KR20240068543A - 배터리 공급기 - Google Patents

Abstract

플레이스먼트 기계와 공급기들을 교환하도록 작동하는 이동 로봇용 배터리는 소진된 배터리를 이동 로봇에서 배터리 저장소로 전달하기 위한 공급기 교환 메커니즘을 사용하여 교환될 수 있다.

Description

배터리 공급기{BATTERY FEEDER}

본 발명은 이동 로봇, 배터리, SMT 생산 라인 및 배터리 교체방법에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 소위 표면 실장 기술(SMT) 공정에서 인쇄 회로 기판(PCB), 기판 또는 작업편과 같은 부품 캐리어에 전자 부품을 장착하는 기술 분야에 관한 것이다.

이러한 전자 서브조립체의 생산은 일반적으로 전자 부품이 부품 공급 장치로부터 자동화된 방식으로 제거되어 예컨대 인쇄 회로 기판과 같은 부품 캐리어에 배치되는 소위 플레이스먼트 기계(placement machine)를 사용하여 발생한다. 부품 공급 장치에서 각각의 배치 위치로 부품의 이동은 소위 플레이스먼트 헤드와 같은 부품 핸들링 장치에 의해 발생한다.

소형 전자 부품의 가장 일반적인 패키징에는 작은 포켓이 형성된 캐리어 테이프(때때로 "벨트"라고도 함)가 사용된다. 각 포켓에는, 하나의 부품이 제공된다. 각 캐리어 테이프에는 한 가지 유형의 부품만 위치한다. 공간을 절약하고 보다 쉽게 운반할 수 있도록, 캐리어 테이프는 일반적으로 스풀에 감아 릴 형태로 형성된다. 전형적으로, 테이프 릴은 캐리어 테이프의 길이를 따라 제공된 구멍과 결합하는 모터 구동식 핀휠과 같은 테이프를 앞으로 구동하기 위한 구동 수단, 및 픽업 영역 또는 부품에 대한 액세스를 제공하는 창을 포함하는 공급기 모듈에 배치된다. 공급기 모듈은 플레이스먼트 기계에 제거 가능하게 삽입될 수 있다.

최근에는 수동 카트리지 모듈이나 카세트에 릴을 배치하는 카트리지 시스템이 제안되었고, 이 카트리지 시스템은 비교적 저렴한 플라스틱 컨테이너 또는 로봇이 쉽게 잡을 수 있는 정의된 형상의 인벨로프일 수 있고, 중앙 충전소에 적재된 후 공급기에 삽입된다. 대안으로, 플레이스먼트 기계 자체에 테이프 구동 메커니즘이 제공되는 경우, 카트리지 모듈을 플레이스먼트 기계에 직접 삽입할 수 있다. 카트리지 및 공급기 배열의 예는 예컨대 DE 10 2019 127 299.8에 설명되어 있다. 이러한 시스템에서, 공급기 유닛은 캐리어 테이프의 포켓 내에 위치한 부품이 플레이스먼트 기계의 플레이스먼트 헤드가 부품에 접근할 수 있는 피킹 영역(picking region)으로 이동되도록 카트리지 유닛 내에 위치한 캐리어 테이프를 구동하는 데 사용될 수 있다. 피킹 영역은 특정 설계에 따라 카트리지 내부 또는 공급기 내부에 위치할 수 있다.

플레이스먼트 기계의 작동을 위해서는, 각각의 캐리어 테이프를 포함하여 공급기(및/또는 설정에 따라 카트리지)를 플레이스먼트 기계에 공급할 수 있어야 한다.

이러한 개조(retooling)(예: 다양한 공급기/카트리지 장착)는 현재 높은 수준의 인력 투입이 필요한 수동 공정이다. 몇 년 동안, 자재 보충 및 전환을 자동화하기 위해 상당한 노력이 이루어졌다.

구체적인 배경 기술로는 EP3419402A1이 언급될 수 있다. 본 문서에 기술된 바와 같이, 공급 능력과 자재 저장을 모두 포함하는 공급기를 저장 위치와 작업 위치 사이에서 전달하기 위해 외부 교환 장치가 제공될 수 있으며, 교환 장치는 작업편 생산 방향과 평행한 하나 이상의 플레이스먼트 기계에 의해 생산 라인을 따라 이동하도록 작동 가능하다. 교환 장치는 생산 라인을 따라 장착된 레일을 따라 이동하도록 작동하고 레일에 의해 지지된다(이러한 이유로 장치는 "레일 유도 차량"으로 불릴 수 있음). 이러한 접근 방식은 다양한 장점을 갖는 데 이는 예컨대 기계 장착 레일을 사용하면 교환 장치가 플레이스먼트 기계에 대해 고정된 수직 위치에 유지되어 있기 때문에 바닥 표면의 결함으로 인해 발생할 수 있는 모든 문제를 피할 수 있고, 더우기 생산 라인에 따른 높은 수준의 위치 정확도가 가능하다. 이러한 시스템의 한 가지 장점은 레일 유도 차량이 플레이스먼트 기계로부터 지속적으로 동력을 끌어낼 수 있다는 것이다. 그러나 이러한 시스템과 관련된 다양한 단점도 있다. 예컨대, 생산 라인의 각 측면에 전용 교환 장치를 사용해야 하므로 인접한 라인을 얼마나 가깝게 배치할 수 있는지가 제한될 수 있다. 설명된 시스템에는 유연성이 부족하여 예컨대 카트리지 기반 공급 시스템을 관리할 수 없다. 시스템은 상대적으로 느리고, 각 생산 라인마다 전용 장비에 대한 요구 사항이 크기 때문에 비용이 많이 드는 것으로 나타났다.

보다 유연하고 잠재적으로 더 저렴한 솔루션은 자동 유도 차량(AGV) 또는 자율 이동 로봇(AMR)에 공급기/카트리지 교체 메커니즘을 장착하는 것일 수 있다는 것이 인식되었다. 편의를 위해 이 문서의 나머지 부분에서는 "AGV"라는 용어를 사용하여 레일이나 기타 설정된 경로를 따라 이동하도록 제한되지 않는 모든 이동 로봇을 집합적으로 지칭한다. 당업계에 잘 알려진 바와 같이, AGV는 일반적으로 적어도 어느 정도의 자율성을 갖고 휠형 섀시에 의해 바닥을 가로질러 이동할 수 있는 소형 이동 로봇 장치이다. AGV는 많은 제조업체에서 구입할 수 있으며(따라서 상대적으로 저렴하고 생산 라인 운영자가 이미 적절한 AGV를 보유할 가능성이 있음) 일반적으로 작업별 장비를 운반할 수 있는 상위 플랫폼이 제공된다. 불행하게도, 공급기/카트리지 전환을 위해 AGV를 사용하는 것은 전력 요구 사항으로 인해 문제가 있다. 특히, 전력 트랙(예: 트램 또는 닷지 차량과 유사)에 접촉하는 접촉 와이어나 다른 AGV를 방해할 수 있는 케이블 드래그 체인이 제공되지 않는 한 지속적으로 전력을 끌어올 수 없으며, 마모 손상을 겪고 작업자에게 이동 위험을 제공한다. 따라서 AGV에 이동식 전력, 특히 재충전 가능한 배터리를 제공하는 것이 필요하다.

AGV에는 다양한 배터리 솔루션이 상업적으로 이용 가능하지만 SMT 라인을 자동화하려고 할 때 다음과 같은 단점이 있다:

i) 고정 배터리

AGV에 고정 배터리를 제공하는 것이 가능하다. 배터리를 재충전하려면, AGV를 충전 지점에 연결해야 한다. 즉, 플러그를 AGV에 연결해야 하거나(위에서 설명한 케이블 드래그 체인과 유사한 문제 발생) AGV가 충전소로 이동해야 한다. 이 옵션은 완전히 자동화될 수 있지만, 둘 이상의 AGV가 충전소를 방문해야 하는 경우 한 AGV가 다른 AGV의 충전이 완료될 때까지 기다리므로 지연이 발생한다. 또한 이 문제를 피하기 위해 짧은 충전 주기를 사용하면 배터리 수명 주기에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

ii) 교체 가능한 배터리

대안으로, AGV는 소진된 배터리를 배터리 상점에서 완전히 충전된 배터리로 교환할 수 있으며, 이 교환은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 수동 교환에는 작업자가 필요하므로 공장 자동화의 목적이 무산된다. 한편 자동 교환에는 배터리를 물리적으로 교환하기 위한 복잡한 메커니즘을 포함하여 비교적 비용이 많이 드는 교환 스테이션이 필요하다.

본 발명은 고가의 교환 스테이션을 필요로 하지 않고 자동 교환 가능한 배터리를 사용하여 전력을 공급하는 SMT 생산 시설과 관련된 AGV와 같은 그러나 이에 국한되지 않는 이동 로봇을 위한 자동화된 전력 공급 시스템을 제공하고자 한다. 본 발명에 따르면, 이 목적은 배터리 교환을 위해 공급기/카트리지를 교환하기 위해 이동 로봇에 의해 사용되는 것과 동일한 교환 시스템을 사용함으로써 달성되며, 따라서 교환 스테이션에서 비싸고 복잡한 교환 메커니즘에 대한 필요성을 제거한다. 특히 이는 사용 중인 이동 로봇이 운반하는 공급기/카트리지와 동일한 물리적 인터페이스가 제공되는 교환 가능한 배터리를 사용하여 구현될 수 있다.

편의상, 이하 본 문서에서는 다음 용어를 다음과 같은 의미로 사용한다:

"이동 로봇(Mobile robot)"은 AGV, AMR은 물론 레일 유도 차량이나 기타 경로 제한된 차량을 포함한 로봇 차량을 의미한다;

"공급기(Feeder)"는 테이프 릴 저장 장치와 캐리어 테이프를 전진시키기 위한 구동 수단을 포함하는 공급기와 모듈식 카트리지 - 테이프 릴 저장 장치와 구동 수단이 별도의 상호 결합된 카트리지 및 공급기 부품에 위치하는 공급기 시스템을 모두 포함하는 것으로 간주된다;

X, Y 및 Z 축은 다음과 같이 해당 분야의 기존 방식대로 사용된다:

X축은 생산 라인을 따라 작업편 운송 방향과 평행하고 하류 방향으로 증가하며 실질적으로 수평이며,

Y축은 X축에 직교하고 플레이스먼트 기계를 향한 방향으로 증가하며 실질적으로 수평이고, 및

Z축은 X축과 Y축에 직교하며 일반적으로 수직이고 위쪽 방향으로 증가한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 플레이스먼트 기계와 공급기들을 교환하는 이동 로봇이 제공되고, 상기 이동 로봇은:

공급기들을 일시적으로 저장하는 공급기 저장소,

상기 공급기 저장소로부터 플레이스먼트 기계로 공급기들을 전달하도록 구성된 교환 메커니즘,

상기 이동 로봇과의 해제 가능하고 반복 가능한 결합에 적합하도록 적응된 모듈형 배터리로부터 전력을 수용하기 위한 로봇 전기 접점을 포함하고,

상기 교환 메커니즘은 상기 모듈형 배터리를 외부 배터리 저장소로 전달하도록 구성된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 공급기들을 플레이스먼트 기계로 전달하도록 구성된 이동 로봇에 구체적으로 전력을 제공하기 위한 배터리가 제공되고, 상기 이동 로봇은 각각의 공급기가 일시적으로 저장될 수 있는 세장형 공급기 트랙을 포함하고, 상기 배터리는:

상기 세장형 공급기 트랙과 평행하게 배열된 상기 이동 로봇에 위치한 세장형 배터리 트랙과 해제 가능하게 반복적으로 결합하도록 구성된 배터리측 결합 수단, 및

상기 배터리측 결합 수단이 상기 세장형 배터리 트랙과 물리적으로 결합될 때 상기 이동 로봇에 전력을 제공하기 위한 배터리 전기 접점을 포함한다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, SMT 생산 라인이 제공되고, 상기 SMT 생산 라인은:

플레이스먼트 기계,

제1 양태에 따른 이동 로봇, 및

상기 이동 로봇에 전력을 제공하기 위해 제2 양태에 따른 모듈형 배터리를 충전하는 충전소를 포함한다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 플레이스먼트 기계와 공급기들을 교환하도록 작동하는 이동 로봇을 위한 배터리 교체 방법이 제공되고, 상기 이동 로봇은:

공급기들을 일시적으로 저장하는 공급기 저장소, 및

상기 공급기 저장소로부터 플레이스먼트 기계로 공급기들을 전달하도록 구성된 교환 메커니즘을 포함하고,

상기 방법은:

i) 상기 이동 로봇을 배터리 저장소로 이동시키는 스텝, 및

ii) 상기 교환 메커니즘을 사용하여 소진된 배터리를 상기 이동 로봇에서 상기 배터리 저장소로 전달하는 스텝을 포함한다.

본 발명의 다른 특정 양태 및 특징은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.

본 발명은 이제 첨부된 도면(축척에 맞춰지지 않음)을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 공급기를 운반하는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 로봇이 충전소에 접근하는 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 이동 로봇이 다른 유형의 충전소에 접근하는 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공급기와 배터리의 결합 수단의 확대된 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3의 배터리를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공급기와 배터리의 결합 수단의 확대된 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 교환 메커니즘을 갖는 도 1의 이동 로봇을 사시도로 개략적으로 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 다양한 작동 단계에서 도 6의 교환 메커니즘을 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 8은 충전소로 사용되는 플레이스먼트 기계를 사시도로 개략적으로 도시한다.

도 1은 공급기(2)를 운반하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(1)이 외부 배터리 저장소, 여기서는 라인측 재고 스테이션(line-side stock station;LSS)(4) 내에 위치한 충전소(3)에 접근하는 것을 개략적으로 도시한 사시도이다. 보다 상세하게, 여기서는 예컨대 도시된 직교 X축과 Y축 모두를 따라 수평 운동 부품으로 이동할 수 있는 조종 가능한 휠(5)을 갖춘 AGV형 이동 로봇인 이동 로봇(1)에는 테이블(6)이 제공되고, 상기 테이블은 적어도 하나의 로봇 공급기 트랙(7)(여기서는 5개가 제공됨)을 포함하며, 각각의 로봇 공급기 트랙(7)은 세장형이고 테이블(6)의 표면을 가로질러 평행하게 연장된다. 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 각각의 로봇 공급기 트랙(7)은 공급기(2)와의 분리 가능하고 반복 가능한 결합을 허용하도록 프로파일링된다. 따라서 테이블(6)은 예컨대 공급기(2)가 LSS(4)와 플레이스먼트 기계(미도시) 사이에서, 또는 별도의 공급기 캐러셀(미도시)과 LSS(4) 사이에서 운반되는 동안 공급기(2)를 일시적으로 저장하기 위한 공급기 저장소로서 기능한다. 도 1에서, 5개의 로봇 공급기 트랙(7) 중 3개는 각각의 공급기(2)와 결합되어 있다. 또한, 테이블(6)은 또한 적어도 하나의 로봇 배터리 트랙(8)(여기서는 2개가 제공됨)을 포함하며, 각 로봇 배터리 트랙(8)은 세장형 형태이고 로봇 공급기 트랙(7)과 평행하게 테이블(6)의 표면을 가로질러 연장된다. 아래에서 더 자세히 설명하겠지만, 각각의 로봇 배터리 트랙(8)은 배터리(9), 특히 이동 로봇(1)과의 분리 가능하고 반복 가능한 결합에 적합한 모듈형 배터리와의 분리 가능하고 반복 가능한 결합을 허용하도록 프로파일링된다. 도 1에서, 로봇 배터리 트랙들(8) 중에서 하나는 배터리(9)와 연결되어 있고 다른 하나는 비어 있지만 배터리(10)가 위치할 위치에 배터리(10)의 윤곽이 표시되어 있다.

아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 각각의 배터리(9)는 각각의 로봇 배터리 트랙(8)에 위치할 때 이동 로봇(1)에 전력을 제공할 수 있다. 따라서 두 개의 로봇 배터리 트랙(8)을 제공하는 것이 유리한데, 그 이유는 소진된 배터리가 충전소(3)에서 교환되는 동안 하나의 배터리(9)에서 작동 전력을 끌어올 수 있기 때문이다. 그러나 이것이 필수적인 것은 아니다. 예컨대, 이동 로봇(1)에 별도의 충전용 배터리나 커패시터 등 배터리 교체 시 전력을 저장하기 위한 보조 수단(미도시)이 제공되는 경우에, 단일 로봇 배터리 트랙(8)이 사용될 수 있다. 물론, 추가 전력 백업을 제공하기 위해 2개보다 많은 로봇 배터리 트랙(8)이 제공될 수도 있지만, 이는 로봇 공급기 트랙(7)에 더 잘 사용될 수 있는 테이블(6)의 공간을 사용한다.

또한, 이동 로봇(1)에는 공급기 저장소로부터 플레이스먼트 기계로 공급기를 전달하도록 구성된 교환 메커니즘이 제공되며; 이를 명확하게 하기 위해 도 1에는 나타내지 않았으나, 아래의 도 6 및 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 보다 자세히 설명한다.

도 1에 도시된 LSS(4)는 SMT 생산 라인(11) 내에 위치하며, 이는 당업계에 잘 알려진 바와 같이 특정 응용 분야의 요구에 따라 하나 이상의 플레이스먼트 기계, 인쇄 기계, 검사 기계, 리플로우 오븐 등을 포함할 수 있고, 명확성을 위해 이들 중 어느 것도 도시되지 않았다. 기존 표기법을 사용하면, 생산 라인(11)에 의해 처리된 작업편은 도시된 X 방향으로 생산 라인(11)을 따라 이동하며, Y 방향은 수평이고 X 방향에 직교하므로 생산 라인의 폭과 연관되고, Z 방향은 방향은 수직 위쪽으로 연장된다. LSS(4)는 적어도 하나의 LSS 공급기 트랙(13)(여기서는 예컨대 4개가 도시됨)을 포함하는 LSS 테이블(12)을 포함하며, 각각의 LSS 공급기 트랙(13)은 세장형 형태이고 LSS 테이블(12)의 표면을 가로질러 평행하게 연장된다. 각각의 LSS 공급기 트랙(13)은 공급기(2)와의 해제 가능하고 반복 가능한 결합을 허용하도록 프로파일링되어 로봇 공급기 트랙(7)과 유사한 프로파일을 갖는다. 따라서 LSS 테이블(12)은 예컨대 공급기들(2)이 공급기 캐러셀에서 도착한 후에 공급기(2)를 일시적으로 저장하기 위한 저장소 역할을 하고 플레이스먼트 기계에서 전개를 기다리고 있다. LSS 공급기 트랙(13)은 LSS(4)의 전면에서 Y축과 평행하게 연장된다. 따라서 이동 로봇(1)이 도 1에 도시된 방향으로 LSS(4)에 접근하면, 인접하고 정렬된 각각의 로봇 공급기 트랙(7)과 LSS 공급기 트랙(13) 사이에서 공급기(2)를 슬라이딩함으로써 이동 로봇(1)과 LSS(4) 사이에서 공급기가 교환될 수 있다.

LSS(4)는 또한 배터리 저장 장치를 포함하며, 이 경우 충전소(3)는 LSS 테이블(12)의 전용 영역(여기서는 X축을 따라 가장 먼 LSS(4)의 단부)에 위치한 LSS 배터리 트랙(14)을 포함한다. LSS 배터리 트랙(14)은 세장형 형태이고 LSS 공급 트랙(13)에 평행하게 LSS 테이블(12)의 표면을 가로질러 연장된다. LSS 배터리 트랙(14)은 배터리(9)와의 분리 가능하고 반복 가능한 결합을 허용하도록 프로파일링되어 있으며, 로봇 배터리 트랙(8)과 유사한 프로파일을 가진다. 따라서 충전소(3)는 배터리(9)를 일시적으로 저장하기 위한 저장소 역할을 한다. 배터리(9)가 충전소(3)에 저장되는 동안, 충전소(3)에 의해 자동으로 재충전될 수 있고, 이 목적을 위해 전기 접점(미도시)이 LSS 배터리 트랙(14) 근처에 제공되어 결합된 배터리(9)에 제공된 전기 접점과 결합할 수 있으며, 이는 아래에서 더 자세히 설명된다.

LSS 배터리 트랙(14)은 LSS(4)의 전면에서 Y축과 평행하게 연장된다. 따라서 이동 로봇(1)이 도 1에 도시된 방향으로 LSS(4)에 접근하면, 인접하고 정렬된 각각의 로봇 배터리 트랙(8)과 LSS 배터리 트랙(14) 사이에서 배터리(9)를 슬라이딩함으로써 이동 로봇(1)과 충전소(3) 사이에서 배터리(9)가 교환될 수 있다.

사용 시, 이동 로봇(1)이 충전된 배터리(9)를 필요로 하는 경우(예컨대 이동 로봇(1)에 제공되고 이동 로봇(1)의 제어 시스템(미도시)에 통신 가능하게 연결된 종래의 충전 모니터링 시스템(미도시)을 사용하여 결정됨), 이동 로봇(1)은 도 1에 표시된 방향으로 LSS(4)로 이동하여, LSS 배터리 트랙(14)이 빈(즉, 도 1에 표시된 가장 왼쪽) 로봇 배터리 트랙(8)과 정렬된다. 충전된 배터리(9)는 그런 다음 이동 로봇의 교환 메커니즘(아래에서 더 자세히 설명됨)을 사용하여 LSS 배터리 트랙(14)에서 빈 로봇 배터리 트랙(8)으로 전달될 수 있다. 그런 다음 이동 로봇은 가장 오른쪽의 로봇 배터리 트랙(8)을 LSS 배터리 트랙(14)과 정렬하기 위해 X 축에 평행하게 이동할 수 있으며, 이 위치에서 교환 메커니즘은 소진된 배터리를 LSS 배터리 트랙(14)으로 슬라이딩하여 재충전을 시작할 수 있다. 그러면 이동 로봇(1)은 필요에 따라 다른 임무를 계속해서 수행할 수 있다.

여기서는 자세히 설명되지 않지만, 플레이스먼트 기계는 LSS 공급기 트랙(13)에 평행하게 연장되고 유사하게 프로파일링되는 기계 공급기 트랙도 포함하므로, 인접하고 정렬된 각각의 로봇 공급기 트랙(7)과 기계 공급기 트랙 사이에서 공급기(2)를 슬라이딩함으로써 공급기(2)가 이동 로봇(1)과 플레이스먼트 기계 사이에서 교환될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 2는 LSS(16)에서 다른 유형의 충전소(15)에 접근하는 도 1의 이동 로봇(1)을 사시도로 개략적으로 도시한다. 이 충전소(15)에는, LSS 공급기 트랙(13)과 각각 평행하게 연장되는 두 개의 LSS 배터리 트랙(14, 14')이 제공된다. 이러한 충전소를 사용하면, 두 개의 배터리(9)가 동시에 재충전될 수 있으며, 이는 전력 사용량이 높은 특정 생산 라인에 유리할 수 있거나, 하나 초과의 이동 로봇(1)이 생산 라인의 해당 섹션에 서비스를 제공하는 경우에 유리할 수 있다. 물론, 대안적인 실시예(미도시)에서는, 필요에 따라 추가 LSS 배터리 트랙(14, 14')이 제공될 수도 있다. 그러나 이상적으로는 LSS 배터리 트랙(14, 14')의 수는 LSS 공급기 트랙(13)에 대해 LSS(16)에서 이용 가능한 공간을 최대화하기 위해 가능한 한 최소화되어야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공급기(2)와 배터리(9)의 결합 수단의 확대 사시도를 개략적으로 도시한다. 공급기(2)는 공급기(2)의 길이(즉, 사용 시 Y축에 평행하게 연장되는 치수)를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 베이스(즉, 사용 시 가장 낮은 Z 위치의 측면)에 형성된 프로파일형 공급기 슬롯(20)을 포함한다. 프로파일형 공급기 슬롯(20)은 각각의 로봇 공급기 트랙(7) 또는 LSS 공급기 트랙(13)의 상부 표면으로부터 돌출하는 프로파일형 공급기 부재(21) 주위에 꼭 맞게 끼워지도록 치수가 정해진다. 로봇 공급기 트랙(7)과 LSS 공급기 트랙(13)의 프로파일이 트랙(13)은 유사하므로, 도시된 트랙은 로봇 공급기 트랙(7) 또는 LSS 공급기 트랙(13) 중 하나일 수 있으므로 도 3에서 이 트랙의 라벨은 "7/13"이라는 것을 이해해야 한다.

유사하게, 배터리(9)는 베이스(즉, 사용 시 가장 낮은 Z 위치의 측면)에 형성된 프로파일형 배터리 슬롯(22) 형태의 배터리측 결합 수단을 포함하며, 이는 배터리(9)의 길이(즉, 사용 시 Y축에 평행하게 연장되는 치수)를 따라 적어도 부분적으로 연장된다. 프로파일형 배터리 슬롯(22)은 각각의 로봇 배터리 트랙(8) 또는 LSS 배터리 트랙(14)의 상부 표면으로부터 돌출하는 프로파일형 배터리 부재(23) 주위에 꼭 맞게 끼워지도록 치수가 정해진다. 로봇 배터리 트랙(8)과 LSS 배터리 트랙(14)의 프로파일이 유사하기 때문에, 도시된 트랙은 로봇 배터리 트랙(8) 또는 LSS 배터리 트랙(14) 중 하나일 수 있으므로 도 3에서 이 트랙의 라벨은 "8/14"이는 것을 이해해야 한다

배터리(9)는 프로파일형 배터리 슬롯(22)에 인접하여 배터리(9)의 하부 표면에 위치된 전기 배터리 접점(24)을 포함하며, 이는 외부 장치에 전력을 제공하고 배터리(9)를 재충전하기 위해 전력을 수용하는 데 사용될 수 있다. 전기 트랙 접점(55)은 배터리 접점(24)과 유사한 상대 위치에서 프로파일형 배터리 부재(23) 근처에 제공되어, 배터리(9)가 각각의 배터리 트랙(8, 14)과 완전히 결합될 때 전기 에너지와 접촉하여 이를 수용(LSS 배터리 트랙(14)의 경우)하거나 배터리 접점(24)에 전기 에너지를 제공(로봇 배터리 트랙(8)의 경우)한다.

배터리 및 공급기 슬롯에 대하여 도 3에 도시된 프로파일은 예시일 뿐이며 다양한 변형이 가능하다. 그러나 모든 경우에 각각의 배터리 또는 공급기가 이동 로봇(1)의 교환 메커니즘에 의해, 예컨대 슬라이딩에 의해 각각의 트랙과 반복적으로 및 해제 가능하게 결합될 수 있고, 일단 트랙, 공급기 또는 배터리가 우발적인 분리를 방지할 수 있도록 충분히 잘 고정되어 있는 것이 중요하다.

도 4는 프로파일형 배터리 슬롯(22)과 배터리 접점(24)이 배터리(9)의 베이스에 도시된, 도 3의 배터리(9)를 사시도로 개략적으로 도시한다. 배터리(9)는 이동 로봇(1)의 교환 메커니즘과 물리적으로 결합하기 위한 교환 부재(25)를 포함하며, 여기서는 배터리(9)의 상부 표면(26)에 리세스로서 형성된다. 교환 부재(25)의 오목한 형태는 사용 시에 서로 마주보며 Y 방향으로 이격된 리세스의 두 개의 내부 측벽(27, 28)을 생성한다. 이러한 내부 측벽(27, 28)은 아래에 더 자세히 설명되는 것처럼 교환 메커니즘이 측벽(27)을 밀어서 배터리(9)를 Y 방향으로 밀고 측벽(27)을 향해 당김으로써 배터리(9)를 반대 방향으로 당길 수 있도록 교환 메커니즘에 대한 구매를 제공한다.

도시된 교환 부재(25)는 많은 가능한 설계 중 단지 하나일 뿐이며, 예컨대 교환 부재는 교환 메커니즘에 의해 다시 밀거나 당겨질 수 있는 돌출 특징부를 포함할 수 있다. 특히 간단한 대안으로, 배터리(9)의 케이싱은 교환 부재로 작용할 수 있으며, 교환 메커니즘의 설계에 따라 전방벽(가장 가까운 측면)은 배터리(9)를 Y 방향으로 밀어내는 데 사용되고 먼 단부 벽(전방벽의 반대쪽)은 배터리(9)를 반대 방향으로 당기는 데 사용된다.

또한, 공급기(2)에는 유사한 교환 부재가 제공되며, 공급기(2)는 교환 메커니즘에 의해 요구되는 대로 밀거나 당길 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공급기(2)와 배터리(9)의 결합 수단의 확대된 사시도를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 공급기(2)는 프로파일형 공급기 부재(21)와 마찬가지로 도 3의 것과 동일하다. 그러나, 본 실시예에서 배터리(9)는 프로파일형 공급기 슬롯(20)과 유사한 형태의 프로파일형 배터리 슬롯(32)을 포함하고, 트랙(8/14)은 프로파일형 공급기 부재(21)와 유사한 형태의 프로파일형 배터리 부재(33)를 포함한다. 이러한 유사한 프로파일을 사용하면, 배터리(9)가 적어도 일시적으로 공급기 트랙(7/13)에 위치할 수 있고, 공급기(2)의 경우 적어도 일시적으로 배터리 트랙(8/14)에 위치할 수 있다. 이러한 배열은 시스템에 추가적인 유연성을 허용하고 예비 트랙의 사용을 최적화한다. 예컨대, 완전히 충전된 배터리(9)는 필요할 때까지 공급기 트랙(7/13)에 일시적으로 위치될 수 있고, 고갈된 배터리(9)는 LSS 배터리 트랙(13)이 이용 가능해질 때까지 공급기 트랙(7/13)에 일시적으로 위치될 수 있으며, 공급기는 사용 등을 위해 필요할 때까지 배터리 트랙(8/14)에 일시적으로 위치할 수 있다.

도 6은 교환 메커니즘(40)을 갖는 도 1의 이동 로봇(1)을 사시도로 개략적으로 도시한다. 명확성을 위해, 이동 로봇(1)은 공급기(2), 배터리(9) 또는 존재할 수 있는 하우징 없이 도시된다. 교환 메커니즘(40)은 도시된 바와 같이 X축에 평행하게 테이블(6) 위로 연장되는 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42)를 포함한다. 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42)는 테이블(6)에서 위쪽으로 돌출된 직립 지지부(43)에 의해 지지된다. 전방 갠트리(41)는 전방 캐리지(44)를 운반하고 후방 갠트리(42)는 후방 캐리지(45)를 운반하며, 이들 각각은 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42) 각각의 길이를 따라 이동할 수 있다. 예컨대, 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42) 각각은 지지부(43)에 대해 회전할 수 있는 회전 가능한 나사를 포함할 수 있으며, 이로 인해 전방 캐리지 및 후방 캐리지가 각각의 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42)를 따라 함께 이동하게 된다. 대안적으로, 전방 캐리지(44) 및 후방 캐리지(45)는 선형 모터 또는 종래의 대안에 의해 각각의 전방 갠트리(41) 및 후방 갠트리(42)를 따라 독립적으로 구동 가능할 수 있다. 전방 캐리지(44) 및 후방 캐리지(45) 사이에는, 루프형 벨트 드라이브(46)가 매달려 있으며, 이는 결국 빔(47)을 지지하여 빔(47)과 벨트 드라이브(46) 모두 로봇 공급기 트랙(7)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 액추에이터(미도시)는 벨트 드라이브(46)를 전방 또는 후방으로 선택적으로 회전시키기 위해 제공되며, 이는 결국 필요에 따라 어느 방향으로든 도시된 Y축에 평행한 빔(47)의 이동을 야기한다. 빔(47)은 사용 중에 필요에 따라 공급기(2) 또는 배터리(9)의 교환 부재와 결합하여 밀거나 당길 수 있는 패들(48)을 운반한다. Y 축에 평행한 빔(47)의 공동 이동(concerted movement)과 X 축에 평행한 캐리지(44, 45)의 이동에 의해, 패들(48)은 X-Y 평면 내에서 필요에 따라 이동될 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 도 6의 교환 메커니즘(40)을 측면에서 보다 상세하게 그리고 다양한 작동 스테이지들에서 개략적으로 도시한다. 이동 로봇(1)이 이동하는 동안 사용될 수 있는 후퇴 구성의 교환 메커니즘(40)을 도시하는 도 7a를 먼저 보면, 빔(47)이 상부 아암(49)과 하부 아암(50)을 운반한다는 것을 알 수 있고, 이들은 모두 도시된 Y축에 평행한 방향으로 빔(47)에 대해 이동 가능하다. 각각의 상부 아암(49) 및 하부 아암(50)은 빔(47)에 피봇 가능하게 부착된 톱니형 휠(51)과 맞물려 결합하는 톱니형 랙을 포함한다. 상부 아암(49)은 연동부(52)에 의해 벨트 드라이브(46)에 대해 정지 상태로 유지된다. 패들(48)은 하부 아암(50)으로부터 직접 매달린다.

도 7b에서는, 패들(48)이 중간 구성으로 이동된다. 이는 벨트 드라이브(46)를 구동하여 빔(47)을 Y 방향으로 이동시킴으로써 달성된다. 연동부(52)에 의해 이동이 방지되는 상부 아암(49)은 톱니형 휠(51)과 맞물려서 톱니형 휠(51)의 시계 방향 회전을 유발하며, 이는 차례로 패들(48)에 의해 하부 아암(50)이 빔(47)에 대해 Y 방향으로 이동하게 한다.

도 7c는 완전히 연장된 구성으로 이동된 패들(49)을 도시하며, 빔(47)은 Y 방향으로 완전히 이동되었다. 이러한 이중 아암 메커니즘을 사용하면, 패들(48)의 이동 범위가 빔(47)의 이동 범위의 대략 두 배라는 것을 알 수 있다. 이에 따라 이러한 유형의 메커니즘은 패들(48)이 이동 로봇(1)의 풋프린트 외부로 이동되는 것을 허용하여, 필요에 따라 공급기 또는 배터리를 LSS 또는 플레이스먼트 기계에 완전히 삽입하거나 제거할 수 있다.

패들(48)을 교환 부재(25) 내로 이동시키기 위해, 패들은 공급기(2) 또는 배터리(9) 옆으로 이동되어 교환 부재(25)와 정렬될 때까지 구동된 다음, 교환 부재 리세스 내로 측면으로 이동될 수 있다. 교환 부재(25)로부터 패들(48)을 추출하기 위해 공정은 역으로 수행될 수 있다.

위의 설명에서 외부 배터리 저장소는 LSS의 일부로 구성되어 있지만, 이것이 유일한 가능성은 아니다. 예컨대, 일부 실시예에서 개별 플레이스먼트 기계는 외부 배터리 저장소를 포함할 수 있으며 자체적으로 배터리 충전 기능이 제공될 수 있다.

도 8은 SMT 생산 라인(11) 내의 이러한 플레이스먼트 기계(60)를 개략적으로 도시한다. 플레이스먼트 기계(60)에는 배터리(9)와 공급기(2) 모두를 수용할 수 있는 복수의 공급기/배터리 트랙(61)이 제공되고, 따라서 이 실시예에서는 프로파일형 배터리 및 공급기 슬롯과 부재는 예컨대 도 5에 도시된 것과 같은 유사한 형태를 갖는 것이 핵심이다. 이러한 플레이스먼트 기계(60)는 각각의 공급기/배터리 트랙(61)에 전기 트랙 접점(도 5에 도시된 전기 트랙 접점(55)과 유사)을 포함하고, 이는 각각의 공급기/배터리 트랙(61) 내에 위치하는 공급기(2) 또는 배터리(9) 중 어느 것에든 전력을 제공할 수 있다.

대안적으로, 플레이스먼트 기계는 도 1 및 도 2에 도시된 충전소(3, 15)와 유사하게 플레이스먼트 기계의 공급기 테이블로부터 분리된 전용 충전소를 구비할 수 있다.

이러한 방식으로 플레이스먼트 기계에 배터리 저장 기능을 장착하는 것은 공급기로 사용될 수 있는 플레이스먼트 기계의 공간이 감소하는 단점이 있는 반면, LSS 또는 적어도 배터리 충전소가 있는 LSS의 필요성이 감소되며, 특정 생산 라인의 경우 이는 전반적으로 보다 경제적인 시스템이 될 수 있다.

전술한 실시예는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위 내에서 다른 가능성과 대안이 당업자에게 명백할 것이다.

예컨대, 외부 배터리 저장소는 별도의 "버퍼" 스테이션을 포함할 수 있으며, 여기서 배터리는 이동 로봇이나 다른 방식에 의해 원격 충전소로 이동되기 전에 일시적으로 저장된다.

1 - 이동 로봇
2 - 공급기
3, 15 - 충전소
4, 16 - 라인측 재고 스테이션(LSS)
5 - 휠
6 - 테이블
7 - 로봇 공급기 트랙
8 - 로봇 배터리 트랙
9 - 배터리
10 - 배터리
11 - SMT 생산 라인
12 - LSS 테이블
13 - LSS 공급기 트랙
14, 14' - LSS 배터리 트랙
20 - 프로파일형 공급기 슬롯
21 - 프로파일형 공급기 부재
22, 32 - 프로파일형 배터리 슬롯
23, 33 - 프로파일형 배터리 부재
24 - 배터리 접점
25 - 교환 부재
26 - 상부 표면
27, 28 - 내부 측벽
40 - 교환 메커니즘
41 - 전방 갠트리
42 - 후방 갠트리
43 - 지지부
44 - 전방 캐리지
45 - 후방 캐리지
46 - 벨트 드라이브
47 - 빔
48 - 패들
49 - 상부 아암
50 - 하부 아암
51 - 톱니형 휠
52 - 연동부
55 - 전기 트랙 접점
60 - 플레이스먼트 기계
61 - 공급기/배터리 트랙

Claims (17)

1. 플레이스먼트 기계와 공급기들을 교환하는 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 로봇은:
   공급기들을 일시적으로 저장하는 공급기 저장소,
   상기 공급기 저장소로부터 플레이스먼트 기계로 공급기들을 전달하도록 구성된 교환 메커니즘,
   상기 이동 로봇과의 해제 가능하고 반복 가능한 결합에 적합하도록 적응된 모듈형 배터리로부터 전력을 수용하기 위한 로봇 전기 접점을 포함하고,
   상기 교환 메커니즘은 상기 모듈형 배터리를 외부 배터리 저장소로 전달하도록 구성되는, 이동 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 교환 메커니즘은 상기 플레이스먼트 기계로부터 공급기들을 수용하고 상기 공급기 저장소에 상기 공급기들을 위치시키고, 상기 외부 배터리 저장소로부터 상기 모듈형 배터리를 수용하도록 구성되는, 이동 로봇.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공급기 저장소는 각각의 공급기가 일시적으로 저장될 수 있는 세장형 공급기 트랙을 포함하고, 상기 이동 로봇은 상기 모듈형 배터리가 일시적으로 저장될 수 있는 상기 세장형 공급기 트랙에 평행하게 배열된 세장형 배터리 트랙을 포함하는, 이동 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 세장형 공급기 트랙에 평행하게 각각 배열된 복수의 세장형 배터리 트랙들을 포함하고, 여기서 상기 모듈형 배터리가 일시적으로 저장될 수 있는, 이동 로봇.
5. 제3항에 있어서,
   상기 공급기 트랙 및 상기 배터리 트랙은 각각 공급기 및 모듈형 배터리와 각각 결합하기 위한 프로파일형 결합 표면을 포함하는, 이동 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 공급기 트랙과 상기 배터리 트랙의 상기 프로파일형 결합 표면들은 동일한 프로파일을 가져, 공급기가 상기 배터리 트랙과 결합할 수 있고, 모듈형 배터리가 상기 공급기 트랙과 결합할 수 있는, 이동 로봇.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 교환 메커니즘은 상기 공급기를 상기 공급기 저장소에서 상기 플레이스먼트 기계로 밀고 상기 모듈형 배터리를 상기 배터리 저장소로 밀기 위해 상기 이동 로봇으로부터 멀리 연장 축을 따라 이동할 수 있는 패들, 및 상기 연장 축을 따라 상기 패들을 이동시키기 위해 상기 패들에 작동 가능하게 연결된 패들 연장 드라이브를 포함하는, 이동 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 패들은 상기 공급기 저장소의 공급기 또는 상기 모듈형 배터리와 선택적으로 정렬하기 위해 상기 연장 축에 직교하는 선택 축을 따라 이동할 수 있고, 상기 이동 로봇은 상기 선택 축을 따라 상기 패들을 이동시키기 위해 상기 패들에 작동 가능하게 연결된 패들 선택 드라이브를 포함하는, 이동 로봇.
9. 공급기들을 플레이스먼트 기계로 전달하도록 구성된 이동 로봇에 구체적으로 전력을 제공하기 위한 배터리로서, 상기 이동 로봇은 각각의 공급기가 일시적으로 저장될 수 있는 세장형 공급기 트랙을 포함하고, 상기 배터리는:
   상기 세장형 공급기 트랙과 평행하게 배열된 상기 이동 로봇에 위치한 세장형 배터리 트랙과 해제 가능하게 반복적으로 결합하도록 구성된 배터리측 결합 수단, 및
   상기 배터리측 결합 수단이 상기 세장형 배터리 트랙과 물리적으로 결합될 때 상기 이동 로봇에 전력을 제공하기 위한 배터리 전기 접점을 포함하는, 배터리.
10. 제9항에 있어서,
    상기 이동 로봇은 제1항에 따른 이동 로봇인, 배터리.
11. 제10항에 있어서,
    상기 교환 메커니즘과 물리적으로 결합하기 위한 교환 부재를 포함하는, 배터리.
12. 제9항에 있어서,
    상기 배터리측 결합 수단은 상기 세장형 공급기 트랙과 물리적으로 결합될 수 있는, 배터리.
13. SMT 생산 라인으로서,
    플레이스먼트 기계,
    제1항에 따른 이동 로봇, 및
    상기 이동 로봇에 전력을 제공하기 위해 제9항에 따른 모듈형 배터리를 충전하는 충전소를 포함하는, SMT 생산 라인.
14. 제13항에 있어서,
    상기 플레이스먼트 기계는 상기 충전소를 포함하는, SMT 생산 라인.
15. 플레이스먼트 기계와 공급기들을 교환하도록 작동하는 이동 로봇을 위한 배터리 교체 방법으로서, 상기 이동 로봇은:
    공급기들을 일시적으로 저장하는 공급기 저장소, 및
    상기 공급기 저장소로부터 플레이스먼트 기계로 공급기들을 전달하도록 구성된 교환 메커니즘을 포함하고,
    상기 방법은:
    i) 상기 이동 로봇을 배터리 저장소로 이동시키는 스텝, 및
    ii) 상기 교환 메커니즘을 사용하여 소진된 배터리를 상기 이동 로봇에서 상기 배터리 저장소로 전달하는 스텝을 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    iii) 충전된 배터리를 상기 배터리 저장소에서 상기 이동 로봇으로 전달하기 위해 상기 교환 메커니즘을 사용하여, 상기 배터리의 전기 접점이 상기 이동 로봇의 전기 접점과 결합하도록 하는 스텝을 포함하는, 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 이동 로봇은 제1항에 따른 이동 로봇을 포함하고, 상기 배터리는 제9항에 따른 배터리를 포함하는, 방법.

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