KR100443595B1 - 콘크리트 바닥 미장로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체육관, 공장, 항만 시설과 같은 대형공간 또는 아파트와 같은 소형 공간의 콘크리트 바닥에 대한 미장작업을 반자동 또는 전자동으로 할 수 있는 미장로봇에 관한 것이며, 그 목적은 기존의 사람 탑승형과는 달리 원격조정이 가능하고, 작업자와 로봇의 협업이 용이하며 미장능력이 극대화된 전방향 이동 가능한 소형 고기능 미장로봇을 제공함에 있다.

본 발명은 로봇 본체에 탑재된 소형엔진의 구동력을 감속기어와 베벨기어를 통하여 트로웰에 전달하여 트로웰을 회전시키고, 스텝모터와 워엄기어를 이용하여 상기 트로웰의 기울어짐 각도를 조절하여 트로웰과 바닥면과의 마찰력을 추진력으로 하여 전방향 이동이 가능하도록 구성된 것을 기술적 요지로 한다.

Description

콘크리트 바닥 미장로봇{High performance robot for concrete floor finishing}

본 발명은 체육관, 공장, 항만 시설과 같은 대형공간 또는 아파트와 같은 소형 공간의 콘크리트 바닥에 대한 미장작업을 반자동 또는 전자동으로 할 수 있는 미장로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 구동부 없이 2개의 트로웰의 접촉마찰력을 이용하여 전방향 주행과 미장작업이 동시에 가능하도록 구성된 미장로봇에 관한 것이다.

미장작업의 유래는 건축물의 벽면이나 바닥을 미장공이 흙손을 사용하여 수작업으로 미장작업을 수행하다가 점차적으로 미장기기가 도입되어 반자동 방식으로 작업이 이루어져 왔다.

종래의 반자동 미장기기로는 도 7과 같이 사람이 엔진으로 구동되는 미장 트로웰을 손으로 잡고 밀면서 미장작업을 수행하는 형태와, 도 8과 같이 2개의 미장 트로웰이 장작된 기기위에 사람이 탑승하여 레버로 방향을 이동하며 작업하는 형태가 있다. 이 탑승형 미장기는 반드시 사람이 그 위에 탑승하여 양 레버를 이용하여 진행방향을 조정, 미장 작업을 수행하는 방식으로 사람이 탑승하게 되므로 어느 정도의 크기를 갖게 되고, 중량이 대략 200kg으로 이동시 화물차에 싣고 이동해야 하며, 현재 항만이나 공장 바닥과 같은 대형 공사장에서만 사용 가능하여 소형공간의 바닥에 대한 미장작업에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 기존의 사람 탑승형과는 달리 원격조정이 가능하고, 작업자와 로봇의 협업이 용이하고, 미장능력이 극대화되며, 전방향 이동 가능한 소형 고기능 미장로봇을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 4개의 블레이드를 가진 2개의 트로웰에 의해 미장작업을 수행하도록 구성되고, 상기 2개의 트로웰을 같은 크기의 속도로 서로 반대 방향으로 회전하도록 하기 위해 감속기어를 거친 엔진의 구동력은 베벨기어를 통하여 양쪽의 트로웰로 전달되도록 하며, 미장로봇의 전방향 주행을 위한 트로웰의 기울어짐 각도는 스텝모터 회전을 워엄기어 메커니즘을 이용하여 작동로드를 상하로 움직여 트로웰의 기울어짐 각도를 조절하도록 구성되었다.

도 1 은 본 발명에 따른 미장로봇의 구조를 나타낸 정면도

도 2 는 본 발명에 따른 미장로봇의 구조를 나타낸 측면도

도 3 은 본 발명의 트로웰의 배치구조를 나타낸 저면도

도 4 는 본 발명의 블레이드를 나타낸 평면도

도 5 는 본 발명의 트로웰의 기울어짐 각도를 조절하기 위한 스텝모터의 설치 위치를 나타낸 배치도

도 6 은 본 발명의 풀림방지가 고려된 트로웰 고정너트를 나타낸 평면도

도 7 은 종래의 수동형 미장기기를 나타낸 예시도

도 8 은 종래의 탑승형 반자동 미장기기를 나타낸 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 소형엔진 (2) : 감속기어부

(3) : 베벨기어부 (4) : 트로웰

(5) : 트로웰 자세제어부 (6) : 스커트

(31) : 제 1 베벨기어부 (32) : 제 2 베벨기어부

(33) : 유니버셜 조인트 (41) : 블레이드

(42) : 블레이드 날 (43) : 스파이더 플레이트

(44) : 트로웰 축 (45) : 고정너트

(45′) : 체결공 (45″) : 절개부

(46) : 노브 (51) : 모터

(52) : 워엄 (53) : 워엄휠

(54) : 작동로드 (55) : 링크연결부재

(56) : 링크 (57) : 트로웰 뭉치

(58)(58′) : 롤링 가이드 (59) : 포텐셔미터

(L) : 전후중심평면(bi-axial plane)

발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 미장로봇의 구조를 나타낸 정면도를, 도 2 는 본 발명에 따른 미장로봇의 구조를 나타낸 측면도를, 도 3 은 본 발명의 트로웰의 배치구조를 나타낸 저면도를, 도 4 는 본 발명의 블레이드를 나타낸 평면도를, 도 5 는 본 발명의 트로웰의 기울어짐 각도를 조절하기 위한 스텝모터의 설치 위치를 나타낸 배치도를, 도 6 은 본 발명의 풀림방지가 고려된 트로웰 고정너트를 나타낸 평면도를 도시한 것으로, 본 발명은 로봇 본체에 탑재된 소형엔진(1)에 연결되어 소정의 감속비를 갖도록 구성된 감속기어부(2)와, 상기 감속기어부(2)와 연결된 베벨기어부(3)와, 상기 베벨기어부(3)에 연결되어 미장작업을 하는 트로웰(4)과, 상기 트로웰(4)의 기울어짐 각도를 조절하는 트로웰 자세제어부(5)로 구성되었다.

상기 감속기어부(2)는 도 1에 도시된 것과 같이 다수의 기어 및 풀리와 밸트로 구성된다. 이러한 기어 구성은 통상의 기술임으로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 베벨기어부(3)는 감속기어부(2)에서 전달된 구동력을 트로웰(4)에 전달하는 것으로, 상기 감속기어부(2)와 연결되어 소형엔진(1)으로부터 발생된 구동력을 양측으로 전달하는 제 1 베벨기어부(31)와, 상기 제 1 베벨기어부(31)로부터 구동력을 전달받아 같은 크기의 서로 다른 회전방향을 갖도록 전환하여 트로웰(4)을 회전시키는 제 2 베벨기어부(32)와, 상기 제 1 베벨기어부(31)와 제 2 베벨기어부(32)를 연결하는 유니버셜 조인트(33)로 구성되었다.

상기 트로웰(4)은 로봇 본체의 저면 양측에 설치되고, 도 3에 도시된 것과 같이 4개의 블레이드(41)가 설치된 스파이더 플레이트(43)로 구성되며, 양측 트로웰(4)에 설치된 블레이드(41)가 일정부분 겹치며 회전하도록 배치되었다. 또한, 상기 블레이드(41)는 바닥면의 불규칙한 반력을 감소시키며 추력을 얻을 수 있도록 도 4와 같이 한쪽 면에만 블레이드 날(42)을 갖도록 구성되고, 트로웰(4)의 상단에 노브(46)를 설치하여 블레이드(41)의 각도를 조절 가능하도록 구성되었다.

상기 트로웰(4)은 고정너트(45)를 이용한 조립식으로 교환 설치가 용이하고, 로봇 본체의 저면둘레에 스커트(6)를 설치하여 트로웰(4)의 회전시 주변 물체와 접촉하는 것을 방지하도록 구성되었다.

상기 트로웰 자세제어부(5)는 서로 직교하도록 배치되어 로봇 본체의 양측에 도 5와 같이 대칭적으로 설치된 4개의 스텝모터(51)와, 상기 각 스텝모터(51)축에 설치된 워엄(52)과, 상기 워엄(52)에 맞물리고 베어링에 의해 로봇 본체에 지지된 워엄휠(53)과, 상기 워엄휠(53) 내부에 나사결합된 작동로드(54)와, 상기작동로드(54) 끝단에 설치된 링크연결부재(55)와, 롤링 가이드(58)에 의해 로봇 본체에 설치되어 제 2 베벨기어부(32)와 트로웰 축(44)을 지지하는 트로웰 뭉치(57)와, 상기 링크연결부재(55)와 트로웰 뭉치(57)를 연결하는 링크(56)로 구성되어 작동로드(54)의 상하 움직임에 따라 트로웰 뭉치(57)가 소정각도 기울어지도록 구성되었다.

또한, 본 발명은 로봇의 운동 안정성과 조정성을 향상시키기 위하여 로봇을 구성하는 대부분의 부품들이 전후중심평면(bi-axial plane)(L)상에 배치되도록 하였다. 전후중심평면(L)이란 로봇 본체 상단의 중앙을 가로 방향으로 가로지르는 임의의 평면으로서 로봇의 무게 중심이 이 평면에서 멀리 떨어져 분포하지 않도록 배치함으로서(즉, 로봇의 구성 전장 부품들을 가능한 전후중심평면(L) 상에 위치하도록 배치시킴으로서, 이러한 구성 부품들에 의해 이루어지는 로봇의 무게 중심을 기구학적으로 로봇의 중심에 위치시키도록 한다.) 로봇이 운동할 때에 중심에서 떨어진 부분의 질량에 의한 전체 운동의 영향을 최소화하여 안정성이 증대 될 수 있다. 따라서 미장로봇의 안정성과 조정성 향상을 위하여 미장로봇 좌우 양쪽의 균형과 전후중심평면(L)을 고려하여 로봇 본체에 탑재되는 전장부품을 배치하였다.

본 발명의 실시예를 통해 그 구성과 작용을 좀 더 구체적으로 설명한다.

소형엔진(1)은 로봇 본체의 중앙 상단에 설치되고, 그 하부에는 감속기어부(2)가 설치되며, 상기 감속기어부(2)의 하부에는 제 1 베벨기어부(31)가 설치되고, 상기 감속기어부(2)의 양측에는 제 2 베벨기어부(32)가 설치되며, 상기제 2 베벨기어부(32)의 하부에 트로웰(4)이 설치되어 감속기어부(2)→제 1 베벨기어부(31)→제 2 베벨기어부(32)→트로웰(4)로 소형엔진(1)에서 발생된 구동력이 전달된다.

상기 제 2 베벨기어부(32)와 트로웰(4)은 트로웰 축(44)에 의해 연결되고, 상기 트로웰 축(44)과 제 2 베벨기어부(32)는 트로웰 뭉치(57) 내부에 지지되며, 상기 트로웰 뭉치(57)는 롤링 가이드(58)에 의해 로봇 본체에 설치된다. 또한, 상기 트로웰(4)을 트로웰 축(44)에 설치시 도 6과 같이 일측에 절개부(45″)가 형성되고, 상기 절개부(45″)에 직교하도록 체결공(45′)이 형성된 고정너트(45)를 이용하여 상기 체결공(45′)에 볼트를 추가로 조임으로서 풀림을 방지하게 된다.

이하, 트로웰(4)의 기울임 각도 조절을 위한 워엄기어 메커니즘에 대해 도 1과 도 2에 연계하여 설명하도록 한다.

트로웰(4)을 임의의 각도로 자유롭게 기울이기 위해 본 발명에서는 4개의 스텝모터(51)를 사용하며, 상기 4개의 스텝모터(51)는 도 5와 같이 상하좌우 대칭되게 배치되어 1개의 트로웰 뭉치(57)는 서로 직교하도록 배치된 2개의 스텝모터(51)에 의해 기울어지게 된다.

상기 각각의 스텝모터(51)에는 워엄(52)이 설치되고, 상기 워엄(52)과 맞물리는 워엄휠(53)은 베어링에 의해 로봇 본체에 지지되며, 상기 워엄휠(53)의 내부에 작동로드(54)가 나사 결합되었다. 또한, 상기 작동로드(54)의 끝에는 롤링 가이드(58′)가 형성된 링크연결부재(55)가 설치되어 트로웰 뭉치(57)와 링크(56)에 의해 연결됨으로서, 트로웰 뭉치(57)는 롤링 가이드(58)를 회전축으로 하여 링크(56)의 상하이동 거리만큼 회전하게 된다.

상기 워엄휠(53)의 상단에는 포텐셔미터(59)가 장착되어 워엄휠(53)의 회전수를 측정하여 트로웰(4)의 자세 변위각을 감지하게 된다. 이렇게 감지된 변위각으로 로봇의 진행방향을 알 수 있으며, 일정패턴을 가진 미장작업의 자동화 작업시 감지된 변위각을 통하여 스텝모터(51)를 조정하여 로봇의 진행방향을 조정할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 조이스틱(도시없음)을 이용한 원격조정 또는 일정패턴을 입력하여 자동화로 미장작업을 시행하는 것으로, 양측 트로웰(4)을 서로 반대방향을 회전시킴으로서 회전반력을 상쇄시키고, 트로웰 자세제어부(5)의 작동으로 양측 트로웰(4)의 기울어짐 각을 결정하여 블레이드(41)와 미장 바닥면간에 발생하는 마찰력을 추진력으로 하여 전방향 이동이 가능하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 스텝모터와 워엄기어 메커니즘을 이용하여 자동으로 미장로봇의 트로웰의 각도를 조절할 수 있도록 구성되어 사람이 탑승하지 않고 원격제어를 통한 전방향 이동이 가능하여 소형화가 가능해짐에 따라 아파트, 빌딩등의 바닥면이 소규모이면서 작업수요가 많은 미장작업에 대한 작업능률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 로봇 본체에 탑재된 소형엔진(1)에 연결되어 소정의 감속비를 갖도록 구성된 감속기어부(2)와, 상기 감속기어부(2)와 연결된 베벨기어부(3)와, 상기 베벨기어부(3)에 연결되어 미장작업을 하는 트로웰(4)과, 상기 트로웰(4)의 기울어짐 각도를 조절하는 트로웰 자세제어부(5)로 구성되고,

   상기 베벨기어부(3)는 감속기어부(2)에 연결되어 같은 크기의 서로 다른 회전방향을 갖도록 구동력을 전환하여 전달하는 제 1 베벨기어부(31)와, 상기 제 1 베벨기어부(31)와 유니버셜 조인트(33)에 의해 연결되어 트로웰(4)을 회전시키는 제 2 베벨기어부(32)로 구성되고,

   상기 트로웰 자세제어부(5)는 서로 직교하도록 배치되어 로봇 본체의 양측에 대칭적으로 설치된 4개의 스텝모터(51)와, 상기 각 스텝모터(51)축에 설치된 워엄(52)과, 상기 워엄(52)에 맞물리고 베어링에 의해 로봇 본체에 지지된 워엄휠(53)과, 상기 워엄휠(53) 내부에 나사결합된 작동로드(54)와, 상기 작동로드(54) 끝단에 설치된 링크연결부재(55)와, 롤링 가이드(58)에 의해 본체에 설치되어 제 2 베벨기어부(32)와 트로웰 축(44)을 지지하는 트로웰 뭉치(57)와, 상기 링크연결부재(55)와 트로웰 뭉치(57)를 연결하는 링크(56)로 구성되어 작동로드(54)의 상하 움직임에 따라 트로웰 뭉치(57)가 소정각도 기울어져 트로웰(4)과 미장 바닥면간에 발생하는 마찰력에 의해 전방향 이동 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 바닥 미장로봇.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 트로웰(4)은 4개의 블레이드(41)가 설치된 스파이더 플레이트(43)로 구성되어 트로웰(4) 회전시 블레이드(41)가 일정부분 겹치며 회전토록 로봇 저면 양측에 설치되며, 상기 블레이드(41)는 바닥면의 불규칙한 반력을 감소시키며 추력을 얻을 수 있도록 한쪽 면에만 블레이드 날(42)을 갖도록 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 바닥 미장로봇.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 트로웰 축(44)에 트로웰(4)을 고정시, 일측에 절개부(45″)가 형성되고 상기 절개부(45″)에 직교하도록 체결공(45′)이 형성된 고정너트(45)를 이용하여 상기 체결공(45′)에 볼트를 추가로 조임으로서 풀림을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 바닥 미장로봇.