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KR100494235B1 - 활선작업용 로봇차 및 그 제어방법 - Google Patents

활선작업용 로봇차 및 그 제어방법 Download PDF

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KR100494235B1
KR100494235B1 KR10-1999-7003346A KR19997003346A KR100494235B1 KR 100494235 B1 KR100494235 B1 KR 100494235B1 KR 19997003346 A KR19997003346 A KR 19997003346A KR 100494235 B1 KR100494235 B1 KR 100494235B1
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KR
South Korea
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manipulator
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work
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도미야마도시히데
유리타요시히로
무라이신지
히라노유스케
하라다신지
츠루타겐고
모토무라요이치
이마이가즈토시
하가요시아키
나카무라요시카츠
하시구치유키오
마츠자키미츠히로
야마다히로미치
미시마아키히코
마루야마요시나가
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나카시마모리유키
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가부시키가이샤 야스카와덴키
규슈덴료쿠 가부시키가이샤
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Abstract

송배전선의 활선작업을 실행하는 활선작업용 로봇차로서, 고소작업차에 기단부를 선회, 기복, 신축 가능하도록 지지된 다단붐의 선단단을 절연물로 구성된 절연붐으로 하고, 이 절연붐의 선단에 마련한 가대에 배전작업을 실행하는 다축 구성의 양팔 매니퓰레이터와, 이들 양팔 매니퓰레이터를 좌우독립적으로 전후슬라이드시키는 슬라이드장치와, 중량물 매달아올림 기능을 갖는 다축구성의 매달아올림 아암을 탑재하여 오퍼레이터에 의한 원격조작을 실행하도록 한 활선작업용 로봇차에 있어서 상기 양팔 매니퓰레이터와 상기 슬라이드 장치를 구동하는 액츄에이터를 전기식으로 구성하고 상기 매달아올림 아암을 구동하는 매니퓰레이터를 유압식으로 구성한다. 이로써 매니퓰레이터의 고정밀도 위치결정이 가능해지며 오퍼레이터에 의한 원격조작과, 교시 및 재생에 의한 자동운전이 가능하며 또한 중량물 매달아올림 기능을 갖는 소형·경량의 제3아암을 탑재한 활선작업용 로봇차가 제공된다.

Description

활선작업용 로봇차 및 그 제어방법{ROBOT VEHICLE FOR HOT-LINE JOB AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 고전압 송배전선의 배선공사나 보수작업에 있어서 전력의 공급을 정지시키지 않고 작업하는 무정전작업에 쓰이는 활선(活線)작업용 로봇차 및 그 제어방법에 관한 것이다.
활선작업용 로봇차는 고소(高所)작업차의 붐(boom) 선단에 장착한 매니퓰레이터 베이스 위에 작업용 양팔 매니퓰레이터 및 전선지지 중량물 매달기용 제3아암을 탑재하고 이들을 지상의 로봇차 내의 조작캐빈 또는 붐 선단에 마련한 버킷 위의 조작반을 조작하여 배선공사나 보수작업을 한다.
이들 양팔 매니퓰레이터 및 제3아암을 구동하는 액츄에이터를 모두 유압식 액츄에이터로 구성한 경우, 양팔 매니퓰레이터에서는 높은 위치결정 정밀도를 얻을 수 없어 교시(티칭; teaching) 및 재생(플레이백; play-back)과 그 보정기능에 의한 자동운전이 어려워지는 반면, 중량물 매달아올림 기능을 가지며 위치결정 정밀도가 그다지 요구되지 않는 제3아암은 소형·경량화를 꾀할 수 있다. 그 반대로 양팔 매니퓰레이터 및 제3아암의 구동기구를 모두 전기식 액츄에이터로 구성한 경우에는 양팔 매니퓰레이터에서는 높은 위치결정 정밀도를 얻을 수 있어 작업대상물로의 접근 등 보정자동운전이 용이해지지만 제3아암은 대형, 대중량이 된다.
그래서 매니퓰레이터의 고정밀도 위치결정을 가능하게 하고 오퍼레이터에 의한 원격조작과 작업대상물로의 접근 등 보정자동운전이 가능한 한편, 또한 중량물 매달아올림 기능을 갖는 소형·경량의 제3아암을 탑재한 활선작업용 로봇차가 요망되고 있다.
또한 활선작업용 로봇에 있어서, 작업자가 고소작업차의 선단버킷에 탑승하여 매니퓰레이터를 조작하는 것이 탑승형 활선작업용 로봇이다. 탑승조작형 활선작업용 로봇에 있어서, 조작자가 감전에 이르는 패턴 중 하나는 도 7에 도시한 바와 같이 조작자(56)가 버킷(55) 안에서 활선(61)에 접촉되는 경우이다. 이 경우, 활선(61)과 대지 사이의 전압에 의해 누설전류가 활선(61)→조작자(56)→버킷(55)→붐부(제3붐(54),제2붐(53),제1붐(52))→차(51)→대지의 경로로 흐른다. 도 7의 57은 조작반, 58은 매니퓰레이터 장착부, 59는 제1절연아암부, 60은 제2절연아암부이다.
조작자의 안전을 위해 (사)일본자동차 차체공업회의 고소작업차 안전기준이 있다. 이 기준은 고소작업차의 절연성능으로서 누설전류가 0.5mA를 넘지 않을 것을 규정하고 있다. 또한 누설전류는 인가전압에 따라 다르기 때문에 본 기준의 시험전압으로서 전기회로전압의 2배에 해당하는 전압을 인가하는 것으로 규정되어 있다. 그리고 본 발명에 사용되는 활선작업용 로봇은 23kV의 활선을 작업하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 탑승조작형 활선작업용 로봇에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같은 감전에 대해 조작자에게 흐르는 누설전류는 인가전압 46kV에 대해 0.5mA 이하여야만 한다. 이 때문에 종래에는 도 8에 도시한 바와 같이 제3붐(54) 선단을 절연부재인 FRP중공원통(62)으로 구성함으로써 절연특성을 확보하고 있었다.
그런데 상기의 구성으로 우천시 누설전류를 0.5mA 이하로 하기 위해서는 절연연면(沿面)거리를 길게 할 필요가 있으며 이 때문에 항상 제3붐을 2m 이상 신장시킨 상태로 할 필요가 있다. 따라서 우천시에는 작업하는 활선이 비교적 낮은 위치에 있을 때에도 제3붐(54)을 2m 이상 신장시킬 필요가 있다. 이 경우 매니퓰레이터부의 중량에 따라 그것을 지탱하는 차체의 균형 악화, 차체의 전도가 우려되기 때문에 작업이 어려워지거나 또는 불가능해진다. 또한 제3붐을 2m 이상 신장시킨 상태에서 작업할 수 있다고 해도 제3붐에 빗물이 계속 들어오면 제3붐 표면의 물을 튀기는 성질, 즉 발수성(撥水性)이 저하되어 누설전류를 0.5mA 이하로 할 수 없게 된다. 또는 제3붐에 전압이 걸린 상태에서 제3붐 표면에 빗물이 들어오면 붐 표면에서 방전이 발생하고 이 방전에 의해 제3붐 표면의 FRP의 수지층이 급속히 열화되고 발수성이 급속히 저하된다. 이 때문에 누설전류 0.5mA 이하로 할 수 없게 된다.
또한 제3붐(4)에 모래 등 먼지가 부착된 경우, 붐을 신축시킬 때 제3붐(54)을 받는 로터 부분에서 제3붐 표면이 상처를 입어 장기적으로 제3붐의 발수성이 저하된다.
도 8은 종래의 붐부 구조를 도시한 단면도이다. 도 8에 있어서 제3붐(54)은 매니퓰레이터부를 지지하는 절연물이며 FRP중공원통(62)으로 구성되어 있다. FRP중공원통(62)은 절연물이기 때문에 맑은 날 도 7의 상황에서 조작자(56)가 활선에 접촉하였다고 해도 제3붐(54)을 0.5m 신장시킨 상태이면 활선전압 46kV에서 누설전류는 0.5mA 이하로 할 수 있다.
그런데 이 도 8에 도시한 종래의 구조에서는, 제3붐(54)에 전압이 인가된 상태에서 제3붐(54)의 표면에 더러운 물이 뭍으면 제3붐(54)의 누설전류가 급속히 증가한다는 시험결과를 얻을 수 있었다. 따라서 이 구조의 제3붐(54)에서는 우천시 누설전류가 0.5mA 이상이 되기 때문에 활선에 접촉했을 경우 활선작업용 로봇의 조작자에게 감전의 위험이 있다.
또한 배전선의 전압이 6kV급이면, 매니퓰레이터의 금속노출부와 액츄에이터를 절연보호커버로 덮음으로써 상간단락사고 방지에 필요한 파괴전압을 견디는 절연의 확보는 가능하지만 전압이 22kV급이 되면 파괴전압을 견디기 위해서는 절연보호커버와 금속부의 절연거리가 커져야 할 필요가 있어 실용과 겸할 수 있는 매니퓰레이터를 실현할 수 없는 문제도 발생했다.
한편 배전보수작업의 무정전공법에 적용되는 활선작업용 로봇차에 있어서 매니퓰레이터에 전기식 액츄에이터를 사용한 것은, 사람의 감전사고를 방지하기 위해 붐의 선단붐을 절연물로 구성하고 매니퓰레이터 등을 구동하는 발전기를 가대(架臺)위에 탑재하여 차량과 가대 사이의 전기적 절연을 확보하고 있다. 또한 매니퓰레이터에 의한 지락(地絡)사고 및 작업중에 2대의 매니퓰레이터 선단부에 장착한 공구 또는 매니퓰레이터 선단부가 다른 활선에 동시에 접촉한 경우에 발생하는 상간단락사고를 방지하기 위해 매니퓰레이터의 앞팔부에는 절연부가 마련되어 있다.
그런데 종래 기술에는, 사람의 감전사고는 방지할 수 있지만 매니퓰레이터나 붐 자체에 의한 오동작 또는 오퍼레이터에 의한 오조작으로 발생하는 2대의 매니퓰레이터의 팔꿈치와 팔꿈치 사이, 팔꿈치와 윗팔부 사이 또는 윗팔부와 윗팔부 사이가 다른 활선에 동시에 접촉한 경우의 상간단락사고는 2대의 매니퓰레이터의 팔꿈치부, 윗팔부에 배치된 전기식 액츄에이터가 제어반을 통해 전기적으로 연결되어 있기 때문에 막을 수 없는 문제가 있었다.
더욱이 고전압을 취급하는 활선작업용 로봇차는, 작업자의 감전에 따른 인신사고, 단락·지락에 의한 전기기기의 손상을 방지하여 안전성을 향상시키기 위해 전기기기의 본체와 접지선을 전기적으로 접속하는 접지작업을 함으로써 접지하고 있지만, 이동할 때마다 작업현장에서 접지해야만 한다. 이 작업은 작업자에 의해 실시되며 물리적인 접지상태만이 육안으로 판정되고 있다. 그래서 작업자가 접지를 잊어버리지 않도록 또한 전기적인 접지상태를 실시간에 무인으로 판정할 수 있도록 요망되고 있다.
또한 종래에는, 작업대상에 접근하기 위해 양팔 로봇에 부가되는 슬라이드축은 각 로봇 단독동작으로 작업대상의 전후방향으로 움직이는 것 또는 양팔이 동시에 전후슬라이드하는 것이었다. 그런데 종래 기술에서는 슬라이드는 서로 평행하게 움직일 뿐, 두 로봇간 거리가 고정되어 있기 때문에 로봇 사이에 작업대상물을 집어넣은 작업은 구성상 어려웠다. 따라서 로봇간의 장착간격을 넓히면 점유공간이나 중량이 커지는 문제점이 있었다. 또한 수납시 로봇의 장착간격을 좁히고 작업중에는 작업대상을 집어넣을 수 있도록 간격을 넓히기 위해서는 1축 더 추가해야 하는데 축 추가는 중량, 공간, 비용 등이 문제가 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 전체구성도이다.
도 2는 조작반 및 감시모니터의 배치를 도시한 것으로서, 도 2a는 정면도, 도 2b는 측면도, 도 2c는 평면도이다.
도 3은 매니퓰레이터의 예를 도시한 것으로서, (a)는 측면도, (b)는 평면도, (c)는 정면도이다.
도 4는 제3아암의 예를 도시한 측면도이다.
도 5는 제3아암의 수납자세를 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제3붐의 구조를 도시한 단면도이다.
도 7은 탑승조작형 활선작업용 로봇에 있어서 조작자가 감전에 이르는 일례와 감전시 전류의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 8은 종래의 제3붐의 구조를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3붐의 시험시 누설전류의 시간경과 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 종래의 제3붐의 시험시 누설전류의 시간경과 변화를 도시한 그래프이다.
도 11은 고소작업차의 구성을 도시한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예인 절연방식의 예를 도시한 측단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예인 갓의 예를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예인 갓의 사시도이다.
도 15는 절연방식과 누설전류의 관계를 도시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예가 되는 갓의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예가 되는 절연방식의 예를 도시한 측단면도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예가 되는 갓의 다른 예를 도시한 설명도이다.
도 19는 종래의 절연보호커버의 예를 도시한 측면도이다.
도 20은 본 발명의 절연보호커버의 예를 도시한 측면도이다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에 있어서 가대 위의 시스템 구성을 도시한 평면도이다.
도 22는 본 발명의 접지 인터록장치의 제1실시예를 도시한 개략도이다.
도 23은 본 발명의 접지 인터록장치의 제2실시예를 도시한 개략도이다.
도 24는 종래 구성의 슬라이드축을 갖는 배전선작업 로봇의 작업자세의 평면도이다.
도 25는 본 발명 구성의 슬라이드축을 갖는 로봇의 작업자세의 평면도이다.
도 26은 슬라이드기구 부착 베이스를 갖는 다관절 매니퓰레이터의 링크구성도이다.
도 27은 가상링크 구성과 좌표계를 도시한 설명도이다.
도 28은 궤도연산부의 처리를 도시한 흐름도이다.
도 29는 자동공구교환장치와 매니퓰레이터의 전체구성도이다.
도 30은 피매니퓰레이터측 접속부의 구성을 도시한 정면도 및 단면도이다.
도 31은 공구착탈부를 도시한 측단면도이다.
도 32는 자동공구교환장치의 동작상태를 도시한 설명도이다.
도 33은 작업구공급장치의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 34는 작업구공급장치의 구동부를 도시한 정면도이다.
도 35는 소켓의 취출흐름을 도시한 측단면도이다.
도 36은 소켓의 수납흐름을 도시한 측단면도이다.
도 37은 본 발명의 위치맞춤·자세맞춤 제어방법을 도시한 구성도 및 흐름도이다.
도 38은 위치맞춤·자세맞춤의 실시예를 도시한 설명도이다.
도 39는 로봇의 자세교정방법의 실시예를 도시한 개략도이다.
따라서 본 발명의 제1 목적은, 매니퓰레이터의 고정밀도 위치결정을 가능하게 하고, 오퍼레이터에 의한 원격조작과, 교시 및 재생과 그에 대한 보정기능에 의한 자동운전이 가능하며, 또한 전선지지 중량물 매달아올림 기능을 갖는 소형·경량인 제3 아암을 탑재한 활선작업용 로봇차를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 발수성을 장기간 유지할 수 있고, 활선작업용 로봇의 우천시 작업시에도 붐을 신장시킨 상태에서 감전의 우려가 없는 배선공사용 고소작업차의 붐구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3 목적은, 오동작·오조작에 의해 2대의 매니퓰레이터가 동시에 다른 활선에 접촉한 경우의 매니퓰레이터의 상간단락사고를 방지하는 데 있다.
본 발명의 제4 목적은, 접지하지 않은 경우에는 전기기기를 사용할 수 없도록 하여 안전성을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 제5 목적은, 1축의 슬라이드축만으로 수납시에는 콤팩트하게 수납할 수 있으며 작업에 따라 슬라이드축을 조작하면 양팔 매니퓰레이터 사이에 작업대상을 집어넣을 수도 있도록 하는 슬라이드축의 구성을 실현하는 데 있다.
본 발명의 제6 목적은, 양팔 매니퓰레이터의 작업에 필요한 공구를 자동교환하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제7 목적은, 양팔 매니퓰레이터의 작업에 사용하는 작업구를 효율적으로 꺼낼 수 있는 작업구 공급장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제8 목적은, 양팔 매니퓰레이터에서의 너트 착탈에 사용하는 소켓교환장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제9 목적은, 매니퓰레이터를 장착한 슬라이드 기구를 갖는 베이스를 구비한 활선작업용 로봇차에 있어서, 목표치로 주어진 손끝의 위치와 자세로 슬라이드축의 위치를 정할 수 있으며 슬라이드축과 매니퓰레이터를 동시제어할 수 있는 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제10 목적은, 양팔 매니퓰레이터의 한쪽을 다른쪽 위치나 자세에 맞추고 싶은 경우 수동조정조작없이 자동적으로 동작지령이 출력되어 작업시간의 단축, 조작성의 향상을 꾀하는 데 있다.
본 발명의 제11 목적은, 로봇에 절대정밀도가 요구되는 경우 정밀도 높은 교정을 실행하여 기본자세를 결정하지만, 위치 어긋남이나 부품교환으로 교정이 필요한 경우에는 기본자세부터 교정할 필요 없이 단시간에 정밀도 높은 교정을 실행하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 송배전선의 활선작업을 실행하는 활선작업용 로봇차로서, 고소작업차에 기단부를 선회, 기복, 신축가능하도록 지지된 다단붐의 선단단(段)을 절연물로 구성된 절연붐으로 하고, 이 절연붐의 선단에 마련한 가대에 배전작업을 실행하는 다축 구성의 양팔 매니퓰레이터와, 이들 양팔 매니퓰레이터를 좌우독립적으로 전후슬라이드시키는 슬라이드장치와, 전선지지 중량물 매달아올림 기능을 갖는 다축구성의 매달아올림아암을 탑재하여 오퍼레이터에 의한 원격조작을 실행하도록 한 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 양팔 매니퓰레이터와 상기 슬라이드장치를 구동하는 액츄에이터를 전기식으로 구성하고, 상기 매달아올림아암을 구동하는 매니퓰레이터를 유압식으로 구성한 것이다.
상기 제2 목적을 달성하기 위해서 상기 활선작업용 로봇차에 있어서, 상기 절연붐의 선단부에 빗물을 모으는 홈통을 갖춘 갓을 장착했다.
또한 상기 붐의 구조를, 그 선단에 배선공사를 하는 작업부가 장착된 FRP 또는 GFRP제 신축측 붐과, 상기 신축측 붐을 안내지지하는 롤러를 마련한 수납측 붐으로 구성된 것으로 하고 상기 신축측 붐의 접동면(摺動面)에 실리콘화합물을 도포한다.
또는 상기 붐의 구조를, 그 선단에 배선공사를 하는 작업부가 장착된 FRP 또는 GFRP제 신축측 붐과, 상기 신축측 붐을 안내지지하는 롤러를 마련한 수납측 붐으로 이루어진 것으로 하고, 상기 신축측 붐의 롤러와 접촉하지않은 비접동부에, 절연물로 구성되고 그 표면에 실리콘화합물이 도포된 갓을 설치한다.
상기 제3 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
2대의 다축 구성의 전기식 양팔 매니퓰레이터가 다른 활선에 동시에 접촉한 경우에 발생하는 상간단락사고를 방지하기 위해 상기 2대의 양팔 매니퓰레이터를 제어하는 제어반과 이들 제어반에 전력을 공급하는 발전기를 각각 독립적으로 마련하고 또 그들 제어반과 상기 발전기를 절연물로 구성한 상기 가대에 고정시켜 2대로 분할한 제어반 사이에서의 송신 및 수신을 광케이블을 이용하여 실행함으로써 2대의 매니퓰레이터 사이를 전기적으로 절연한다.
상기 제4 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
접지선으로의 접속 및 고정 가능한 접속쇠장식이 선단에 설치되어 있으며 서로 절연된 2개의 도체와 상기 2개의 도체를 수납하고, 상기 접속쇠장식이 서로 절연된 구조로 되어 있는 1개 또는 2개의 프로브와, 상기 2개의 접속쇠장식이 접지선과 접속했을 때 자화(磁化)되는 코일과, 상기 코일의 자화에 의해 전기기기의 동작회로를 동작상태로 할 수 있는 접점을 가진 전자접촉기와, 상기 전자접촉기에 전원을 공급하는 배터리를 구비하며 상기 한쪽 도체에 상기 접속쇠장식, 전자접촉기 및 배터리가 직렬로 접속되어 있는 접지의 인터록장치를 구비한다.
상기 제5 목적을 달성하기 위해서 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 2개의 슬라이드장치의 장착배치를 선단으로 가면서 서로 간격이 넓어지도록 배치한다.
상기 제6 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 가대에 상기 양팔 매니퓰레이터의 작업에 필요한 공구를 자동교환하는 자동공구교환장치를 갖추는데 이 자동공구교환장치는,
공구를 피(被)매니퓰레이터측 키홈에 위치결정하기 위한 키와 직경방향으로 동작가능하고 중심축에서 떨어진 방향으로 북원력을 가진 공구고정의 클램프버튼을 갖춘 공구착탈부와,
공구착탈시 상기 클램프버튼을 누르는 실린더를 갖춘 랙부와,
상기 실린더의 추진력을 가변시킬 수 있는 공기압회로부를 갖는다.
상기 제7 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 가대에,
각 작업구마다 그 작업구를 위치결정 지지하는 스탠드와,
작업에 맞춰 필요한 상기 스탠드를 미리 배치한 중간베이스와,
전 작업에 공통적으로 복수의 중간 베이스를 등간격 또는 등각도로 위치결정 및 분리가능한 범용 베이스와,
상기 중간 베이스와 범용 베이스 모두 착탈가능하며 해당 범용 베이스를 각도 산출하여 구동하는 구동부로 이루어진 작업구 공급장치를 구비한다.
상기 제8 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 양팔 매니퓰레이터에 의해 볼트 등을 조이고 푸는 공구로서, 그 공구와 소켓간의 착탈시 착탈부의 규정부분을 축방향으로 누름으로써 공구 본체와의 착탈이 가능한 소켓을 로봇으로 자동교환하기 위한 소켓교환장치를 갖추는데 이 소켓교환장치는,
상기 착탈부를 누르기 위한 원통형 베이스와,
상기 소켓의 다각형 구멍에 끼워맞추는 너트와,
이 너트가 끼워넣어져 베이스 안에 용수철로 지지되어 축방향으로 슬라이드 가능한 샤프트로 구성된다.
상기 제8 목적을 달성하기 위해 상기 활선작업용 로봇차에 있어서,
상기 양팔 매니퓰레이터에 볼트를 조이고 푸는 공구로서, 그 공구와 소켓사이의 착탈시 착탈부의 규정부분을 축방향으로 누름으로써 공구 본체와의 착탈이 가능한 소켓을 로봇으로 자동교환하기 위한 소켓교환장치를 갖추는데 이 소켓교환장치는,
공구선단의 착탈부를 누르기 위한 베이스와,
상기 소켓의 다각형 구멍에 끼워맞추는 형상을 가진 너트와,
이 너트가 회전가능하도록 끼워맞춘 샤프트와,
상기 너트와 샤프트를 규정된 착탈위치로 강제이동시키기 위해 상기 샤프트와 결합한 실린더로 구성된다.
상기 제9 목적을 달성하기 위해 다관절 매니퓰레이터와, 상기 다관절 매니퓰레이터를 장착한 슬라이드기구를 갖는 베이스와, 상기 다관절 매니퓰레이터 및 슬라이드기구를 제어하는 제어장치로 이루어진 매니퓰레이터를 갖춘 활선작업용 로봇차의 제어방법에 있어서,
목표치로서 손끝 위치와 자세가 주어졌을 때 상기 다관절 매니퓰레이터의 각 관절각의 크기 및 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 구할 때 상기 다관절 매니퓰레이터의 원점부터 다관절 매니퓰레이터의 위치를 결정하는 점까지의 거리를 궤도연산의 제어조건에 더하여 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 결정함으로서 목표치로서 상기 손끝 위치와 자세를 주어 다관절 매니퓰레이터의 각 관절각의 크기 및 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 구하여 슬라이드기구를 갖는 베이스와 다관절 매니퓰레이터를 동시궤도제어한다.
상기 제10 목적을 달성하기 위해서 양팔 로봇의 한쪽 팔의 위치나 자세에 다른쪽 팔의 위치나 자세를 원하는 관계로 맞출 경우, 제어대상이 되는 다른쪽 팔과 기준이 되는 한쪽 팔의 위치데이터, 자세 데이터를 읽어들이고 비교연산을 실행하여 상기 제어대상이 되는 팔에게 동작지령을 내린다.
상기 제11 목적을 달성하기 위해, 로봇의 자세를 교정할 때 정밀도가 높은 교정을 했을 때 결정한 기본자세로부터 각 축의 동작영역에 설정된 스토퍼에 다다를 때까지의 모터의 위치검출기 출력값을 기억시켜 놓고, 로봇의 자세를 교정할 필요가 발생했을 경우 상기 스토퍼에 닿은 위치로부터 상기 기억시켜 놓은 출력값만큼 되돌린 위치를 기본자세로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 제1실시예의 전체구성도이다. 도 1에서 고소작업차(1)의 선회, 기복, 신축기능을 가진 다단붐(2)의 선단단이 절연물로 구성된 절연붐(3)이다. 이 절연붐(3)의 선단에 설치한 가대(4)에 배전작업을 하는 장축이 부착된 7축 구성의 양팔 매니퓰레이터(5),(6)와, 양팔 매니퓰레이터(5),(6)를 좌우독립적으로 전후슬라이드시키는 슬라이드장치(7)와, 중량물 매달아올림 기능과 선회, 기복기능을 갖춘 3축 구성의 아암(10)과, 양팔 매니퓰레이터(5),(6)가 작업에 필요한 공구를 자동적으로 교환하는 공구자동교환장치(ATC)(8)와, 매니퓰레이터(5),(6)가 작업에 필요한 재료를 자동적으로 꺼내고 넣을 수 있는 재료자동수수장치(AMC)(9)와, 작업대상물과의 거리를 계측하는 3차원 거리계측장치(11)와, 작업상황을 촬영하는 복수의 카메라(12A),(12B)와 양팔 매니퓰레이터(5),(6), 슬라이드장치(7), ATC(8), AMC(9), 아암(10), 3차원 거리계측장치(11), 카메라(12A),(12B)를 제어하는 제어반(13) 및 제어반(13)에 전력을 공급하는 유압액츄에이터 구동발전기(14)가 탑재되어 있다.
고소작업차(1)의 차량부(15)에는 붐(2)내에 배관된 유압호스를 통해 가대(4)에 배치된 기기를 구동하는 유압액츄에이터에 기름을 공급하는 유압구동원(17)이 설치되어 있다. 또한 차량부(15)내에는 붐(2)내에 부설된 광케이블(18)을 통해 카메라(12)로부터 보내진 화상을 표시하는 감시모니터(CRT모니터장치)(20), 붐(2)내에 부설된 광케이블(18)을 통해 제어반(13)에 조작신호를 보내는 조작반(19)을 배치하고, 도 2(도 2a는 정면도, 도 2b는 측면도, 도 2c는 평면도)에 도시한 바와 같이 오퍼레이터는 감시모니터(20)를 보면서 조작반(19)에 설치된 조이스틱(21),(22),(23)이나 조작버튼(24) 또는 터치패널(26)을 조작함으로써 가대(4)위에 배치된 기기(5),(6),(8),(9),(10), (11),(12)를 원격조작하여 활선작업을 한다.
도 3은 양팔 매니퓰레이터(5),(6)를 도시한 도면으로서, 도 3a는 정면도, 도 3b는 측면도, 도 3c는 정면도이다. 도의 31은 선회축, 32는 어깨구부림축, 33은 팔꿈치회전축, 34는 팔꿈치구부림축, 35는 손목회전축, 36은 손목구부림축, 37은 플랜지회전축이다.
도 4는 아암(10)을 도시한 측면도로서, 41은 선회축, 42은 기복축, 43은 기복축, 44은 4면롤러, 45는 윈치이다.
도 5는 제3아암의 수납상태를 도시한 측면도이다.
본 실시예에 있어서, 양팔 매니퓰레이터(5),(6)와 그 슬라이드장치(7)를 구동하는 액츄에이터는 전기식으로 구성되고 아암(10)을 구동하는 매니퓰레이터는 유압식액츄에이터로 구성되어 있다. 또는 아암(10)의 선회축 구동용 액츄에이터를 전기식으로 구성하고 남은 축 구동용 액츄에이터를 유압식으로 구성해도 상관없다. 이와 같이 구성함으로써 양팔 매니퓰레이터의 위치결정 정밀도의 향상과 아암의 소형·경량화를 꾀하고 있다.
또한 절연붐(3)의 선단에는 비홈통을 갖춘 갓(25)을 장착함으로써 우천시 절연붐(3)에 들이치는 빗물을 줄여 붐의 절연특성 향상을 꾀하고 있다.
이 제1실시예의 특징은 다음과 같다.
1) 오퍼레이터가 지상에서 감시모니터를 보면서 매니퓰레이터를 조작하는 원격조작기능과, 교시 및 재생과 그에 대한 보정기능에 의한 자동운전기능을 갖추고 있다.
유압식 매니퓰레이터를 사용한 경우 매니퓰레이터의 반복위치결정 정밀도가 낮고 교시 및 재생에 의한 자동운전이 어렵다. 그래서 높은 위치결정 정밀도를 얻을 수 있는 전기식 매니퓰레이터를 사용함으로써 교시 및 재생에 의한 자동운전을 가능하게 하였다.
2) 자잘한 작업까지 실행하는 매니퓰레이터는 전기식 액츄에이터로 구성되고, 중량물 매달아올림이나 약간 큰 작업을 하는 아암(제3아암(10))은 유압식 액츄에이터로 구성된 하이브리드구성이다.
3) 장축이 부착된 7축 매니퓰레이터와 매니퓰레이터를 전후슬라이드시키는 슬라이드장치(1축)를 합친 8축 매니퓰레이터의 최적제어방법의 개발에 의해 작업성을 향상시키고 있다.
4) 절연붐의 선단부에 비홈통을 갖춘 갓을 장착하여 물 주입시 붐부 절연특성을 향상시키고 있다.
다음에, 건설용 방호관 장착작업을 예로 들어 본 실시예의 활선작업용 로봇차의 사용방법을 설명한다.
A. 건설용 방호관 장착작업
1. 작업 전 준비작업
우선 제3아암(10)의 4면롤러(44)에 공급공구고정부를 파지시켜 셋팅한다. 공급공구는 소정 위치에 오도록 종횡의 각도를 조정한다. 좌측 매니퓰레이터(5)에 삽입기, 우측 매니퓰레이터(6)에 그리퍼를 셋팅한다. 이 때 삽입기에는 장착용 가이드 및 공구축 전달용 부속장치, 그리퍼에는 폴리관용 고리를 장착한다. 제3아암(10)을 공급공구 매달아올림 위치로 이동시킨다.
2. 붐 상승
메인카메라의 중앙에 장착대상 전선이 올 때까지 수동조작으로 상승시킨다. 붐(2)을 작업개시위치로 이동시킨다.
3. 윈치 매달기
제3아암(10)의 윈치(45)를 수동조작으로 매단다. 공급공구부 매달아올림부를 1.5m 정도 매달아 지상에서 건설용 방호관을 셋팅한다.
4. 삽입기 장착
우측 그리퍼로 전선을 파지한다. 좌측 매니퓰레이터(5)의 삽입기를 전선에 접근시킨다. 우측 그리퍼로 체결부를 파지한다. 우측 그리퍼를 역회전시켜 삽입기를 전선에 장착한다.
5. 공급공구 매달아올림
공급공구 매달아올림부를 고정부까지 들어올린다.
6. 건설용 방호관 장착
(1) 1개째 장착
우측 그리퍼로 건설용 방호관을 공급공구에서 끄집어낸다. 건설용 방호관을 삽입기까지 접근시킨다. 건설용 방호관을 삽입기의 타이어까지 밀어넣는다. 건설용 방호관을 비율맞춤 가이드의 중간까지 보낸다.
(2) 2∼4개째 장착
우측 그리퍼로 건설용 방호관을 공급공구에서 끄집어낸다. 건설용 방호관을 삽입기까지 접근시킨다. 건설용 방호관을 선행관과 결합될 때까지 밀어넣는다. 건설용 방호관을 비율맞춤 가이드의 중간까지 보낸다.
(3) 제3아암 이동
제3아암(10)을 건설용 방호관 5∼8개째 취출위치로 이동시킨다.
(4) 5∼7개째
우측 그리퍼로 건설용 방호관을 공급공구에서 끄집어낸다. 건설용 방호관을 삽입기까지 접근시킨다. 건설용 방호관을 선행관과 결합될 때까지 밀어넣는다. 건설용 방호관을 비율맞춤 가이드 중간까지 보낸다.
(5) 최종관 장착
우측 그리퍼로 건설용 방호관을 공급공구에서 끄집어낸다. 건설용 방호관을 삽입기까지 접근시킨다. 건설용 방호관을 선행관과 결합될 때까지 밀어넣는다. 건설용 방호관이 삽입기의 타이어를 통과할 때까지 보낸다.
7. 최종관 보내기
우측 그리퍼로 송부관을 끄집어낸다. 송부관을 삽입기까지 접근시킨다. 송부관을 삽입기의 타이어까지 밀어넣는다. 최종관 종단이 전선에 삽입될 때까지 보내어 타이어까지 되돌린다. 송부관을 삽입기에서 빼낸다. 송부관을 회수자루에 회수한다.
8. 삽입기 철거
우측 그리퍼로 체결부를 파지한다. 우측 그리퍼를 정회전시켜 삽입기를 전선으로부터 느슨하게 한다. 우측 그리퍼로 전선을 파지한다. 삽입기를 전선에서 빼낸다. 우측 그리퍼를 전선에서 떼어낸다.
9. 폴리관 잠금쇠 장착
붐(2)을 장착위치까지 이동시킨다. 우측 그리퍼로 폴리관 잠금쇠를 끄집어낸다. 폴리관 잠금쇠를 장착한다.
10. 붐 이동
다음 전선까지 붐을 이동시킨다.
11. 붐 하강
붐을 지상까지 이동시킨다.
B. 건설용 방호관 철거작업
1. 작업 전 준비작업
좌우의 매니퓰레이터에 그리퍼를 셋팅하고 좌측 매니퓰레이터에 삽입기를 파지시킨다. 제3아암(10)을 폴리관 회수자루 매달아올림 위치로 이동시킨다.
2. 붐 상승
메인카메라의 중앙에 철거대상 전선의 폴리관 잠금쇠가 올 때까지 수동조작으로 상승시킨다. 메인카메라를 작업개시점으로 이동시키고 붐(2)을 작업개시점으로 이동시킨다.
3. 삽입기 장착
우측 그리퍼로 전선을 파지한다. 좌측 매니퓰레이터(5)의 삽입기를 전선에 접근시킨다. 우측 그리퍼로 체결부를 파지한다. 우측 그리퍼를 역회전시켜 삽입기를 전선에 조인다. 좌측 그리퍼를 파지부에서 떼어낸다.
4. 폴리관 잠금쇠 회수
좌측 그리퍼로 폴리관 잠금쇠를 떼어낸다. 폴리관 잠금쇠를 회수자루에 회수한다.
5. 건설용 방호관 철거
(1) 폴리관 철거 준비
철거 1개째를 반전시켜 파지한다. 철거 1개째를 삽입기의 타이어까지 되돌린다. 좌측 그리퍼를 떼어낸다. 좌측 그리퍼로 삽입기 회전조작부를 파지한다. 우측 그리퍼를 삽입기 체결부에서 떼어내어 철거관 파지위치로 이동시킨다.
(2) 건설용 방호관 회수자루 매달아올림
제3아암 윈치를 매달고 건설용 방호관 회수자루를 들어올려 셋팅한다.
(3) 1개째 철거
좌측 그리퍼로 회전조작부를 조작하고 2개째와의 결합부가 비율맞춤 가이드 선단에 올 때까지 1개째를 되돌린다. 우측 그리퍼로 1개째를 파지하고 2개째 결합부를 분리한다. 1개째를 회수자루에 회수한다. 우측그리퍼를 2개째 이후 철거관 파지위치로 이동시킨다.
(4) 2개째 이후 철거
좌측 그리퍼로 회전조작부를 조작하고 결합부가 비율맞춤 가이드 선단에 올 때까지 되돌린다. 우측 그리퍼로 철거관을 파지하고 결합부를 분리한다. 철거관을 회수자루에 회수한다. 우측 그리퍼를 다음 철거관 파지위치로 이동시킨다.
(5) 최종관 철거
좌측 그리퍼로 회전조작부를 조작하고 최종관 종단부가 타이어에 올 때까지 되돌린다. 우측 그리퍼로 철거관을 파지하고 삽입기에서 뽑아낸다. 최종관을 회수자루에 회수한다.
6. 회수자루 매달아내림
건설용 방호관 회수자루를 지상까지 매달아내린다.
7. 삽입기 철거
우측 그리퍼로 체결부를 파지한다. 좌측 그리퍼를 회전조작부에서 빼내어 파지부를 파지한다. 우측 그리퍼를 정회전시켜 삽입기를 전선으로부터 느슨하게 한다. 우측 그리퍼로 전선을 파지한다. 삽입기를 전선에서 빼낸다. 우측 그리퍼를 전선에서 떼어낸다.
8. 붐 이동
다음 전선까지 붐을 이동시킨다.
9. 붐 하강
붐을 지상까지 하강시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예를 도시한 제3붐의 부분단면도이다. 도 6의 54는 FRP중공구조물로 이루어진 제3붐을 도시하고, 제3붐(54)은 FRP중공원통부(62),실리콘화합물층(64)으로 이루어진다.
본 발명의 것과 종래의 것에 대해 접촉각을 측정하여 표면의 발수성를 비교한 결과를 표 1에 도시한다. 접촉각이 클수록 발수성은 높아진다. 종래의 것은 접촉각이 70°로 작고, 본 발명의 실리콘화합물을 도포한 것은 접촉각이 커지는 것을 알 수 있다. 즉 표면의 발수성는 실리콘 화합물을 도포함으로써 대폭 향상된다.
FRP중공원통표면(재질:에폭시수지) 실리콘 화합물를도포한 경우
접촉각 70도 103도
다음에, 이 접촉각의 차이에 따라 강우중 누설전류가 어느정도 다를지 본 발명의 것과 종래의 것에 대해 평가하였다. 시험조건은, 물주입량 3mm/분, 물주입각도 45도, 물주입액저항1000Ω·cm, 붐의 각도를 30도로 하고 붐 길이를 1m로 하여 14KV 및 46KV의 전압을 인가했을 때의 누설전류의 시간적 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 9(본 발명) 및 도 10(종래)에 도시한다.
본 실시예의 경우에는, 어느쪽 전압이라도 누설전류는 0.5mA 이하인 것을 알 수 있다. 종래예에서는 누설전류는 측정개시때부터 0.5mA 이상이고 또 증가경향에 있다. 즉 제3붐(4)이 1m 신장한 상태에서는 인가전압 46kV에 대하여 강우시 누설전류는 0.5mA 이상이다. 이와 같이 본 발명의 것은 종래예에 비하면 누설전류는 현저히 작아졌고 또 시간이 경과함에 따른 증가경향도 없이 효과가 현저하다는 것을 알 수 있다.
이러한 구조에 있어서, 실리콘 화합물의 발수성은 불소도료에 비해 현저히 높기 때문에 우천시 붐(54)의 길이 1m에 대해 46kV의 인가전압에서 누설전류를 0.5mA 이하로 할 수 있다.
또한 표 2는 본 발명의 제3붐을 1000회 신축시킨 후 누설전류를 측정한 결과이다. 누설전류의 측정은 물주입량 3mm/분, 물주입각도 45도, 물주입액저항1000Ω·cm, 붐의 각도를 30도로 하고 전압 46KV를 붐 1m에 대해 인가하여 실행하였다. 제3붐에는 상처가 거의 없기 때문에 발수성 저하에 따른 누설전류의 증가는 인식되지 않는다.
초기 1000회 신축후
누설전류 0.39mA 0.39mA
이상과 같이 제1실시형태에서는 활선작업용 로봇 제3붐 표면에 발수성과 윤활성이 우수한 실리콘 화합물을 도포함으로써 제3붐 표면의 발수성이 향상되고 그 결과, 강우중 제3붐을 흐르는 누설전류가 감소하고 활선작업용 로봇의 우천시 작업에 있어서 붐의 신장을 1m로 한 상태에서 붐을 흐르는 누설전류를 0.5mA 이하로 할 수 있기 때문에 활선작업용 로봇의 조작성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제3붐 표면의 윤활성이 향상됨으로써 제3붐 표면에 발생하는 상처가 현저히 감소되기 때문에 제3붐 표면의 발수성 저하를 방지할 수 있고 그 결과 활선작업용 로봇의 조작자에 대한 감전사고를 방지할 수 있다. 또한 제3붐에 전압이 걸린 상태에서 제3붐 표면에 빗물이 튀더라도 제3붐 표면에서 발생하는 방전을 억제하기 때문에 제3붐의 발수성이 급속히 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태를 도 11 및 도 12에 의거 설명한다.
도 11은 고소작업차 구성의 일례를 도시한 개략도이다. 동 도면에 있어서 차량(85)으로부터 연장된 붐의 일부에 지름 180mm의 신축측 붐(72)이 있는데 이것은 수납측 붐(73)내의 롤러(75) 위를 슬라이딩하면서 전후로 신축한다. 또한 신축측 붐(72) 표면의 접동면(76) 및 비접동면(77)은 실리콘 화합물(예컨대 KS63G, 신에츠화학공업(주)제)을 도포하여 형성한 절연막(74)이 있다.
도 12는 도 11의 구조에 있어서 신축측 붐(72)의 표면에 실리콘 화합물층(64)은 형성하지 않고 롤러(75)와 접촉하지 않는 비접동면(77)에 갓(79)을 장착한 것이다. 이 갓(79)은 신축측 붐(72)에 후장착할 경우에는 도 13에 도시한 바와 같이 직경 300mm, 두께 5mm인 반원형이며 GFRP에서 제작된 갓 부품(90),(91)과 절연재료로 구성된 절연볼트(92)에 의해 구성된 것이다. 갓(79)의 장착 방법은 갓 부품(90)과 (91)을 신축측 붐(72)의 비접동면(77)에 위치를 맞추고 미도시한 절연물로 이루어진 결합판에 절연볼트(92)로 고정시킨다. 그리고 갓 부품(90)과 (91)의 맞춤부, 구멍 및 신축측 붐(72)사이의 빈틈에 일액형(一液型)RTV 실리콘고무(KE45W, 신에츠화학공업(주)제)를 충전하고 표면에 실리콘 화합물을 도포하여 절연막(74')을 형성한다. 붐 조립시 본 발명의 갓을 설치하는 경우에는, 도 14에 도시한 바와 같이 직경 800mm, 두께 5mm의 중심부에 구멍이 난 원판형 갓(79')을 사용한다.
다음에, 갓의 효과에 관해 설명한다. 도 15에 신축측 붐을 1m 신장시켰을 때의 인가전압과 누설전류의 관계를 도시한다. 우선 신축측 붐(72)의 표면에 갓(79)이 없는 경우, 누설전류는 46kV에서 13mA로 크다. 이에 반하여 갓(79)을 장착한 경우, 0.24mA 정도로 작아진다. 이와 같이 갓(79)을 장착함으로써 신축측 붐(72)의 비접동면(77)에 있어서의 절연거리가 연장되고 발수성도 향상되어 누설전류의 저감에 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
여기에서 사용된 갓(79)은 내주측에서 외주측까지의 반경방향 길이는 60mm이고, 48kV 인가시에는 이 60mm 이상의 길이이면 된다. 인가전압이 낮은 경우에는 연면(沿面)거리는 이것보다 짧으면 된다.
신축측 붐(72)의 단면형상이 직사각형인 경우, 갓 부품(90')과 (91')의 장착부 형상은 도 16에 도시한 바와 같이 직사각형이 된다. 이 경우에서도 갓의 안쪽에서 외측까지의 최단길이는 60mm이다. 갓의 장착위치는, 도 17에 도시한 바와 같이 갓(79)의 한쪽 면을 활선로봇 베이스부(78)와 밀착시켜도 좋다. 갓의 형상은, 도 18에 도시한 바와 같이 신축측 붐(72)의 표면을 덮는 형상이어도 상관없다.
또 제1 실시형태와 제2 실시형태를 조합해도 상관없다. 즉 신축측 붐(72) 표면에 실리콘 화합물을 도포하고 또 실리콘 화합물을 도포한 갓(79)을 병용할 수도 있다.
또한 본 발명은 도 11에 도시한 배전선공사용 활선작업용 로봇(71)을 탑재한 고소작업차 뿐 아니라 신축측 붐(72) 선단에 버킷이 설치된 구조의 고소작업차에도 적용할 수 있다. 또한 작업자가 지상에서 조작하는 지상조작형 활선작업용 로봇에도 적용 가능하다.
다음에, 본 발명의 절연보호 커버에 관해 설명한다. 도 19는 종래예가 되는 절연보호 커버의 구성을 도시한다. 절연부(103),(103'), 금속부(102)등으로 구성된 매니퓰레이터에 절연보호 커버(104)가 장착된다. 절연보호 커버(104)는 발수성이 뛰어난 재료로 이루어진다. 또한 금속부(102)의 선단부터 절연보호 커버(104)의 선단까지의 연면거리는 950mm, 금속부(102)부터 절연보호 커버(104)까지의 공기갭의 길이는 60mm이다. 도 20에 본 발명의 일실시예가 되는 절연보호 커버의 구성을 도시한다. 금속부(102)가 있는 부분에만 절연보호 커버(104)와의 사이의 공기갭을 60mm 확보한 절연보호 커버(104)를 배전선과의 접촉 위험이 있는 부분에 장착한 것이다.
또한 본 발명은 6kV급 배전선을 취급하는 경우에도, 같은 사고방식이 적용될 수 있다. 또한 활선작업용 로봇을 탑재한 고소작업차 뿐 아니라 버킷을 가진, 작업자 탑승방식의 고소작업차에도 적용될 수 있다.
이와 같이 금속부(102) 외측에 접하는 절연보호 커버(104)의 표면에 배전선이 접촉하는 경우에도 트래킹, 나아가 관통방향의 절연파괴를 방지할 수 있다. 또한 배전계통 및 고소작업차의 기기 소손(燒損)을 야기하는 단락사고의 발생을 방지할 수 있어 항상 안전을 확보할 수 있다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에서의 가대 위 시스템 구성을 도시한 평면도이다. 도 21에서 5는 7축 구성의 전기식 좌측 매니퓰레이터, 6은 7축 구성의 전기식 우측 매니퓰레이터, 7L은 좌측 매니퓰레이터를 탑재한 좌측 슬라이드 장치, 7R은 우측 매니퓰레이터를 탑재한 우측 슬라이드 장치, 13L,13R은 좌우 매니퓰레이터를 제어하는 제어반, 14L,14R은 좌우 제어반에 전력을 공급하는 발전기이다. 2대의 매니퓰레이터는 좌우대칭구조로 되어 있는데 구성은 동일하다.
이와 같이 2대의 다축 구성 전기식 매니퓰레이터가 다른 활선에 동시에 접촉한 경우에 발생하는 상간단락사고를 방지하기 위해 2대의 매니퓰레이터를 제어하는 제어반과 전력을 공급하는 발전기를 각각 별도로 설치하고, 또 그들 제어반과 발전기를 절연물로 구성한 가대에 고정시켜 2대로 분할한 제어반 사이의 신호 교환은 광케이블을 사용하여 실시함으로써 2대의 매니퓰레이터 사이를 전기적으로 절연할 수 있다. 따라서 선간전압이 높은 등급(22kV급)의 배전보수작업의 무정전공법으로 적용할 수 있는 활선작업용 로봇차의 실용화를 꾀할 수 있다.
다음에, 본 발명의 접지 인터록장치에 관해 설명한다. 도 22는 제1실시예를 도시하고 도 23은 제2실시예를 도시하고 있다.
도 22에 있어서 인터록장치(220)는 2개의 도체(222a),(222b)와 프로브(230)와 전자접촉기(224)와 배터리(225)로 구성되고 접속쇠장식(223a), 전자접촉기(224)의 코일(224a) 및 배터리(225)가 직렬로 접속된 것이다. 도체(222b)와 배터리(225)는 전기기기의 본체(226)에 접속된다. 이로써 접속쇠장식(223a), 도체(222a), 전자접촉기(224)의 코일(224a), 배터리(225), 전기기기의 본체(226), 도체(222b), 접속쇠장식(223b)의 회로가 형성된다.
여기서 접속쇠장식(223a),(223b)은 접지선(228)으로의 접속 및 고정가능한 구조를 가지며 도체(222a),(222b)의 선단에 설치된다. 절연물(221)은 그 선단에 접속쇠장식(223a),(223b)을 넣은 접속쇠장식 커버부(221a),(221b)를 가지며 이 접속쇠장식 커버부(221a),(221b)는 접속쇠장식(223a),(223b)가 서로 접촉하지 않도록 거리를 두고 또 외측을 향하는 구조로 되어 있다. 그리고 접속쇠장식(223a),(223b)이 접속된 도체(222a), (222b)를 절연물(221) 내에 수납한다. 이것을 프로브(230)라 부른다. 전자접촉기(224)는 코일(224a)에 전류가 흐르면 자화되어 회로를 닫는 접점(224b)을 가지며 이 접점(224b)은 전기기기의 동작회로(227)에 접속되어 있다. 배터리는 전자접촉기(224)에 전원을 공급한다.
접지는 접속쇠장식(223a),(223b)을 접지선(228)에 고정시킨다. 이로써 접속쇠장식(223a),(223b)사이는 접지선(228)에서 도통하기 때문에 회로가 닫히고 배터리(225)로부터의 전원공급에 의해 전자접촉기(224)의 코일(224a)이 자화되어 접점(224b)이 닫히고 전기기기의 동작회로(227)가 동작상태가 되어 전기기기(226)가 사용가능해진다. 또한 전기기기 사용중 접속쇠장식(223a),(223b)과 접지선(228)이 떨어지는 등 접촉불량이 된 경우, 전자접촉기(224)의 코일(224a)로의 전압공급이 멈춰 자화상태가 해제되고 접점(224b)은 열린 상태가 된다. 그리고 전기기기의 사용이 불가능해진다.
도 23은 접지 인터록장치의 제2실시예를 도시한 것으로서, 본 인터록장치(240)에서 프로브(250)는 도 22의 실시예의 도체(222a),(222b)를 한개의 절연물(241)내에 마련한 고정측 접속쇠장식(243a)과 가동측 접속쇠장식(243b)에 각각 접속시키고 가동측 접속쇠장식(243b)은 절연성 나사(245)로 고정측 접속쇠장식(243a)쪽으로 조일 수 있도록 하고 있다. 양 접속쇠장식(243a),(243b)의 대향면에는 접지선(228)이 들어가는 오목부가 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 도 22와 동일하다.
본 실시예에 있어서 접지는 절연성 나사(245)를 조여서 접속쇠장식(243a),(243b)에서 접지선(228)을 좁혀 실행한다. 이로써 접속쇠장식(243a),(243b)은 접지선(228)에서 도통하기 때문에 회로가 닫히고, 배터리(225)로부터의 전원공급에 의해 전자접촉기(224)의 코일(224a)이 자화되어 접점(224b)이 닫히고 전기기기의 동작회로(227)가 동작상태가 되어 전기기기(226)를 사용할 수 있게 된다.
도 22 및 도 23의 실시예에 있어서, 작업자가 접지하는 것을 잊은 경우에는 2개의 도체간이 도통하지 않기 때문에 코일이 자화되지 않고 따라서 조작회로가 들어가지 않는다. 따라서 전기기기의 사용이 불가능하기 때문에 전기기기의 사용 이전에 반드시 접지하게 된다. 또한 전기기기의 본체와 접지선 사이의 전기적인 접지상태를 실시간으로 감시할 수 있게 되기 때문에 항상 안전을 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거 설명한다.
도 24는 종래 구성의 슬라이드축을 갖는 배전선작업 로봇의 작업자세의 평면도, 도 25는 본 발명 구성의 슬라이드축을 갖는 로봇의 작업자세의 평면도이다.
도 24, 도 25 모두, 양팔 로봇의 좌측 매니퓰레이터(5) 및 우측 매니퓰레이터(6)는 각 팔 독립적으로 슬라이드 장치(7L),(7R)에 장착되어 있다. 이 슬라이드 장치(7L),(7R)에는, 고정 베이스(121) 또는 (122)에 장착된 선형가이드의 슬라이드 유니트(114)로 지지된 가이드레일(115)과 구동용 랙(116)이 장착되어 있다.
슬라이드 동작은 고정 베이스(121) 또는 (122)에 고정된 구동 모터(117)와 피니언 기어(118)로 실행된다.
로봇은 작업대상(119)의 작업점 A에 대하여 작업을 실행한다.
도 24에서 로봇은 베이스의 중심에 대하여 평행하게 슬라이드하며 양 로봇의 간격은 변화하지 않는다. 작업대상(119)에 대하여 작업을 하려고 하면 각각의 로봇의 구성부품(120)의 간격이 좁기 때문에 작업대상(119)의 B부분과 로봇이 간섭하여 로봇을 작업대상(119)에 근접시켜 위치결정할 수 없다.
도 25에서 슬라이드축은 슬라이더(7L),(7R)가 전방이 넓어진 베이스(122)에 지지되어 있으며 슬라이드축을 동작시키면 로봇의 간격은 넓어진다.
작업대상(119)에 대해서는 도면에 도시한 바와 같이 로봇 부품(120)과 B가 간섭하지 않도록 할 수 있기 때문에 로봇의 매니퓰레이터(5),(6)를 작업대상(119)에 근접시켜 작업할 수 있다.
이 결과, 본 실시예에서는 슬라이드의 스트로크는 동일하더라도 본 발명의 슬라이드축 구성 쪽이 로봇을 작업점 가까이 위치결정시킬 수 있어 로봇이 편한 작업자세를 취할 수 있다. 또한 수납시에는 종래와 마찬가지로 컴팩트한 수납자세가 가능하다. 또한 축수(軸數)의 추가는 없기 때문에 중량, 비용도 종래와 동일하다.
2개의 슬라이드축의 넓이 각도는 작업성(양팔 동작범위의 중복상태)과 다른 구성기기와의 간섭을 고려하여 결정한다. 단 배전선작업 로봇의 경우, 가대가 유압구동 붐 위에 설치되어 있기 때문에 작업대상을 로봇사이에 넣을 필요가 없으며 양 로봇의 동작범위 중복이 필요한 경우에는 슬라이드축을 동작시키지 않고 전체의 베이스마다 작업대상에 근접시키면 종래와 동일한 작업이 가능하다.
본 실시예에 의하면, 양팔 매니퓰레이터의 슬라이드축이 전방이 넓어지는 상태에서 동작하도록 구성되었기 때문에 슬라이드축의 축수 추가나 그에 따른 비용상승, 점유공간 확장 없이 1축만으로, 수납시 콤팩트하게 수납할 수 있으며 작업에 응하여 동작시키면 양팔 매니퓰레이터 사이에 작업대상을 집어 넣을 수 있는 작업성 향상이 가능한 슬라이드축의 구성을 실현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거 설명한다. 도 26은 슬라이드 기구 첨부 베이스(34)를 갖는 다관절 매니퓰레이터의 링크 구성의 일례이다. 슬라이드축(131)에 7축 다관절 매니퓰레이터를 장착하고 있다. 이 다관절 매니퓰레이터(133)는 다관절 매니퓰레이터의 원점이다. 137은 다관절 매니퓰레이터의 위치를 결정하는 손목축의 교점이다. 다관절 매니퓰레이터 위치를 결정하는 점은 매니퓰레이터의 링크 구성, 축수에 따라 다르지만 여기서는 7축 매니퓰레이터를 일례로서 설명한다. 이 매니퓰레이터의 위치를 결정하는 점(이하 P점이라 칭한다)과 다관절 매니퓰레이터의 원점(3)사이를 lop로 보면 슬라이드축(131), 제1축(132), 제2축(133)과 아암 lop로 이루어진 매니퓰레이터 도 27로 가상할 수 있다.
이 가상 매니퓰레이터의 P점 위치를 Px,Py,Pz로 하여 운동학을 풀면 아래와 같은 슬라이드축의 위치와 lop의 관계를 도출할 수 있다.
이 때 슬라이드축의 위치를 Sx, 가상 제1축의 각도를 θ2, 가상 제2축의 각도를 θ3으로 한다.
Px＝ cosθ2 cosθ3 lop (1)
Py＝ sinθ3 lop (2)
Pz＝ sinθ2 cosθ3 lop＋Sx (3)
여기서 (1)∼(3)의 양변의 2승의 합을 구하면
Sx＝ Pz±(lop2－(Px 2＋Py 2))1/2 (4)
식 (4)에서 P점의 위치가 주어져 있는 경우 슬라이드축의 위치는 lop에 의해 결정될 수 있다는 것을 알았다. 이 lop와 슬라이드의 관계를 궤도연산에 도입한 궤도연산의 블럭도가 도 28이다. 도 28의 단계 S1에서 슬라이드 기구를 갖는 베이스 다관절 매니퓰레이터의 손끝 위치 P(X,Y,Z,Tx,Ty,Tz,E)를 입력한다. 여기서 E는 7축 매니퓰레이터의 길이제어에 사용하는 값이고, 6축 매니퓰레이터의 경우에는 불필요하다. 이 P점의 값으로 단계 S2에서 lop의 값을 어느 조건에 따라 변화시킴으로써 슬라이드축의 동작비율을 결정하고 단계 S3에서 식 (4)을 이용하여 슬라이드축의 위치를 구한다. 그리하여 구해진 슬라이드축의 위치와 그 슬라이드축의 위치를 P점에서 차분(差分)한 P'점의 위치를 각각 역변환함으로써 다관절 매니퓰레이터의 각 관절각의 크기 및 슬라이드 기구를 갖는 베이스의 위치를 구하여(단계 S4), 동시궤도제어를 실현하고 있다. 이 도 28의 단계 S1∼S4의 기능 유무는 파라미터로 절환되어 종래 방법과 동시궤도제어방법의 선택이 가능하다. 또한 단계 S2의 lop와 슬라이드축의 관계도 여러가지로 설정할 수 있다. 여기서는 조작성을 고려하여 다관절 매니퓰레이터가 충분히 동작가능한 범위는 슬라이드축은 동작하지 않도록 하고 다관절 매니퓰레이터가 끊어질 정도로 신장된 경우의 신장 방향의 동작시(조건 1), 더 이상 단축되지 않을 것 같은 경우의 단축방향으로의 동작시(조건 2) 슬라이드축을 동작시킨 lop의 결정방법의 일례를 도시한다. 이 때 lop의 최소치 lopmin, lop의 최대치 lopmax는 제2축 제4축간의 길이, 제4축 제6축간의 길이와, 제4축의 동작범위에 의해 결정된다. c l op는 lop의 현재치, d l op 는 lop의 목표치, loph는 lop 신장방향 슬라이드축 동작 가미 개시치, lop l 는 lop 단축방향 슬라이드축 동작 가미 개시치이다.
(조건 1)
d l op ＞loph 이면서 d l op ＞c l op일 때
lop ＝ d l op＋(c l op－d l op)×
{(d l op－loph)/(lopmax－lop h)} (5)
(조건 2)
d l op ＜lop l 이면서 d l op ＜c l op일 때
lop ＝ c l op－(c l op－d l op)×
{(d l op－lopmin)/(lop l －lopmin)} (6)
이와 같이 lop의 현재치와 목표치의 관계에 의해 lop를 구할 수 있다. 또한 loph 및 lop l 값을 변화시킴으로써 슬라이드축의 동시동작 영역 및 슬라이드축의 동작비율을 변경할 수 있다.
본 실시예에 의하면 목표치로서 주어진 손끝 위치와 자세로 슬라이드축의 위치를 정할 수 있으며 슬라이드축과 다관절 매니퓰레이터를 동시제어 할 수 있기 때문에, 슬라이드축의 위치를 입력하지 않고 슬라이드 기구 부착 베이스를 갖는 다관절 매니퓰레이터를 조작할 수 있다.
다음에, 자동공구 교환장치의 실시예에 관해서 설명한다. 도 29는 본 실시예에 관한 자동공구 교환장치와 매니퓰레이터의 전체구성도, 도 30 및 도 31은 피매니퓰레이터측 접속부와 공구착탈부를 도시한 측단면도, 도 32는 동작상태를 도시한 설명도이다.
본 실시예에 있어서 공구착탈부(160)에는 공구(162)를 피매니퓰레이터측 키홈(157)에 위치결정하기 위한 키(159)와, 직경방향으로 이동 가능하고 중심축에서 떨어진 방향으로 복원력을 가진 공구 고정의 클램프버튼(154)을 구비하고 있다. 랙부(161)는 공구착탈시 클램프버튼(154)을 누르는 실린더(153)와 실린더(153)의 위치를 검출하기 위한 위치검출센서(155)를 구비하고 있다.
우선 공구장착 동작의 경우에는, 매니퓰레이터가 공구장착 동작에 들어가기 전 제어부(151)가 공기압회로부(152)로 감압지령을 출력하고, 저하된 추진력을 가진 실린더(153)를 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력하여 실린더(153)가 나온다. 공구가 있는 경우, 클램프버튼(154)에 닿아 실린더(153)가 도중에 정지하고, 없는 경우 실린더(153)가 스트로크단까지 나온다. 그것을 위치검출센서(155)가 감지하여 위치검출센서(155)의 출력을 제어부(1)에 입력하고 제어부(151)가 실린더 위치의 차이에 의해 희망하는 랙(161)의 공구(162) 유무를 판별한다.
다음에 일단 제어부(151)의 지령에 의해 실린더(153)를 OFF하고 제어부(151)가 공구 없음으로 판단한 경우 주의신호를 작업자에게 출력하고, 제어부(151)가 공구 있음으로 판단한 경우 제어부(151)가 공기압회로부(152)로 증압지령을 출력하고 클램프버튼(154)을 밀어넣은 만큼의 추진력을 가진 실린더(153)를 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력하여 실린더(153)가 나와 클램프버튼(154)이 밀어넣어진다. 그 때의 실린더(153) 위치를 위치검출센서(155)가 감지하여 위치검출센서(155)의 출력을 제어부(151)로 입력하고 제어부(151)가 실린더 위치에 의해 공구장착 준비가 완료되었는지를 확인한다. 이어서 공구(162)가 놓여진 랙(161)에 매니퓰레이터 선단부(156)가 미리 프로그램된 궤도를 따라 이동하고 피매니퓰레이터측 키홈(157)에 착탈부(160)의 키(159)를 함께 삽입하여 제어부(151)가 실린더(153)를 OFF하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력한다. 이어서 실린더(153)가 들어가고 클램프버튼(154)이 피매니퓰레이터측 구멍(158)에 들어가 공구가 피매니퓰레이터측에 클램프된다. 다음에 제어부(151)의 지령에 의해 실린더(153)가 들어가고 위치검출센서(155)의 출력신호에 의해 실린더(153)가 확실하게 들어갔는지를 제어부(151)가 확인하여 공기압회로부(152)로 감압지령을 출력한다. 제어부(151)는 저하된 추진력을 갖는 실린더를 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력하여 실린더(153)가 나온다. 공구가 확실히 클램프되어 있는 경우 클램프버튼(154)에 닿아 실린더(153)가 도중에 정지한다. 클램프 실패의 경우 실린더(153)는 다시 나온다. 그 때의 위치검출센서(155) 출력신호에 의해 공구(162)가 확실하게 매니퓰레이터에 고정된 것을 제어부(151)가 확인하여 제어부(151)의 지령에 의해 실린더(153)가 들어가고, 위치검출센서(155)의 출력신호에 의해 실린더(153)가 확실히 들어갔는지를 제어부(151)가 확인하고 매니퓰레이터 선단부(156)가 랙에서 떨어져 공구장착이 종료된다. 만약 매니퓰레이터로의 고정이 잘 안 되어 있을 경우에는 주의신호를 출력하여 작업을 중지한다.
공구(162)를 되돌릴 경우에는 매니퓰레이터가 공구반환동작에 들어가기 전 제어부(151)가 공기압회로부(152)로 감압지령을 출력하고 저하된 추진력을 갖는 실린더(153)를 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력하여 원하는 랙의 실린더(153)가 나온다. 공구가 있는 경우, 클램프버튼(154)에 닿아 실린더(153)가 도중에 정지하고 없는 경우, 실린더(153)가 스트로크단까지 나온다. 그것을 위치검출센서(155)가 감지하고 위치검출센서(155)의 출력을 제어부(151)에 입력하여 제어부(151)가 실린더 위치의 차이에 의해 목적으로 하는 랙의 공구 유무를 판별한다. 다음에 일단 제어부(1)의 지령에 의해 실린더(153)를 OFF하고 제어부(151)가 공구 없음을 확인하고 매니퓰레이터가 미리 프로그램된 궤도를 따라 이동하여 공구를 그 빈 랙(161)에 놓는다. 이어서 제어부(151)가 공기압회로부(152)로 증압지령을 출력하고 클램프버튼(154)을 밀어넣을 만큼의 추진력을 가진 실린더(153)을 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력한다. 이로써 실린더(153)가 나와 클램프버튼(154)이 밀어넣어지고 그 때의 실린더(153) 위치를 위치검출센서(155)가 감지한다. 위치검출센서(155)의 출력을 제어부(151)에 입력하여 제어부(151)가 실린더 위치에 의해 클램프버튼(154)이 확실하게 밀어넣어져 있는지를 확인하고 매니퓰레이터가 떨어진다. 제어부(151)의 지령에 의해 실린더가 들어가고 제어부(151)가 공기압회로부(152)로 감압지령을 출력하여 저하된 추진력을 가진 실린더(153)를 ON하는 신호를 공기압회로부(152)로 출력한다. 이로써 실린더(153)가 나와 위치검출센서(155)의 출력신호에 의해 공구가 확실히 반환되었는지 제어부(151)가 확인하고 공구반환이 종료된다. 혹시 랙으로의 반환이 불완전한 경우에는 주의신호를 출력하여 작업을 중지한다.
이 실시예에 따르면 매니퓰레이터 선단부를 슬림화하여 작업자의 시인성(視認性)을 높이고 공구착탈의 확인과 공구 유무의 판별을 동일기기(위치검출센서 부착 실린더)로 실행할 수 있어 시스템의 신뢰성 상승과 저비용화, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
다음에 본 발명의 작업구 공급장치의 실시예에 관해 설명한다.
도 33은 본 실시예에서 작업구를 베이스 상에 배치한 예를 도시한 사시도, 도 34는 구동부를 도시한 측면도이다. 도면에 있어서, 작업구(176), (177)를 공급하는 경우에 대해 설명한다. 작업구(176)의 스탠드(181)는 작업구(176) 형상에 맞춘 형상으로 하고 작업구(176)를 스탠드(181)에 기대어 세우면 위치가 결정되도록 한다. 또한 작업구(177)용 스탠드(182)는 작업구(7)를 끼워넣으면 위치가 결정되는 구조로 되어 있다. 스탠드(181),(182)는 중간베이스(172)의 정위치에 고정되어 있다.
본 실시예에서는 베이스 전체가 회전운동하기 때문에 같은 형상의 중간 베이스 3개는 위치결정핀(175)에 의해 범용 베이스(171)에 등각도로 위치결정되고, 경첩이나 플런저 기구 등에 의해 용이하게 고정된다. 또한 범용 베이스(171)는 베이스에 설치된 위치결정 구멍(174)과 구동부(178)에 설치된 위치결정 핀(179)으로 구동부(178) 상에 위치결정되고 중간 베이스와 동일하게 고정된다. 그리고 구동부(178)에 의해 위에 실린 범용 베이스(171), 중간 베이스(172), 스탠드(181),(182)가 회전운동하고 등각도에서 정지한다.
로봇에의 교시는, 중간 베이스(172) 1조에 대해 작업구(176)와 작업구(177) 2개를 실행하면, 다른 2조의 중간 베이스(172)는 구동부를 규정된 각도만큼 회전시키면 최초의 1조의 교시와 동일한 것으로 작업구를 꺼낼 수 있다.
본 실시예는, 구동부는 회전운동에 의하지만 직선운동이라도 등간격으로 중간 베이스를 정렬시켜 규정된 거리에서 움직이도록 하면 가능하다.
다음에 소켓교환장치의 실시예에 관해 설명한다.
도 35는 소켓의 취출을 도시한 측단면도, 도 36은 소켓의 수납을 도시한 측단면도를 도시한다.
본 실시예는, 로봇 선단에 장착된 나사조임 공구와 소켓(192)간의 착탈시, 착탈부(191)의 규정 부분을 축방향으로 누르면 공구 본체와의 착탈 가능한 소켓(192)을 로봇으로 자동 교환하기 위한 소켓교환장치이며, 공구 선단의 착탈부(191)를 눌러붙이기 위한 베이스(193)와, 소켓(192)의 다각형 구멍에 끼워맞추어지는 형상을 가진 너트(194)와, 이 너트(194)가 회전가능하도록 끼워맞추어진 샤프트(195)와, 너트(194)와 샤프트(195)를 규정된 착탈위치로 강제 이동시키기 위해 샤프트(195)와 결합한 실린더(196)로 이루어진다.
이 소켓교환장치에 있어서, 베이스(193)의 형상을 윗쪽(200)이 넓어진 U자형으로 하여 베이스(193) 측면으로부터의 접근을 가능하게 하고 있다. 또한 소켓(192)의 취출, 수납이 정상적으로 행해졌는지를 실린더에 내장된 센서(197)로 실시하도록 하고 있다.
다음에 도 35를 참조하여 소켓을 취출하는 경우를 설명한다.
도 35a에 도시한 바와 같이 처음에 소켓(192)을 너트(194)에 셋팅하고 실린더(196)의 로드를 밀어낸다.
로봇은 교시에 따라 소켓교환장치에 접근하여 도 35b에 도시한 바와 같이 소켓(192)이 착탈될 수 있는 위치까지 착탈부(191)를 베이스(193)로 눌러붙인다. 이 때 착탈부(191)의 구멍과 소켓(192)의 후부가 잘 끼워맞추어지지 않을 때에는 샤프트(195)를 누르고 있는 실린더(196)가 로봇의 힘에 눌려 너트(194)에 셋팅된 소켓(192)이 달아난다.
다음에 공구를 천천히 회전시키면 도 35b에 도시한 바와 같이 착탈부(191)와 소켓(192)이 끼워맞춰진다. 양자가 끼워맞춰지면 실린더(196)의 로드가 원래로 되돌아가려고 하기 때문에 소켓(192)은 공구측에 닿는 위치까지 이동한다.
소켓(192)의 취출이 정상일 때, 도 35c에 도시한 바와 같이 규정된 위치까지 소켓(192)은 이동한다. 이 때문에 소켓(192)을 누르고 있는 실린더 로드의 위치도 결정된다. 따라서 이 실린더 로드의 위치에 리미트 스위치 센서(197)를 설치해 놓으면 센서(197)의 신호를 검출하여 공구의 회전을 멈추고 소켓(192)을 취출할 수 있다.
도 36을 참조하여 소켓(192)을 수납하는 경우를 설명한다.
처음에, 도 36a에서 b에 도시한 바와 같이 실린더 로드(196a)를 밀어낸다.
로봇은 교시에 따라 소켓교환장치에 접근하여 도면과 같이 소켓(192)이 빠지는 위치까지 착탈부(191)를 베이스(193)에 눌러붙인다. 이 때 소켓(192)과 너트(194)가 잘 끼워맞춰지지 않으면 샤프트(195)를 지지한 실린더 로드(196a)가 눌러져 샤프트(195)가 달아난다.
다음에 공구를 천천히 회전시키면. 소켓(192)과 너트(194)가 끼워맞춰져 있지 않을 때에는 실린더(196)의 되돌리는 힘으로 소켓(192)이 너트(194)에 끼워맞춰진다. 그리고 실린더(196)를 밀어넣으면 도 36c에 도시한 바와 같이 너트(194)에 닿아 소켓(192)이 착탈부(191)에서 빠진다.
마지막으로 도 36d에 도시한 바와 같이 착탈부(191)를 후퇴시켜 소켓수납을 종료한다.
소켓(192)이 빠졌는지의 여부는 취출과 마찬가지로 베이스(193) 측면에 센서(197)를 설치하여 규정된 위치에 소켓(192), 실린더(196)의 로드가 온 것으로 검출한다.
본 실시예에서는 베이스(193) 측면의 핀(198)을 뽑으면 너트(194)와 샤프트(195)를 떼어낼 수 있다. 너트(194)와 샤프트(195)를 소켓사이즈에 맞추어 교환하면 볼트 사이즈, 길이가 다른 소켓에 대응시킬 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 로봇만으로 나사조임공구 선단의 소켓 교환이 확실히 되기 때문에 지상조작형 배전선작업 로봇과 같이 사람이 직접 소켓을 교환할 수 없는 로봇 시스템에서도 다종의 나사 사이즈를 사용하는 작업이 가능해진다. 본 실시예는 다른 사이즈와 길이의 소켓에 대응할 수 있기 때문에 로봇 작업에 필요한 모든 사이즈의 나사조임공구 및 공구의 수납공간을 갖출 필요는 없으며 나사조임공구와 그 수납공간은 하나로, 로봇이 실시하는 작업중 최대수의 소켓교환장치를 갖추면 다른 작업에는 소켓교환장치의 부품 교환만으로 대응할 수 있다. 이와 같이 공간 및 비용을 절약할 수 있다.
다음에 본 발명의 위치맞춤, 자세맞춤 제어방법에 관해 설명한다.
도 37은 본 실시예의 시스템 구성 및 흐름도, 도 38은 위치맞춤, 자세맞춤의 각 실시예를 도시한다. 도 37에 있어서 201는 오퍼레이터, 202는 작업대상축(5)의 컨트롤러, 203은 메모리, 204는 상대 팔(6)의 메모리이다.
도 38의 실시예에 있어서, 도 38a 양팔 매니퓰레이터(5)의 상대 팔(6)에 대한 자세맞춤이다. 마찬가지로 양팔 매니퓰레이터에서의 상대 팔(6)에 대한 위치맞춤을 실행시킬 수 있다(도 38b). 오퍼레이터가 3항목(위치, 상대 팔, 대상좌표축으로서 X)을 선택하면 제어반은 제어점의 위치를 도시한 매트릭스에 대해 메모리로부터 읽어들인 상대 팔 위치의 X성분치를 대입하고 계산과 지령을 실행하여 매니퓰레이터를 동작시킨다.
본 발명의 제2의 실시예는 기본프레임에 대한 자세맞춤이다(도 38c). 오퍼레이터가 3항목(자세, 기본프레임, 대상좌표축 방향으로서 Y)을 선택하면, 제어반은 제어점의 자세를 도시한 매트릭스에 대해 미리 메모리에 기억되어 있는 값을 대입하고 계산과 지령을 실행하여 매니퓰레이터를 동작시킨다.
본 발명의 제3실시예는, 작업대상물(워크) 프레임에 대한 자세맞춤이다(도 38d). 오퍼레이터가 3항목(자세, 작업대상물 프레임, 대상좌표축 방향으로서 X)을 선택하면 제어반은 제어점의 자세를 도시한 매트릭스에 대해 미리 메모리에 기억되어 있는 값을 대입하고 계산과 지령을 실행하여 매니퓰레이터를 동작시킨다.
이 실시예에 따르면 매니퓰레이터 동작의 연산에, 기지(旣知)의 프레임에서의 매트릭스의 요소를 이용한 물건이므로 기지의 프레임에 대한 위치맞춤, 자세맞춤을 자동화함으로써 작업시간과 조작성을 동시에 개선할 수 있다.
다음에, 로봇의 자세교정방법에 관해 설명한다.
도 39는 그 실시예를 도시한 것으로서, 도면 중 211a, 211b는 축이고 축(211a)의 양측 프레임에는 각각 스토퍼(212a),(212b)가 설치되어 있다. 축(211a)을 예로 들면, 고정밀도로 교정하여 로봇의 기본자세를 결정한 단계에서 축(211a)의 기본위치에서의 축(211a)용 모터에 설치한 위치검출기의 출력값 A를 읽고, 거기에서 스토퍼(212a)가 스토퍼(212b)에 닿을 때까지 축을 움직인다. 스토퍼에 댈 때는 모터의 브레이크를 풀고 수동으로 실행하면 스토퍼에 대는 힘도 덜 수 있고 파손 등의 우려도 없다. 그 때의 위치검출기의 출력값 B를 읽어 그 전에 읽은 값을 빼면 그 값 C(＝B－A)가 기본위치에서부터 스토퍼가 닿는 위치까지의 위치검출기의 출력값이 된다. 그 후 위치어긋남 부품교환에 의해 로봇의 자세 구성이 필요하게 된 경우에는 스토퍼(212a)와 (212b)가 닿는 위치의 위치검출기의 출력값에서 C값만큼 축을 움직여 그곳을 기본위치로 한다. 또한 스토퍼의 장착이 불가능한 축, 예컨대 무한회전축(211b)에서는 축의 양측 프레임에 각각 스토퍼를 장착 가능하게 함으로써 교정시에 스토퍼를 장착하도록 하면 상기와 마찬가지로 교정할 수 있다. 나아가 부품교환으로 스토퍼의 위치관계가 변하더라도 상기 방법으로 구성을 실행하도록 하기 위해서 스토퍼에 위치결정핀 등을 마련함으로써 위치정밀도를 관리한다.
본 발명은 송배전선의 활선작업을 실행하는 분야에서 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 송배전선의 활선작업을 실행하는 활선작업용 로봇차로서, 고소작업차에 기단부를 선회, 기복, 신축가능하도록 지지된 다단붐의 선단단을 절연물로 구성된 절연붐으로 하고, 이 절연붐의 선단에 마련한 가대에 배전작업을 실행하는 다축 구성의 양팔 매니퓰레이터와, 이들 양팔 매니퓰레이터를 좌우독립적으로 전후슬라이드시키는 슬라이드장치와, 중량물 매달아올림 기능을 갖는 다축구성의 매달아올림 아암을 탑재하여 오퍼레이터에 의한 원격조작을 실행하도록 한 활선작업용 로봇차에 있어서,
    상기 양팔 매니퓰레이터와 상기 슬라이드장치를 구동하는 액츄에이터를 전기식으로 구성하고, 상기 매달아올림 아암을 구동하는 매니퓰레이터를 유압식으로 구성한 것을 특징으로 하는 활선작업용 로봇차.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 매달아올림 아암의 선회축 구동용 액츄에이터를 전기식으로 구성하고 남은 매달아올림 아암의 축 구동용 액츄에이터를 유압식으로 구성한 활선작업용 로봇차.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 절연붐의 선단부에 빗물을 모으는 홈통을 갖춘 갓을 장착한 활선작업용 로봇차.
  4. 제 1항에 있어서, 20kV급 배전선을 취급하는 활선작업용 로봇차의 경우, 매니퓰레이터의 금속노출부와 액츄에이터를 덮고 있는 절연보호커버의 내벽과 도전부 사이의 공기갭을 60mm 이상 확보한 활선작업용 로봇차.
  5. 제 1항에 있어서, 2대의 다축 구성의 전기식 양팔 매니퓰레이터가 다른 활선에 동시에 접촉한 경우에 발생하는 상간단락사고를 방지하기 위해 상기 2대의 양팔 매니퓰레이터를 제어하는 제어반과 이들 제어반에 전력을 공급하는 발전기를 각각 독립적으로 마련하고, 또 그들 제어반과 전기발전기를 절연물로 구성한 상기 가대에 고정하고 2대로 분할한 제어반 사이에서의 송신 및 수신을 광케이블을 이용하여 실행함으로써 2대의 매니퓰레이터 사이를 전기적으로 절연하는 것을 특징으로 하는 활선작업용 로봇차.
  6. 제 1항에 있어서, 접지선으로의 접속 및 고정 가능한 접속쇠장식이 선단에 설치되어 있으며 서로 절연된 2개의 도체와 상기 2개의 도체를 수납하고, 상기 접속쇠장식이 서로 절연된 구조로 되어 있는 1개 또는 2개의 프로브와, 상기 2개의 접속쇠장식이 접지선과 접속했을 때 자화되는 코일과, 상기 코일의 자화에 의해 전기기기의 동작회로를 동작상태로 할 수 있는 접점을 가진 전자접촉기와, 상기 전자접촉기에 전원을 공급하는 배터리를 구비하며, 상기 한쪽 도체에 상기 접속쇠장식, 전자접촉기 및 배터리가 직렬로 접속되어 있는 접지의 인터록장치를 구비한 활선작업용 로봇차.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 2개의 슬라이드장치의 장착배치를 선단으로 가면서 서로 간격이 넓어지도록 배치한 활선작업용 로봇차.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 가대에 상기 양팔 매니퓰레이터의 작업에 필요한 공구를 자동교환하는 자동공구교환장치를 갖추는데 이 자동공구교환장치는,
    공구를 피매니퓰레이터측 키홈에 위치결정하기 위한 키와 직경방향으로 이동가능하고 중심축에서 떨어진 방향으로 북원력을 가진 공구고정의 클램프버튼을 갖춘 공구착탈부와,
    공구착탈시 상기 클램프버튼을 누르는 실린더를 갖춘 랙부와,
    상기 실린더의 추진력을 가변시킬 수 있는 공기압회로부를 가진 활선작업용 로봇차.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 가대에,
    각 작업구마다 그 작업구를 위치결정 지지하는 스탠드와,
    작업에 맞춰 필요한 상기 스탠드를 미리 배치한 중간베이스와,
    전 작업에 공통적으로 복수의 중간 베이스를 등간격 또는 등각도로 위치결정 및 분리가능한 범용 베이스와,
    상기 범용 베이스마다 착탈가능하며 해당 범용 베이스를 각도 산출하여 구동하는 구동부로 이루어진 작업구 공급장치를 구비한 활선작업용 로봇차.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 양팔 매니퓰레이터에 의해 볼트 등을 조이고 푸는 공구로서, 그 공구와 소켓간의 착탈시 착탈부의 규정부분을 축방향으로 누름으로써 공구 본체와의 착탈이 가능한 소켓을 로봇으로 자동교환하기 위한 소켓교환장치를 갖추는데 이 소켓교환장치는,
    상기 착탈부를 누르기 위한 원통형 베이스와,
    상기 소켓의 다각형 구멍에 끼워맞추는 너트와,
    이 너트가 끼워넣어져 베이스 안에 용수철로 지지되어 축방향으로 슬라이드 가능한 샤프트로 구성되는 활선작업용 로봇차.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 양팔 매니퓰레이터에 볼트를 조이고 푸는 공구로서, 그 공구와 소켓사이의 착탈시 착탈부의 규정부분을 축방향으로 누름으로써 공구 본체와의 착탈이 가능한 소켓을 로봇으로 자동교환하기 위한 소켓교환장치를 갖추는데 이 소켓교환장치는,
    공구선단의 착탈부를 누르기 위한 베이스와,
    상기 소켓의 다각형 구멍에 끼워맞추는 형상을 가진 너트와,
    이 너트가 회전가능하도록 끼워맞춘 샤프트와,
    상기 너트와 샤프트를 규정된 착탈위치로 강제이동시키기 위해 상기 샤프트와 결합한 실린더로 구성되는 활선작업용 로봇차.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 다관절 매니퓰레이터와, 상기 다관절 매니퓰레이터를 장착한 슬라이드기구를 갖는 베이스와, 상기 다관절 매니퓰레이터 및 슬라이드기구를 제어하는 제어장치로 이루어진 매니퓰레이터를 갖춘 활선작업용 로봇차의 제어방법에 있어서,
    목표치로서 손끝 위치와 자세가 주어졌을 때 상기 다관절 매니퓰레이터의 각 관절각의 크기 및 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 구할 때 상기 다관절 매니퓰레이터의 원점부터 다관절 매니퓰레이터의 위치를 결정하는 점까지의 거리를 궤도연산의 제어조건에 더하여 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 결정함으로서 목표치로서 상기 손끝 위치와 자세를 주어 다관절 매니퓰레이터의 각 관절각의 크기 및 슬라이드기구를 갖는 베이스의 위치를 구하여 슬라이드기구를 갖는 베이스와 다관절 매니퓰레이터를 동시궤도제어하는 것을 특징으로 하는 활선작업용 로봇차의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서, 양팔 로봇의 한쪽 팔의 위치나 자세에 다른쪽 팔의 위치나 자세를 원하는 관계로 맞출 경우, 제어대상이 되는 다른쪽 팔과 기준이 되는 한쪽 팔의 위치데이터, 자세 데이터를 읽어들이고 비교연산을 실행하여 상기 제어대상이 되는 팔에게 동작지령을 내리는 것을 특징으로 하는 활선작업용 로봇차의 제어방법.
  17. 제 15항에 있어서, 로봇의 자세를 교정할 때 정밀도가 높은 교정을 했을 때 결정한 기본자세로부터 각 축의 동작영역에 설정된 스토퍼에 다다를 때까지의 모터의 위치검출기 출력값을 기억시켜 놓고 로봇의 자세를 교정할 필요가 발생했을 경우 상기 스토퍼에 닿은 위치로부터 상기 기억시켜 놓은 출력값만큼 되돌린 위치를 기본자세로 하는 것을 특징으로 하는 활선작업용 로봇차의 제어방법.
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