KR20230127428A - 항공기의 화물 하역 장치 및 화물 하역 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 인력의 도움없이 화물의 하역을 자동화시킬 수 있음은 물론, 항공기가 착륙하지 않고 원하는 위치에 화물의 하역이 가능한 항공기의 화물 하역 장치 및 화물 하역 방법에 관한 것으로, 화물 하역 장치는, 항공기의 화물창에 설치된 윈치, 상기 윈치에 매달려 설치된 다관절 로봇암, 및 상기 다관절 로봇암의 단부에 구비되어 용기에 결착 가능한 그립퍼를 포함할 수 있다.

Description

항공기의 화물 하역 장치 및 화물 하역 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR LOADING AND UNLOADING CARGO OF AIR MOBILITY}
본 발명은, 인력(人力)의 도움없이 화물의 하역을 자동화시킬 수 있음은 물론, 항공기가 착륙하지 않고 원하는 위치에 화물의 하역이 가능하도록 된 항공기의 화물 하역 장치 및 화물 하역 방법에 관한 것이다.
항공기를 이용하여 화물을 운송하는 방법이 다양하게 제시되고 있다. 예를 들면 소형 화물 운송용 드론과 함께, 중형급 화물을 나르기 위한 화물 운송용 무인 항공기(Cargo Unmanned Aerial System, CUAS)가 개발되고 있다. 여기서, 이러한 항공기로 화물을 운송하기 위해서는 화물을 항공기의 화물창에, 그리고 반대로 화물창으로부터 지상에 안전하고 편리하게 하역시킬 수 있어야 한다.
더욱이, 항공기의 이착륙장을 구축하기 어렵거나 이착률장이 없는 선박, 섬, 산골이나 오지(奧地) 등에서는 항공기가 직접 착륙하여 화물을 안전하게 언로딩하거나 반대로 로딩하기가 상당히 곤란한다.
이와 같이, 항공 기술의 발전과 달리, 항공기를 위한 화물 하역 장치의 개발은 매우 더디며, 여전히 항공기로부터 화물을 언로딩하거나 항공기에 화물을 로딩하는 것을 자동으로 그리고 효율적으로 이행할 수 있는 장치의 개발이 요구되는 실정에 있다.
(특허문헌 1) KR 2019-0070448 A
본 발명은, 인력의 도움없이 화물의 하역을 자동화시킬 수 있음은 물론, 항공기가 착륙하지 않고 원하는 위치에 화물의 하역이 가능한 항공기의 화물 하역 장치 및 화물 하역 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화물 하역 장치는, 항공기의 화물창에 설치된 윈치; 상기 윈치에 매달려 설치된 다관절 로봇암; 및 상기 다관절 로봇암의 단부에 구비되어 용기에 결착 가능한 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 화물창은 상기 용기의 출입이 가능하도록 바닥판이 개방 가능하며, 상기 윈치는, 상기 바닥판 중 개구부와 대응되는 위치에서 천장에 고정될 수 있다.
상기 윈치는, 와이어를 풀거나 감는 드럼, 및 상기 드럼을 회전시키는 모터를 포함하고, 상기 와이어에는 상기 다관절 로봇암을 결합하고 지지하기 위한 지지부가 연결될 수 있다.
상기 윈치는 리미트 스위치를 포함하고, 상기 와이어가 감길 때, 상기 지지부의 상면이 상기 리미트 스위치에 닿음으로써 제어부가 상기 윈치의 작동을 정지시킬 수 있다.
상기 다관절 로봇암은 적어도 6축의 다관절 로봇암 또는 플렉시블 다관절 로봇암을 포함할 수 있다.
상기 그립퍼는, 상기 다관절 로봇암의 단부에 결합된 가이드; 적어도 하나가 상기 가이드를 따라 왕복이동 가능한 복수의 핑거부재; 및 왕복이동 가능한 적어도 하나의 핑거부재에 연결되어 상기 핑거부재를 구동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 구동부는, 정역회전이 가능하고 상기 가이드의 일측에 장착된 모터, 상기 모터에 연결되어 회전되는 볼트축, 및 상기 볼트축에 치합된 너트부를 포함하고, 상기 너트부에 왕복이동 가능한 핑거부재가 고정되게 연결될 수 있다.
상기 그립퍼와 함께 또는 상기 그립퍼 대신에, 상기 다관절 로봇암의 단부에 결합된 자석부를 포함할 수 있다.
상기 다관절 로봇암의 단부 또는 상기 그립퍼에는 영상 센서가 설치되고, 상기 영상 센서는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 용기의 하중을 감지하는 하중 측정부를 더 포함하고, 상기 하중 측정부는 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 하중 측정부는, 상기 다관절 로봇암의 단부와 상기 그립퍼 사이에 설치된 하중 센서 또는 상기 윈치에 설치된 토크 센서를 포함할 수 있다.
상기 화물창 내에 복수의 용기를 탑재할 때, 상기 제어부는, 용기의 하중에 관련된 정보 및 설정된 제어로직에 따라 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼를 제어하여, 상기 화물창의 바닥판 상에 상기 용기를 배치할 수 있다.
상기 화물 하역 장치는, 상기 용기를 탑재하고 지면에서 이동 가능한 이송로봇을 더 포함하고, 상기 이송로봇의 제어유닛은 상기 항공기의 제어부와 통신이 가능하다.
상기 이송로봇의 상판에는, 상기 용기의 하면에 있는 오목홈에 삽입되어 결합되는 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 화물 하역 방법은, 항공기가 화물 하역의 목적지에 도착하면 착륙하지 않고 호버링하는 단계; 이송로봇이 상기 목적지를 향해 이동되어 상기 항공기의 아래에 위치하는 단계; 상기 이송로봇의 제어유닛과 상기 항공기의 제어부가 통신하는 단계; 상기 항공기의 화물창으로부터 다관절 로봇암과 그립퍼가 하강하는 단계; 및 상기 그립퍼와 상기 이송로봇 사이의 위치편차를 감지하고, 위치편차를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치편차를 보정하는 단계에서는, 영상 센서에 의해 상기 그립퍼와 상기 이송로봇 사이의 위치편차를 감지하고, 통신을 통해 감지된 위치편차만큼 상기 다관절 로봇암을 작동시키거나, 상기 이송로봇을 이동시킬 수 있다.
상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼의 하강이 일정 수준 이하이면, 상기 이송로봇은 높이를 조절하도록 이송로봇 자체 또는 이송로봇의 상판이 상승하도록 제어될 수 있다.
상기 화물 하역 방법은, 상기 항공기로부터 상기 이송로봇으로 용기를 언로딩할 때, 상기 다관절 로봇암이 작동되어 상기 그립퍼가 언로딩될 상기 용기를 향해 이동하는 단계; 상기 그립퍼가 작동되어 상기 용기를 결착하는 단계; 상기 다관절 로봇암이 상기 그립퍼와 상기 용기를 상기 화물창의 도어 쪽으로 이동시키는 단계; 상기 도어가 개방된 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 외부로 내려보내는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화물 하역 방법은, 상기 다관절 로봇암 또는 상기 윈치에 가해지는 하중을 모니터링하여, 상기 용기가 상기 이송로봇 위에 안착됨을 판단하는 단계; 및 상기 그립퍼가 상기 용기의 파지를 해제하도록 작동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 항공기로부터 상기 이송로봇으로 용기를 언로딩할 때, 상기 용기가 하강하면서 상기 이송로봇의 상판 위에 놓이고, 상기 용기의 오목홈 안으로 상기 이송로봇의 상판 위에 형성된 돌출부가 삽입될 수 있다.
상기 화물 하역 방법은, 상기 이송로봇으로부터 상기 항공기로 용기를 로딩할 때, 상기 화물창의 도어가 개방된 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 외부로 내려보내는 단계; 상기 다관절 로봇암 또는 상기 윈치에 가해지는 하중을 모니터링하여, 상기 그립퍼가 상기 이송로봇 상의 상기 용기에 닿음을 판단하는 단계; 및 상기 그립퍼가 상기 용기를 결착하도록 작동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화물 하역 방법은, 상기 이송로봇으로부터 상기 항공기로 용기를 로딩할 때, 상기 그립퍼가 상기 이송로봇 상의 상기 용기를 결착한 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 내부로 들어올리는 단계; 상기 윈치의 와이어가 완전히 감아 올려지면 상기 윈치의 작동을 정지시키는 단계; 상기 화물창의 도어가 폐쇄된 후, 상기 다관절 로봇암이 작동되어 상기 그립퍼와 상기 용기가 로딩될 위치를 향해 이동하는 단계; 상기 그립퍼가 작동되어 상기 용기의 결착을 해제하는 단계; 및 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼가 원위치로 복귀하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 항공기의 내부로 들어올릴 때, 상기 용기의 하중을 감지하거나 산출하고, 상기 다관절 로봇암은, 상기 화물창 내 바닥판에서 상기 용기의 하중에 따라 배치되도록 상기 그립퍼와 상기 용기를 이동시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 항공기가 착륙하지 않고 원하는 위치에 화물의 하역이 자동으로 이루어질 수 있게 되어, 작업의 편의성과 효율성이 향상됨과 더불어, 항공기의 연비를 증가시킬 수 있으며, 이착률장이 없는 좁은 지역이나 선박 위에도 화물의 운송이 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 다관절 로봇암의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 화물 하역 방법 중 항공기로부터 이송로봇에 용기를 언로딩하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 명세서에서, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데에 사용될 수 있지만, 이들 구성요소는 제1 및 제2 등의 용어에 의해 순서나 크기, 위치, 중요도가 한정되는 것은 아니며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 명명된다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 화물 하역 장치가 적용될 수 있는 항공기(1)로는 예를 들어 수직 이착륙이 가능하고 화물창(2)을 갖춘 CUAS가 채택될 수 있다. 이러한 CUAS는 도시들 간 중형 화물의 고속 운송 분야에 활용 가능하다. 하지만, 항공기의 예는 CUAS에만 한정되지 않으며, 다양한 유인 또는 무인 항공기 등이 적용될 수 있다.
항공기(1)는 동체에 마련된 복수의 날개(6) 또는 복수의 로터를 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 로터는 동체의 수직 이착륙과 수평 비행을 위해 마련될 수 있다.
화물창(2)은 내부에 화물의 적하(積荷)를 위한 공간이 마련될 수 있다. 화물창은 화물이 넣어진 용기(9)를 수용할 수 있으며, 용기의 출입이 가능하도록 예를 들어 화물창의 바닥판(3)이 개방될 수 있다.
이를 위해 화물창(2)의 바닥판(3)에는 개구부의 형성과 함께 도어(4)가 설치될 수 있다. 이러한 도어는 항공기의 길이방향을 따라 개폐되는 슬라이딩 도어가 채용될 수 있다. 하지만, 도어의 형태 및 배치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 상하로 개폐되는 도어가 사용될 수도 있다.
화물창(2)의 바닥판(3)은 개구부 외의 영역으로 용기(6)를 지지할 수 있다. 화물창의 천장(5)에는 본 발명의 화물 하역 장치가 배치될 수 있다. 하지만, 화물 하역 장치의 배치는 화물창의 천장에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는 윈치(10), 다관절 로봇암(20), 및 그립퍼(40)를 포함할 수 있다.
윈치(10)는 지지브라켓(11)을 매개로 하여 예컨대 항공기(1)의 화물창(2)의 천장(5)에 고정되게 배치될 수 있다. 이 경우에, 윈치는 바닥판(3) 중 개구부와 대응되는 위치에서 천장에 고정될 수 있다.
하지만, 윈치(10)의 배치는 전술한 예에 한정되지 않으며, 예를 들어 화물창의 천장에 항공기의 길이방향을 따라 레일(미도시)이 설치되고 레일을 따라 이동 가능한 트롤리(Trolley)에 윈치가 배치될 수도 있다. 이로써, 윈치는 트롤리의 이동에 의해 항공기의 길이방향을 따라 위치가 가변될 수 있다.
혹은, 예를 들어 화물창의 측벽에 선회 가능한 지지대(미도시)가 설치되고 지지대 상에 윈치(10)가 배치될 수도 있다. 이로써, 윈치는 지지대의 선회에 의해 항공기의 화물창 내에서 위치가 가변될 수 있다.
윈치(10)는 와이어(12)를 풀거나 감는 드럼(13), 및 와이어를 풀거나 감기 위해 드럼을 회전시키는 모터(14)를 포함할 수 있다. 와이어에는 다관절 로봇암(20)을 결합하고 지지하기 위한 지지부(15)가 연결되어, 다관절 로봇암이 와이어에 매달려 설치될 수 있다. 지지부는 평판 또는 블록 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 윈치(10)의 모터(14)가 작동함으로써 드럼(13)이 회전하게 되고, 드럼의 회전으로 인하여 와이어(12)가 드럼으로부터 풀리거나 드럼에 감기게 됨으로써, 와이어에 연결된 다관절 로봇암(20)이 하강 또는 상승할 수 있게 된다.
예를 들어, 윈치(10)의 와이어(12)가 드럼(13)으로부터 풀려 최대 길이로 되면 와이어는 대략 수 미터에서 수십 미터로 연장될 수 있다. 윈치의 제어는 윈치의 모터(14)와 전기적으로 연결되어 있는 제어부(50)에 의해 이루어질 수 있다.
와이어(12)가 완전히 감아 올려질 때, 지지부(15)의 상면이 윈치(10)의 케이스의 하면에 설치된 리미트 스위치(51)에 맞닿음으로써 신호가 발생하고, 리미트 스위치에 전기적으로 연결된 제어부(50)가 이 신호를 검지하여 윈치의 작동을 정지시켜 와이어의 감아올림을 종료할 수 있다.
보다 안정적으로, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)를 충분히 지지하고 다관절 로봇암과 그립퍼의 흔들림을 최소화하기 위해 복수의 윈치(10)가 화물창(2) 내에 설치되고, 각 윈치의 와이어(12)가 단일 지지부에 연결되는 것이 좋다. 선택적으로, 윈치의 드럼(13)과 다관절 로봇암 사이에 복수의 도르래를 배치하여 하중을 분산시키는 것도 이용될 수 있다.
다관절 로봇암(20)은 윈치(10)의 와이어(12)에 지지부(15)를 매개로 매달려 설치될 수 있다.
다관절 로봇암(20)의 일 실시예로는 적어도 6축의 다관절 로봇암이 채용될 수 있다. 예를 들어, 다관절 로봇암은 바디(21), 어깨(22), 제1 암부재(23), 제2 암부재(24), 제3 암부재(25), 및 손목(26)을 포함할 수 있다.
바디(21)에는 모터, 감속기 등의 부품이 수용될 수 있고, 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
어깨(22)는 수직방향을 중심으로 하여 화살표 a의 방향으로 바디(21)에 대해 회동이 가능하다. 어깨의 회동은 바디에 있는 모터, 감속기 등에 의해 이행될 수 있다.
제1 암부재(23)는 b점을 힌지축으로 하여 어깨(22)에 대해 굽힘이 가능하다. 힌지축은 모터에 연결될 수 있으며, 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 암부재(24)는 c점을 힌지축으로 하여 제1 암부재(23)에 대해 굽힘이 가능하다. 힌지축은 모터에 연결될 수 있으며, 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 암부재(25)는 d점을 힌지축으로 하여 제2 암부재(24)에 대해 굽힘이 가능하다. 힌지축은 모터에 연결될 수 있으며, 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
손목(26)은 e점을 힌지축으로 하여 그립퍼(40)를 설치한 상태에서 제3 암부재(25)에 대해 굽힘이 가능하다. 동시에, 손목은 e점의 힌지축에 대해 직각인 방향을 중심으로 하여 화살표 f의 방향으로 회동이 가능하다. 이러한 손목이 다관절 로봇암(20)의 단부를 구성한다.
힌지축은 모터에 연결될 수 있으며, 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또, 손목(26)에는 모터, 감속기 등의 부품이 수용될 수 있고, 손목 내 모터는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 손목의 회동은 손목에 있는 모터, 감속기 등에 의해 이행될 수 있다.
그립퍼(40)는, 가이드(41), 복수의 핑거부재(42), 및 구동부(43)를 포함할 수 있다.
가이드(41)는 다관절 로봇암(20)의 단부에 결합되어, 복수의 핑거부재(42)와 구동부(46)를 지지할 수 있다.
복수의 핑거부재(42) 중 적어도 하나는 가이드(41)를 따라 왕복이동할 수 있다. 도면에는 양측의 핑거부재가 왕복이동 가능한 가동측 핑거부재로 구성된 예가 나타나 있고 이러한 예를 위주로 하여 설명되고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일측은 가동측 핑거부재로, 그리고 타측은 고정측 핑거부재로 구성될 수 있다.
각 핑거부재(42)는 구동부(46)에 연결되는 결합부(43), 결합부에 대해 직각으로 연장한 연장부(44), 및 연장부의 단부에 절곡되어 형성된 걸림부(45)를 포함할 수 있다.
구동부(46)는, 정역회전이 가능하고 가이드(41)의 일측에 장착된 모터(47), 모터에 연결되어 회전되고 서로 반대방향의 이중 나사산이 형성된 볼트축(48), 및 볼트축에 치합된 한 쌍의 너트부(49)를 포함할 수 있다. 각 너트부에는 해당 핑거부재(42)의 결합부(43)가 고정되게 연결될 수 있다.
여기서, 구동부(46)를 예컨대 유체압 실린더 등으로 구성할 수도 있지만, 이러한 구동부에서 압력을 인가하는 유체가 누설되어 버리면, 이송 중인 경우에 핑거부재(42)가 용기(9)를 파지한 채로 고정되어 있지 못하고 용기 및 그 안의 화물을 떨어뜨리게 될 우려가 크다.
이에 반해, 모터(47)와 볼트축(48) 및 너트부(49)를 포함한 구동부(46)의 경우에는, 고장 등에 의해 전원이 차단되더라도 핑거부재(42)가 전원 차단의 직전 상태로 고정될 수 있어 이송 중인 경우에 용기(9)가 추락될 위험이 전혀 없는 장점이 있게 된다.
이와 같이 구성된 그립퍼(40)에서는, 볼트축(48)의 회전에 따라 적어도 일측 핑거부재(42)의 위치가 가변될 수 있다. 가동측 핑거부재는 가이드(41)의 평면을 따라 왕복이동할 수 있다.
또한, 양측의 핑거부재(42)가 모두 가동측 핑거부재인 그립퍼(40)에서는, 모터(47)의 회전에 의해 양측 너트부(49) 및 양측 핑거부재를 동시에 이동시킬 수 있기 때문에, 양측 핑거부재는 그립퍼의 무게중심을 기준으로 대칭이 되게 제어되고 작동될 수 있다.
그립퍼(40)는 다양한 크기의 화물이 수용된 용기(9; 예컨대 육면체 형상의 박스)를 파지하여, 항공기(1) 내에서 그리고 항공기의 안팎으로 용기(9)를 로딩 또는 언로딩할 수 있다.
본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는, 그립퍼(40)와 함께 또는 그립퍼 대신에, 다관절 로봇암(20)의 단부에 결합된 자석부(30; 도 2 참조)를 포함할 수 있다.
자석부(30)는 영구자석 또는 전원이 인가되어 자화될 때 인력을 발생시키는 전자석을 포함할 수 있다. 전자석은 제어부(50)의 제어하에 전원이 인가되면 여자되고 전원이 차단되면 자력이 상실된다.
자석부(30)는 강력한 자기력에 의해, 자성체로 된 용기(9)에 부착될 수 있다. 이로써, 다관절 로봇암(20)이 자석부를 매개로 하여 용기를 파지하거나 용기에 부착되어 접촉한 상태로 용기를 안정적으로 이동시킬 수 있게 되는 것이다.
자석부(30)는 다관절 로봇암(20)의 단부에 예를 들어 볼팅 또는 걸고리에 의해 장착될 수 있다. 자석부가 그립퍼(40)와 함께 사용되는 경우에, 자석부는 핑거부재(42)의 작동에 간섭되지 않는 크기 및 형상을 갖고서 가이드(41) 또는 핑거부재(42)에 견고하게 고정 및 장착될 수 있다.
추가적으로, 다관절 로봇암(20)의 단부 또는 그립퍼(40)에는 영상 센서(52)가 설치되고, 영상 센서는 다관절 로봇암의 주위나, 다관절 로봇암이 항공기의 밖으로 인출될 때 항공기의 부근 상황을 감지할 수 있다. 영상 센서는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 부가적으로 영상 센서를 위한 조명용 라이트가 구비되어 영상 센서의 감지영역에 빛을 조사할 수 있다.
한편, 항공기(1)에 화물을 탑재하게 되면, 화물의 무게중심에 의해 항공기 전체의 무게중심이 이동되기 때문에 무게중심을 맞추는 것이 효율적인 비행 및 안전한 비행에 필수적이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는 용기(9)의 무게, 즉 하중을 감지하는 하중 측정부(53)를 포함할 수 있다. 하중 측정부는 다관절 로봇암(20)의 단부와 그립퍼(40) 사이에 설치된 하중 센서 또는 윈치(10)에 설치된 토크 센서를 포함할 수 있다. 하중 측정부는 제어부(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
하중 측정부(53)의 하중 센서 또는 토크 센서는 용기(9)에 의해 다관절 로봇암(20) 또는 윈치(10)에 가해지는 하중 또는 토크를 감지하여 제어부(50)에 전송하고, 제어부는 감지신호를 근거로 용기의 하중을 모니터링하거나 산출할 수 있다.
제어부(50)는 하중 측정부(53)로부터 입력받은 용기(9)의 하중에 관련된 감지신호와, 영상 센서(52)로부터 입력받은 화물창(2) 내에서 또는 항공기(1) 외부에서 해당 용기(9)의 위치에 관련된 감지신호에 따라 윈치(10)와 다관절 로봇암(20) 및 그립퍼(40)의 작동을 제어할 수 있다. 제어부는 유선 또는 무선의 통신을 매개로 하여 윈치의 모터(14), 다관절 로봇암의 모터들, 그립퍼의 모터(47) 등에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(50)는 하중에 관련된 감지신호와 용기(9)의 위치에 관련된 감지신호를 실시간으로 수신할 수 있으며, 수신된 정보 및 설정된 제어로직에 따라 윈치(10)의 모터(14), 다관절 로봇암(20)의 모터들, 그립퍼(40)의 모터(47), 전자석으로 된 자석부(30) 등에 명령신호를 송신하여 화물 하역 장치가 용기의 로딩, 파지 또는 결착, 언로딩 등을 자동으로 수행할 수 있게 한다.
이러한 제어부(50)는 각종 연산이나 명령이 수행 가능한 반도체 칩 등이 내장된 마이크로프로세서(Microprocessor)와 같은 다양한 처리장치로 구현될 수 있으며, 본 발명의 화물 하역 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(50)는, 항공기(1)의 제어 시스템에 병합되거나 겸용으로 사용될 수 있다.
따라서, 제어부(50)는 화물창(2) 내에 복수의 용기(9)를 탑재할 때 화물 하역 장치를 이용하여 바닥판(3)에서 하중에 따라 용기를 배치할 수 있다.
무게중심을 산출하거나 추정하는 기술은 다양하게 제안되고 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)를 이용하여 항공기(1)의 화물창(2) 내에서 용기(9)를 적절히 배치하거나 위치를 조정할 수 있기 때문에, 화물창의 안쪽에 있는 용기를 로딩 순서와 관계없이 언로딩할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
도 2는 다관절 로봇암의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
다관절 로봇암(20)의 다른 실시예로는 플렉시블 형태의 다관절 로봇암이 채용될 수 있다. 예를 들어, 다관절 로봇암은 복수의 푸시로드(31), 구동모듈(32), 복수의 회전관절(33), 및 복수의 연결와이어(34)를 포함할 수 있다.
푸시로드(31)는 제1 푸시로드(31a), 제2 푸시로드(31b), 제3 푸시로드(31c), 제4 푸시로드(31d)를 포함하며, 각각 연결와이어(34)와 대응되어 연결될 수 있다.
각 푸시로드(31)를 위한 구동모듈(32)은 모터, 감속기, 스크류 너트로 구성될 수 있다. 푸시로드 상에는 푸시로드의 이동량을 검출할 수 있는 위치 센서와, 모터의 회전수를 검출할 수 있는 인코더가 더 설치되어, 푸시로드의 작동 정확도를 검출하도록 할 수 있다.
이로써, 푸시로드(31)의 이동량을 정밀하게 제어할 수 있으며, 나아가 회전관절(33)의 회전각도를 정밀하게 제어할 수 있다.
복수의 회전관절(33)은 복수의 종방향 회전관절(33a)과 복수의 횡방향 회전관절(33b)이 번갈아 연결될 수 있다. 종방향 회전관절과 횡방향 회전관절은 서로 동일한 구조를 가질 수 있으며, 장착되는 회전축이 서로 수직하게 되는 조건을 충족하면 된다.
연결와이어(34)는 제1 연결와이어(34a), 제2 연결와이어(34b), 제3 연결와이어(34c), 제4 연결와이어(34d)를 포함할 수 있다. 제1 푸시로드(31a)에 연결된 제1 연결와이어(34a)와 제2 푸시로드(31b)에 연결된 제2 연결와이어(34b)는 종방향 회전관절(33a)을 제어하여 x점을 회전축으로 하여 종방향 회전관절이 회전할 수 있다. 제3 푸시로드(31c)에 연결된 제3 연결와이어(34c)와 제4 푸시로드(31d)에 연결된 제4 연결와이어(34d)는 횡방향 회전관절(33b)을 제어하여 y점을 회전축으로 하여 횡방향 회전관절이 회전할 수 있다.
각 푸시로드(31)는 각 연결와이어(34)에 동력을 제공하며, 푸시로드가 해당 연결와이어를 앞으로 밀고 뒤로 당기는 이동량은 연결와이어의 긴장 및 이완을 제어함으로써, 각 회전관절(33)의 회전각도로 전환될 수 있다.
예를 들어, 다관절 로봇암(20)이 일측으로 상향 스윙을 구현하고자 할 때, 제1 푸시로드(31a)는 제1 연결와이어(34a)를 뒤로 당겨 긴장되게 하고, 제2 푸시로드(31b)는 앞으로 이동하여 제2 연결와이어(34b)는 앞으로 이완된다. 제3 연결와이어(34c)와 제4 연결와이어(34d)는 이동되지 않고 정지 상태를 유지한다.
제1 연결와이어(34a)는 뒤로 긴장되고 동시에 제2 연결와이어(34b)는 앞으로 이완되므로, 제1 연결와이어와 제2 연결와이어의 협력에 의해 종방향 회전관절(33a)을 회전시켜 다관절 로봇암의 단부를 위로 견인할 수 있다.
연결와이어(34)의 긴장과 이완을 통하여 스윙 각도를 제어하며, 스윙 각도가 원하는 각도에 도달될 때 회전관절(33)을 제동하면, 다관절 로봇암의 상향 스윙 동작을 완성하도록 할 수 있다.
필요에 따라, 회전관절(33)은 제동기를 포함할 수 있으며, 예컨대 전자기에 의한 단전 제동 방식의 제동기가 채택될 수 있다. 이러한 단전 제동 방식의 제동기는, 전류가 차단되면 회전축이 회전할 수 없게 되어 회전관절은 회전 불가능한 제동상태로 되고, 전류가 흐르면 제동기의 기계적인 물림이 해제되면서 회전관절은 회전할 수 있다.
회전관절과 제동기의 일례가 대한민국 공개특허공보 2018-0010943호에 기재되어 있으며, 이와 같은 회전관절과 제동기의 기술은 본 발명에 참고로 인용되고 병합될 수 있다.
각 제어시점에 동일한 회전방향의 회전관절(33)들 중 일부만 회전 동작을 이행할 수 있고, 동일한 회전방향의 나머지 회전관절은 제동기에 의해 제동될 수 있다. 이와 같이 복수의 푸시로드 중 일부와 복수의 회전관절 중 일부가 작동하도록 제어됨으로써, 도면에 도시된 것처럼 다관절 로봇암은 구불구불한 형태의 작동모드가 구현될 수 있다.
이와 같은 플렉시블 형태의 다관절 로봇암은, 관절마다 요구되는 모터를 생략할 수 있기 때문에, 모듈화 설계가 용이하고 구조가 콤팩트하며 호환성이 우수하게 되어, 제조와 유지보수의 비용을 절감 가능하고, 자유도가 높아 적용 범위를 확대할 수 있다.
또한, 플렉시블 형태의 다관절 로봇암은 자체 회전각도를 변화시켜 최적의 자세에 도달 가능하므로 다양한 작업 임무와 주변 환경의 변화에 적응 가능하다. 예컨대 항공기(1)의 화물창(2) 등과 같이 구조가 협소한 공간 내에서 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.
플렉시블 형태의 다관절 로봇암으로는 전술한 예에 한정되지 않으며, 다른 임의의 구성을 가진 다관절 로봇암이 채택될 수 있다. 예를 들면, 연결와이어 대신에 공압식 벨로우즈 세그먼트와 로터리 드라이브를 포함한 다관절 로봇암이 채택되어도 된다.
다관절 로봇암(20)의 단부에는 전술한 그립퍼(40)가 장착될 수 있다. 또한, 그립퍼와 함께 또는 그립퍼 대신에, 다관절 로봇암의 단부에는 자석부(30)가 결합될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 화물 하역 방법 중 항공기로부터 이송로봇에 용기를 언로딩하는 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는, 항공기(1)로부터 화물을 언로딩할 때 항공기의 이착륙장을 구축하기 어렵거나 이착률장이 없는 곳에서는 항공기가 직접 착륙하지 않고 호버링(Hovering: 제자리에서 정지 비행)하면서 화물을 지면에 언로딩할 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 항공기의 화물 하역 장치는, 용기(9)를 탑재하고 지면에서 이동 가능한 이송로봇(60)을 더 포함할 수 있다.
이송로봇(60)은 자율주행이 가능하다. 이를 위해, 이송로봇은 제어유닛에 의해 주행 방향, 주행 속도, 선회 방향, 선회 속도, 정지 위치, 승하강, 긴급 정지 등이 제어될 수 있다. 이러한 자율주행의 제어를 위해 이송로봇에는 도시되지 않은 배터리와 각종 센서가 장착될 수 있다.
이송로봇(60)은 제어유닛에 저장된 맵에 제공받은 위치정보를 매칭하고, 이어서 항공기(1)가 접근하게 될 장소를 찾아 제어유닛이 주행부(61)를 제어하고 작동시킴으로써 해당 장소까지 이동할 수 있다.
이와 같은 자율주행과 내비게이팅 관련 기술은 이송로봇 분야에서 다양하게 제안되고 있으며, 본 발명의 주요 요지로부터 벗어나므로, 본 명세서에서 이와 관련된 상세한 설명은 생략한다.
다만, 이송로봇(60)이 항공기(1)로부터 화물이 넣어진 용기(9)를 받아 탑재하거나 이송로봇으로부터 항공기로 용기를 로딩하기 위해, 항공기의 아래까지 접근하도록 제어하는 이송로봇의 제어유닛은 관제시스템 또는 외부 서버와 통신이 가능하여, 관제시스템 또는 외부 서버로부터 목적으로 하는 위치정보를 전송받거나, 반대로 자신의 위치정보를 관제시스템에 전송할 수 있다.
또한, 이송로봇(60)의 제어유닛은 항공기(1)와 이송로봇(60) 사이의 거리가 근접해 있을 때 근거리 통신망을 통해 항공기의 제어부(50)와 통신이 가능하다. 항공기의 제어부는 근거리 통신망에 의해 이송로봇이 그 위치와 자세, 높이 등을 조절하도록 이송로봇의 제어유닛에 신호를 송출할 수 있다.
여기서, 근거리 통신망으로는 RFID(Radio Frequency IDentification), 비콘(Beacon), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신망이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 다른 임의의 통신망이 사용될 수 있다.
이송로봇(60)의 상판(62)은 전체적으로 편평한 형상을 갖고 있으며, 이러한 상판은 다양한 크기의 화물이 넣어진 용기(예컨대 육면체 형상의 박스)의 탑재영역으로 작용할 수 있다.
이송로봇(60) 자체 또는 이송로봇의 상판(62)이 승강 가능하게 형성됨으로써, 용기(9)를 항공기(1)로부터 이송로봇에 언로딩하거나 이송로봇으로부터 항공기로 로딩할 때 용기를 적절한 높이로 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
이송로봇(60)의 상판(62)에는, 예를 들어 용기(9)의 하면에 있는 오목홈(미도시)에 삽입되어 결합되는 돌출부(63)가 형성될 수 있다. 돌출부는 상판으로부터 위로 돌출하고, 용기의 오목홈과 형상맞춤될 수 있다.
편평한 형상과 돌출부(63)를 갖춘 상판(62)으로 인하여, 화물이 넣어진 용기(9)는 이송로봇(60) 상에 안정적으로 탑재되어 이동될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 용기(9)에 수용된 화물을 실은 항공기(1)는 화물 하역의 목적지 근처까지 비행하여 이동한다. 항공기의 제어부(50)는 통신을 통해 관제시스템에 항공기의 위치정보를 전송한다.
관제시스템이 항공기(1)의 위치정보를 확인하여 항공기는 화물 하역의 목적지 근처까지 도달하였음을 파악하게 되면, 해당 이송로봇(60)에 명령신호를 송출하여 이송로봇이 활성화될 수 있게 한다. 이에 따라, 상판(62)이 비어 있는 이송로봇은 자율주행하여, 화물 하역의 목적지를 향해 이동될 수 있다.
항공기(1)는 화물 하역의 목적지에 도착하면 착륙하지 않고 호버링하면서 목적지의 공중 위에 머물러 있게 된다. 목적지에 도달한 이송로봇(60)은 항공기의 아래에 위치하게 된다.
항공기(1)의 화물창(2) 내에서는, 다관절 로봇암(20)이 제어부(50)의 제어하에 작동되어 그립퍼(40)가 언로딩될 용기(9)를 향해 이동되게 한다. 그립퍼가 제어부의 제어하에 작동되어 해당 용기를 결착한 후, 다관절 로봇암이 그립퍼와 용기를 화물창의 도어(4) 쪽으로 이동시킨다.
도어(4)가 개방된 다음에, 항공기(1)의 제어부(50)는, 이송로봇(60)이 그 위치와 자세 등을 조절하도록 근거리 통신망을 통해 이송로봇의 제어유닛에 신호를 송출할 수 있다.
또한, 항공기(1)의 제어부(50)는, 화물창(2)의 개방된 개구부를 통해 외부에 노출된 다관절 로봇암(20) 또는 그립퍼(40)의 영상 센서(52)에 의해 항공기의 부근 상황을 감지하고 이송로봇(60)의 위치를 확인할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 이송로봇(60)의 위치가 확인된 후, 윈치(10)가 제어부(50)의 제어하에 작동되어, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40) 및 용기(9)를 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 항공기(1)의 외부로, 즉 항공기의 아래로 내려보내게 된다.
구체적으로, 윈치(10)의 모터(14)가 작동함으로써 드럼(13)이 회전하게 되고, 드럼의 회전으로 인하여 와이어(12)가 드럼으로부터 풀려나오게 됨으로써, 와이어에 연결된 다관절 로봇암(20), 그리고 그립퍼(40) 및 용기(9)가 함께 하강할 수 있게 되는 것이다.
예를 들어, 바람 등의 기상 상황이나 항공기(1)의 움직임에 의해 용기(9)와 이송로봇(60) 사이의 정렬이 어긋나게 되면, 항공기의 제어부(50)는 실시간으로 영상 센서(52)에 의해 그립퍼(40)와 이송로봇(60) 사이의 위치편차를 감지하고, 위치편차를 보정하기 위해 위치편차만큼 다관절 로봇암(20)을 작동시키거나, 이송로봇이 이동하여 위치와 자세 등을 조절하도록 근거리 통신망을 통해 이송로봇의 제어유닛에 신호를 송출할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇암(20) 및 그립퍼(40)와 함께 용기(9)의 하강이 일정 수준 이하로 이루어지면, 항공기(1)의 제어부(50)는 이송로봇(60)이 높이를 조절하도록 근거리 통신망을 통해 이송로봇의 제어유닛에 신호를 송출할 수 있다. 이로써, 이송로봇은 제어유닛에 의해 이송로봇 자체 또는 이송로봇의 상판(62)이 상승하도록 제어되고, 항공기로부터 용기를 받아들이도록 준비될 수 있다.
항공기(1)로부터 화물 하역 장치에 의해 용기(9)가 하강하면서 이송로봇(60)의 상판(62) 위에 놓이게 되면, 영상 센서(52)에 의해 그립퍼(40)와 이송로봇(60) 사이의 정렬이 실시간으로 감지되고 있기 때문에, 용기의 오목홈 안으로 이송로봇의 상판 위에 형성된 돌출부(63)가 자동으로 형상맞춤되어 삽입되게 된다.
편평한 형상과 돌출부(63)를 갖춘 상판(62)으로 인하여, 용기(9)는 이송로봇(60) 상에 안정적으로 탑재될 수 있으며 이후에 이송로봇에 의해 이동될 수 있다.
용기(9)가 이송로봇(60) 위에 안착됨으로써, 윈치(10)의 와이어(12)에는 하중에 의해 가해진 긴장이 해소되게 된다. 하중 측정부(53)가 감소된 하중을 감지할 수 있으며, 제어부(50)는 하중 측정부로부터 입력받은 하중에 관련된 감지신호를 모니터링하고 감소된 하중을 근거로 하여 용기가 이송로봇 위에 안착됨을 판단한 다음에, 그립퍼(40)가 용기의 결착을 해제하도록 그립퍼를 제어할 수 있다.
구체적으로, 구동부(46)의 모터(47)가 작동함으로써 볼트축(48)이 회전하게 되고 볼트축의 회전으로 인하여 너트부(49)에 고정된 적어도 일측 핑거부재(42)의 위치가 가변됨으로써, 핑거부재들의 간격이 벌어져 용기(9)에 대한 결착이 해제될 수 있다.
혹은, 전자석이 자석부(30)로 채용된 경우에는, 제어부(50)는 자석부에 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
도 3d 도시된 바와 같이, 그립퍼(40)의 결착이 해제된 후, 윈치(10)가 제어부(50)의 제어하에 작동되어, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)는 화물창(2)의 개방된 개구부를 거쳐 항공기(1)의 내부로 회수된다.
구체적으로, 윈치(10)의 모터(14)가 작동함으로써 드럼(13)이 회전하게 되고, 드럼의 회전으로 인하여 와이어(12)가 드럼에 감기게 됨으로써, 와이어에 연결된 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)가 함께 상승할 수 있게 되는 것이다.
와이어(12)가 완전히 감아 올려질 때, 지지부(15)의 상면이 윈치(10)의 케이스 또는 지지브라켓(11)의 하면에 설치된 리미트 스위치(51)에 맞닿음으로써 신호가 발생하고, 리미트 스위치에 전기적으로 연결된 제어부(50)가 이 신호를 검지하여 윈치의 작동을 정지시켜 와이어의 감아올림을 종료할 수 있다.
화물창(2)의 도어(4)가 폐쇄된 다음에, 항공기(1)의 제어부(50)는, 다음 목적지를 향해 운항할 수 있도록 항공기를 제어한다. 또한, 용기(9)가 탑재된 이송로봇(60)은 자율주행하여 화물의 배달처를 향해 이동될 수 있다.
이로써, 항공기(1)가 착륙하지 않고 원하는 위치에 인력의 도움 없이 화물의 하역이 자동으로 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이송로봇(60)으로부터 항공기(1)의 화물창(2) 내로 용기(9)를 로딩하는 과정은 전술한 언로딩하는 과정의 역순으로 진행될 수 있다.
단지 로딩하는 과정 중 상이한 부분만 개략적으로 설명하자면, 항공기(1)가 목적지의 공중 위에 머물러 있고 도어(4)가 개방된 상태에서, 항공기로부터 화물 하역 장치의 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)가 하강할 때, 그립퍼의 핑거부재(42)들은 벌어져 있다.
그립퍼(40)가 항공기(1)의 아래에 위치된 이송로봇(60) 상의 용기(9)에 닿게 됨으로써, 윈치(10)의 와이어(12)에는 하중에 의해 가해진 긴장이 해소되게 된다. 하중 측정부(53)가 감소된 하중을 감지할 수 있으며, 제어부(50)는 하중 측정부로부터 입력받은 하중에 관련된 감지신호를 모니터링하고 감소된 하중을 근거로 하여 그립퍼가 용기에 닿음을 판단한 다음에, 그립퍼가 용기를 결착하도록 그립퍼를 제어할 수 있다.
구체적으로, 구동부(46)의 모터(47)가 작동함으로써 볼트축(48)이 회전하게 되고 볼트축의 회전으로 인하여 너트부(49)에 고정된 적어도 일측 핑거부재(42)의 위치가 가변됨으로써, 핑거부재들의 간격이 좁아져 용기(9)에 대한 결착이 이행될 수 있다.
혹은, 전자석이 자석부(30)로 채용된 경우에는, 제어부(50)는 자석부에 전원을 인가하여 자석부가 용기(9)에 결착되게 할 수 있다.
그립퍼(40)가 용기(9)를 결착한 후, 윈치(10)가 제어부(50)의 제어하에 작동되어, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40) 및 용기(9)가 화물창(2)의 개방된 개구부를 거쳐 항공기(1)의 내부로 들어올려지게 된다.
구체적으로, 윈치(10)의 모터(14)가 작동함으로써 드럼(13)이 회전하게 되고, 드럼의 회전으로 인하여 와이어(12)가 드럼에 감기게 됨으로써, 와이어에 연결된 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40) 및 용기(9)가 함께 상승할 수 있게 되는 것이다.
이때, 하중 측정부(53)의 하중 센서 또는 토크 센서는 용기(9)에 의해 다관절 로봇암(20) 또는 윈치(10)에 가해지는 하중 또는 토크를 감지하여 제어부(50)에 전송하고, 제어부는 감지신호를 근거로 용기의 하중을 측정하거나 산출할 수 있다.
와이어(12)가 완전히 감아 올려질 때, 지지부(15)의 상면이 윈치(10)의 케이스 또는 지지브라켓(11)의 하면에 설치된 리미트 스위치(51)에 맞닿음으로써 신호가 발생하고, 리미트 스위치에 전기적으로 연결된 제어부(50)가 이 신호를 검지하여 윈치의 작동을 정지시켜 와이어의 감아올림을 종료할 수 있다.
화물창(2)의 도어(4)가 폐쇄된 다음에, 항공기(1)의 제어부(50)는, 용기(9)의 하중에 관련된 정보 및 설정된 제어로직에 따라 다관절 로봇암(20)의 모터들에 명령신호를 송신하여 다관절 로봇암의 작동을 제어할 수 있다. 제어부의 제어 하에 다관절 로봇암은 화물창 내 바닥판(3) 상에서 하중에 따라 용기를 배치할 수 있다.
또한, 제어부(50)는 영상 센서(52)에 의해 화물창(2) 내에서 해당 용기(9)의 위치에 관련된 감지신호에 따라 용기가 적절한 위치에 놓인 것으로 판단되면, 그립퍼(40)가 용기의 결착을 해제하도록 그립퍼를 제어할 수 있다.
이어서, 다관절 로봇암(20)과 그립퍼(40)가 원위치로 복귀한 다음에, 제어부(50)는 다음 목적지를 향해 운항할 수 있도록 항공기(1)를 제어한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 항공기가 착륙하지 않고 원하는 위치에 화물의 하역이 자동으로 이루어질 수 있게 되어, 작업의 편의성과 효율성이 향상됨과 더불어, 항공기의 연비를 증가시킬 수 있으며, 이착률장이 없는 좁은 지역이나 선박 위에도 화물의 운송이 가능하게 되는 효과를 얻을 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 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
1: 항공기 2: 화물창
3: 바닥판 4: 도어
5: 천장 6: 날개
9: 용기 10: 윈치
11: 지지브라켓 12: 와이어
13: 드럼 14, 47: 모터
15: 지지부 20: 다관절 로봇암
21: 바디 22: 어깨
23: 제1 암부재 24: 제2 암부재
25: 제3 암부재 26: 손목
30: 자석부 31: 푸시로드
32: 구동모듈 33: 회전관절
34: 연결와이어 40: 그립퍼
41: 가이드 42: 핑거부재
43: 결합부 44: 연장부
45: 걸림부 46: 구동부
48: 볼트축 49: 너트부
50: 제어부 51: 리미트 스위치
52: 영상 센서 53: 하중 측정부
60: 이송로봇 61: 주행부
62: 상판 63: 돌출부

Claims (22)

  1. 항공기의 화물창에 설치된 윈치;
    상기 윈치에 매달려 설치된 다관절 로봇암; 및
    상기 다관절 로봇암의 단부에 구비되어 용기에 결착 가능한 그립퍼;
    를 포함하는 화물 하역 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화물창은 상기 용기의 출입이 가능하도록 바닥판이 개방 가능하며,
    상기 윈치는, 상기 바닥판 중 개구부와 대응되는 위치에서 천장에 고정된 화물 하역 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윈치는,
    와이어를 풀거나 감는 드럼, 및
    상기 드럼을 회전시키는 모터
    를 포함하고,
    상기 와이어에는 상기 다관절 로봇암을 결합하고 지지하기 위한 지지부가 연결된 화물 하역 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 윈치는 리미트 스위치를 포함하고,
    상기 와이어가 감길 때, 상기 지지부의 상면이 상기 리미트 스위치에 닿음으로써 제어부가 상기 윈치의 작동을 정지시키는 화물 하역 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다관절 로봇암은 적어도 6축의 다관절 로봇암 또는 플렉시블 다관절 로봇암을 포함하는 화물 하역 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼는,
    상기 다관절 로봇암의 단부에 결합된 가이드;
    적어도 하나가 상기 가이드를 따라 왕복이동 가능한 복수의 핑거부재; 및
    왕복이동 가능한 적어도 하나의 핑거부재에 연결되어 상기 핑거부재를 구동시키는 구동부
    를 포함하는 화물 하역 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부는,
    정역회전이 가능하고 상기 가이드의 일측에 장착된 모터,
    상기 모터에 연결되어 회전되는 볼트축, 및
    상기 볼트축에 치합된 너트부
    를 포함하고,
    상기 너트부에 왕복이동 가능한 핑거부재가 고정되게 연결된 화물 하역 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼와 함께 또는 상기 그립퍼 대신에, 상기 다관절 로봇암의 단부에 결합된 자석부를 포함하는 화물 하역 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다관절 로봇암의 단부 또는 상기 그립퍼에는 영상 센서가 설치되고,
    상기 영상 센서는 제어부와 전기적으로 연결된 화물 하역 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용기의 하중을 감지하는 하중 측정부를 더 포함하고,
    상기 하중 측정부는 제어부와 전기적으로 연결되며,
    상기 하중 측정부는, 상기 다관절 로봇암의 단부와 상기 그립퍼 사이에 설치된 하중 센서 또는 상기 윈치에 설치된 토크 센서를 포함하는 화물 하역 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 화물창 내에 복수의 용기를 탑재할 때, 상기 제어부는, 용기의 하중에 관련된 정보 및 설정된 제어로직에 따라 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼를 제어하여, 상기 화물창의 바닥판 상에 상기 용기를 배치하는 화물 하역 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용기를 탑재하고 지면에서 이동 가능한 이송로봇을 더 포함하고,
    상기 이송로봇의 제어유닛은 상기 항공기의 제어부와 통신이 가능한 화물 하역 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이송로봇의 상판에는, 상기 용기의 하면에 있는 오목홈에 삽입되어 결합되는 돌출부가 형성된 화물 하역 장치.
  14. 항공기가 화물 하역의 목적지에 도착하면 착륙하지 않고 호버링하는 단계;
    이송로봇이 상기 목적지를 향해 이동되어 상기 항공기의 아래에 위치하는 단계;
    상기 이송로봇의 제어유닛과 상기 항공기의 제어부가 통신하는 단계;
    상기 항공기의 화물창으로부터 다관절 로봇암과 그립퍼가 하강하는 단계; 및
    상기 그립퍼와 상기 이송로봇 사이의 위치편차를 감지하고, 위치편차를 보정하는 단계
    를 포함하는 화물 하역 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 위치편차를 보정하는 단계에서는, 영상 센서에 의해 상기 그립퍼와 상기 이송로봇 사이의 위치편차를 감지하고, 통신을 통해 감지된 위치편차만큼 상기 다관절 로봇암을 작동시키거나 상기 이송로봇을 이동시키는 화물 하역 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼의 하강이 일정 수준 이하이면, 상기 이송로봇은 높이를 조절하도록 이송로봇 자체 또는 이송로봇의 상판이 상승하도록 제어되는 화물 하역 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 항공기로부터 상기 이송로봇으로 용기를 언로딩할 때,
    상기 다관절 로봇암이 작동되어 상기 그립퍼가 언로딩될 상기 용기를 향해 이동하는 단계;
    상기 그립퍼가 작동되어 상기 용기를 결착하는 단계;
    상기 다관절 로봇암이 상기 그립퍼와 상기 용기를 상기 화물창의 도어 쪽으로 이동시키는 단계;
    상기 도어가 개방된 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 외부로 내려보내는 단계
    를 더 포함하는 화물 하역 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 다관절 로봇암 또는 상기 윈치에 가해지는 하중을 모니터링하여, 상기 용기가 상기 이송로봇 위에 안착됨을 판단하는 단계; 및
    상기 그립퍼가 상기 용기의 파지를 해제하도록 작동하는 단계
    를 더 포함하는 화물 하역 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 항공기로부터 상기 이송로봇으로 용기를 언로딩할 때, 상기 용기가 하강하면서 상기 이송로봇의 상판 위에 놓이고, 상기 용기의 오목홈 안으로 상기 이송로봇의 상판 위에 형성된 돌출부가 삽입되는 화물 하역 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 이송로봇으로부터 상기 항공기로 용기를 로딩할 때,
    상기 화물창의 도어가 개방된 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 외부로 내려보내는 단계;
    상기 다관절 로봇암 또는 상기 윈치에 가해지는 하중을 모니터링하여, 상기 그립퍼가 상기 이송로봇 상의 상기 용기에 닿음을 판단하는 단계; 및
    상기 그립퍼가 상기 용기를 결착하도록 작동하는 단계
    를 더 포함하는 화물 하역 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 이송로봇으로부터 상기 항공기로 용기를 로딩할 때,
    상기 그립퍼가 상기 이송로봇 상의 상기 용기를 결착한 후 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 화물창의 개방된 개구부를 거쳐 상기 항공기의 내부로 들어올리는 단계;
    상기 윈치의 와이어가 완전히 감아 올려지면 상기 윈치의 작동을 정지시키는 단계;
    상기 화물창의 도어가 폐쇄된 후, 상기 다관절 로봇암이 작동되어 상기 그립퍼와 상기 용기가 로딩될 위치를 향해 이동하는 단계;
    상기 그립퍼가 작동되어 상기 용기의 결착을 해제하는 단계; 및
    상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼가 원위치로 복귀하는 단계
    를 더 포함하는 화물 하역 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 윈치가 작동되어, 상기 다관절 로봇암과 상기 그립퍼 및 상기 용기를 상기 항공기의 내부로 들어올릴 때, 상기 용기의 하중을 감지하거나 산출하고,
    상기 다관절 로봇암은, 상기 화물창 내 바닥판에서 상기 용기의 하중에 따라 배치되도록 상기 그립퍼와 상기 용기를 이동시키는 화물 하역 방법.
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