KR100533664B1 - 표면흡착이동로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 흡착되어 이동하는 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면에 부착하여 이동하면서 표면을 세정, 도장, 검사작업을 수행하는 로봇에 있어서, 하단에 패드부(16)가 부착되는 메인바디부(11)와 위빙시스템이 부착되어 있는 바디프레임부(12)와, 상기 바디프레임부(12)와 힌지핀(131)으로 연결되고 상기 힌지핀(131)을 축으로 회전이 가능하고 감속기를 내장한 모터(132)와 휠(133)로 구성된 드라이브 하우징(13)과, 바디프레임(12)과 드라이브 하우징(13) 사이에서 인장 압축운동을 하는 접시스프링(14)과, 상기 접시스프링(14)을 고정하기 위한 블록부(15)와, 상기 메인바디부(11)와 연결되어 표면과 로봇사이에 감압공간을 형성하고 탄성재질 구성된 패드부(16)로 구성된 것을 특징으로 하며, 각각의 4개의 휠에 접시스프링(conical washer)과 힌지구조를 이용하여 4개의 휠이 힌지점을 중심으로 회전함으로써 로봇의 이동시 장애물(용접선등)을 손쉽게 극복할 수 있는 장점이 있다.

Description

표면흡착이동로봇{ Moving robot using surface adhesive }

본 발명은 표면에 부착하여 이동하면서 표면을 세정, 도장, 검사작업을 수행하는 표면흡착이동로봇에 관한 것으로, 특히 표면에 로봇이 부착하여 이동시에 용접라인등의 장애물이 있을 경우 서스펜션 또는 높이조절기능이 구비되도록 구성된 것에 관한 것이다.

선박이 독크내에 위치한 이후에 도장하는 전공정으로서 도료의 두께를 균일하게 하고 도료의 탈락을 방지하기 위하여 반드시 블라스팅을 수행하여야한다. 이러한 작업은 선체로부터 이탈된 도료의 조각들에 의한 해양오염을 미연에 방지하고 작업자의 안전 및 작업환경 개선을 위하여 반드시 선행되어야 한다. 따라서 선체외판을 수직 및 수평으로 이동하면서 부착표면을 세정 및 도장을 해줄 수 있는 장치가 필요하게 된다.

주지된 바와 같이, 벽면주행용 로봇은 표면에 부착하여 이동하면서 표면을 세정, 도장, 검사작업의 수행등을 함으로써 종래에는 사람이 위험을 무릎쓰고 행하고 있던 작업을 대신하여 종종 이용되고 있다.

일례로 일본 실개 평01-128475호 및 일본 실개 평04-38386호 공보에 기재된 이동흡착반은 어느쪽도 벽면에 대하여 흡착하기 쉽고 또한 이반하기 어려운 구조를 제공하려고 하는 것이고 그 나름대로의 유효한 것이지만 벽면주행용 로봇의 경우에는 벽면의 흘러내림이나 자중에 의한 등에 의한 흡반이 벽면에 대하여 미끄러지기 쉽고 단순히 흡착하기 쉽고 또한 이반하기 어려운 것만으로는 실용화에 난점이 있다.

또한 출원번호 제 10-1986-0009301호의 벽면에 대한 흡입고착 및 이동장치는 본 발명과 그 작동방식이 유사하다고 볼 수 있다.

그러나 상기 인용발명의 로봇은 4개의 휠의 개별구동이 아니라 2개의 휠 및 스프로켓 체인으로 이루어진 구조이며, 패드부의 서스펜션과 높이조절기능이 패드부에 부착되어있거나 없는 구조이다. 즉, 패드부의 서스펜션과 높이조절기능이 패드부에 부착되어 있는 경우는 패드부의 상면에 스프링을 부착하여 패드전체가 위아래로 상승 및 하강하는 구조로 이루어져있다.

즉, 본 발명은 상기의 인용발명의 로봇과 다른 구조로 각각의 4개의 휠에 접시스프링(conical washer)과 힌지구조를 이용하여 4개의 휠이 힌지점을 중심으로 회전하는 구조이며 이를 통하여 휠의 상승과 하강을 수행할 수 있다. 즉, 4개의 휠에 독립적으로 서스펜션 및 높이 조절기능을 부여하였으며 따라서 상기의 인용발명에 비하여 로봇의 이동시 장애물(용접선등)을 손쉽게 극복할 수 있게 된다.

다시말해서, 종래의 표면흡착 이동로봇의 경우는 서스펜션 또는 높이조절기능이 패드부에 부착되어있거나 존재하지 않는다. 이러한 방식은 로봇의 전체구조물을 단순히 상하운동만을 시키는 구조이다. 이렇게 패드에만 서스펜션 또는 높이 조절기능이 있는 경우 패드의 강성으로 인하여 장애물(용접선등)을 극복시 장애물의 형상에 유연하게 대처하기 힘들다.

또한 종래의 로봇의 경우 전체를 바디부의 강성확보를 위하여 스틸부재를 사용하여 제작되었기 때문에 그 중량(100kg)이 대단히 크며 따라서 작업자가 이동하거나 선체외판에 부착하는데 어려움이 존재한다. 또한 로봇의 중량이 크므로 이를 선체외판에 부착하기 위하여는 높은 진공압을 사용하여야 하며 높은 진공압을 사용하기 위해서는 감압생성기구의 크기가 증가되며 따라서 로봇의 구동을 위한 모터와 감속기의 사양이 증가된다. 이러한 과정은 다시 흡착력을 증가시켜야하는 과정을 반복함으로서 로봇의 무게가 매우 커지게 된다. 이러한 중량의 증가는 작업자의 근골격계질환을 유발하고 로봇의 사용을 기피하게 되어 실제 조선현장에서는 적용되는데 어려움이 따른다.

그리고 종래의 로봇의 휠부분은 탄성체로 이루어져 있지 않으며, 이러한 경우 장애물 극복시 모터의 구동만으로 장애물을 극복하여야한다. 따라서 모터에 요구되어지는 출력이 증가하고 이는 로봇의 무게를 증가시키는 요인으로 작용한다. 또한 탄성체로 이루어져 있지 않은 경우 휠에 의하여 높은 압력이 선체에 전달됨으로서 도장이나 코팅이 되어있는 선체표면을 손상시킬 수 있는 우려가 있다

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 선체외판 및 건축물들의 표면에 흡착시켜 이송가능하면서 세정 및 도장을 해줌으로써 작업자의 안전을 도모하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 4개의 휠에 독립적으로 서스펜션 및 높이 조절기능을 부여하여 로봇의 이동시 장애물(용접선등)을 손쉽게 극복할 수 있게 하는 것이다.

상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 하단에 패드부가 부착되는 메인바디부와 위빙시스템이 부착되어있는 바디프레임부와, 상기 바디프레임부와 힌지핀으로 연결되고 상기 힌지핀을 축으로 회전이 가능하고 감속기를 내장한 모터와 휠로 구성된 드라이브 하우징과, 바디프레임과 드라이브 하우징 사이에서 인장 압축운동을 하는 접시스프링과, 상기 접시스프링을 고정하기 위한 블록부와, 상기 메인바디부와 연결되어 표면과 로봇사이에 감압공간을 형성하고 탄성재질 구성된 패드부로 구성되게 되며, 상기 패드부는 표면을 따라서 연장되는 패드연장부를 포함하고 상기 패드연장부의 끝단에 일정한 감가압기구를 설치하여 상기 패드연장부가 표면을 향하는 방향 및 이격되는 방향으로 변위하도록 구성된 장치가 구비되며, 상기 감가압기구는 스프링으로 구성되고, 상기 패드부는 원주방향으로 합성고무가 부착된 것을 특징으로 하는 표면에 흡착하여 이동하는 로봇을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 일 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 첨부된 도면을 설명하면, 도 1은 본 발명의 작업상태를 도시한 작업상태도이고, 도 2는 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 측단면도이다.

본 발명의 표면흡착이동로봇(10)은 벽면을 흡착할 수 있도록 감압공간을 형성하기 위하여 대지에 위치되어 있는 감압생성기(Ground Equipment)(100)와 상기 감압생성기(Ground Equipment)(100)를 제어하는 보조제어기(200)와 표면흡착이동로봇(10)과의 제어를 위한 주제어기(300)와 상기 주제어기(300)에 탈부착되며 모터(132) 및 감압생성기구(Ground Equipment)(100)를 구동하고 표면흡착이동로봇(10)을 제어할 수 있는 무선조정기(400)를 외부구성요소로 하고 있다.

본 발명의 표면흡착이동로봇(10)의 작업상태를 도시한 도1에서와 같이, 선체외판 및 건축물들의 표면에 부착되어 세정 또는 도장작업을 하게 된다.

그리고 본 발명의 표면흡착이동로봇(10)의 구성은 도2와 도3에 도시된 바와 같이, 하단에 패드부(16)가 부착되는 메인바디부(11)와 위빙시스템이 부착되어있는 바디프레임부(12)와, 상기 바디프레임부(12)와 힌지핀(131)으로 연결되고 상기 힌지핀(131)을 축으로 회전이 가능하고 감속기를 내장한 모터(132)와 휠(133)로 구성된 드라이브 하우징(13)과, 바디프레임(12)과 드라이브 하우징(13) 사이에서 인장 압축운동을 하는 접시스프링(14)과, 상기 접시스프링(14)을 고정하기 위한 블록부(15)와, 상기 메인바디부(11)와 연결되어 표면과 로봇사이에 감압공간을 형성하고 탄성재질 구성된 패드부(16)로 구성되게 된다.

또한 본 발명의 패드부와 감가압기구는 도2와 도3 및 도4에서 알 수 있듯이, 패드부(16)는 표면을 따라서 연장되는 패드연장부(161)를 포함하고 상기 패드연장부(161)의 끝단에 일정한 감가압기구(162)를 설치하여 상기 패드연장부(161)가 표면을 향하는 방향 및 이격되는 방향으로 변위하도록 구성되게 된다.

그리고 상기 감가압기구(162)는 스프링 또는 공기압 엑츄에이터중에서 어느 하나를 사용하게 되는 것이다.

한편, 상기 패드부(16)는 원주방향으로 합성고무가 부착된 것을 특징으로 하게 된다.

즉, 본 발명의 표면흡착이동로봇(10)의 구성된 각각의 단품에 대하여 자세하게 살펴보면, 크게 패드가 부착되는 메인바디부(11)와 위빙시스템이 부착되어있는 바디프레임부(12)와, 상기 바디프레임부(12)와 힌지핀(131)으로 연결되고 힌지핀(131)을 기준으로 회전이 가능한 드라이브 하우징(13)과 상기 바디프레임부(12)와 드라이브 하우징(13)사이에서 인장 압축운동을 하는 접시스프링(Conical waher)(14)과 상기 접시스프링(Conical waher)(14)을 고정하기 위한 블록(15)과 메인바디부(11)와 연결되어 표면과 표면흡착이동로봇(10)사이에 감압공간을 형성하고 탄성재질 구성된 패드부(16)와 상기 패드부(16)의 끝단에서 표면으로부터 이격되는 방향으로 경사져 연장되는 패드연장부(161)와 상기 패드연장부(161)를 벽면에 수직한 방향으로 가압력을 인가 및 해제가 가능하도록 구성된 감가압기구(162)로 구성되어 있다.

상기 바디프레임부(12)에는 패드내 압력이 일정한 한계이상으로 감압되었을 경우 패드내의 압력을 감소시켜 패드내 압력이 한계치 이하로 감압되지 않도록 조절하는 부압조절장치(도면미도시)가 부착된다.

모터(132)는 감압으로 인하여 로봇이 표면방향으로 압축되었을 때 휠(133)과 벽면사이의 마찰력으로 인하여 로봇이 전, 후진 및 회전운동이 가능하도록 모터-감속기-휠구조로 구성되어 있다.

휠(133)에는 로봇의 이동시 장애물을 손쉽게 극복하기 위하여 원주방향으로 탄성체(고무,합성고무,합성수지)인 휠커버(134)가 부착되어 있다.

표면에 부착되어 표면과 로봇사이의 감압공간에서 세정 또는 도장 또는 검사작업을 실시하는 작업부에는 힌지볼과 볼하우징과 세정 또는 도장 또는 검사장치가 부착되어 있고, 상기 검사장치들이 힌지볼 사이에 삽입되어 고정되고 힌지볼의 구동(회전 및 틸팅)에 의하여 검사장치들이 회전 또는 틸팅운동을 수행한다.

이하 본 발명의 표면흡착이동로봇(10)의 동작을 살펴보면, 표면흡착이동로봇(10)을 벽면에 위치시킨다.

이때 표면흡착이동로봇(10)의 감압생성기(100)와 연결되어 있는 패드부(16)와 벽면사이에 공간이 존재하게 되고 이때 주제어장치(300)와 연결되어있는 감압생성기(Ground Equipment)(100)로 부터 강제로 패드부(16)내에 있는 유체를 빼내면 상기 패드부(16)의 안쪽에는 진공압이 생성하게 된다. 이러한 진공압은 감압생성기(100)에서 얼마의 공기를 빼내는 지에 따라 달라지며 이러한 진공압으로 인하여 로봇은 벽면에 흡착하게 된다.

그리고 표면흡착이동로봇(10)과 벽면사이의 접촉부분은 바디프레임부(12)에 연결되어 있는 2, 4개 또는 다수의 휠(133)과 패드부(16)의 하단부이며 흡착력은 2, 4개 또는 다수의 휠(133)과 패드부(16)로 벽면에 수직한 방향으로 분배된다.

또한 휠(133)에 분배되며 벽면에 수직한 방향으로 분배된 힘은 벽면과 휠의 원주에 배치되어있는 탄성체인 휠커버(134)와의 마찰력의 작용으로 표면흡착이동로봇(10)은 흡착력을 극복하면서 이동한다.

그리고 표면흡착이동로봇(10)은 각각의 2, 4개 또는 다수의 휠(133)이 독립적으로 구동하며 이는 주제어기(300)에 부착된 무선조종기(400)를 통하여 제어된다.

다음은 표면흡착이동로봇(10)의 부착 및 이동 따라 가장 중요한 구동메카니즘을 보다 상세하게 설명하면, 표면을 따라 연장되는 패드연장부(161)를 포함하는 패드부(16)는 장애물(용접선)을 넘는 특성이 다른 것보다 우수한 것으로 증명되고 있다. 하지만 벽면은 직선부만 존재하는 것이 아니고 일정한 반경으로 곡률이 존재하는데 이러한 곡률 반경이 작은 경우 패드연장부(161)의 강성 및 탄성에 의하여 패드부(16)가 표면과 접촉되지 않는 경우가 발생하며 이러한 경우 외부의 유체가 패드부(16)내로 유입되어 표면흡착이동로봇(10)이 추락하는 현상이 발생한다.

따라서 본 발명은 패드연장부(161)가 곡률반경이 작은 부분에서도 벽면과 항상 접촉되도록 패드연장부(161)를 표면을 향하는 방향으로 밀어 주는 스프링을 이용한 감가압기구(162)를 부착하였다. 또한 이러한 감가압기구(162)는 이러한 가압의 기능뿐만 아니라 장애물의 높이와 선체외판부의 마찰력으로 인하여 패드연장부(161)가 패드부(16)의 안쪽으로 말려들어가는 경우를 방지하는 기능도 가지고 있다.

즉, 이러한 패드부(16)는 접속부 및 외측 접속부의 탄성 변형에 의해 패드연장부(161)가 표면을 향하는 방향 및 표면으로부터 이격되는 방향으로 이동된다. 이때 외측 접속부와 표면흡착이동로봇(10)을 연결하는 감가압기구(162)는 패드연장부(161)를 표면을 향하는 방향 및 표면으로부터 이격되는 방향으로 패드연장부(161)를 조절함으로서 표면에 용접선 등의 장애물이 존재하는 경우, 패드연장부(161)의 안내 작용에 의해 패드연장부(161) 및 립부분이 융기를 극복하여 이동할 수 있도록 한다. 또한 장애물의 높이가 높은 경우 패드연장부(161)가 장애물에 의하여 패드부(16)의 안쪽으로 말려들어가는 현상을 방지함으로서 패드부(16) 및 표면흡착이동로봇(10)은 원활하게 장애물을 넘어서 이동할 수가 있다

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 명세서는 선체에서 로봇의 세정(블라스팅)작업을 중점적으로 다루었지만 본 로봇의 세정(블라스팅)장치를 검사장치 및 도장장치로 교환하였을 경우 표면을 이동하면서 도장 및 검사작업 또한 행하여 질 수 있다. 또한 선체뿐만이 아니라 건축물이나 대형구조물의 표면을 이동하면서 세정 및 도장, 검사하는 장치에 모두 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 작업상태를 도시한 작업상태도.

도 2는 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 측면도.

도 4는 본 발명의 표면에 흡착하여 이동하는 로봇의 구조를 도시한 측단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 표면흡착이동로봇 11 : 메인바디부

12 : 바디프레임부 13 : 드라이브하우징

14 : 접시스프링 15 : 블록

16 : 패드부 100 : 감압생성기

101 : 주입호스 111 : 흡기구

131 : 힌지핀 132 : 모터

133 : 휠 134 : 휠커버

161 : 패드연장부 162 : 감가압기구

200 : 보조제어기 300 : 주제어기

400 : 무선조종기

Claims (4)

1. 표면에 부착하여 이동하면서 표면을 세정, 도장, 검사작업을 수행하는 로봇에 있어서, 하단에 패드부(16)가 부착되는 메인바디부(11)와 위빙시스템이 부착되어있는 바디프레임부(12)와, 상기 바디프레임부(12)와 힌지핀(131)으로 연결되고 상기 힌지핀(131)을 축으로 회전이 가능하고 감속기를 내장한 모터(132)와 외측에 휠커버(134)가 부착된 휠(133)로 구성된 드라이브 하우징(13)과, 바디프레임부(12)와 드라이브 하우징(13) 사이에서 인장 압축운동을 하는 접시스프링(14)과, 상기 접시스프링(14)을 고정하기 위한 블록부(15)와, 상기 메인바디부(11)와 연결되어 표면과 로봇사이에 감압공간을 형성하고 탄성재질의 패드부(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 표면흡착이동로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 패드부(16)는 표면을 따라서 연장되는 패드연장부(161)가 포함되고, 상기 패드연장부(161)의 끝단에 일정한 감가압기구(162)가 설치되어 상기 패드연장부(161)가 표면을 향하는 방향 및 이격되는 방향으로 변위되도록 구비된 것을 특징으로 하는 표면흡착이동로봇.
3. 제2항에 있어서, 상기 감가압기구(162)는 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면흡착이동로봇.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패드부(16)는 원주방향으로 합성고무가 부착된 것을 특징으로 하는 표면흡착이동로봇.