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 2개의 트램 지지 휠(254)이 슬리브(264)를 통해 커넥팅 로드(288) 상에 장착될 수도 있다. 지지 휠(254)은 갠트리 서브조립체 휠(152)과 유사한 종동 휠이다. 하나의 지지 휠(254)이 트램(202)의 각 측면에 구동 휠(212)과 함께 위치되고, 지지 휠(254)은 트램(202) 및 그 구성요소가 구동 시스템(206)에 의해 구동되어 제2의 X축 모션 경로를 따라 트러스(102)를 가로질러 횡방향으로 이동할 때 레일(130) 상의 트램 서브조립체(200) 구성요소를 지지한다. 다양한 태양에서, 지지 휠(254)은 아이들러 피드백으로서 역할을 하도록 인코딩될 수 있고, 필요한 경우 능동적인 소프트웨어 보정을 가능하게 하기 위해 시간에 따른 축적된 슬립 또는 래킹을 추적할 수 있다.

텐션 휠(tension wheel)(272)이 또한 제공될 수 있는데, 트러스 레일(130)의 밑면과 정렬되도록 트램(202)의 각 측면에 하나씩 위치된다. 텐션 휠(272)의 중심에는 피벗 바(284)의 일 단부가 연결된다. 피벗 바(284)는 피벗 핀(286)에서 브래킷(274)에 장착되고, 이는 다시 작동 서브조립체(300)를 위한 프레임의 섹션에 장착된다. 스프링(336) 또는 다른 편향 부재가 각각의 브래킷(274) 내에 수용되고, 레일(130)과 접촉한 휠(272)을 편향시키도록 브래킷(274)의 상단에 접촉한다. 스프링 및 피벗 구성요소들은 텐션 휠(272)이 레일(130)의 밑면을 따라 이동함에 따라 텐션 휠(272)이 자체 조정되도록 한다. 텐션 휠(272)은 트램(202)이 레일(130)을 건너뛰는 것을 방지한다.

트램 전자 기기는 장치(10)의 작동에 필요한 전자 기기 및 프로세서를 수납하는 하나 이상의 전자 기기 하우징 또는 박스(204 및 205)를 포함할 수도 있다. 도시된 트램(202)의 실시예에서, 박스(204 및 205)는 트램(202)의 Y축을 따라 자유롭게 이동할 수 있도록 하기에서 더 상세히 설명될 Z축 액추에이터(306)의 운동을 위한 공간을 제공하기 위해 서로 이격되어 있다.

다양한 태양에서, 박스(204)는 갠트리 서브조립체 컴퓨터(190) 및 라디오 또는 다른 수신기 및 통신 구성요소에 대한 마스터의 역할을 하는 중앙 처리 장치 또는 트램 컴퓨터, 및 트램 컴퓨터와 센서를 위한 전력 변환 전자 기기와 같은 종래 구성요소, 이더넷 스위치 및 센서 인터페이스 전자 기기를 포함할 수도 있다. 박스(205)는 구동 부품 전자 기기, 그리퍼 서브조립체를 위한 전력 변환 전자 기기, 모터 구동 전원 공급 장치를 위한 전력 변환 전자 기기, 전력 분배 버스 바, 및 타이머 및 액추에이터 인터페이스를 위한 릴레이를 포함할 수도 있다. 안테나(270)는 전자 기기 및 파워 박스(204, 205) 각각에 장착된다. 다양한 태양에서, 각각의 모션축에 대해 하나의 구동부 전원이 있을 수도 있다. 전력 변환 전자 기기는 교류(AC)를 받아 그것을 직류(DC)로 변환하며, 이는 모션 제어를 위한 모션 제어 증폭기 및 필요에 따라 더 높은 전류를 인가하기 위해 더 작은 전원 공급 장치의 릴레이에 공급된다. 예컨대, 모션 제어 증폭기는 구동 휠 모터 및 유동 휠 인코더로부터 인코더 피드백을 판독하여 트램(202)이 이동한 거리와 필요한 전력을 결정할 수도 있다. 모터의 전류는 원하는 속도 또는 잠재적인 출력을 얻기 위해 조정될 수 있다. 모션 제어 증폭기는 유동 및 구동 휠 모터 인코더와 홀 효과 센서로부터의 입력에 반응하여 모터에 필요한 전류의 양을 결정하고 전류 출력을 적절히 조정한다. 모션 제어 증폭기는 상업적으로 이용 가능하며, 임의의 적절한 증폭기이면 충분할 것이다. 위에서 확인된 다양한 전자 기기 및 전력 구성요소는 상업적으로 이용 가능하다. 도시되지는 않았지만, 당업자는 장치(10)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 본 명세서에 식별된 다양한 전자 기기 및 전력 구성요소뿐만 아니라 다른 것도 이해할 것이며, 또한 구성요소들이 효율적인 작동 또는 건설의 용이성을 위해 적절한 방식으로 박스(204 및 205) 내에 배치될 수 있고 단일 전자 기기 박스 내에 수납될 수도 있음을 이해할 것이다.

트램(202)이 트러스(102)의 단부에 부딪힐 때 트램(202) 및 그 구성요소를 보호하기 위해 범퍼 패드(320)가 하부 프레임 바(220) 상의 트램(202)의 각 단부에 위치된다. 트램(202)의 양단에 있는 근접 센서(328) 또는 이동 제한 스위치에 의해 추가적인 안전이 제공된다. 근접 센서(328)는 예컨대 프레임 바(220 및 218)의 모서리에 있는 브래킷 상에 장착될 수도 있다. 센서는 트램(202)이 트러스(102)의 단부에 근접할 때를 감지하고 트램(202)의 추가적인 횡방향 이동을 중지하기 위해 트램 전자 기기 박스(204)에 신호를 전송한다.

트램 서브시스템(200)은 인식 센서(perception sensor)를 더 포함한다. 다양한 태양에서, 인식 센서는 스테레오 비전(stereo vision), 레이저 스캐닝, 레이저 비행 시간법(laser time-of-flight), 또는 장면을 3차원으로 인식하고 통신하기 위해 데이터를 생성하는 임의의 다른 수단을 활용하는 임의의 적절한 3차원 인식 센서일 수도 있다. 인식 센서는 예컨대 한 쌍의 스테레오 비전 카메라(342)를 포함할 수도 있다. 이 상세한 설명의 목적을 위해, 인식 센서는 스테레오 비전 카메라(342)로서 설명되고 도시될 것이지만, 당업자는 다른 3차원 센서가 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

다양한 태양에서, MultiSense S7 카메라와 같은 적어도 하나의 및 바람직하게는 둘 이상의 스테레오 비전 카메라(342)가 있을 수도 있다. 예시적인 스테레오 카메라 시스템은 미국 공개 특허 출원 제 US2016/0227193 호에 개시되어 있다.

도 34를 참조하면, 각각의 카메라(342)는 고정 초점 거리 렌즈(348) 및 조명(350)을 갖는 2개의 이미저(imager)를 갖는 것으로 도시되며, 각각의 조명은 바람직하게는 넓은 영역에 걸쳐 광을 제공하기 위해 전구 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 다중 광원을 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광역 조명이 갠트리 서브조립체(100) 또는 트램 서브조립체(200) 상에 장착될 수도 있다. 인식 센서 전력은 전력 변환 전자 기기 중 하나로부터 수신된다.

인식 시스템에는 색상을 감지하는 능력도 포함될 수 있다. 색상 감지 기능을 추가하면 소프트웨어 대물 렌즈가 다양한 유형의 철근(예컨대, 녹색 또는 청색 에폭시 철근(52, 54))을 식별할 수 있다. 도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이, 제 2 스테레오 카메라(342)와 같은 제 2 인식 센서의 추가는 시야(290 및 292)를 확장하고, 도 33에 도시된 바와 같이 다양한 태양에서 대칭적으로 철근 식별을 향상시키기 위해 중첩 시야(294)를 허용할 수도 있다. 이러한 배열은 트램(202)이 작업 현장(12)의 폭을 가로질러 앞뒤로 어느 한 횡방향으로 이동할 때 사용 직전에 그리퍼 조립체를 위한 각각의 작동 표적 부위를 볼 수 있게 한다. 두 대의 카메라(342)를 사용하면 시야(290 및 292)가 증가하고 위치 정확도가 증가하며 작동 중 철근 모션에 대한 민감도가 감소한다. 둘 이상의 카메라(342)를 갖는 것은 낮은 위험 인식 및 경로 계획을 통해 시스템 신뢰성을 증가시킨다. 또한, 임의 선택적인 야간 작업을 가능케 하기 위해 광도 가변 조명이 트램(202)에 추가될 수도 있다.

작동 서브조립체

트램(202)은 작동 서브조립체(300)를 운반한다. 작동 서브조립체(300)는 예컨대 도 11 내지 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 선형 모션 액추에이터, 델타 액추에이터 또는 병렬 운동 액추에이터(parallel kinematic actuator)의 형태일 수 있는 Z축 모션 액추에이터를 포함할 수도 있다. 예시적인 선형 모션 액추에이터는 당업계에 잘 알려진 벨트 구동 시스템, 유압 실린더 또는 기어 메커니즘에 기초한 것들을 포함한다. 당업자는 도면에서는 실질적으로 수직 방향으로 도시되어 있는 Z축을 대체로 따르는 제 3 경로를 따라 액추에이터의 모션을 안내하기 위해 임의의 적절한 공지의 선형 액추에이터가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 태양에서, 액추에이터 서브조립체(300)는 또한 트램(202)에 대해 Y축을 따라 이동할 수도 있다. 이것은 갠트리 Y축만을 따라 이동함으로써 달성될 수 있는 것보다 작업 현장(12)의 Y축에 그리퍼를 위치시키기 위한 더 미세한 분해능을 제공한다. 그리퍼 아암 및 그리퍼는 또한 도 11에 R로 표기된 회전 운동으로 Z축을 중심으로 회전할 수도 있다.

액추에이터 서브조립체(300)는 수직 프레임 부재(302) 및 하부 수평 프레임 부재(304)로 구성된 프레임을 포함한다. 수직 프레임 부재(302)의 상단은 트램(202)의 프레임 부재(220)에 용접되거나 임의의 적절한 체결구 또는 다른 커넥터에 의해 연결되어, 작동 서브조립체 프레임을 트램(202)에 견고하게 접합할 수도 있다. Z축을 따른 선형 운동은 모터 및 풀리에 결합된 기어 박스를 갖는 벨트 구동 액추에이터, 또는 볼 및 스크류 선형 액추에이터와 같은 임의의 적절한 공지 수단에 의해 달성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 슬라이딩 레일 부재(306)가 고정된 Z축 부재(308)에 장착된다. 고정된 Z축 부재(308) 상에 장착된 Z축 모터(310)는 Z축을 따르는 제 3 경로를 따라 위아래로 슬라이딩 레일 부재(306)의 운동에 동력을 제공한다.

다양한 태양에서, 액추에이터 서브조립체(300)는 트램 Y축 모션 액추에이터를 포함할 수도 있다. 고정 레일(312)은 2개의 수직 프레임 부재(302) 상에 장착되고 이들에 걸쳐 있다. 고정된 Z축 부재(308) 상에 장착된 슬라이딩 플레이트(314)는 고정 레일(312) 상의 상보적인 트랙에서 슬라이딩하도록 구성된다. Y축 모터(316)는 엔드 캡(320)에서 Y축 고정 레일(312)의 일 단부 상에 장착된다. 모터(316)는 레일(312)을 따른 슬라이딩 플레이트(314) 및 고정된 Z축 부재(308)의 Y축 모션에 동력을 제공한다. Z축 슬라이딩 레일(306)이 고정 부재(308)에 연결되기 때문에, 플레이트(314) 및 고정 부재(308)가 트램 Y축 상에서 앞뒤로 레일(312)을 따라 이동하면 Z축 레일(306)을 트램 Y축 상에서 앞뒤로 이동시킨다. 트램(202) 내의 전자 기기 박스(204 및 205) 사이의 공간은 Z축 레일이 트램 Y축 상에서 이동할 수 있는 자유 공간을 제공한다.

회전(Z 요(yaw)) 운동(R)(도 11 참조)은 다양한 태양에서 슬라이딩 레일(306)의 하단부(322)에 장착된 회전 모터(318)에 의해 제공될 수도 있다. 포스트(358)는 그리퍼 서브조립체(400)를 Z축 슬라이딩 레일(306)의 하단부(322)에 연결할 수도 있다. 대안적으로, Z축 슬라이딩 레일(306)은 그리퍼 서브조립체(400)를 액추에이터 서브조립체(300)에 연결하는 커넥터(358)를 수용하기 위해 그 하단부(322)에 공동을 가질 수도 있다. Z축 슬라이딩 레일(306)이 Z축에서 위아래로 이동하거나 트램 Y축에서 앞뒤로 이동하거나, 또는 포스트 또는 커넥터(358)가 Z축을 중심으로 회전하거나, 또는 이들 모션의 임의의 조합 중 어느 경우에서, 그리퍼 아암(470)은 동일한 방향으로 이동한다. Z축 슬라이딩 레일(306)의 하단부(322)는 기준 표식을 포함할 수도 있다.

철근이 배치되는 현장에 집중광을 제공하기 위해 조명(332)이 하부 프레임 바(304) 상에 장착될 수도 있다. 조명(332)을 위한 와이어를 수납하기 위한 분배 박스(334)가 도 11 및 도 13에 도시된다.

전원 및 통신 소스를 장치(10)의 다양한 구성요소에 연결하기 위한 예시적인 배열이 도 49의 블록도에 도시되어 있다. 트램 서브조립체 프로세서 또는 컴퓨터는 예컨대 카메라(342) 및 인코더에 대한 이더넷 연결을 통해 센서 데이터를 수신한다. 트램 컴퓨터는 해당 센서 데이터를 사용하여 모션 명령을 생성하고, 이들 명령은 다시 모션 제어기로 전송되는데, 모션 제어기는 갠트리 서브조립체 모터 또는 모터들(184), 트램 서브조립체 모터 또는 모터들(226) 및 작동 서브조립체 모터 또는 모터들(310, 316, 318) 사이의 동작을 조정하여, 갠트리 Y, 트램 Y, X, Z 및 Z 요 경로에서 각각 운동을 수행하여 장치(10)를 적절하게 위치시킨다. 트램 컴퓨터는 또한 솔레노이드(450)의 잠금 해제를 수행하기 위해, 예컨대 이더넷 연결 또는 CAN(controller area network) 버스에 의해 그리퍼 서브조립체 수신기에 신호되는 모션 명령, 또는 디지털 신호를 생성한다.

트램(202)은 갠트리 및/또는 제 2 트램(202)과의 통신을 위한 하드웨어를 포함한다. 이것은 도 49에 도시된 Wi-Fi 라디오 및 안테나(270)에 의해, 또는 CAN과 같은 몇몇 다른 유선 또는 무선 통신을 통해 달성될 수 있다. 트램 컴퓨터는 이더넷을 통해 인식 스테레오 카메라 및 모션 제어기와 직접 통신한다. 모션 제어기는 X, Y, Z, Y 트램 및 Z 요 모터 제어를 위해 개별 축 구동부에 모션 명령을 전달한다. 그리퍼 모듈에 대한 전력 및 제어 신호는 축을 따라 그리퍼 아암에 연결된 케이블을 통해 전자 기기 인클로저로부터 분배된다. 예컨대, 다양한 태양에서, 전력 케이블은 케이블 관리 가이드(324) 내에 유지될 수도 있다.

원격 제어기

현장 조작자는 실외, 산업 및 건설 무선 제어기의 대규모 시장에서 선택된 안전 등급 무선 제어기와 같은 임의의 적절한 상업적으로 이용 가능하거나 특수 설계된 제어기(380)를 사용하여 장치(10) 및 서브조립체(100, 200, 300 및 400)를 원격으로 제어할 수도 있다. 예시적인 제어기(380)가 도 36에 도시되어 있다. 제어기(380)는 손잡이(392), 및 갠트리 및 트램 서브조립체 모션을 제어하기 위한 다수의 조이스틱(384), 및 엔드 이펙터 및 툴에 대한 전력의 표적 제어를 위한 토글 스위치(390)를 포함한다. 컴퓨터에 의해 중계되는 데이터 또는 기타 정보를 표시하기 위한 화면(394)이 제공될 수도 있다. 제어기(380)는 임의의 서브조립체의 제한된 수동 제어를 촉발하거나 모드 선택 노브(391)를 통해 장치(10)의 자동 작동을 촉발하는 데 사용될 수도 있다. 장치는 비상 정지 버튼(393)의 활성화에 의해 신속하게 정지될 수도 있다.

제어기(380)는 테더링되지 않고(즉, 무선), 배터리로 작동될 수도 있다. 제어기(380)는 원격 비상 정지 기능, 수동 로봇 모드 제어(즉, 수동 또는 자율 모드), 수동 축 조그 제어(즉, 3축 조이스틱, 도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 작업을 용이하게 하기 위해 인간 판독 가능한 상태 및 기타 메세지를 표시하는 기능을 가질 수도 있다. 또한, 도 35에 도시된 바와 같은 별도의 원격 비상 정지 제어기(382)에는 조작자 또는 감독자와 같은 작업 현장(12)의 보조 작업자가 배치될 수도 있다. 비상 정지 제어기(382)는 안테나(388), 단일 비상 정지 푸시 버튼(386), 및 본체 및 손잡이 조합체(378)를 포함할 수도 있다.

전자 기기 박스(160 또는 204) 중 하나 상의 안테나(282)(예컨대, 도 4 참조)는 제어기(380 및 382)와 신호를 주고받는다. 안테나(282)는 제어기(380)로부터의 수동 제어 신호 및 제어기(382)로부터의 모션 정지 신호를 읽고 그에 반응하며, 또한 상태 데이터를 다시 제어기(380)로 전송하여 인간 판독 가능한 형태로 화면(394)에 표시하기 위해, 종속 컴퓨터(190) 및 트램 컴퓨터 중 하나 또는 둘 모두에 유선 연결된다.

소프트웨어 시스템

다양한 태양에서, 장치(10)는 서브조립체 기능의 작동 제어를 위한 소프트웨어 시스템을 포함할 수도 있다. 도 45를 참조하면, 소프트웨어 구성요소 다이어그램은 3x3 그리드로 표시된다. 그리드의 각 레이어는 시간 척도의 차이, 그리고 다양한 태양에서는 플랫폼의 차이를 나타낸다. 각 레이어에는 외부 입력(예컨대, 센서, 인간 입력 또는 데이터베이스)과 출력(예컨대, 액추에이터, 인간 판독 가능한 디스플레이 또는 데이터 로그)이 있을 수 있다. 전략적 계획 레이어는 주로 오프라인, 예컨대 WINDOWS® 기반이며, 인간 판독 가능한 교량 계획과 작업 현장(12)에서의 기준 표식(70)의 측량된 측정값을, 소프트웨어 및 장치(10) 구성요소가 수행 순서에서의 각 "역할"(예컨대 운반자, 배치자, 보조 배치자 등)에 대한 계획의 내역에 따라 처리할 수 있는 계획으로 전환하는 것을 수반한다. 전술적 실행 레이어는 대부분의 로봇 구성요소를 가지며, 감지, 모델 및 작동 사이클을 거치게 된다. 이 레이어의 구성요소들은 통상적으로 약 10Hz로 실행된다. 모션 제어 레이어는 대부분의 고 대역폭 액추에이터 제어를 처리하고, 대부분 50Hz에서 1000Hz 사이의 전용 하드 실시간 하드웨어에서 실행되며, 실제로 장치(10)를 이동시킨다. 상이한 레이어들은 종종 상이한 컴퓨팅 플랫폼들을 나타내기 때문에, 레이어들 사이에 전달되는 정보는 통상적으로 제한되고 구조화된다. 예컨대, 전술적 레이어는 리눅스 운영 체제에서 실행되는 ROS를 사용할 수 있고, 모션 제어 레이어는 서로 다른 레이어의 서로 다른 운영 체제 및/또는 컴퓨터 언어 간의 통신을 위해 사전 정의된 네트워크 또는 인터페이스를 사용하는 트리오(Trio) 모터 제어기일 수도 있다. 그러나, 레이어 내에서 정보가 어떻게 이동하는지에 대한 설계된 제약은 없다. 소프트웨어 설계 분야의 숙련자는 레이어 내에서의 및 레이어들 간의 정보 흐름의 임의의 적절한 방법으로 충분할 것임을 이해할 것이다. 또한, 시스템 구성요소들은 다이어그램에서 감지, 모델링 및 실행 기능부로 수직으로 표현되어 있다. 이러한 분류는 순전히 정보를 제공하기 위한 것이며, 레이어 내의 구성요소에 어떠한 제한이나 구조도 부여하지 않는다. "전형적인" 데이터 흐름은 왼쪽에서 오른쪽으로, 감지에서 실행으로 진행한다. 실제로는, 레이어 내의 모든 것은 그 외의 다른 어떤 것과도 통신할 수 있는 가능성이 있다. 정보의 "역방향" 흐름을 필요로 하는 경우, 즉, 감지 기능부가 작업 현장의 현재 모델 또는 실행 중인 현재 작업에 의해 신호를 받거나 파라미터화될 때가 있다. 또한, 시스템 모듈은 범주를 넘나들 수 있는데, 예컨대 전세계의 글로벌 모델을 구축하면서 원시(raw) 센서 입력을 직접 처리하고 통합하는 매핑 모듈이다.

도 45는 시스템 내로의 정보 입력이 시스템으로부터의 출력으로 종료되는 것을 왼쪽에서 오른쪽으로 나타낸 것이다. 도 45는 또한 그리드의 하단에 요약된 장치 구성요소들의 현실 세계 운동을 나열한 시스템에 의해 수행될 각 기능에 구현된 개념을 예시한다. 처음에는 도로, 교량 바닥판 또는 기타 표면 건설에 대한 공지의 엔지니어링 요건을 기반으로 건설 계획을 개발하고(전략적 사전 계획), 작업 현장을 조사하여 표식(도 43에 도시된 기준 표식(70))을 배치하고 및/또는 이들 사이의 거리를 측정하고(감지), 측정값을 건설 계획과 연관시키고(모델링), USB 드라이브에 의해 또는 다른 전자 소스로부터의 다운로딩에 의하는 것과 같은 임의의 적절한 알려진 방식으로 장치(10) 시스템 소프트웨어에 계획을 입력한다. 이 레이어의 출력은 장치(10)의 작동(실행)에서 수행할 다양한 전술적 구성요소에 대한 일련의 전략적 목표 및 역할 할당이다. 전략적 레이어는 사용자가 장치(10)의 진행을 (매우 낮은 대역폭에서) 모니터링할 수 있는 툴을 제공하고, 사용자로 하여금 계획의 전술적 실행에서 예상치 못한 문제에 직면하여 새롭고 조정된 전략적 계획을 발행할 수 있도록 한다.

"전술적 실행(tactical execution)"으로 명기된 다음 레벨에서, 건설 계획은 구조, 및 장치(10)의 구성요소들의 서로에 대한 예상 위치 및 배향(즉, 포즈)에 대한 데이터와 함께 시스템에 입력되고 소프트웨어 시스템에 전달되었다. 다양한 태양에서, 인간 조작자 제어 유닛 입력, 시각 센서로부터의 입력 및 라이다 센서로부터의 입력과 같은 장치 센서로부터의 추가 입력이 있을 수도 있다. 라이다 센서는 펄스 레이저의 형태의 빛을 사용하여 가변 거리를 측정하는 상업적으로 이용 가능한 센서이다. 다른 데이터와 결합된 펄스는 표면 특성에 관한 정밀한 3차원 정보를 생성한다. 감지 기능부는 예컨대 작업 현장(12) 및 슬라이딩 레일(306)의 바닥(322)과 같은 장치 구성요소의 부분에 위치된 기준 표식(70)을 찾기 위해 카메라(342) 또는 다른 이미지 데이터 소스를 사용하고, 표면 추정, 철근 위치 파악 및 확인, 장애물 탐지 및 인식 진단을 위해 데이터를 이용한다. 감지 데이터는 위치화(localization) 및 매핑, 그리퍼(402) 및 그리퍼 아암(470), 트램(202) 및 갠트리 트러스(102)와 같은 장치(10)의 다양한 구성요소의 작업 현장(12)에 대한 포즈의 추정, 및 저장된 구조의 구성요소 및 현장 계획의 관점에서 예상되었던 것과 다른 파손 또는 장애물을 탐지하기 위한 결함 모니터링과 같은 모델링 기능부를 위해서 사용될 수도 있다. 예컨대, 위에서 설명한 스테레오 카메라(342)와 같은 인식 센서는 위치를 계산하기 위해 철근 매트(50)(또는 다른 관심 작업 현장) 및 기준 표식(70)을 인식한다. 도 43에 도시된 바와 같이, 카메라는 표식(70)로부터 위치 신호(72)를 수신하고, 저장소(14), 저장소 내의 철근 세그먼트(52, 54), 목표 매트(50)를 탐지하며 철근이 희망 간격을 유지하도록 어디에 배치될지를 파악하기 위해 카메라로부터의 이미지 데이터를 마스터 컴퓨터에 전달할 수도 있다.

임의의 주어진 시간에 실행될 동작, 예컨대 일정 길이의 철근을 집어 들고 이를 철근 매트(50)의 형성에 배치하기 위해 특정 위치로 운반하는 것과 같은 동작은 실행기 모듈에 의해 조정된다. 실행기 모듈은 작업 현장의 감지된 모델 및 작업 현장에 대한 시스템의 감지된 관계를 계획의 전략적 의도와 결합하여, 조작자 제어 장치(operator control unit; OCU)를 사용하여 현장에서 시스템과 상호 작용하는 인간 조작자의 면밀한 감독 하에 안전한 시스템 운영을 유지하면서 시스템이 특정 시점에 무엇을 수행하고 있어야 하는지를 전술적으로 정확하게 결정한다. 실행기 모듈은 전략적 목표를 달성하기 위해 다양한 특수 계획 구성요소를 사용한다. 예컨대, 배치 계획 모듈은 실행기 모듈이 다음 배치에 필요한 철근의 유형을 결정하며 계획의 실제 진행 상황을 고려하여 배치할 최적의 위치를 결정하는 데 도움이 된다. 또한, 모델링 구성요소에 의해 구축된 환경의 상세한 3D 맵을 사용하여 철근 매트(50) 위로 튀어 나온 장애물이 있는지를 판단하는 장애물 회피 모듈이 포함될 수도 있다. 장애물 회피 모듈은 장치(10)의 임의의 구성요소에 대해 주어진 모션의 궤적을 변경할 수 있거나, 단순히 궤적을 변경하는 것이 물체를 회피하기에 불충분하다고 계산되는 경우 시스템이 장치(10)의 진행을 중지하고 OCU를 통한 인간의 개입을 요청할 수도 있다.

이 시스템은 작업이 완료된 후 분석될 수 있거나 또는 변화하는 상황이나 우선 순위를 반영하기 위해 전략적 교량 계획의 수정을 안내하도록 인간 감독자에게 피드백될 수 있는 성능 및 진행 통계를 수집한다. 또한, 전술적 실행 레이어로부터의 보다 상세한 데이터 로그는 이후의 분석을 위해 저장될 수도 있다.

시스템의 모션 제어 레이어에서, 갠트리 유동 휠(152) 및 캐리어 유동 휠(254)과 조인트 상에 있는 것들과 같은 인코더, 그리퍼 아암(470) 및 그리퍼 조인트 상에 있는 토크 센서, 및 온도 센서는 모션 제어를 지원하는 데 사용될 수도 있다. 감지 기능부는 센서로부터 입력된 데이터를 읽고, 모델링 기능부는 입력을 결합하고 데이터를 통합 및 필터링하여, X, Y 및 Z, Y 트램 및 Z 회전 축 중 어느 축에서의 장치의 각 구성요소의 운동 상태, 또는 그로부터의 편차를 계산하고, 작동 중 임의의 주어진 시간에서의 그리퍼(402)와 같은 엔드 이펙터의 위치를 추정한다. 이렇게 생성된 모델은 모든 관련 구성요소의 모션축을 조정 및 제어하고 그리퍼 서브조립체(400)를 제어하는 데 사용된다. 신호는 건설 계획을 완료하는 데 필요한 단계들을 수행하도록 운동시키기 위해 관련 구성요소로 출력된다.

갠트리 조향 모듈은 스크리드 레일(58)의 당면한 곡률을 밀접하게 따르도록 갠트리 레그(104) 구동 속도의 조정을 가능하게 하기 위해 활용될 수도 있다. 갠트리 서브조립체(100)의 각 측면은 독립적으로 구동될 수도 있다. 이것은 각 레일(58)의 상대 곡률을 탐지하는 레일 추종 센서(도시되지 않았지만 임의 선택적으로 유동 휠(152) 상에 위치됨)에 의해 유도될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 레일(58)의 곡률 또는 다른 표식의 사전 이미지(advance image)를 제공하기 위해 갠트리 서브조립체(100)의 전방을 향해 있는 카메라가 제공될 수도 있다. 사전 이미지 데이터는 감독자에게 보고되고, 각 구동 모터(184)마다 상이한 모션을 수행하기 위해 모듈들을 통한 그리고 구동 모터(184)에 대한 모션 제어 명령을 조절하는 계획 생성기 모듈에 의해 조정된다. 곡선 외측의 트러스(102)의 일측에 있는 피동 휠(150)의 이동 거리는 곡선의 내측의 트러스(102)의 타측에 있는 피동 휠(150)의 이동 거리보다 클 것이다. 이 소프트웨어는 철근 라인과 레일 라인 사이의 차이를 인식하여 레일의 곡률을 정확하게 식별하고 계산하도록 작성되었다.

대안적으로, 비행 시간 카메라는 레이저 펄스를 전송하고 피드백을 수신하고 위에서 설명한 방식으로 모션 제어 명령의 조정을 위해 데이터를 감독자에게 전달하기 위해 레그(104) 상에 또는 트레이스(102) 또는 지지 프레임(106)의 전방을 향하는 섹션 상에 장착될 수도 있다.

다른 대안적인 실시예에서, 레일 곡률은 인식 센서를 사용하여 관찰될 수도 있다. 스테레오 카메라(342)와 같은 센서는 이들의 시야 내의 이미지를 인식 서브시스템 모듈에 전달하며, 인식 서브시스템 모듈은 다양한 태양에서 본 명세서에서 논의된 알고리즘을 사용하여 시야 내의 라인 및 각도를 식별하고 이미지를 종방향 철근(52) 라인을 위한 그리드 맵 데이터와 비교할 수도 있다. 조금씩 이동할 때, 변화하는 곡률이 측정될 수 있다. 철근이 스크리드 레일을 추종하여 종방향 철근 라인의 곡률이 스크리드 레일(58)의 곡률에 가까워질 것이라고 가정될 수도 있다. 이러한 변화는 모션 제어 서브시스템 모듈로부터 갠트리 레그(104) 상의 구동 모터(184) 및 피동 휠(150)로의 모션 명령을 조절하는 데 사용될 수 있다. 철근에 대한 갠트리 트러스 위치를 조절하기 위해 위성 항법 시스템(global positioning system; GPS) 장치가 채용될 수도 있다.

사용 시, 스테레오 카메라 쌍(342)은 각각 동기화된 이미지 쌍을 캡처하는데, 한 쌍은 290을 커버하고 한 쌍은 292를 커버하며, 각각 데이터를 삼각 측량하여 각 스테레오 쌍에 대한 목표 현장 및 그 주변의 3차원(3D) 범위 이미지를 구축하는 비디오 프로세서를 통해 이미지 데이터를 전송하는데, 여기에서 3차원 범위 이미지의 각 행 및 열 요소가 센서로부터 해당 지점까지의 거리를 측정한다. 3차원 범위 이미지는 두 가지 주요 목적을 위해 처리되는데, 첫째는, 저장소로부터의 선택을 안내하고 배치를 위한 적절한 간격을 안내하기 위해 철근 세그먼트의 3D 위치 및 배향을 추출하는 것이고, 둘째는, 카메라의 관점에서 영역의 고도 맵을 구축하는 것이다.

철근 세그먼트 추출은 예컨대 스테레오 카메라에 의해 제공된 범위 이미지를 가져와서 적절하게 튜닝된 에지 필터를 이들 이미지에 적용한 다음, 결과적인 에지 이미지에 허프 변환 라인 찾기 알고리즘(Hough transform line finding algorithm)을 사용하는 것에 의해 이루어질 수도 있다. 허프 변환은 당업자에게 잘 알려져 있는데, Paul Hough의 연구로부터 파생되었고(미국 특허 제 3,069,654 호 참조), 임의의 형상들의 위치들을 식별하기 위해 확장되었으며(Duda, R. O. 및 P. E. Hart의 "사진에서 선과 곡선을 탐지하기 위한 허브 변환의 이용(Use of the Hough Transformation to Detect Lines and Curves in Pictures)" Comm. ACM, Vol. 15, pp. 11-15 (1972년 1월) 참조), 추후에 컴퓨터 비전(computer vision)에 적용되었다(D. H. Ballard의 "임의의 형상을 탐지하기 위한 허프 변환의 일반화(Generalizing the Hough Transform to Detect Arbitrary Shapes)", 패턴 인식, Vol. 13, No. 2, p. 111-122, 1981 참조). 일반적으로, 이것은 이미지 분석, 컴퓨터 비전 및 디지털 이미지 처리에 사용되는 특징 추출 기술이다.

고도 맵은 범위 이미지의 각 지점을 현실 좌표계의 2차원 X, Y 지점에서의 고도로 변환함으로써 구축될 수도 있다. 그 후, 각 지점의 고도는 카메라 아래의 거친 2D X-Y 그리드에 있는 셀들에 삽입될 수 있고, 해당 지점들에 대한 통계적으로 강력한 분석을 수행하여 각 셀에서 예상되는 표면의 최대 높이를 알아낼 수 있다. 결과적인 고도 맵은 시스템이 회피할 장애물을 결정하는 데 직접 사용될 수 있고, 또한 카메라 아래의 예상되는 평균 평탄 표면을 설정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 이어서 철근 탐지가 견고한 작동을 위해 임의의 사전 보정 단계를 필요로 하지 않도록 허프 변환 기반 철근 세그먼트 추출에 초점을 맞추고 검증하는 데 사용될 수 있다.

카메라 이미지 데이터는 트램 마스터 컴퓨터와 같은 컴퓨터로 전달되는데, 여기에는 허프 및 기타 적절한 컴퓨터 비전 처리 알고리즘을 수행하기 위한 모듈을 포함하는 인식 시스템 소프트웨어가 있다. 허프 변환 및 고도 맵 어큐뮬레이터가 예시적인 방법으로 설명되었지만, 당업자는 철근 세그먼트를 식별하고 3차원 입력으로부터 카메라 아래 표면을 특성화하기 위해 다른 알고리즘이 사용될 수도 있음을 인식할 것이다.

카메라(342)의 원시 카메라 수명 데이터는 로봇 구성요소의 실제 위치의 모델을 만드는 데 사용된다. 예컨대, 기준 표식은 이들이 때때로 스테레오 센서(342)의 시야에 있도록 그리퍼 서브조립체(400)의 아암(470) 상에 장착될 수도 있다. 그들이 시야 내에 있을 때, 기준들의 위치와 배향이 이미지로부터 추출되고, 카메라에 대한 아암(470)의 상대적인 위치가 설정될 수 있다. 따라서, 시스템은 시간이 흐름에 따른 아암(470)의 실제 포즈(즉, 위치 및 배향)를 정확하게 추적할 수 있고, 설치 변동 및 제어되지 않은 기계적 순응(uncontrolled mechanical compliance)을 고려할 수 있다. 본질적으로, 시스템은 지속적으로 자체 교정하여, 작동 전 교정 단계에 대한 필요성을 제거하고, 시스템을 명시적으로 재교정할 필요 없이 그리퍼 아암과 카메라의 교체를 용이하게 하며, 시스템이 항상 그리퍼 아암(470) 상의 이펙터들, 현실 세계 및 그 센서들 간의 실제 관계를 감지할 것이라는 것을 알면서 조인트에서의 제어되지 않은 기계적 순응을 장려한다.

이 시스템은 시간이 흐름에 따른 정보를 현실 세계 및 해당 세계에 대한 관계에서의 다양한 구성요소의 위치의 정확한 3D 모델에 축적한다. 위치 측정 및 동시 지도화(Simultaneous Localization and Mapping; SLAM) 프로세스는 당업자에게 잘 알려져 있다. 이 실시예에서, SLAM 프로세스는 스테레오 카메라(342)로부터의 실시간 정보, 갠트리 및 트램으로부터의 주행 거리 측정, 및 갠트리 레그(104) 상에 장착된 안전 레이저 스캐너로부터의 정보를 결합하여, 현실 세계 및 시스템의 상대적으로 정확한 최신 3D 모델을 구축할 수도 있다. 인식 시스템이 감지하고 위치를 파악할 수 있는 GPS 또는 측량된 기준 표식과 결합된 교량의 기하학적 구조에 대한 선험적인 정보는 현실 세계 및 반자율 장치(10)의 절대적으로 정확하고 최신의 3D 모델을 얻는 데 사용될 수 있는데, 반자율 장치(10)는 어느 철근 세그먼트를 어디에 배치할지에 대한 적절한 순간 순간의 전술적 작동을 실행하기 위해 글로벌 기반의 전략적 작동 계획과 함께 사용할 수 있다.

예시적인 작동

작업 현장에서 사용하기 위한 반자율 장치(10)를 설정하는 초기 단계는 갠트리 트러스(102)의 높이와 전장을 조절하는 것일 수도 있다. 작업 현장(12) 위의 트러스(102)의 높이는 레그(104) 및 지지 프레임(106) 상의 브래킷(108)의 위치를 조절함으로써 조절될 수도 있다. 트러스(102)의 전장은 트램(202)이 작업 현장(12) 표면 상의 어떠한 장애물과 충돌하는 일 없이 후퇴된 위치의 작동 서브조립체(300)와 함께 매트(50)의 전체 폭을 횡단할 수 있기 위해 필요한 만큼 많은 트러스 모듈(118)을 정렬함으로써 수동으로 조절될 수도 있다.

그리퍼 서브조립체(400)와 관련하여 상술한 바와 같이, 철근(52, 54)의 대량 재고는 통상적으로 무겁거나 다루기 힘든 물체를 들어올리고 이동시키기 위한 크레인(32) 또는 다른 적절한 장비에 의해 재고 더미(30)로부터 이동되고, 저장소(14) 또는 유사한 컨테이너 내에 배치될 것이다. 작업에 필요한 적절한 크기의 철근으로 채워진 저장소(14)는 전술한 바와 같이 장치(10)에 의해 작업 현장(12)에 더 가깝게 이동된다. 저장소(14)에 대한 적절한 위치는 저장소(14) 내의 철근의 장축이 철근(52 또는 54)이 철근 매트(50) 상에 배치되어야 하는 방향과 대체로 평행한 상태로 철근이 배치될 위치에 인접할 수도 있다.

도 1 내지 도 3은 작업 현장(12)의 Y축의 평면을 따라 종방향 경로를 따라 철근(52)을 배치하는 장치(10)의 배열을 도시한다. 이러한 배열에서, 그리퍼 조립체(400)의 아암(470)은 Y축의 평면을 따라 종방향 경로의 방향으로 배향된다. 도 40은 철근이 작업 현장(12)의 X축의 평면을 따라 횡방향으로 배치되는 구성을 도시한다. 이러한 구성에서, 그리퍼 서브조립체의 아암(470)은 아암 섹션(470) 및 그리퍼(402)를 장치(10)의 횡축을 따라 정렬하기 위해 회전된다. 어느 구성에서든, 그리퍼(402)는 철근으로 하강하고, 위에서 논의된 도 25a 내지 도 25f에 도시된 그리퍼 순서를 이용하여 저장소(14)으로부터 소정 길이의 철근을 파지하고, 위에서 논의된 작동 서브조립체(300)의 선형 작동을 이용하여 철근을 들어올리고, 미리 설치된 건설 계획에 따라 선택된 철근(52 또는 54)을 철근 매트(50) 상의 희망 위치로 운반하는데, 이러한 운반은 갠트리 트러스(102)를 따라 트램(202)을 정확한 위치로 이동시키고, 다시 작동 서브조립체(300)의 선형 작동을 이용하는 것과 또한 도 25g에 도시된 바와 같이 솔레노이드(450)를 활성화시켜서 그리퍼 핑거(404)를 잠금 해제하여 플런저(452)를 철회하고 핑거(404)를 개방하여 철근(52 또는 54)을 방출하는 것에 의해 철근을 하강 및 방출하는 것에 의한다.

단일 장치(10)에 의해 안전하게 운반될 수 있는 철근의 길이를 결정하고 사용 중에 경험할 철근의 캔틸레버 또는 현수된 전장의 처짐의 양을 이해하기 위해 테스트가 수행되었다. 도 46 및 도 47을 참조하면, 크기 #4, #5, #6, #7 및 #8의 50 피트 길이 바에 대해 처짐 테스트를 수행했다. #4 철근은 예컨대 직경이 0.5 인치이며, 바 크기 수의 정수가 증가할 때마다 직경이 1/8 인치 증가함을 나타낸다. 따라서, #5 철근의 직경은 5/8 인치이고, #8 철근의 직경은 1 인치이다. 각 바는 16 피트 간격으로 이격된 2개의 8 피트 지지 구조물 상에 배치되었으며(B), 각 지지대의 외측 단부로부터 돌출된 9 피트의 바를 남겼다((A) 및 (C)). 도 47의 표는 각 바 크기와 테스트 설정의 섹션 B와 섹션 A 및 G의 평균에 대한 인치 단위의 처짐을 나타낸다. #4 바의 경우, 섹션 B에서의 바의 중간이 3 인치 처졌고, 각각의 9 피트 단부의 평균 처짐은 19 인치 처졌다. #8 바의 경우, 섹션 B에서의 바 중간이 1 인치 처졌고, 각각의 9 피트 단부의 평균 처짐은 10 인치 처졌다.

바의 캔틸레버 처짐을 결정하는 테스트를 위해, 2 내지 16 피트 캔틸레버 길이의 철근 크기 #3 내지 #8이 사용되었다. 각 바는 고착된 단부가 평평하도록 48 인치 수평 지지대에 클램핑되었다. 도 48의 표는 각 바 크기 및 각 바 길이에 대한 인치 단위의 처짐을 나타낸다. 예컨대, 2 피트 캔틸레버 단부를 갖는 #3 바는 전혀 처지지 않은 반면에, 8 피트 캔틸레버 단부를 갖는 #3 바는 18.75 인치 처졌다. 2 피트 캔틸레버 단부는 #4 바에 대한 0.875 인치의 약간의 처짐을 제외하고 대부분의 바에서 처지지 않았다. 4 피트 캔틸레버 단부를 갖는 #8 바는 0.5 인치 처졌고, 14 피트 캔틸레버 단부를 갖는 #8 바는 26.5 인치 처졌다. 가장 큰 처짐량은 10 피트 #4 바의 경우 30 인치가 측정되었고, 14 피트 #7 바의 경우 30.25 인치가 측정되었다.

처짐 테스트 결과를 이용하면, 특정 상황에서 단일 장치(10)에 있는 2개의 그리퍼 서브조립체(400) 또는 2개의 장치(10)가 더 긴 길이의 철근을 안전하게 운반하고 배치하는 데 최적일 것으로 믿어진다. 기다란 철근 조각을 종방향으로 배치하기 위해 2개의 장치(10)를 사용하는 구성이 도 37 내지 도 39에 도시되어 있다. 이중 갠트리는 다양한 방식으로 조정될 수 있다: 수동적 방식, 하나의 구동 갠트리가 기계적 연결 장치(40)를 통해 수동적 갠트리를 밀어내는(또는 당기는) 경우임; 또는 조정 방식, 두 갠트리의 구동 모터가 기계적으로 또는 무선으로 연결된 경우임. 기계적으로 연결된 갠트리는 2개의 갠트리를 연결하고 그들 사이의 조정된 모션을 돕는 강성 또는 관절식 기계적 연결 장치(40)를 포함할 수도 있다. 기계적으로 결합된 갠트리 시스템에서, 갠트리들은 예컨대 CAN, 직렬 링크(RS-232/485/422 등), 이더넷, 이더캣(EtherCAT) 또는 기타 유선 통신 프로토콜을 통한 유선 링크를 통해 서로 통신할 수 있다.

무선으로 연결된 갠트리는 무선 라디오 링크를 통해 서로 이들의 모션을 조정하는 2개의 갠트리를 포함할 수도 있다. 이 시나리오에서는 하나의 주 갠트리가 모션 계획 명령을 생성하여 보조 갠트리로 전송한다. 주 갠트리는 (센서를 통해) 보조 갠트리를 관찰하거나 보조 보조 갠트리가 자신의 위치를 보고하는 것에 의해 보조 갠트리의 위치를 확인한다. 무선으로 연결된 갠트리 시스템에서, 갠트리들은 무선 라디오 링크(예컨대 Wi-Fi 802.11 b/g/n 또는 무선 CAN, 등)를 통해 통신할 수 있다.

각 갠트리는 무선 또는 유선 통신을 통해 자신의 트램 또는 트램들과 통신해야 할 것이다. 무선 통신은 표준 Wi-Fi(802.11 h/g/n) 또는 기타 전용 무선 네트워크(예컨대 무선 CAN)를 사용할 수도 있다. 유선 통신은 도체 레일 또는 페스툰 케이블(festooned cable)에 의한 RS-485 또는 이와 유사한 것을 사용할 수도 있다.

각각 단일 트러스(102)의 레일을 타고 이동하는 별도의 트램(202)에 현수된 2개의 그리퍼 서브조립체(400)를 갖는 단일 장치(10)를 사용하는 장치(10)의 구성이 도 41 내지 도 42에 도시되어 있다. 이러한 구성에서, 그리퍼들은 작업 현장(12)의 X축의 평면을 따라 종방향 경로에서 더 긴 길이의 철근을 들어올리고, 운반하고 배치하기 위해 회전된다. 더 긴 섹션의 철근을 지지하기 위해 하나의 대형 저장소 또는 2개의 저장소(14)가 제공될 수도 있다.

반자율 장치, 서브조립체, 시스템 및 서브시스템은 제한적이라기보다는 모든 측면에서 예시적인 것으로 의도된 여러 예들에 따라 설명되었다. 따라서, 본 발명은 상세한 구현에서 많은 변형이 가능하며, 이는 본 명세서에 포함된 설명으로부터 당업자에 의해 도출될 수도 있다.

다양한 태양에서, 본 명세서에 기재된 장치는, (i) 사용시 작업 현장의 선택된 부분에 횡방향으로 걸치기 위한 브리지 부재; 및 작업 현장의 선택된 부분의 제 1 경로를 따라 갠트리 서브조립체의 이동을 실행하기 위한 갠트리 구동 시스템을 포함하는 갠트리 서브조립체; (ii) 갠트리 서브조립체 상에 이동 가능하게 장착되며, 트램; 및 브리지 부재의 전장을 따른 제 2 경로를 따라 트램의 이동을 실행하기 위한 트램 구동 시스템을 포함하는 트램 서브조립체; 및 (iii) 트램 서브조립체 상에 장착되며, 모션 액추에이터; 및 제 2 경로에 대체로 수직인 제 3 경로를 따른 이동, 제 1 경로에 평행한 경로를 따른 선형 운동, 및 제 3 경로의 축을 중심으로 한 회전 운동을 실행하기 위한 액추에이터 구동 시스템을 포함하는 작동 서브조립체; (iv) 작동 서브조립체의 모션 액추에이터로부터 현수되며 그와 함께 이동 가능한 그리퍼 서브조립체― 그리퍼 서브조립체는 모션 액추에이터에 현수된 아암; 및 물체를 파지 및 방출하기 위한, 아암에 현수된 복수의 그리퍼를 포함하고, 각각의 그리퍼는 부분적으로 폐쇄된 이격된 관계로 서로를 향해 편향되는 적어도 한 쌍의 관절식 핑거 및 적어도 한 쌍의 핑거를 개폐하기 위한 핑거 작동 부재를 포함함 ―; 및 감지 기능부, 모델링 기능부 및 실행 기능부를 포함하는 자율 제어 시스템― 감지 기능부는 감각 신호를 수신하고 감각 신호를 적어도 모델링 기능부에 전달하기 위한 수신기를 갖고; 모델링 기능부는 적어도 작업 현장에 대한 적어도 하나의 그리퍼의 위치를 동적으로 계산하고, 위치 계산값을 작업 현장에 복수의 물체를 배치하기 위한 사전 계획된 맵에 맞게 조정하여 조정 계산값(coordination calculation)을 생성하고, 조정 계산값을 실행 기능부에 전달하고; 실행 기능부는 모션 신호를 갠트리 구동 시스템, 트램 구동 시스템 및 액추에이터 구동 시스템 중 하나 이상에 전달하여 각각 제 1 경로, 제 2 경로, 제 3 경로, 평행 경로 및 회전축 중 하나 이상을 따라 조정된 이동을 하게 하여, 복수의 물체의 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 그리퍼 서브조립체를 위치시킴 ―을 포함한다.

제 1 경로는 선형 및/또는 비선형일 수도 있다. 모션 액추에이터는 바람직하게는 선형 모션 액추에이터, 델타 액추에이터, 병렬 운동 액추에이터 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된다. 모션 액추에이터가 선형 모션 액추에이터인 경우, 이것은 벨트 구동 시스템, 유압 실린더, 공압 시스템, 전자기 시스템, 기어식 메커니즘, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다.

본 장치는 트램 또는 갠트리 중 하나에 장착되고 컴퓨터와의 통신을 위해 연결된 인식 센서를 더 포함할 수 있으며, 인식 센서는 작업 현장의 이미지 데이터를 가져와 처리를 위해 컴퓨터로 전달하도록 위치된다.

본 장치는 갠트리, 트램, 작동 및 그리퍼 서브조립체들 중 하나 이상의 수동 또는 자동 제어 중 하나를 선택하기 위해 제어 시스템에 무선 통신하기 위한 원격 제어기를 더 포함할 수도 있다.

본 명세서에 기재된 실시예들은 개시된 발명의 다양한 실시예의 다양한 세부 사항의 예시적인 특징을 제공하는 것으로 이해되었으며, 그러므로, 달리 명시되지 않는 한, 가능한 한, 개시된 실시예의 하나 이상의 특징, 요소, 구성요소, 성분, 구조, 모듈 및/또는 태양은, 개시된 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 개시된 실시예의 하나 이상의 다른 특징, 요소, 구성요소, 성분, 구조, 모듈 및/또는 태양과 또는 그에 대해 결합, 분리, 상호 교환 및/또는 재배열될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 예시적인 실시예의 다양한 치환, 변형 또는 조합이 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 당업자는 본 명세서의 검토시 본 명세서에 기재된 본 발명의 다양한 실시예에 대한 많은 균등물을 단지 일상적인 실험을 사용하여 이해하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 다양한 실시예의 설명에 의해 제한되지 않으며, 청구범위에 의해 제한된다.

본 명세서에 언급된 모든 특허, 특허 출원, 공보 또는 기타 공개 자료는 각 개별 인용문헌이 각각 인용에 의해 명시적으로 포함된 것처럼 전체가 인용에 의해 포함된다. 본 명세서에 인용에 의해 포함되는 것으로 언급된 모든 인용문헌 및 임의의 자료 또는 그 일부는 포함된 자료가 본 명세서에 기재된 기존 정의, 진술 또는 기타 개시 자료와 상충되지 않는 범위 내에서만 본 명세서에 포함된다. 이에 따라, 그리고 필요한 정도로, 본 명세서에 기재된 개시 내용은 본 명세서에 인용에 의해 포함된 임의의 상충되는 자료 및 본 출원에 명시적으로 설명된 개시 내용을 대체한다.

Claims (27)

1. 조립체(10)로서,
   사용시 작업 현장(12)의 선택된 부분에 횡방향으로 걸치기 위한 브리지 부재(102), 및 상기 작업 현장의 선택된 부분의 제 1 경로를 따라 갠트리 서브조립체(100)의 이동을 실행하기 위한 갠트리 구동 시스템(150, 178, 180, 182, 184)을 포함하는 갠트리 서브조립체(100);
   상기 갠트리 서브조립체(100) 상에 이동 가능하게 장착되며, 트램(202), 및 상기 브리지 부재(102)의 전장(span)을 따른 제 2 경로를 따라 트램(202)의 이동을 실행하기 위한 트램 구동 시스템(224, 226, 228, 230 및 232)을 포함하는 트램 서브조립체(200);
   상기 트램 서브조립체(200) 상에 장착되며, 모션 액추에이터, 및 상기 제 2 경로에 개략적으로 수직인 제 3 경로를 따라 이동을 실행하기 위한 액추에이터 구동 시스템(306, 308 및 310)을 포함하는 작동 서브조립체(300)를 포함하는, 조립체(10)에 있어서,
   상기 작동 서브조립체(300)의 모션 액추에이터로부터 현수되며 그와 함께 이동 가능한 그리퍼 서브조립체(400)― 상기 그리퍼 서브조립체(400)는 물체(52, 54)를 파지 및 방출하기 위한 적어도 하나의 그리퍼(402)를 포함함 ―; 및
   감지 기능부, 모델링 기능부 및 실행 기능부를 포함하는 제어 시스템을 포함하고,
   상기 감지 기능부는 감각 신호(sensory signal)를 수신하고 감각 신호를 적어도 상기 모델링 기능부에 전달하고,
   상기 모델링 기능부는 적어도 작업 현장(12)에 대한 적어도 하나의 그리퍼(402)의 포즈(pose)를 동적으로 계산하고, 포즈 계산값을 상기 작업 현장에 복수의 물체(52, 54)를 배치하기 위한 계획에 맞게 조정하여 조정 계산값(coordination calculation)을 생성하고, 조정 계산값을 상기 실행 기능부에 전달하고,
   상기 실행 기능부는 모션 신호를 상기 갠트리 구동 시스템, 상기 트램 구동 시스템 및 상기 액추에이터 구동 시스템 중 하나 이상에 전달하여 각각 제 1, 제 2, 및 제 3 경로 중 하나 이상을 따라 조정된 이동(coordinated movement)을 하게 하여, 상기 복수의 물체(52, 54)의 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 상기 그리퍼 서브조립체(400)를 위치시키는 것을 특징으로 하는
   조립체(10).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그리퍼 서브조립체(400)는,
   상기 모션 액추에이터에 현수된 아암(470); 및
   상기 아암(470)에 현수된 복수의 그리퍼(402)를 포함하는
   조립체(10).
3. 제 2 항에 있어서,
   커넥터(480)― 상기 아암(470)은 상기 커넥터(480)에 의해 상기 모션 액추에이터에 현수됨 ―, 및
   상기 제 3 경로의 축을 중심으로 상기 커넥터(480)를 회전시키기 위한 모터(318)를 더 포함하는
   조립체(10).
4. 제 2 항에 있어서,
   각각의 그리퍼는,
   부분적으로 폐쇄된 이격된 관계(partially closed spaced relationship)로 서로를 향해 편향되는 적어도 한 쌍의 관절식 핑거(404); 및
   상기 적어도 한 쌍의 핑거(404)를 개폐하기 위한 핑거 작동 부재(428, 426)를 포함하는
   조립체(10).
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 쌍의 핑거의 각 핑거(404)는,
   베이스 부분(406);
   플리퍼(flipper) 부분(408)― 상기 베이스 부분(406) 및 상기 플리퍼 부분(408)은 서로 피벗식으로(pivotally) 연결되고(420), 상기 베이스 부분(406)은 상기 핑거 작동 부재(428, 426)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 플리퍼 부분(408)은 상기 물체(52, 54)와의 초기 맞물림을 위해 테이퍼진 단부를 가짐 ―; 및
   상기 플리퍼 부분(408)을 상기 베이스 부분(406) 쪽으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 스프링 부재(410)로 구성되는
   조립체(10).
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 핑거 작동 부재는,
   상부 표면과 하부 표면을 갖는 베이스 플레이트(438)― 상기 하부 표면은 상기 물체(52, 54)와 접촉하도록 구성됨 ―;
   피동 기어(426)의 세트의 제 1 방향으로의 운동이 상기 쌍의 핑거(404)를 폐쇄하고 피동 기어(426)의 세트의 제 2 방향으로의 운동이 상기 쌍의 핑거(404)를 개방하도록 상기 쌍의 핑거(404)에 작동 가능하게 연결된 피동 기어(426)의 세트;
   구동 기어(428)의 운동이 상기 피동 기어(426)의 세트의 운동으로 변환되도록 상기 피동 기어(426)의 세트에 작동 가능하게 연결된 구동 기어(428)― 상기 구동 기어(428)는 상기 베이스 플레이트(438)의 상부 표면에 연결된 하단 부분, 상단 부분, 및 상기 구동 기어(428)의 상단 부분과 하단 부분 사이에 위치된 잠금 부분(locking portion)(456)을 가지며, 상기 구동 기어는 상기 쌍의 핑거(404)가 개방되는 잠금 해제 위치(unlocked position) 쪽으로 편향됨 ―; 및
   잠금 부재(452)를 구비한 액추에이터(450)― 상기 잠금 부재(452)는 상기 구동 기어(428)의 잠금 부분(456)을 상기 액추에이터(450)의 잠금 부재(452)와의 정렬 상태로 그리고 상기 쌍의 핑거(404)가 폐쇄되는 잠금 위치(locked position)로 이동시키기에 충분한 힘을 상기 베이스 플레이트(438)의 하부 표면에 대해 상기 제 3 경로의 방향으로 가할 때, 상기 구동 기어(428)의 잠금 부분(456)과 수동적 잠금 맞물림(passive locking engagement)되도록 편향되고, 상기 액추에이터(450)는 상기 제어 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 상기 잠금 부재(452)를 상기 잠금 부분(456)과의 맞물림으로부터 능동적으로 철회시켜서, 상기 구동 기어(428)를 상기 잠금 해제 위치 쪽으로 자유롭게 이동하게 함 ―를 포함하는
   조립체(10).
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 액추에이터(450)는 공동을 갖는 솔레노이드이고, 상기 잠금 부재(452)는 상기 공동(454) 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 플런저이고, 상기 구동 기어(428)의 잠금 부분(456)은 상기 플런저를 수용하기 위한 개구인
   조립체(10).
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 피동 기어(426)의 세트 및 상기 구동 기어(428)의 적어도 상기 잠금 부분(456)을 수납하기 위한 기어 케이스(424)― 상기 기어 케이스는 상기 구동 기어의 잠금 부분이 상기 액추에이터의 잠금 부재와의 정렬 상태로 이동될 때 상기 구동 기어의 상단 부분이 통과하는 통로를 갖는 상단 플레이트를 가짐 ―, 및
   상기 구동 기어(428)가 상기 기어 케이스(424) 밖으로 이동할 수 있는 거리를 제한하기 위한 정지부(430)를 더 포함하는
   조립체(10).
9. 제 6 항에 있어서,
   서로에 대해 평행하게 이격된 관계의 제 1 샤프트(422) 및 제 2 샤프트(422);
   상기 제 1 샤프트(422) 상에 장착된 상기 피동 기어(426)의 세트 중 제 1 기어 및 상기 제 2 샤프트(422) 상에 장착된 상기 피동 기어(426)의 세트 중 제 2 기어;
   상기 제 1 샤프트(422) 상에 장착된 상기 적어도 한 쌍의 핑거(404) 중 제 1 핑거 및 상기 제 2 샤프트(422) 상에 장착된 상기 적어도 한 쌍의 핑거(404) 중 제 2 핑거를 더 포함하고,
   상기 구동 기어(428)는 상기 제 1 기어(426)와 이동 가능하게 맞물리는 제 1 에지 및 상기 제 2 기어(426)와 이동 가능하게 맞물리는 제 2 에지를 갖고,
   상기 제 3 경로의 평면에서의 상기 구동 기어(428)의 상향 운동은 상기 제 1 및 제 2 기어(426)와 상기 제 1 및 제 2 샤프트(422)를 제 1 방향으로 회전시켜서 상기 쌍의 제 1 및 제 2 핑거(404)를 폐쇄하고, 상기 제 3 경로의 평면에서의 상기 구동 기어(428)의 하향 운동은 상기 제 1 및 제 2 기어(426)와 상기 제 1 및 제 2 샤프트(422)를 제 2 방향으로 회전시켜서 상기 제 1 및 제 2 핑거(404)를 개방하는
   조립체(10).
10. 제 9 항에 있어서,
    두 쌍의 핑거(404)가 있으며, 각각의 쌍은 상기 구동 기어(428)와 제 1 피동 기어(426)의 양 측부에서 상기 제 1 샤프트(422) 상에 장착된 제 1 핑거, 및 상기 구동 기어(428)와 제 2 피동 기어(426)의 양 측부에서 상기 제 2 샤프트(422) 상에 장착된 제 2 핑거를 갖는
    조립체(10).
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 서브조립체(300)의 모션 액추에이터는 상기 제 3 경로에 대한 액슬(axle)의 운동을 수행하기 위한 상기 액추에이터 구동 시스템에 작동 가능하게 연결된 액슬(358)을 구비하고,
    상기 그리퍼 서브조립체(400)는 상기 액슬(358)에 장착된 커넥터(480), 커넥터 플레이트(480)의 양 측부로부터 측방향으로 연장되는 2개의 아암 섹션(470), 및 각각의 아암 섹션(470)으로부터 현수된 적어도 하나의 그리퍼(402)를 더 포함하는
    조립체(10).
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액추에이터 구동 시스템의 모션 액추에이터는 상기 액슬(358)의 선형 및 회전 운동을 수행하고,
    상기 액슬(358)은 상기 액슬의 선형 운동, 회전 운동 및 피벗 운동 중 하나 이상을 수행하기 위해 상기 모션 액추에이터에 피벗식으로 연결되는
    조립체(10).
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 액추에이터 구동 시스템의 모션 액추에이터는 상기 액슬(358)의 선형 운동을 수동으로(manually) 또는 그리퍼 구동 모터(318)에 의해 수행하고,
    상기 커넥터(480)는 상기 액슬(358)을 중심으로 회전하도록 장착되는
    조립체(10).
14. 제 11 항에 있어서,
    각각의 그리퍼(402)는,
    부분적으로 폐쇄된 이격된 관계로 서로를 향해 편향되는 적어도 한 쌍의 관절식 핑거(404), 및
    상기 적어도 한 쌍의 핑거(404)를 개폐하기 위한 핑거 작동 부재를 포함하는
    조립체(10).
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 핑거 작동 부재는,
    상부 표면과 하부 표면을 갖는 베이스 플레이트(438)― 상기 하부 표면은 상기 물체(52, 54)와 접촉하도록 구성됨 ―;
    피동 기어(426)의 세트의 제 1 방향으로의 운동이 상기 쌍의 핑거(404)를 폐쇄하고 피동 기어(426)의 세트의 제 2 방향으로의 운동이 상기 쌍의 핑거(404)를 개방하도록 상기 쌍의 핑거(404)에 작동 가능하게 연결된 피동 기어(426)의 세트;
    구동 기어(428)의 운동이 상기 피동 기어(426)의 세트의 운동으로 변환되도록 상기 피동 기어(426)의 세트에 작동 가능하게 연결된 구동 기어(428)― 상기 구동 기어는 상기 베이스 플레이트(438)의 상부 표면에 연결된 하단 부분, 상단 부분, 및 상기 구동 기어(428)의 상단 부분과 하단 부분 사이에 위치된 잠금 부분(456)을 가지며, 상기 구동 기어는 상기 쌍의 핑거(404)가 개방되는 잠금 해제 위치 쪽으로 편향됨 ―; 및
    잠금 부재(452)를 구비한 액추에이터(450)― 상기 잠금 부재(452)는 상기 구동 기어(428)의 잠금 부분(456)을 상기 액추에이터(450)의 잠금 부재(452)와의 정렬 상태로 그리고 상기 쌍의 핑거(404)가 폐쇄되는 잠금 위치로 이동시키기에 충분한 힘을 상기 베이스 플레이트(438)의 하부 표면에 대해 상기 제 3 경로의 방향으로 가할 때, 상기 구동 기어(428)의 잠금 부분(456)과 수동적 잠금 맞물림되도록 편향되고, 상기 액추에이터(450)는 자율 제어 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 상기 잠금 부재(452)를 상기 잠금 부분(456)과의 맞물림으로부터 능동적으로 철회시켜서, 상기 구동 기어(428)를 상기 잠금 해제 위치 쪽으로 자유롭게 이동하게 함 ―를 포함하는
    조립체(10).
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 서브조립체는,
    상기 제 2 경로의 방향과 동일한 방향으로의 상기 트램 서브조립체(200)에 대한 제 4 경로를 따라 상기 그리퍼 서브조립체(400)의 이동을 수행하기 위한 제 2 모션 액추에이터(312, 314, 316)를 더 포함하는
    조립체(10).
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 작동 서브조립체(300)는,
    상기 제 3 경로의 축을 중심으로 한 상기 그리퍼 서브조립체(400)의 회전을 수행하기 위해 상기 그리퍼 서브조립체(400)에 작동 가능하게 연결된 회전 모션 액추에이터(318)를 더 포함하는
    조립체(10).
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 서브조립체(300)는,
    상기 제 3 경로의 축을 중심으로 한 상기 그리퍼 서브조립체(400)의 회전을 수행하기 위해 상기 그리퍼 서브조립체(400)에 작동 가능하게 연결된 회전 모션 액추에이터(318)를 더 포함하는
    조립체(10).
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 현장의 사전 측정이 없을 때, 상기 작업 현장(12) 내의 관련 물체의 3차원 포즈를 감지하고 매핑(mapping)하기 위한 적어도 한 쌍의 스테레오 카메라(342)를 더 포함하는
    조립체(10).
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 기능부는 이미지 데이터 소스로부터 감각 신호를 수신하여, 상기 작업 현장(12)과 상기 갠트리 서브조립체, 트램 서브조립체, 작동 서브조립체 및 그리퍼 서브조립체 중 하나 이상의 부분 상에 미리 배치된 표식(marker)(70)을 찾아 감지 데이터를 생성하는
    조립체(10).
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 기능부는 이미지 데이터 소스, 펄스 레이저 센서, 인간 조작자 제어 입력 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 소스로부터 감각 신호를 수신하는
    조립체(10).
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 모델링 기능부는 상기 작업 현장의 감지된 모델을 정의하기 위한 위치화(localization) 및 매핑 중 하나 이상을 위해, 상기 작업 현장(12)에 대한 그리퍼(402), 그리퍼 아암(470), 트램(202) 및 갠트리 브리지 부재(102) 구성요소들 중 하나 이상의 포즈를 추정하기 위해, 그리고 상기 계획에 근거한 기대치로부터 관찰된 장애물들 사이의 차이를 탐지하기 위한 결함 모니터링(fault monitoring)을 위해 감지 데이터를 이용하는
    조립체(10).
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 실행 기능부는 상기 작업 현장(12)의 감지된 모델 및 상기 작업 현장(12)에 대한 그리퍼(402), 그리퍼 아암(470), 트램(202) 및 갠트리 브리지 부재(102) 구성요소 포즈들 중 하나 이상의 감지된 관계를 상기 계획의 전략적 의도와 결합하여, 상기 계획을 수행하기 위한 모션 신호를 전술적으로 결정하고 지시하는 실행기 모듈(executor module)을 포함하는
    조립체(10).
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 실행 기능부는,
    연속 배치에 필요한 물체를 결정하고 상기 계획에 따라 진행할 물체의 배치를 위한 최적 위치를 결정함에 있어서 상기 실행기 모듈을 보조하는 배치 계획 모듈(placement planning module), 및
    상기 모델링 기능부에 의해 생성된 상기 작업 현장(12)의 3차원 맵을 사용하여 상기 작업 현장에 있는 장애물의 존재를 탐지하는 장애물 회피 모듈(obstacle avoidance module)을 더 포함하는
    조립체(10).
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 장애물 회피 모듈은, (i) 그리퍼(402), 그리퍼 아암(470), 트램(202) 및 갠트리 브리지 부재(102) 구성요소들 중 하나 이상에 대해 주어진 모션의 궤적을 변경하는 것, 및 (ii) 장치(10)의 모션을 중지하는 것 중 하나 또는 둘 모두에 의해 장애물 탐지에 응답하는
    조립체(10).
26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    작업 현장(12)에서 서로에 대해 실질적으로 인접하게 평행 이격된 관계로 위치된 2개의 조립체(10)가 있으며, 각각의 조립체(10)는, 복수의 물체(52, 54)의 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 상기 그리퍼 서브조립체(400)를 위치시키기 위해 각각 상기 제 1, 제 2 및 제 3 경로 중 하나 이상을 따른 각 조립체의 조정된 운동(coordinated movement)을 동기화하도록 유선 접속 또는 무선 접속 중 하나에 의해 작동 가능하게 연결되는 상기 갠트리 서브조립체(100), 상기 트램 서브조립체(200), 상기 작동 서브조립체(300), 상기 그리퍼 서브조립체(400) 및 상기 제어 시스템을 포함하는
    조립체(10).
27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조립체는 상기 갠트리 서브조립체(100)의 브리지 부재(102) 상에 장착된 적어도 두 개의 트램 서브조립체(200)를 포함하고, 각각의 트램 서브조립체(200)는 그에 장착된 하나의 작동 서브조립체(300)를 갖고, 각각의 작동 서브조립체는 그로부터 현수된 하나의 그리퍼 서브조립체(400)를 가지며, 상기 제어 시스템은 복수의 물체(52, 54)의 조정된 들어올림, 운반 및 배치 중 하나 이상을 위해 각각의 그리퍼 서브조립체(400)를 위치시키기 위해, 상기 제 2 경로를 따른 각각의 트램 서브조립체(200)의 운동을 조정하고 상기 제 3 경로를 따른 각각의 작동 서브조립체(300)의 운동을 조정하는
    조립체(10).

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