KR100632260B1 - 3차원 흡착이동 로봇 및 그 이동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 흡착이동 로봇 및 그 이동 방법에 관한 것으로, 흡착판의 개수를 최소한으로 사용하여 경량화와 기동성 증대를 실현하며 벽면에서의 2차원 흡착이동은 물론이고 벽면과 천장 사이의 3차원 흡착이동이 가능하도록 한다. 3차원 흡착이동 로봇은 제1 흡착판과 제2 흡착판이 좌우 대칭으로 구성된 것으로, 제1 흡착판이 소정의 평면상에 흡착된 상태에서 제1 상하구동부재를 작동시켜 제2 흡착판을 상승시킨 후, 제1 수평회전부재를 이용하여 제1 흡착판을 축으로 제2 흡착판을 회전시킨다. 이어서 제1 상하구동부재를 작동시켜 제2 흡착판을 하강시킨 후, 흡착력을 부여하여 제2 흡착판을 평면상에 흡착시킨다. 제1 흡착판의 흡착력을 제거한 후, 동일한 방법으로 제1 흡착판을 이동시킨다. 3차원 흡착이동 로봇은 높은 흡착력에 의하여 두 개의 흡착판으로도 벽면에서의 흡착이동이 가능하고, 수직회전부재를 구비함으로써 벽면과 천장 사이의 3차원 흡착이동이 가능하다.
흡착, 로봇, 흡착판, 흡착이동 로봇, 3차원 이동

Description

3차원 흡착이동 로봇 및 그 이동 방법{Three-Dimensionally Movable Adsorption-Type Robot and Moving Method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2a는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 이동부재를 자세히 나타낸 부분 단면도.
도 2b는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 수평회전부재를 자세히 나타낸 부분 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 흡착력을 설명하기 위한 모식도.
도 4a는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에 흡착된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도.
도 4b는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 제2 이동부재가 상승구동된 상태를 나타낸 측면도.
도 4c는 도 4b에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 수직회전부재의 길이가 연장된 상태를 나타낸 측면도.
도 4d는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에서 2차원 흡착이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 5는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에서 천장으로 3차원 흡착이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 3차원 흡착이동 로봇 101: 이동부재
102: 지지부재 103: 연결부재
104: 수직회전부재 105: 상하구동부재
106: 수평회전부재 107: 공압변동부재
111: 다리 112: 흡착판
112a: 연결부 112b: 접촉판
113: 흡착공간 114: 실린더
115: 피스톤 116: 피스톤기어모터
117: 연결튜브 118: 스크루너트
119: 샤프트 120: 상하구동기어모터
121: 웜기어 122: 피니언
123: 회전구동기어모터 124: 벽면
125: 천장 126: 압력측정센서
127: 유입밸브 128: 피스톤구동암
본 발명은 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡착력을 이용하여 고층 건물 등의 벽면 및 천장에 흡착되어 이동하는 흡착이동 로봇 및 그 이동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건물의 외벽의 유리창을 청소할 경우 유리창을 빼내어 청소하거나, 건물의 옥상의 파라펫에 매달려진 곤돌라에 작업자가 타고 오르내리면서 수작업으로 청소를 하고 있다.
그러나, 최근에는 도심부의 건물들이 대부분 고층으로 건설되고 있는 추세이며, 건물들의 외벽은 대부분 유리 재질의 매끄러운 면으로 형성되고 있다. 이에, 외벽을 청소하는 작업자는 외벽으로의 접근이 쉽지 않을 뿐만 아니라, 상당한 위험에 노출될 수밖에 없다. 특히, 작업자가 청소작업시 옥상에서 작업자를 지탱하고 있는 로프의 길이가 길어질수록 바람 등의 장애 요소로 인해 작업자의 위험도가 증가한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 현재 벽면 또는 천장에서 이동하는 흡착이동 로봇 개발이 한창 진행되고 있으며, 이들은 대부분 실린더와 피스톤으로 구성된 공압변동부재 또는 마그네틱 휠어셈블리 등을 통해 흡착력이 발생되는 흡착판이 구비된 이동부재를 통해 벽면 또는 천장에 흡착되어 이동한다.
여기서, 흡착이동 로봇은 벽면 또는 천장에 흡착되어 이동하는 로봇이므로, 흡착판의 흡착력이 매우 중요한 요소로 작용된다. 그러나, 현재 공압변동부재에 의해 흡착력이 발생되는 흡착판을 이용하여 벽면 또는 천장에서 이동하는 흡착이동 로봇은 흡착력이 미약함에 따라, 소정의 목적을 가진 기능들이 추가되는 경우에는 흡착력을 높이기 위해 여러 개의 흡착판을 구비하거나, 흡착판을 보조하는 다른 유닛들을 구비하여 흡착력을 보강시키고 있는 실정이다.
이에, 이들을 실용화하는 경우 흡착판의 수가 많아지거나 추락 방지를 위해 흡착판을 보조하는 로프 등의 다른 유닛들이 추가됨으로 인해 구조가 복잡해지므로, 제어가 쉽지 않을 뿐만 아니라 중량 증가로 인해 유리면에 부담을 주는 문제점이 따른다.
또한, 현재까지의 흡착이동 로봇은 대체로 2차원적으로 이동하는 로봇으로서, 벽면에서 천장으로 이동하는 것과 같은 3차원 이동이 가능한 흡착이동 로봇의 개발 수준은 아직 미비한 상태이다
따라서, 본 발명의 목적은 흡착판의 개수를 최소한으로 사용하여 경량화와 기동성 증대를 실현한 3차원 흡착이동 로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 벽면에서의 2차원 흡착이동은 물론이고 벽면과 천장 사이의 3차원 흡착이동이 가능한 3차원 흡착이동 로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇은 이동부재들과 지지부재들과 연결부재들과 수직회전부재와 상하구동부재들과 수평회전부재들을 포함하여 구성된다.
이동부재들은 두 개의 흡착판과, 하단부에 상기 흡착판이 각각 체결된 다리를 구비하며, 상기 흡착판에 흡착력을 부여하여 소정의 평면상에서 흡착이동한다. 지지부재들은 내측에 상기 이동부재가 체결되어 상기 이동부재를 지지한다. 연결부 재들은 일단이 상기 지지부재에 연동되도록 각각 체결되고 타단이 서로 연결된다. 수직회전부재는 상기 연결부재들의 중심에 위치하여 상기 연결부재들의 타단이 연동되도록 체결되고, 어느 하나의 이동부재가 상기 소정의 평면상에 흡착된 상태에서 다른 하나의 이동부재를 상기 소정의 평면에 대해 수직방향으로 회전시킨다. 상하구동부재들은 상기 지지부재에 고정되어 상기 지지부재를 상하구동시킴으로써 상기 지지부재에 지지된 상기 이동부재를 상기 소정의 평면에 대해 수직방향으로 상하구동시킨다. 수평회전부재들은 상기 지지부재에 고정되어 상기 지지부재에 지지된 상기 이동부재를 제외한 나머지를 상기 소정의 평면에 대해 수평방향으로 회전시킨다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에 있어서, 상기 이동부재는 상기 흡착판에 흡착력을 부여하는 공압변동부재를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 공압변동부재는 상기 흡착판과 떨어져 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 수직회전부재는 어느 하나의 이동부재가 상기 소정의 평면에 흡착된 상태에서 다른 하나의 이동부재 측으로 길이가 연장되거나 축소될 수 있다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 상하구동부재는 상기 지지부재의 소정 부위에 고정된 스크루너트와, 상기 스크루너트에 삽입된 상태에서 회전구동되는 샤프트와, 상기 샤프트의 일단에 체결되어 상기 샤프트를 회전시키는 상하구동기어모터를 구비할 수 있다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 수평회전부재는 상기 다리의 외측 면을 감싸는 피니언과, 이와 수직으로 맞물린 웜기어와, 상기 웜기어에 회전력을 부여하는 회전구동기어모터를 구비할 수 있다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 공압변동부재는 상기 다리의 상측에 체결된 실린더와, 상기 실린더 내부에 형성된 피스톤과, 상기 피스톤을 상하구동시키는 피스톤기어모터와, 상기 피스톤과 상기 피스톤기어모터를 연결시키는 피스톤구동암과, 상기 실린더 하측면에 연결되어 상기 실린더 내부와 상기 흡착판 하측 공간을 연결시키는 연결튜브를 구비할 수 있다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 흡착판은 단단한 재질의 원형판인 것이 바람직하다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 흡착판에는 상기 흡착판과 상기 소정의 평면 사이의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력측정센서가 부착될 수 있고, 상기 흡착판과 상기 소정의 평면 사이의 내부 공간으로 공기를 신속히 유입시켜 상기 흡착판의 탈착을 용이하게 하는 유입밸브가 부착될 수 있다.
본 발명의 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 다리는 그 길이가 변동되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇의 이동 방법은, 제1 흡착판과 제2 흡착판이 좌우 대칭으로 구성된 3차원 흡착이동 로봇에서, 상기 제1 흡착판이 소정의 평면상에 흡착된 상태에서 제1 상하구동부재를 작동시켜 상기 제2 흡착판을 상승시킨 후, 제1 수평회전부재를 이용하여 상기 제1 흡착판을 축으로 상기 제2 흡착판을 회전시키고, 상기 제1 상하구동부재를 작동시켜 상기 제2 흡착판을 하강시 킨 후, 흡착력을 부여하여 상기 제2 흡착판을 상기 소정의 평면상에 흡착시키고, 상기 제1 흡착판의 흡착력을 제거한 후, 제2 상하구동부재를 작동시켜 상기 제1 흡착판을 상승시키고, 제2 수평회전부재를 이용하여 상기 제2 흡착판을 축으로 상기 제1 흡착판을 회전시킨 후, 상기 제2 상하구동부재를 작동시켜 상기 제1 흡착판을 하강시키고, 흡착력을 부여하여 상기 제1 흡착판을 상기 소정의 평면상에 흡착시킨다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2a는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 이동부재를 자세히 나타낸 부분 단면도이며, 도 2b는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 수평회전부재를 자세히 나타낸 부분 측면도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 3차원 흡착이동 로봇(100)은 흡착력을 이용하여 소정의 평면인 벽면 및 천장 상에서 흡착이동하는 두 개의 이동부재(101)들과, 이동부재(101)들을 각각 지지하는 지지부재(102)들과, 일단에 지지부재(102)들이 각각 체결되는 연결부재(103)들과, 연결부재(103)들의 중심에 위치하여 이들을 서로 연결하고 벽면에 대해 수직방향으로 회전시키는 수직회전부재(104)들과, 이동부재(101)들을 상하구동시키는 상하구동부재(105), 및 이동부재(101)들을 벽면 및 천장에 대해 수평방향으로 회전시키는 수평회전부재(106)들을 포함한다. 특히, 3차원 흡착이동 로봇(100)은 수직회전부재(104)를 중심으로 대칭된 구조를 갖는다.
이동부재(101)는 봉 형상의 다리(111) 하단에 흡착판(112)이 체결되어 있고, 다리(111) 상측에는 흡착판(112)에 흡착력을 부여하는 공압변동부재(107)가 체결되어 있음으로써, 벽면 또는 천장에서 흡착이동할 수 있다. 다리(111)는 그 길이가 변동되는 것이 바람직하다. 벽면에 흡착되어 이동하는 이동부재(101)들은 벽면 및 천장에 장애물이 형성되어 있는 경우 다리(111)의 길이가 길어짐으로써 장애물을 넘어서 이동할 수 있다.
공압변동부재(107)는 이동부재(101)들의 상측에 체결된 실린더(114)와, 실린더(114) 내부에 형성되어 실린더(114)의 내부 공압을 변화시키는 피스톤(115)과, 피스톤(115)을 상하구동시키는 피스톤기어모터(116)와, 이 둘(115, 116)을 연결시키는 피스톤구동암(128)과, 일단이 실린더(114) 하측면에 연결되고 타단이 흡착판(112)의 하단에 연결되며 다리(111)와 웜기어(121)의 중심축을 통과하여 실린더(114) 내부와 흡착판(112) 하측 공간을 연결시키는 연결튜브(117)가 구비되어 있다.
이와 같이 공압변동부재(107)는 연결튜브(117)를 이용하여 흡착판(112)과 떨어져 배치된다. 공압변동부재(107)를 직접 흡착판(112) 위에 부착시키게 되면 공압변동부재(107)나 피스톤기어모터(116)에 전력을 공급하는 전선이 수평회전운동 과정에서 동작의 방해요소로 작용할 가능성이 있기 때문에 이를 배제하기 위해서이다. 한편, 공압변동부재(107)는 이미 상용화된 소형진공펌프 등으로 대체될 수도 있다.
흡착판(112)은 단단한 재질의 원형판이다. 흡착판(112)의 중심에는 이동부재 (101)의 다리(111) 하단부를 고정시키는 연결부(112a)가 체결되어 있고, 하면의 가장자리에는 소정의 두께를 가지는 원형링 형상의 접촉판(112b)이 부착되어 있다. 접촉판(112b)은 벽면 및 천장과 접촉되는 부위이며, 흡착공간(도 3의 113)과 외부간의 공기 유출입을 차단하는 역할을 한다.
흡착판(112)과 벽면 또는 천장이 접촉된 상태에서 피스톤기어모터(116)에 의해 피스톤(115)이 상승구동되면, 흡착판(112)과 벽면 및 천장 사이에 형성되는 흡착공간의 공기가 연결튜브(117)을 통해 실린더(114) 내부로 이송되므로 흡착공간의 압력이 하강되어 흡착력이 발생된다. 반대로, 피스톤(115)이 하강구동되면 실린더(114) 내부의 공기가 흡착공간으로 이송되어 흡착공간에 발생한 흡착력이 제거된다.
피스톤구동암(128)의 기능에 대하여 설명하면, 피스톤(115)을 상승구동시켜 흡착판(112)을 벽면에 부착시킨 상태에서 수평회전부재(106)를 작동하여 평면상으로 회전시킬 경우, 실린더(114), 피스톤(115), 연결튜브(117), 웜기어(121)와 다리(111) 등의 이동부재(101)는 벽면에 부착된 채 모두 정지 상태에 있게 된다. 그리고 이동부재(101)를 제외한 나머지 몸체는 웜기어(121) 주변으로 회전하게 된다. 피스톤기어모터(116)는 피스톤(115)을 상승시킨 후 정지된 상태를 유지하면서 수평회전운동시 몸체와 함께 회전하게 되는데, 이때 피스톤구동암(128)은 피스톤(115)의 상승 상태를 유지할 뿐더러 움직이는 요소들과 벽면에 흡착고정된 요소들 간의 경계점 역할을 하게 된다.
흡착판(112)에는 흡착판(112)과 벽면 또는 천장 사이의 흡착공간에서 발생되 는 흡착력의 이상을 감지하는 압력측정센서(126)가 더 부착되는 것이 바람직하다. 압력측정센서(126)를 통해 흡착공간의 압력을 측정하여 흡착력의 발생 여부 및 그 크기의 이상을 미리 감지함으로써, 3차원 흡착이동 로봇(100)이 벽면 및 천장에서 추락하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
피스톤(115)을 하강시켜 흡착판(112) 하측 공간에 다시 공기를 유입시켜 탈착을 시도할 경우 공기의 유입이 불충분하게 이루어지면 탈착이 불리할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 흡착판(112)에 유입밸브(127)를 추가로 부착하여 탈착시 흡착판(112) 하측 공간으로 공기를 신속히 유입시켜 탈착을 더 용이하게 할 수 있다. 압력측정센서(126)와 유입밸브(127)의 위치는 도 1에서처럼 흡착판(112)의 표면에 형성할 수도 있고 실린더(114) 주위로 옮겨 장착할 수도 있다.
이하, 도 3을 참조하여 흡착판(112) 하측의 흡착공간에 발생하는 흡착력에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 흡착력을 설명하기 위한 모식도이다.
흡착공간(113)에 발생하는 흡착력의 크기는 실린더(114)와 연결튜브(117) 및 흡착판(112)과 벽면(124) 사이의 흡착공간(113)으로 이루어진 이동부재(101)의 내부공간 압력과 외부 압력의 차에 흡착공간(113)의 단면적(S)을 곱함으로써 계산된다.
실린더(114) 내부의 피스톤(115)이 a위치에 있을 때 내부공간의 용적을 A라 하고, 이때의 내부공간 압력을 외부 압력과 마찬가지로 대기압 상태라고 하면, 피스톤(115)이 b위치에 있을 때의 내부공간의 용적은 B만큼 증가하여 A+B가 되고, 이 때 내부공간 압력과 대기압인 외부 압력과의 차이는 1-A/(A+B)가 되어 B/(A+B)(㎏중/㎠, atm)로 표현될 수 있다. A의 용적이 작거나 B의 용적이 클수록 외부와의 압력 차이는 커지게 되고, 이때 흡착공간(113)의 단면적을 S라 하면 흡착력은 BS/(A+B)(kg중)가 된다. 예를 들어 S=200㎠이고 A=B인 경우, 즉 흡착공간(113)의 부피가 두 배로 확장된 경우, 흡착력은 100㎏중이 되므로 100㎏중의 체중을 가진 사람의 무게에 해당하는 힘으로 벽면(124)에 흡착시키는 결과가 된다.
이와 같이, 3차원 흡착이동 로봇(100)은 흡착판(112)을 단단한 재질의 원형판으로 형성하여 강한 흡착력을 발생시키기 때문에, 이동부재(101)들 중 어느 하나의 이동부재(101)만이 벽면에 흡착된 상태에서도 흡착판(112) 상에 체결된 다리(111)의 흔들림이 발생하지 않고, 중력에 의해 하측으로 무게중심이 이동되더라도 기울어짐이 발생하지 않으므로 벽면으로부터 이탈되는 경우가 발생하지 않는다. 특히, 흡착판(112)과 벽면 사이의 흡착공간(113)은 작으면서 단면적(S)을 크게 설계함으로써, 다수 개의 흡착판(112)이 구비되지 않아도 강한 흡착력이 발생한다.
지지부재(102)는 내측면에 이동부재(101)가 체결되어 이들을 지지한다. 그리고, 연결부재(103)는 일단이 지지부재(102)에 체결되어 연동되고 타단이 수직회전부재에 체결된다. 연결부재(103)들은 수직회전부재(104)를 통해 서로 연결되고, 수직회전부재(104)의 양측에 대향되게 배치됨으로써 지지부재(102)들이 소정 간격을 두고 서로 대향되는 최외각에 위치되도록 한다.
수직회전부재(104)는 연결부재(103)들의 중심에 위치되어 연결부재(103)들의 타단이 각각 연동되도록 체결됨으로써 연결부재(103)들을 서로 연결시키고, 어느 하나의 이동부재(101)가 벽면 및 천장에 흡착된 상태에서 다른 하나의 이동부재(101) 및 이동부재(101)를 지지하는 지지부재(102)를 벽면 및 천장에 대해 수직방향으로 소정의 각도만큼 회전시킨다. 수직회전부재(104)는 다른 하나의 이동부재(101)측으로 길이가 연장되거나 복귀되는 것이 바람직하다. 그리고, 수직회전부재(104) 또는 연결부재(103) 중 어느 하나에는 벽면의 이물질을 제거하는 청소수단 또는 화상과 음향을 감지하는 화상 카메라가 더 구비될 수 있다. 청소수단은 이물질을 집어서 들어올리는 집게수단, 걸레, 진공흡입기 등이 될 수 있고, 외부에서 물 등의 세정용액 또는 고압의 압축공기를 이송관을 통해 보내어 이들을 분사시킬 수 있는 노즐을 장착할 수 있다.
상하구동부재(105)는 각각의 지지부재(102)에 고정된 스크루너트(118)와, 스크루너트(118)에 삽입된 상태에서 회전구동되는 샤프트(119), 및 서로 대향되는 연결부재(103)들 사이에 고정되어 샤프트(119)를 회전시키는 상하구동기어모터(120)를 구비한다. 어느 한쪽의 이동부재(101)가 벽면 또는 천장에 흡착된 상태에서 샤프트(119)를 회전시켜 샤프트(119)와 스크루너트(118) 사이의 길이를 변동시키면, 연결부재(103)가 회전하면서 반대쪽의 이동부재(101)를 상하구동시킨다.
수평회전부재(106)는 이동부재(101)의 외측면을 감싸는 웜기어(121)와, 이와 수직으로 맞물린 피니언(122), 및 피니언(122)에 회전력을 부여하는 회전구동기어모터(123)를 구비한다. 어느 하나의 이동부재(101)가 벽면 및 천장에 흡착된 상태에서 어느 하나의 이동부재(101)와 연결된 회전구동기어모터(123)를 가동시켜 피니언(122)를 회전시키면, 어느 하나의 이동부재(101)를 제외한 나머지가 벽면 및 천 장에 대해 수평방향으로 회전된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)은 종래의 흡착이동 로봇과는 달리, 수직회전부재(104)를 구비함으로써 3차원 흡착이동이 가능하다.
이어서, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에 흡착되어 이동하는 2차원 흡착이동 방법 및 벽면과 천장 사이를 이동하는 3차원 흡착이동 방법에 대해 설명한다.
도 4a는 도 1에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에 흡착된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 제2 이동부재가 상승구동된 상태를 나타낸 측면도이다. 도 4c는 도 4b에 도시된 3차원 흡착이동 로봇의 수직회전부재의 길이가 연장된 상태를 나타낸 측면도이며, 도 4d는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에서 2차원 흡착이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
한편, 도 4a 내지 도 4d에서는 3차원 흡착이동 로봇(100)의 이동부재(101)들의 동작을 명확히 설명하기 위해, 수직회전부재(104)를 중심으로 일측에 형성된 이동부재(101)를 제1 이동부재(101a)라고 하고, 타측에 형성된 이동부재(101)를 제2 이동부재(101b)라고 한다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)의 각 공압변동부재에 의해 흡착판(112)과 벽면(124) 사이에 흡착력이 발생함으로써 3차원 흡착이동 로봇(100)의 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)가 벽면(124) 에 흡착된 상태이다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 이동부재(101b)의 다리 하단부에 체결된 흡착판(112)과 벽면(124) 사이의 흡착력을 제거시키는 제1 단계를 시행한 후, 제1 이동부재(101a) 측의 상하구동부재(105)를 작동시켜 제2 이동부재(101b)를 상승구동시키는 제2 단계를 시행한다.
다음으로, 3차원 흡착이동 로봇(100)은 제1 이동부재(101a) 측에 위치한 수평회전부재(106)를 작동시켜 제1 이동부재(101a)를 제외한 나머지를 벽면(124)에 수평하게 소정의 각도로 회전시키는 제3 단계(도 4d의 ①)를 시행한 후, 수평회전부재(106)에 의해 회전된 제2 이동부재(101b)를 제1 이동부재(101a) 측의 상하구동부재(105)에 의해 하강구동시키는 제4 단계를 시행한다.
다음으로, 공압변동부재에 의해 제2 이동부재(101b)의 흡착판(112)과 벽면(124) 사이에 흡착력을 발생시키는 제5 단계를 시행한 후, 제1 이동부재(101a)를 대상으로 제1 단계 내지 제5 단계를 다시 시행한다. 제1 이동부재(101a)마저 도 4d의 ②와 같이 수평회전함으로써, 3차원 흡착이동 로봇(100)의 벽면(124)에서의 1회 2차원 흡착이동이 완료된다.
이동부재(101)들의 다리 길이가 변동되는 경우에는 제2 단계와 제3 단계 사이에 제1 이동부재(101a)의 다리 길이를 늘이는 단계가 더 시행될 수도 있고, 이에 따라 제4 단계와 제5 단계 사이에 제1 이동부재(101a)의 다리 길이를 복귀시키는 단계가 더 시행될 수도 있다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 수직회전부재(104)의 길이가 변동되는 경우에는 제2 단계와 제3 단계 사이에 수직회전부재(104)의 길이를 제2 이동부재(101b) 측으로 연장시키거나 제1 이동부재(101a) 측으로 축소시키는 단계가 더 시행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)은 1회 2차원 흡착이동을 여러 회 반복해서 시행함으로써, 도 4d에 나타낸 바와 같이 벽면(124)에서 자유롭게 2차원적으로 흡착이동한다.
한편, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)은 도 4c에 나타낸 바와 같이 수직회전부재(104)의 길이가 연장되거나 축소된다. 3차원 흡착이동 로봇(100)은 회전구동하지 않고도 벽면(124)에서 흡착이동할 수 있으며, 이때 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)는 두 이동부재들(101a, 101b)을 잇는 선분의 연장선상으로 흡착이동한다.
즉, 도 4c를 참조하면 3차원 흡착이동 로봇(100)은 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)가 벽면(124)에 흡착된 상태에서 제2 이동부재(101b)의 흡착력을 제거시키는 제1 단계를 시행한 후, 제2 이동부재(101b)를 상승구동시키는 제2 단계를 시행한다.
다음으로, 수직회전부재(104)를 제2 이동부재(101b) 측으로 길이연장시키는 제3 단계를 시행한 후, 제2 이동부재(101b)를 하강구동시키는 제4 단계를 시행한다.
다음으로, 제2 이동부재(101b)의 하면과 벽면(124) 사이에 형성된 흡착공간에 흡착력을 발생시키는 제5 단계를 시행한 후 제1 이동부재(101a)에 발생한 흡착 력을 제거시키는 제6 단계를 시행한다.
다음으로, 수직회전부재(104)를 제2 이동부재(101b) 측으로 당겨서 연장되었던 길이를 복귀시키는 제7 단계를 시행함으로써, 제1 이동부재(101a)가 벽면(124)에 흡착되어 있는 제2 이동부재(101b) 측으로 이동된다.
다음으로, 제1 이동부재(101a)를 하강구동시키는 제8 단계를 시행한 후, 제1 이동부재(101a) 하면과 벽면(124) 사이에 형성된 흡착공간에 흡착력을 다시 발생시키는 제9 단계를 시행함으로써, 3차원 흡착이동 로봇(100)의 벽면(124) 상에서 일직선상으로의 1회 흡착이동이 완료된다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)은 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)가 벽면(124)에 흡착된 상태에서 제1 단계 내지 제9 단계를 반복 시행함으로써, 두 이동부재들(101a, 101b)이 이루는 선분의 연장선상으로 흡착이동할 수 있으며, 이는 회전할 공간이 없는 좁은 공간에서의 3차원 흡착이동 로봇(101)의 흡착이동을 가능하게 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇이 벽면에 흡착된 후 천장으로 이동하는 3차원 흡착이동방법에 대해 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 도 4a에 도시된 3차원 흡착이동 로봇이 벽면(124)에서 천장(125)으로 3차원 흡착이동하는 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5를 참조하면, 3차원 흡착이동 로봇(100)은 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)의 각 공압변동부재에 의해 흡착판(112)과 벽면(124) 사이의 흡착공간에 흡착력이 발생되어 제1 이동부재(101a) 및 제2 이동부재(101b)가 벽면(124)에 흡착된 상태이다.
먼저, 제2 이동부재(101b) 하단에 체결된 흡착판(112)의 흡착력을 제거시키는 제1 단계를 시행한 후, 도 4b에 나타낸 바와 같이 상하구동부재에 의해 제2 이동부재(101b)를 상승구동시키는 제2 단계를 시행한다.
다음으로, 제2 단계에서 상승구동된 제2 이동부재(101b)를 수평회전부재에 의해 벽면(124)에 대해 수평방향으로 90°회전시키는 제3 단계를 시행한 후, 제2 이동부재(101b)를 수직회전부재(104)에 의해 벽면(124)에 대해 수직방향으로 90°회전시키는 제4 단계를 시행한다.
다음으로, 제4 단계에서 회전된 제2 이동부재(101b)를 하강구동시켜 천장(125)에 접촉되도록 하는 제5 단계를 시행한 후, 공압변동부재에 의해 제2 이동부재(101b)와 천장(125) 사이의 흡착공간에 흡착력을 발생시키는 제6 단계를 시행한다.
다음으로, 제1 이동부재(101a)의 흡착력을 제거하는 제7 단계를 시행한 후, 제1 이동부재(101a)를 수직회전부재(104)에 의해 벽면(124)에 대해 90°회전시키는 제8 단계를 시행함으로써 3차원 흡착이동 로봇(100)의 벽면(124)에서 천장(125)으로의 3차원 흡착이동이 완료된다. 여기서, 제7 단계와 제8 단계 사이에는 제1 이동부재(101a)를 상하구동부재에 의해 상승시키는 단계가 더 시행될 수도 있다.
한편, 상기에서는 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)의 벽면에서 천장으로의 3차원 흡착이동에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇(100)은 상기와 동일한 방법으로 천장(125)에서 벽면(124)으로 이동할 수도 있 다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇은 다양하게 활용될 수 있다. 예컨대, 이물질을 제거하는 청소수단을 구비한 청소 로봇, 화상과 음향을 감지하는 감시용 카메라를 장착한 감시정찰용 로봇, 경량화하여 제작할 경우 상점 등의 대형 쇼윈도에서 기입력된 일련의 알고리즘을 따라 동작하며 호객 행위를 하는 로봇 등으로 사용할 수 있고, 무선조종장치 등을 접목하여 유리로 된 벽면이나 천장 등을 주행할 수 있는 완구용 로봇으로 활용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇은 흡착판이 단단한 재질의 원형판 형상이고 흡착판 하측의 흡착공간이 좁으며 흡착공간에 높은 흡착력이 발생함으로써 두 개의 흡착판으로도 벽면에서의 흡착이동이 가능하다. 따라서, 간단한 구조로 제작될 수 있으므로 제어가 쉽고 기동성이 뛰어나며 제조 비용이 절감된다.
그리고, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇은 수직회전부재의 길이가 변동됨으로써 두 이동부재가 이루는 선분의 연장선상으로 흡착이동된다. 이에, 회전이 불가능한 좁은 공간에서도 흡착이동이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 흡착이동 로봇은 종래 기술에 따른 흡착이동 로봇과는 달리, 수평회전부재 뿐만 아니라 수직회전부재가 구비되어 있음으로써 벽면과 천장 사이의 3차원 흡착이동이 가능하다.

Claims (12)

  1. 두 개의 흡착판과, 하단부에 상기 흡착판이 각각 체결된 다리를 구비하며, 상기 흡착판에 흡착력을 부여하여 소정의 평면상에서 흡착이동하는 두 개의 이동부재들;
    내측에 상기 이동부재가 체결되어 상기 이동부재를 지지하는 지지부재들;
    일단이 상기 지지부재에 연동되도록 각각 체결되고 타단이 서로 연결되는 연결부재들;
    상기 연결부재들의 중심에 위치하여 상기 연결부재들의 타단이 연동되도록 체결되고, 어느 하나의 이동부재가 상기 소정의 평면상에 흡착된 상태에서 다른 하나의 이동부재를 상기 소정의 평면에 대해 수직방향으로 회전시키는 수직회전부재;
    상기 지지부재에 고정되어 상기 지지부재를 상하구동시킴으로써 상기 지지부재에 지지된 상기 이동부재를 상기 소정의 평면에 대해 수직방향으로 상하구동시키는 상하구동부재들; 및
    상기 지지부재에 고정되어 상기 지지부재에 지지된 상기 이동부재를 제외한 나머지를 상기 소정의 평면에 대해 수평방향으로 회전시키는 수평회전부재들;
    을 포함하는 3차원 흡착이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동부재는 상기 흡착판에 흡착력을 부여하는 공압변동부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공압변동부재는 상기 흡착판과 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수직회전부재는 어느 하나의 이동부재가 상기 소정의 평면에 흡착된 상태에서 다른 하나의 이동부재 측으로 길이가 연장되거나 축소되는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상하구동부재는 상기 지지부재의 소정 부위에 고정된 스크루너트와, 상기 스크루너트에 삽입된 상태에서 회전구동되는 샤프트와, 상기 샤프트의 일단에 체결되어 상기 샤프트를 회전시키는 상하구동기어모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수평회전부재는 상기 다리의 외측면을 감싸는 피니언과, 이와 수직으로 맞물린 웜기어와, 상기 웜기어에 회전력을 부여하는 회전구동기어모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공압변동부재는 상기 다리의 상측에 체결된 실린더와, 상기 실린더 내부에 형성된 피스톤과, 상기 피스톤을 상하구동시키는 피스톤기어모터와, 상기 피스톤과 상기 피스톤기어모터를 연결시키는 피스톤구동암과, 상기 실 린더 하측면에 연결되어 상기 실린더 내부와 상기 흡착판 하측 공간을 연결시키는 연결튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흡착판은 단단한 재질의 원형판과 가장자리에 공기의 유출입을 막는 얇은 접촉판을 접합시킨 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡착판에는 상기 흡착판과 상기 소정의 평면 사이의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력측정센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  10. 제1항에 있어서, 상기 흡착판에는 상기 흡착판과 상기 소정의 평면 사이의 내부 공간으로 공기를 신속히 유입시켜 상기 흡착판의 탈착을 용이하게 하는 유입밸브가 부착되는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  11. 제1항에 있어서, 상기 다리는 그 길이가 변동되는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇.
  12. 제1 흡착판과 제2 흡착판이 좌우 대칭으로 구성된 3차원 흡착이동 로봇에서,
    상기 제1 흡착판이 소정의 평면상에 흡착된 상태에서 제1 상하구동부재를 작동시켜 상기 제2 흡착판을 상승시킨 후, 제1 수평회전부재를 이용하여 상기 제1 흡 착판을 축으로 상기 제2 흡착판을 회전시키고, 상기 제1 상하구동부재를 작동시켜 상기 제2 흡착판을 하강시킨 후, 흡착력을 부여하여 상기 제2 흡착판을 상기 소정의 평면상에 흡착시키고, 상기 제1 흡착판의 흡착력을 제거한 후, 제2 상하구동부재를 작동시켜 상기 제1 흡착판을 상승시키고, 제2 수평회전부재를 이용하여 상기 제2 흡착판을 축으로 상기 제1 흡착판을 회전시킨 후, 상기 제2 상하구동부재를 작동시켜 상기 제1 흡착판을 하강시키고, 흡착력을 부여하여 상기 제1 흡착판을 상기 소정의 평면상에 흡착시키는 것을 특징으로 하는 3차원 흡착이동 로봇의 이동 방법.
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