KR102812196B1

KR102812196B1 - 플러그인 장치, 플러그인 장치를 구비한 플러그인 시스템 및 플러그인 장치를 구비한 로봇

Info

Publication number: KR102812196B1
Application number: KR1020230106118A
Authority: KR
Inventors: 미텔바흐 마르셀
Original assignee: 이엠에스 기어 에스에 운트 코. 카케아아
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2023-08-14
Publication date: 2025-05-26
Anticipated expiration: 2043-08-14
Also published as: US20240055800A1; KR20240023486A; EP4324685A1; CN117584174A

Abstract

본 발명은 플러그인 축(16) 및 플러그인 방향(18)을 포함하는 제1 플러그 부재(14), 및 적어도 하나의 제1 정렬부재(20)를 구비하는 플러그인 유닛(plug-in unit)(12); 및 상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제1 축(32)을 중심으로 회전가능하고 상기 제1 축(32)을 따라서 변위가능하게(displaceable) 위치하는 제1 베어링 유닛(bearing unit)(30), 상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제2 축(36)을 중심으로 회전가능하고 상기 제2 축(36)을 따라서 변위가능하게 위치하는 제2 베어링 유닛(34), 및 상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제3 축(40)을 중심으로 회전가능하게 위치하는 제3 베어링 유닛(38)을 구비하는 베어링 모듈(bearing module)(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10), 플러그인 장치(10)를 구비한 플러그인 시스템 및 플러그인 장치(10)를 구비한 로봇에 관한 것이다.

Description

플러그인 장치, 플러그인 장치를 구비한 플러그인 시스템 및 플러그인 장치를 구비한 로봇{Plug-in device, plug-in system with plug-in device, and robot with plug-in device}

본 발명은 플러그인 장치, 플러그인 장치를 구비한 플러그인 시스템 및 플러그인 장치를 구비한 로봇에 관한 것이다.

지금까지 수작업으로 수행되었고 또한 산업 환경 밖에서 자동화하는 노력을 증가시키는 것은, 이러한 자동화를 가능하게 하는 해결안과 관련된 구성요소 수준에서 필요하다.

전기 자동차를 충전하기 위해 도전성 시스템 및 유도 시스템이 알려져 있다. 유도 시스템이 비접촉식 충전을 가능하게 하는 동안, 도전성 충전에는 차량을 케이블로 연결하는 것이 필요하다. 따라서, 사용자의 관점에서 유도 시스템은 간단한 충전 방법을 나타낼 수 있다. 도전성 시스템과 비교하여 유도 시스템은 투과 손실(transmission loss)이 훨씬 더 높다. 따라서, 사용자를 위해 도전성 충전을 보다 간단히 수행하고 지금까지 수동으로 수행해오던 차량을 케이블로 자동으로 연결하려는 노력이 있다.

이를 위해, 특히, 로봇이 사용되는데, 차량 하부에 충전 플러그를 자율적으로 이동시키고 거기서 차량 하부에 배치된 충전 소켓을 찾아 내어 충전 플러그를 충전 소켓에 실질적으로 수직으로 삽입한다(소위 ACDU(Automatic Connection Device Underbody) 시스템). 마찬가지로, 로봇 지원 시스템이 알려져 있는데, 차량 측면에 배치된 충전 소켓에서 충전 플러그를 충전 소켓에 실질적으로 수평으로 삽입한다(소위 ACDS(Automatic Connection Device Side) 시스템).

두 시스템의 공통점은, 충전 플러그를 가능한한 정확하게 충전 소켓에 대해 배치하고 삽입하는 데에 복잡한 센서 기술이 필요하므로, 적어도, 표준화된 플러그가 사용되고 플러그인 과정시 특히 각도 오프셋(offset)에 매우 민감한 경우가 종종 있기 때문이다. 이것은 심지어 몇 도가 잘못 정렬될 수 있음을 의미하고, 접촉 핀의 높은 마모로 이어진다.

플러그를 가능한한 정확하게 위치 배정하기 위해 고정밀 LiDAR 센서는 로봇을 통한 플러그의 위치 배정에 자주 사용된다. 이러한 해결안은 이러한 종류의 센서가 매우 비싸다는 점이 불리하다. 이외에도 이러한 센서 시스템은 먼지에 민감한 경우가 많다.

또한, 해결안 접근이 알려져 있는데, 충전 플러그의 플러그 면(face)을 충전 플러그가 오프셋에 대해 민감하지 않도록 변경하여 상대적으로 낮은 위치배정 정확성 및 비용효율적인 센서를 구비한 시스템을 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 플러그의 정확한 위치 배정을 가능하게 하고 비용효율적으로 제조가능하고 외부 영향에 대해 민감하지 않는 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1항의 특징을 갖는 플러그인 장치, 청구항 14항의 특징을 갖는 플러그인 시스템 및 청구항 15항의 특징을 갖는 로봇에 의하여 해결된다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 제공된다.

본 발명에 따른 플러그인 장치는 플러그인 축 및 플러그인 방향을 포함하는 제1 플러그 부재, 및 적어도 하나의 제1 정렬부재를 구비하는 플러그인 유닛(plug-in unit)을 포함한다. 상기 플러그인 방향은 바람직하게는, 상기 제1 플러그인 부재가 삽입되는 플러그인 축의 방향을 설명하는데, 즉, 제2 플러그인 부재와의 연결을 형성하기 위해 움직이는 방향을 설명한다. 본 발명에 따르면, 상기 플러그인 방향은 상기 플러그인 유닛을 사용하여 제1 축을 중심으로 회전가능하고 상기 제1 축을 따라 변위가능하게(displaceable) 위치하는 제1 베어링 유닛(bearing unit), 상기 플러그인 유닛을 사용하여 제2 축을 중심으로 회전가능하고 상기 제2 축을 따라 변위가능하게 위치하는 제2 베어링 유닛, 및 상기 플러그인 유닛을 사용하여 제3 축을 중심으로 회전가능하게 위치하는 제3 베어링 유닛을 구비하는 베어링 모듈(bearing module)을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛은 상기 제3 축을 중심으로만 회전가능하게 배치된다.

이러한 위치배정을 통하여 상기 플러그인 유닛은 매우 가요성있게(flexible) 이동가능하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛은 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재에 의해 쉽게 플러그인 과정에 필요한 방식으로 병진식(translation)으로 그리고 회전식으로 정렬될 수 있으므로, 상기 제1 플러그인 부재에 필요한 공차가 플러그인 과정중에 유지된다. 이를 위해, 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재가 움직이지 않은 채로 상기 제1 플러그인 부재에 연결된다. 특히 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛은 상기 제1 플러그인 부재 및 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재가 움직이지 않게 배치되는 몸체(body)를 구비한다. 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재에서 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛이 센서의 도움으로 상기 제2 플러그인 부재에 대해 대략적으로(rough) 위치된 후에 상기 플러그인 유닛의 정렬이 순전히 기계적으로 수행될 수 있는 순수 기계적 부품이 중요하다. 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재는 이를 위해 바람직하게는, 상기 제2 플러그인 부재의 측면에 배치된 적어도 하나의 제2 정렬부재에 기계적으로 작동 연결된다.

바람직하게는, 상기 제1 축과 상기 제2 축 및 상기 제2 축과 상기 제3 축은 각각 서로 수직으로 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛은 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 걸쳐 있는 평면 안에 바람직하게는, 모든 방향으로 이동할 수 있다. 이외에도, 이러한 배치에 의하여 상기 플러그인 유닛은 모든 방향으로 공간에서 회전할 수 있다.

특히 바람직하게는, 상기 제 3 축 및 상기 플러그인 축은 서로 평행하게 배치된다. 여기서 그리고 이하, “평행”이라는 용어는 두 개의 축이 서로 배치되는 것을 구속하는 것으로 이해한다. 상기 제3 축을 중심으로 회전가능한 위치배정에 의하여 상기 플러그인 유닛은 상기 플러그인 축을 중심으로 한 배치에 의해 회전적으로 정렬될 수 있다. 이미 설명한 상기 제1 축과 상기 제2 축 및 상기 제2 축 및 상기 제3 축의 수직 배치와 관련하여, 상기 플러그인 유닛은 이외에도 상기 플러그인 방향을 가로질러 정렬될 수 있다. 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛은 상기 제3 축을 따라 변위되지 않게 배치된다. 상기 제3 축 및 상기 플러그인 축의 바람직한 병렬 배치에 의하여 상기 제3 축을 따른 약간의 오프셋(offset)이 상기 플러그인 과정을 통해 자체적으로 보정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제3 베어링 유닛은 상기 플러그인 유닛과 함께 상기 제2 축을 중심으로 회전가능하고 상기 제2 축을 따라 변위가능하게 위치하고, 상기 제2 베어링 유닛은 상기 제3 베어링 유닛과 함께 상기 제1 축을 중심으로 회전가능하고 상기 제1 축을 따라 변위가능하게 위치한다. 이는 상기 플러그인 장치의 컴팩트하고 강건한 구조를 가능하게 할 수 있다. 특히, 회전식 위치배정과 관련하여 상기 플러그인 장치에 적용된 위치배정 원리는 카다닉(cardanic) 위치배정에 상응할 수 있다. 여기서, 상기 제2 축과 관련한 위치배정은 바람직하게는 상기 제2 베어링 유닛을 사용하여 수행된다. 여기서, 상기 제1 축과 관련한 위치배정은 바람직하게는 상기 제1 베어링 유닛을 사용하여 수행된다.

바람직하게는, 상기 플러그인 장치는 두 개의 케이지(cage)를 포함하는데, 하나는 상기 제2 베어링 유닛의 일부이고 다른 하나는 상기 제3 베어링 유닛의 일부이다. 상기 제1 베어링 유닛은 일반적으로 케이지를 포함하지 않는다. 보다 양호한 명확성 및 그의 명명을 단순화하기 위해, 바람직하게는 상기 제1 베어링 유닛에 속하는 케이지는 제2 케이지이고 상기 제3 베어링 유닛에 속하는 케이지는 제3 케이지로 특징지워지며, 바람직하게는, 제1 케이지가 존재하지 않는 경우이다.

상기 제1 베어링 유닛은 바람직하게는, 상기 제1 축을 따라 정렬된 두 개의 제1 베어링 핀(bearing pin)을 포함한다. 상기 제2 베어링 유닛은 바람직하게는, 상기 제2 축을 따라 정렬된 두 개의 제2 베어링 핀 및 제2 케이지를 포함한다. 상기 제2 케이지는 상기 제1 축과 관련하여 축방향으로 그리고 회전 이동하며 상기 제1 베어링 핀에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 축과 관련된 플러그인 유닛의 회전식 및 병진식(translation) 이동이 실현될 수 있다. 상기 제2 베어링 핀들은 바람직하게는 상기 제2 케이지에 고정 배치된다. 상기 제3 베어링 유닛은 바람직하게는 제3 케이지를 포함한다. 상기 제3 케이지는 바람직하게는 상기 제2 케이지 내부에 배치된다. 상기 제2 베어링 핀을 사용하여 상기 제3 케이지는 상기 제2 케이지에 배치될 수 있다. 상기 제3 케이지는 상기 제2 축과 관련하여 축방향으로 그리고 회전 이동하며 상기 제2 베어링 핀에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 축과 관련한 플러그인 유닛의 회전식 및 병진식 이동이 실현될 수 있다. 상기 플러그인 유닛은 바람직하게는, 슬라이딩 베어링을 사용하여 상기 제3 케이지 안에 배치된다. 따라서, 상기 플러그인 유닛은 상기 베어링 모듈에 의해 둘러 싸여 상기 플러그인 장치 안에 배치될 수 있다. 상기 슬라이딩 베어링은 상기 제3 축을 중심으로 한 플러그인 유닛의 회전식 이동이 허용되도록 형성될 수 있다. 상기 슬라이딩 베어링은 상기 제3 케이지 및 상기 플러그인 유닛의 서로 대향한 표면을 통하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 케이지 및 상기 제3 케이지는 링 형태로 형성된다. 상기 제1 베어링 핀을 사용하여 상기 베어링 모듈 및 상기 플러그인 유닛은 상기 플러그인 장치의 나머지 부분에 대향하여 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 플러그인 유닛은 상기 제1 축 및/또는 상기 제2 축을 따라 탄성적으로(elastic) 위치한다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛은 삽입되지 않은 제1 플러그인 부재에서 자동으로 항상 상기 제1 축 및/또는 상기 제2 축과 관련하여 동일한 병진운동 위치에 배치될 수 있다. 이는 특히, 상기 플러그인 유닛의 대략적인 위치배정에서 장점일 수 있다. 상기 제1 축에 따른 플러그인 유닛의 탄성 지지(elastic support)를 위해, 상기 두 개의 제1 베어링 핀은 각각 제1 나사 스프링을 구비할 수 있고, 상기 제1 나사 스프링은 상기 제1 축을 따라 서로 반대작용하도록 배치되므로 동일한 제1 나사 스프링에서 상기 플러그인 유닛은 중앙에서 상기 두 개의 제1 베어링 핀 사이에 정렬된다. 바람직하게는, 상기 제1 나사 스프링은 상기 제1 베어링 핀 주위에 배치되고, 한편으로는 상기 각각의 제1 베어링 핀 상에 배치된 샤프트 숄더(shaft shoulder)에 지지되고, 다른 한편으로는 상기 제2 케이지에 지지된다. 상기 제2 축에 따른 플러그인 유닛의 탄성 지지를 위해, 상기 두 개의 제2 베어링 핀들은 각각 제2 나사 스프링을 구비할 수 있고, 상기 제2 나사 스프링은 상기 제2 축을 따라 서로 반대작용하도록 배치되므로 동일한 제2 나사 스프링에서 상기 플러그인 유닛은 중앙에서 상기 두 개의 제2 베어링 핀 사이에 또한 바람직하게는, 중앙에서 상기 제2 케이지 안에 정렬된다. 특히 바람직하게는, 상기 제2 나사 스프링은 상기 제2 케이지와 상기 제3 케이지 사이의 제2 나사 스프링들은 상기 제2 베어링 핀을 중심으로 배치되고 한편으로는 상기 제2 케이지에 배치되고 다른 한편으로는 상기 제3 케이지에서 지지된다.

상기 플러그인 유닛은 상기 제3 축을 따라 탄성적으로(elastic) 위치한다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛은 삽입되지 않은 제1 플러그인 부재에서 자동으로 항상 상기 제3 축과 관련하여 동일한 회전 위치에 배치될 수 있다. 이는 특히 상기 플러그인 유닛의 대략적인 위치배정에서 장점일 수 있다. 상기 제3 축을 중심으로 한 플러그인 유닛의 탄성 지지를 위해, 상기 플러그인 장치는 한편으로는 상기 플러그인 유닛에 지지되는, 다른 한편으로는 상기 제3 케이지에 지지되는 적어도 하나의 스프링 부재를 구비할 수 있다. 특히, 상기 제3 케이지는 두 개의 서로 대향하는 돌출부를 구비할 수 있으며, 상기 돌출부는 각각 몸체(body)의 리세스(recess) 안에 배치될 수 있다. 각각의 리세스에서 두 개의 스프링 부재가 서로 반대작용하도록 상기 돌출부와 상기 몸체 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 축, 상기 제2 축 및 상기 제3 축은 축 교차점(axis intersection point) 안에서 교차된다. 이에 따라, 특히, 상기 플러그인 유닛은 특히 가요성있게(flexible) 이동하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 플러그인 유닛에 작용하는 힘, 예를 들어, 상기 플러그인 유닛의 플러그인 유닛 무게 중심을 통해 발생되는 힘은 특히 간단하게 계산될 수 있다.

바람직하게는, 상기 플러그인 방향 반대쪽 상기 제3 축 상에서 상기 축 교차점으로부터 이격되어 배치된다. 특히, 상기 제1 베어링 유닛을 사용하여 배치된 플러그인 장치의 남은 구성요소, 특히, 제2 및 제3 케이지의 대칭적 형성 및 배치에서, 상기 플러그인 유닛의 자동적으로 수평적인 방향설정(orientation)이 달성될 수 있다. 이는, 무엇보다도, 상기 플러그인 부재를 하부에서 상부로 수직 방향으로 삽입하도록 상기 플러그인 장치가 형성되는 경우에 장점일 수 있다.

또한, 상기 플러그인 유닛에서 힘 적용 지점이 상기 플러그인 유닛의 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 힘 적용 지점은 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛의 외부로부터 상기 플러그인 유닛 위로 작용하는 외부 힘을 위한 적용 지점으로 특징지워진다. 바람직하게는, 상기 힘 적용 지점은 상기 플러그인 유닛의 후면 상에 배치된다. 후면으로서, 여기서 및 이하 바람직하게는, 상기 플러그인 유닛의 측면이 특징지워지며, 상기 측면은 상기 플러그인 부재를 통해 정의된 삽입을 위해 구비된 플러그인 유닛의 측면에 대향하여 배치되고 상기 플러그인 방향과 반대방향으로 정렬된다. 상기 힘 적용 지점에는 인장 스프링 또는 브레이크 케이블(Bowden cable)과 같은 인장부재가 방향설정(orientation) 스프링 부재와 함께 배치될 수 있으며, 여기서, 상기 인장부재는 바람직하게는 상기 제1 베어링 유닛의 어느 측면에서도 고정 지점에 배치된다 . 상기 힘 적용 지점은 바람직하게는, 상기 제3 축에 위치하고 상기 플러그인 방향과 반대방향으로 상기 축 교차점으로부터 이격되어 배치된다. 상기 인장부재의 인장방향은 바람직하게는 상기 플러그인 방향과 반대방향을 가리킨다. 상기 힘 적용 지점은 상기 플러그인 유닛의 방향설정을 정렬과 관계없이 중력에 의해 가능하게 한다. 상기 인장방향에 따라서 상기 플러그인 유닛의 적용 지향된 방향설정이 조정된다. 이는 무엇보다도, 상기 플러그인 장치가 상기 플러그인 부재가 수평방향으로 측면으로 삽입하기 위해 형성되는 경우에 장점일 수 있다. 수직 플러그인 방향에서도 상기 플러그인 부재의 수평적 방향설정이 고려될 수 있는데, 예를 들어, 상기 플러그인 부재로 안내하는 와이어링 하네스(wiring harness)에 의하여 상기 플러그인 유닛에 작용하는 힘에 의해 고려될 수 있다. 이 경우, 힘 적용 지점 및 인장부재를 구비하는 것도 장점이 될 수 있다.

이전에 설명한 바와 같이, 상기 플러그인 유닛의 무게중심 배치 또는 상기 힘 적용 지점의 구비를 통해 상기 플러그인 유닛의 기본적인 방향설정이 설정되는 동안에 특히 상기 제1 플러그인 부재의 미세정렬의 적어도 하나의 제1 정렬부재는 상기 제2 플러그인 부재에 사용된다. 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재는 상기 플러그인 방향에서 상기 제1 플러그인 부재를 지나 돌출하면서 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재는, 상기 제1 플러그인 부재가 상기 제2 플러그인 부재에 접촉하기 전에, 즉 실제적인 플러그인 과정 전에 상기 적어도 하나의 제2 정렬부재와 접촉할 수 있다. 따라서, 대략적인 위치배정 이후 상기 제1 플러그인 부재와 상기 제2 플러그인 부재 사이에 존재하는 병진 및/또는 회전 오프셋이 상쇄될 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재는 상기 플러그인 축에 평행하게 배치된 중심 핀으로 형성되고, 상기 중심 핀은 특히 바람직하게는 플러그인 방향을 가리키는 말단에서 삽입 콘(cone)을 구비한다.

상기 플러그인 유닛은 두 개의 제1 정렬부재를 구비한다. 이는 상기 플러그인 유닛의 균일한 정렬에 작용하고 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재의 상기 적어도 하나의 제2 정렬부재와의 틸팅(tilting)을 방지할 수 있다. 특히, 상기 제3 축을 중심으로 한 상기 플러그인 유닛의 회전 정렬이 수월해질 수 있다. 특히 바람직하게는, 두 개의 제1 정렬부재는 상기 플러그인 축과 관련하여 180°의 오프셋을 구비한다.

상기 플러그인 장치는 상기 베어링 모듈이 배치되는 변위 유닛을 포함한다. 상기 변위 유닛은 특히, 상기 플러그인 유닛을 상기 플러그인 축을 따라 적어도 부분적으로 이동하는 데에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 베어링 모듈은 상기 제1 베어링 유닛을 사용하여 상기 변위 유닛에 배치된다. 따라서, 상기 플러그인 유닛은 상기 베어링 모듈을 사용하여 상기 변위 유닛에 대향하여 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 변위 유닛은 가위 리프팅(scissors lifting) 장치로 형성된다.

상기 제1 플러그인 부재는 전기 자동차용 충전 플러그 또는 충전 소켓으로 형성된다. 상기 제2 플러그인 부재는 그에 상응하여 반대로 전기 자동차용 충전 소켓 또는 충전 플러그로 형성될 수 있다. 전기 자동차의 예로 버스, 트럭, 산업용 트럭 또는 농업기계를 포함한 승용차를 언급할 수 있다.

본 발명에 따른 플러그인 시스템은 플러그인 장치 및 플러그인 부재 수용부를 구비하며, 여기서, 상기 플러그인 부재 수용부는 제2 플러그인 부재 및 적어도 하나의 제2 정렬부재를 포함하고, 상기 제2 플러그인 부재 및 상기 적어도 하나의 제2 정렬부재는 상기 플러그인 유닛에 결합가능하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 제2 정렬부재는 파이프 형태로 형성된다. 결합된 상태에서 상기 플러그인 유닛은 상기 플러그인 부재 수용부에 대해서 바람직하게는 남아있는 자유도(degree of freedom)만을 구비하는데, 즉, 상기 플러그인 축을 따른 병진 운동을 구비한다. 바람직하게는, 이를 위해 상기 제2 플러그인 부재 및 상기 적어도 하나의 제2 정렬부재는 상기 제1 플러그인 부재와 상기 적어도 하나의 제1 정렬부재의 배치와 개수에 해당한다.

본 발명에 따른 로봇은 전술한 플러그인 장치를 구비하며, 여기서, 상기 플러그인 장치는 상기 로봇을 사용하여 위치배정가능하다. 따라서, 플러그인 동작은 이를 위해 비싸거나 고해상도 센서를 사용하지 않고 자동으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 로봇은 상기 플러그인 유닛의 대략적인 위치배정을 위한 센서를 구비한다. 특히, 실질적으로 수직 플러그인 방향을 구비하는 시스템에서 상기 로봇은 상기 플러그인 장치를 바닥에서 주행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 변위 유닛은 상기 로봇의 로봇 암(arm)에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 자동화된 플러그인 동작은 상기 플러그인 방향과 상관없이 실현될 수 있다. 상기 로봇 암은 단독으로 또는 주행 시스템과 함께 사용될 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예를 사용하여 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 플러그인 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 평면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 플러그인 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 측면도이다.
도 5는 제3 실시예에 따른 플러그인 장치의 측면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 플러그인 부재 수용부의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 평면도이다.

도 1 내지 도 7은 다양한 실시예들의 다양한 측면을 도시한다. 명료함을 위해 모든 참조부호들은 모든 도면에 사용된다. 동일하고 기능이 같은 부재들에는 동일한 참조번호가 사용된다.

도 1은 플러그인 축(16) 및 플러그인 방향(18)을 갖는 제1 플러그 부재(14) 및 두 개의 제1 정렬부재(20)(도 4 및 도 5에 도시되지 않음)를 구비하는 플러그인 유닛(12)을 갖는 플러그인 장치(10)의 제1 실시예를 도시한다. 상기 두 개의 제1 정렬부재(20)는 상기 플러그인 축(16)과 관련하여 180°의 오프셋을 포함한다. 상기 제1 플러그인 부재(14)는 전기 자동차용 충전 플러그(22)로 형성된다.

상기 플러그인 방향(18)은 삽입용 상기 제1 플러그인 부재(14), 즉, 제2 플러그인 부재(24)와의 연결의 형성을 위해 움직이는 플러그인 축(16)의 방향을 기재한다. 이에 상응하여 전기 자동차용 충전 소켓(26)으로 형성되는 상기 제2 플러그인 부재(24)의 실시예가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 플러그인 장치는 또한 베어링 모듈(28)을 구비하는데, 상기 베어링 모듈(28)은 상기 플러그인 유닛(12)을 제1 축(32)을 중심으로 회전가능하게 그리고 상기 제1 축(32)을 따라서 변위가능하게 배치되게 하는 제1베어링 유닛(30), 상기 플러그인 유닛(12)을 제2 축(36)을 중심으로 회전가능하게 그리고 상기 제2 축(36)을 따라서 변위가능하게 배치되게 하는 제2 베어링 유닛(34), 및 상기 플러그인 유닛(12)을 제3 축(40)을 중심으로 회전가능하게 배치되게 하는 제3 베어링 유닛(38)을 포함한다. 상기 제1 정렬부재(20)는 상기 플러그인 유닛의 몸체(42)를 지나 움직이지 않게 상기 제1 플러그인 부재(12)에 연결된다.

상기 제1 축(32)과 상기 제2 축(36) 및 상기 제2 축(36)과 상기 제3 축(40)은 각각 서로 수직으로 연결된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 제1 축(32) 및 상기 제2 축(36)에 걸쳐 있는 평면 안에 바람직하게는, 모든 방향으로 이동할 수 있다. 이외에도, 이러한 배치에 의하여 상기 플러그인 유닛(12)은 모든 방향으로 공간에서 회전할 수 있다.

도 1의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 제3 축(50) 및 상기 플러그 축(16)은 서로에 대해 평행하게 배치된다. 상기 제3 축(40)을 중심으로 한 회전가능한 배치에 의하여, 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 플러그인 축(16)을 중심으로 한 배치에 의해 회전 정렬될 수 있다. 전술한 상기 제1 축(32)과 상기 제2 축(36)의 수직 배치 및 상기 제2 축(36)과 상기 제3 축(40)의 수직 배치와 함께, 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 플러그인 방향(18)에 가로질러 정렬될 수 있다. 상기 제3 축(40)을 따라서 상기 플러그인 유닛(12)은 변위되지 않게 배치된다. 상기 제3 축(40)을 상기 플러그인 축(16) 위에 배치함으로써, 상기 제3 축(40)을 따른 약간의 오프셋이 플러그인 과정에 의해 자체적으로 상쇄될 수 있다.

상기 제3 베어링 유닛(38)은 상기 플러그인 유닛(12)과 함께 상기 제2 축(36)을 중심으로 회전가능하며 상기 제2 축(36)을 따라서 변위가능하게 배치되고, 상기 제2 베어링 유닛(34)은 상기 제3 베어링 유닛(38)과 함께 상기 제1 축(32)을 중심으로 회전가능하며 상기 제1 축(32)을 따라서 변위가능하게 배치된다. 이러한 회전식 위치배정과 관련하여, 상기 플러그인 장치(12)에서 적용된 위치배정 원리는 카다닉(cardanic) 위치배정에 해당한다. 상기 제2 축(36)과 관련한 위치배정은 상기 제2 베어링 유닛(34)을 사용하여 수행된다. 상기 제1 축(32)과 관련한 위치배정은 상기 제1 베어링 유닛(30)을 사용하여 수행된다.

상기 플러그인 장치(10)는 두 개의 링 형태로 형성된 케이지(44, 46)를 구비하는데, 즉, 제2 케이지(44)는 상기 제2 베어링 유닛(34)의 일부로, 제3 케이지(46)는 상기 제3 베어링 유닛(38)의 일부이다. 상기 제1 베어링 유닛(30)은 케이지를 구비하지 않는다.

상기 제2 베어링 유닛(34)는 또한, 상기 제2 축(36)을 따라 정렬된 제2 베어링 핀(pin)(50)을 포함한다. 상기 제1 베어링 유닛(30)은 상기 제1 축(32)을 따라 정렬된 두 개의 제1 베어링 핀(48)을 포함한다. 특히, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제2 케이지(44)는 상기 제1 축(32)과 관련하여 축방향으로 그리고 회전하여 이동하며 상기 제1 베어링 핀(48)에 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)의 회전 및 병진 운동이 상기 제1 축(32)과 관련하여 수행된다. 상기 제2 베어링 핀(50)은 상기 제2 케이지(44)에 고정 배치된다.

상기 제3 케이지(46)는 상기 제2 축과 관련해서 상기 제2 베어링 핀(50)을 사용하여 축방향으로 그리고 회전하여 이동하여 상기 제2 케이지(44) 내부에 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)의 회전 및 병진운동은 상기 제2 축(36)과 관련해서 달성된다. 상기 플러그인 유닛(12)은 슬라이딩 베어링(52)을 사용하여 상기 제3 케이지(46) 안에 배치된다. 따라서, 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 베어링 모듈(28)에 의해 둘러 싸여 상기 플러그인 장치 안에 배치된다. 상기 슬라이딩 베어링(52)은 상기 플러그인 유닛(12)이 상기 제3 축(40)을 중심으로 회전식 운동이 허용되도록 형성된다. 이때, 상기 슬라이딩 베어링(52)은 상기 제 3 케이지(46) 및 상기 플러그인 유닛(12)의 서로 대향한 표면에 의해 형성된다.

상기 제1 축(32) 및 상기 제2 축(36)을 따라서 상기 플러그인 유닛(12)은 탄력적으로 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)은 삽입되지 않은 제1 플러그인 부재(14)에서 자동으로 항상 상기 제1 축(32) 및 상기 제2 축(36)과 관련한 동일한 병진 위치에 배치된다. 상기 제1 축(32)에 따른 상기 플러그인 유닛(12)의 탄성 지지를 위해, 두 개의 제1 베어링 핀(48)은 각각 상기 제1 축(32)을 따라 서로 반대로 작용하여 배치되는 제1 나사 스프링(54)을 구비하므로, 동일한 제1 나사 스프링(54)에서 상기 플러그인 유닛(12)은 중앙에서 상기 두 개의 제1 베어링 핀(48) 사이에 정렬된다 (특히 도 1 및 도 2 참조). 상기 제1 나사 스프링(54)은 상기 제1 베어링 핀(48)을 중심으로 배치되고 한편으로는, 상기 각각의 제1 베어링 핀(48) 상에 배치된 샤프트 숄더(shaft shoulder)(56)에서 지지되고 다른 한편으로는 상기 제2 케이지(44)에서 지지된다.

상기 제2 축에 따른 상기 플러그인 유닛(12)의 탄성 지지를 위해, 상기 두 개의 제2 베어링 핀(50)은 각각 제2 나사 스프링(58)을 구비할 수 있으며, 상기 제2 나사 스프링(58)은 상기 제2 축(36)을 따라 서로 반대작용하면서 배치되므로 동일한 제2 나사 스프링(58)에서 상기 플러그인 유닛(12)은 중앙에서 상기 두 개의 제2 베어링 핀(50) 사이에 그리고 중앙에서 상기 제2 케이지(44) 안에 정렬된다. 상기 제2 나사 스프링(58)은 상기 제2 케이지(44)와 상기 제2 케이지(46) 사이에서 상기 제2 베어링 핀(50)을 중심으로 배치되고 한편으로는 상기 제2 케이지(44)에서 다른 한편으로는 상기 제2 케이지(46)에서 지지될 수 있다.

상기 플러그인 유닛(12)은 이외에도 상기 제3 축(40)을 중심으로 탄성적으로 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)은 삽입되지 않은 제1 플러그인 부재(14)에서 자동으로 항상 상기 제3 축(40)과 관련한 동일한 회전 위치에 배치될 수 있다. 상기 플러그인 유닛(12)을 상기 제3 축(40)을 중심으로 탄성 지지하기 위해, 상기 플러그인 장치(10)는 한편으로는 상기 플러그인 유닛(12)에서 다른 한편으로는 상기 제3 케이지(46)에서 지지될 수 있고, 도시되지 않은 스프링 부재를 구비할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3 케이지(46)는 두 개의 서로 대향하는 돌출부(60)를 구비하며, 상기 돌출부(60)는 각각 상기 몸체(42)의 리세스(62) 안에 배치된다. 리세스(62) 각각에는 두 개의 스프링 부재들은 서로 반대작용하여 상기 돌출부(60)와 상기 몸체(42) 사이에 배치될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 제2 실시예는 변위 유닛(68)을 구비하는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 다르다. 상기 플러그인 유닛(12) 및 상기 베어링 모듈(28)은 상기 두 개의 실시예에서 동일하다.

상기 제1 축(32), 상기 제2 축(36), 및 상기 제3 축(40)은 축 교차점(axis intersection point)(64) 안에서 교차된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예들에서 상기 플러그인 유닛(12)의 플러그인 유닛 무게중심(66)은 상기 플러그인 방향(18) 반대쪽 상기 제3 축(40) 상에서 상기 축 교차점(64)으로부터 이격되어 배치된다. 이에 따라, 상기 플러그인 유닛(12)의 자동적인 수평 방향설정이 달성될 수 있다.

도 5에 도시된 제3 실시예는 상기 플러그인 유닛(12)에 상기 플러그인 유닛(12)의 방향을 정하기 위한 힘 적용 지점(70)이 배치되는 점에서 도 3 및 도 4에 도시된 제2 실시예와 다르다. 상기 힘 적용 지점(70)은 상기 플러그인 유닛(12)의 후면에 배치된다. 상기 힘 적용 지점(12)에 인장부재(71)가 방향설정 스프링부재(74)를 갖는 브레이크 케이블(Bowden cable)(72)을 포함하여 배치되고, 여기서, 상기 인장부재(71)는 상기 제1 베어링 유닛(30) 너머에 바닥 플레이트(76)에 그리고 상기 제1 베어링 유닛(30) 너머의 고정점에 배치된다. 상기 힘 적용 지점(70)은 상기 제3 축(40) 상에 위치하여 상기 플러그인 장치(18)에 대하여 상기 축 교차점(64)로부터 이격되어 배치된다. 상기 인장부재(71)의 인장방향(78)은 상기 플러그인 방향(18)과 반대방향을 가리킨다. 이에 따라, 상기 인장방향(78)에 따라서, 적용과 관련한 플러그인 유닛(12)의 방향설정(orientation)이 설정될 수 있다.

상기 플러그인 유닛 무게중심(66)의 배치(제 1 및 제2 실시예, 도 1-4)에 의하거나 상기 힘 적용 지점(70)의 구비(제3 실시예, 도 5)에 의하여 상기 플러그인 유닛(12)의 기본적인 방향설정이 설정되는 동안에, 상기 제1 정렬부재(20), 특히, 상기 제1 플러그인 부재(14)의 미세정렬의 제1 정렬부재(20)는 상기 제2 플러그인 부재(24)에 사용된다.

플러그인 시스템은 상기 플러그인 장치 외에도 도 6 및 도 7에 도시된 플러그인 부재 수용부(79)를 포함하며, 상기 플러그인 부재 수용부(79)는 상기 제2 플러그인 부재(24) 및 두 개의 제2 정렬부재(80)를 포함한다. 상기 제2 정렬부재(80)는 상기 제1 정렬부재(20)에 결합가능하도록 배치된다.

특히, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 플러그인 방향(18)의 제1 정렬부재(20)는 상기 제1 플러그인 부재(14)를 지나 돌출하면서 배치된다. 이에 따라, 상기 제1 플러그인 부재(14)가 상기 제2 플러그인 부재(24)에 접촉하기 전에, 즉, 실질적인 플러그인 과정 이전에 상기 제1 정렬부재(20)는 상기 제2 정렬부재(80)와 접촉할 수 있다. 상기 제1 정렬부재(20)는 상기 플러그인 축(16)에 평행하게 배치된 센터링 핀(centering pin)으로 형성되며, 상기 중심 핀은 플러그인 방향(18)을 가리키는 말단에서 각각 삽입 콘(insertion cone)(82)을 구비한다. 상기 제2 정렬부재(80)는 파이프 형태로 형성된다. 결합된 상태에서 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 플러그인 부재 수용부(79)에 대해서 단지 하나의 남아 있는 자유도(degree of freedom)를 구비하며, 즉, 상기 플러그인 축(16)을 따른 병진 자유도를 구비한다.

상기 제2 및 제3 실시예(도 3-5)에서 상기 플러그인 장치(10)는 상기 베어링 모듈(28)이 배치된 변위 유닛(68)을 포함한다. 상기 변위 유닛(68)은, 상기 플러그인 유닛(12)이 적어도 부분적으로 상기 플러그인 축(16)을 따라서 변위하는 데에 사용된다. 상기 베어링 모듈(28)은 상기 제1 베어링 유닛(30)의 제1 베어링 핀(48)을 사용하여 상기 변위 유닛(68)에 배치되므로, 상기 플러그인 유닛(12)은 상기 베어링 모듈(28)을 사용하여 상기 변위 유닛(68)에 대향하여 위치한다. 상기 변위 유닛(68)은 가위 리프팅(scissors lifting)장치로 형성된다.

참조기호 목록
10 플러그인 장치
12 플러그인 유닛
14 제1 플러그인 부재
16 플러그인 축
18 플러그인 방향
20 제1 정렬부재
22 충전 플러그
24 제2 플러그인 부재
26 충전 소켓
28 베어링 모듈
30 제1 베어링 유닛
32 제1 축
34 제2 베어링 유닛
36 제2 축
38 제3 베어링 유닛
40 제3 축
42 몸체
44 제2 케이지
46 제3 케이지
48 제1 베어링 핀
50 제2 베어링 핀
52 슬라이딩 베어링
54 제1 나사 스프링
56 샤프트 숄더
58 제2 나사 스프링
60 돌출부
62 리세스
64 축 교차점
66 플러그인 유닛 무게중심
68 변위 유닛
70 힘 적용 지점
71 인장부재
72 브레이크 케이블
74 방향설정 스프링부재
76 바닥 플레이트
78 인장방향
79 플러그인 부재 수용부
80 제2 정렬부재
82 삽입 콘

Claims

플러그인 축(16) 및 플러그인 방향(18)을 포함하는 제1 플러그 부재(14), 및 적어도 하나의 제1 정렬부재(20)를 구비하는 플러그인 유닛(plug-in unit)(12); 및
상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제1 축(32)을 중심으로 회전가능하고 상기 제1 축(32)을 따라서 변위가능하게(displaceable) 위치하는 제1 베어링 유닛(bearing unit)(30), 상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제2 축(36)을 중심으로 회전가능하고 상기 제2 축(36)을 따라서 변위가능하게 위치하는 제2 베어링 유닛(34), 및 상기 플러그인 유닛(12)을 사용하여 제3 축(40)을 중심으로 회전가능하게 위치하는 제3 베어링 유닛(38)을 구비하는 베어링 모듈(bearing module)(28)을 포함하는 플러그인 장치(10)로서,
상기 제1 축(32), 상기 제2 축(36) 및 상기 제3 축(40)은 축 교차점(axis intersection point)(64) 안에서 교차되고,
상기 플러그인 유닛(12)의 플러그인 유닛 무게 중심(66)은 플러그인 방향(18) 반대쪽 상기 제3 축(40) 상에서 상기 축 교차점(64)으로부터 이격되어 배치되며,
상기 플러그인 유닛(12)의 방향을 설정하기 위한 힘 적용 지점(70)이 상기 플러그인 유닛(12)의 후면에 배치되는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항에 있어서,
상기 제1 축(32)과 상기 제2 축 및 상기 제2 축(36)과 상기 제3 축(40)은 각각 서로 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 축(40) 및 상기 플러그인 축(16)은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 베어링 유닛(38)은 상기 플러그인 유닛(12)과 함께 상기 제2 축(36)을 중심으로 회전가능하고 상기 제2 축(36)을 따라서 변위가능하게 위치하고,
상기 제2 베어링 유닛(34)은 상기 제3 베어링 유닛(38)과 함께 상기 제1 축(32)을 중심으로 회전가능하고 상기 제1 축(32)을 따라서 변위가능하게 위치하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그인 유닛(12)은 상기 제1 축(32) 및/또는 상기 제2 축(36)을 따라서 탄력적으로(elastic) 위치하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그인 유닛(12)은 상기 제3 축(40)을 따라서 탄력적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그인 방향(18) 안의 적어도 하나의 정렬부재(20)는 제1 플러그인 부재(14)를 지나 돌출하면서 배치되는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그인 유닛(12)은 두 개의 제1 정렬부재(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그인 장치(12)는 상기 베어링 모듈(28)이 배치되는 변위 유닛(68)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 플러그인 부재(14)는 전기 자동차용 충전 플러그(22) 또는 충전 소켓(26)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플러그인 장치(10).
제1항 또는 제2항에 따른 플러그인 장치(10) 및 플러그인 부재 수용부(79)를 구비한 플러그인 시스템에 있어서,
상기 플러그인 부재 수용부(79)는 제2 플러그인 부재(24) 및 적어도 하나의 제2 정렬부재(80)를 포함하고, 상기 제2 플러그인 부재(24) 및 상기 적어도 하나의 제2 정렬부재(80)는 상기 플러그인 유닛(12)에 결합가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플러그인 시스템.
제1항 또는 제2항에 따른 플러그인 장치(10)를 구비한 로봇에 있어서,
상기 플러그인 장치(10)는 상기 로봇을 사용하여 위치배정되는 것을 특징으로 하는 로봇.