KR100922860B1

KR100922860B1 - 등반 로봇

Info

Publication number: KR100922860B1
Application number: KR1020070116767A
Authority: KR
Inventors: 김종원; 김황; 이규희; 남우철; 서근찬; 장도영; 이경훈
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-10-20
Also published as: KR20090050376A

Abstract

본 발명에 따른 등반 로봇은, 본체; 다수의 흡착유닛을 구비하고, 상기 본체에 적어도 하나 이상 설치되는 무한궤도 휠; 및 상기 무한궤도 휠의 회전에 따라 움직이는 상기 흡착유닛의 운동을 안내하는 가이드를 포함하고, 상기 가이드는 길이방향으로 이격되도록 배치된 복수의 관절을 구비한 가이드 레일을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

등반 로봇{Climbing robot}

본 발명은 경사면이나 벽면을 따라 이동할 수 있는 등반 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 관절을 가지는 가이드 레일에 의해 복수의 흡착 유닛이 굴곡이 있는 벽면의 윤곽을 따라 그 벽면에 효과적으로 흡착됨으로써 벽면 형상에 대한 추종성이 현저하게 향상되도록 구조가 개선된 등반 로봇에 관한 것이다.

본 발명은 서울시정개발연구원 및 재단법인 서울대학교 산학협력재단의 신기술 연구 개발 지원 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 119-82-03684, 과제명: 고층 건물 청소용 자율 주행 로봇 플랫폼 개발]

다양한 종류의 로봇이 특수한 목적을 위하여 개발되고 있다. 예를 들면, 심해저의 탐험이나 복잡한 지형상에서 보행, 대형 선박표면의 도장이나 용접, 각종 산업용 탱크의 검사, 험한 지형의 탐사, 대형 항공기 표면의 검사, 건물의 외벽 청소 등의 기능을 수행할 수 있는 로봇이 개발되고 있으며 각각의 로봇은 그 사용처 및 목적에 적합하도록 이송 메커니즘을 구비하고 있다.

특히, 선박의 도장이나 용접, 각종 산업용 탱크의 검사, 대형 항공기 표면의 검사, 건물의 외벽 청소 등을 위하여 개발된 등반 로봇은 그 이동방법으로서 무한 궤도형과 보행형이 있다. 상기 보행형은 보행구동기구가 복잡하고, 상대적으로 느리며, 복잡한 제어 시스템을 요구한다. 상기 무한궤도형은 일반적으로 속도가 빠른 장점이 있으나, 이 또한 제어가 용이하지 않은 단점이 있어왔다.

또한, 벽면을 타고 오르는 방식에 따라 흡착 패드 형, 전자석형, 추진력 형 등의 방식이 존재한다. 전자석형은 전자기력을 이용하여 등반할 수 있는 경사면이나 벽면은 자성을 가지는 것으로 한정되고, 전자석의 자력을 제어하기 위해서는 복잡한 제어부의 구성이 필요하다는 단점이 있고, 추진력 형의 경우 연료의 소비가 많아 현실적으로 지속적인 작동을 위해서는 대형의 연료 저장 용기가 탑재되어야 하는 단점이 있다.

이에 보다 기구부의 구성이 간단하면서 제어가 용이하고 무게가 가볍게 제작할 수 있는 효율적인 등반 로봇을 개발할 필요성이 대두하고 있다. 특히 벽면의 굴곡진 윤곽을 따라 효과적인 이동이 가능한 등반 로봇에 필요성이 현실적으로 강하게 요구되고 있다.

본 발명에 따른 등반 로봇은 벽면의 굴곡진 윤곽을 따라 효과적인 이동이 가능하도록 구조가 개선된 등반 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 등반 로봇은, 본체;

다수의 흡착유닛을 구비하고, 상기 본체에 적어도 하나 이상 설치되는 무한궤도 휠; 및

상기 무한궤도 휠의 회전에 따라 움직이는 상기 흡착유닛의 운동을 안내하는 가이드를 포함하고,

상기 가이드는 길이방향으로 이격되도록 배치된 복수의 관절을 구비한 가이드 레일을 구비한 점에 특징이 있다.

상기 무한 궤도 휠은,

모터의 회전축에 연결된 구동 휠과,

상기 흡착유닛들이 장착되고, 상기 구동 휠의 회전에 따라 움직이면서 상기 흡착유닛들이 순차적으로 벽면에 접하도록 하는 캐터필러를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 가이드 레일은 양단부에 상기 흡착유닛들이 상기 캐터필러를 따라 벽면에 순차적으로 접근하고 그 벽면으로부터 순차적으로 이탈되도록 흡착유닛 안내부를 구비한 것이 바람직하다.

상기 가이드는 상기 흡착유닛이 벽면에 흡착되기 시작하는 위치에서 그 흡착유닛이 벽면에 보다 잘 흡착되도록 상기 흡착유닛을 벽면을 향해 가압하는 하강 캠을 구비한 것이 바람직하다.

상기 하강 캠의 전면에는 상기 흡착유닛의 상단부가 좌우로 유동하는 것을 방지하고 이와 함께 그 흡착유닛을 벽면 반대 방향으로 들어 올리는 인양 캠이 배치되며,

상기 흡착유닛에는 그 흡착유닛이 상기 인양 캠을 따라 더욱 잘 이송되도록 하기 위해 상기 인양 캠의 상부면과 미끄럼 접촉되는 베어링 부재가 더 설치된 것이 바람직하다.

상기 각 흡착유닛은 상기 캐터필러의 폭 방향 중심부에 설치되며,

상기 흡착유닛의 측부에는 그 흡착유닛이 상기 가이드 레일을 통과할 때 그 가이드 레일을 사이에 두고 그 가이드 레일의 상측면 또는 하측면에 구름접촉되도록 상기 흡착유닛에 결합된 롤러 조립체가 구비된 것이 바람직하다.

상기 롤러 조립체는 상기 가이드 레일의 상측면에 접촉된 롤러와 상기 가이드의 하측면에 접촉된 롤러가 상호 근접하는 방향으로 탄성 복원력을 가지는 탄성부재에 의해 결합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 본체의 중심부에는 상기 무한궤도 휠에 설치된 흡착유닛들과는 별도로 설치되며, 그 본체의 조향을 위한 조향용 흡착유닛이 포함된 조향모듈이 구비된 것이 바람직하다.

상기 조향 모듈은 상기 무한궤도 휠에 설치된 흡착유닛들이 벽면으로부터 이 격된 상태에서 상기 조향용 흡착유닛이 그 벽면에 흡착되어 상기 본체에 대해 상대 회전이 가능하도록 설치된 것이 바람직하다.

상기 조향 모듈은 상기 본체에 설치된 모터에 기어에 의해 동력적으로 연결된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 등반 로봇은 본 발명의 등반 로봇은, 기구부의 구성이 간단하면서도 벽면의 굴곡을 따라 이동하는 벽면 추종성이 현저하게 향상된 등반 로봇을 제공하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 벽면 등반 로봇의 일 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 측면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 정면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 평면도이다. 도 5는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 저면도이다. 도 6은 도 1에 도시된 등반 로봇의 흡착유닛의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 등반 로봇(10)은 본체(20)와, 무한궤도 휠(30)과, 가이드(40)를 포함하고 있다.

상기 본체(20)는 본 발명에 따른 등반 로봇(10)의 주요 구성요소들이 장착되기 위한 프레임이다. 상기 본체(20)는 복수의 관절부(미도시)를 가지고 있다. 따라 서, 상기 본체(20)는 그 본체(20)의 폭방향에 평행한 축을 회전축으로 회전이 가능하다. 이는 굴곡진 벽면을 잘 추종하기 위한 구조이다. 상기 본체(20)에는 모터(미도시)와 그 모터에 전력을 공급하는 전원부(미도시), 후술하는 무한궤도 휠에 장착되는 흡착패드의 전면을 진공으로 유지하는 공기 펌프(미도시), 상기 모터, 전원부, 공기 펌프 등의 동작을 제어하는 제어부(미도시), 무한궤도 휠(30)과 모터 사이를 연결하는 동력 전달 수단, 무한궤도 휠(30)의 구동 축을 지지하는 베어링 등이 장착될 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 등반 로봇(10)의 중량을 감소시키기 위해 상기 전원부나 공기 펌프는 별도로 배치되고 전선과 튜브로 상기 등반 로봇(10)에 연결될 수도 있다.

상기 무한궤도 휠(30)은 구동 휠(32)과, 캐터필러(34)와, 흡착유닛(36)을 포함하고 있다. 본 실시예에서 상기 무한궤도 휠(30)은 상기 본체(20)의 양측에 각각 1개씩 2개가 마련되어 있다. 상기 구동 휠(32)은 상기 본체(20)에 대해 회전 가능하게 설치되어 있다. 더 구체적으로 상기 구동 휠(32)은 상기 본체(20)에 설치된 모터의 회전축에 연결됨으로써 그 본체(20)에 대해 상대 회전이 가능하도록 되어 있다. 상기 구동 휠(32)은 상기 무한궤도 휠(30) 1개당 2개가 배치되어 있다. 상기 구동 휠(32)들은 상기 본체(20)의 길이방향 단부에 한 개씩 배치되어 있다. 상기 구동 휠(32)은 캐터필러(34)에 동력적으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 구동 휠(32)이 회전하면 상기 캐터필러(34)가 그 구동 휠(32)의 회전방향으로 회전하게 되어 있다. 즉, 상기 구동 휠(32)은 상기 캐터필러(34)를 구동하기 위해 마련되었다. 상기 캐터필러(34)로는 벨트, 타이밍 벨트, 와이어 강화 벨트(wire-reinforced belt), 체인 등 여러 가지 동력 전달 수단이 사용될 수 있다. 상기 캐터필러(34)는 후술하는 흡착유닛(36)들이 장착되고, 상기 구동 휠(32)의 회전에 따라 움직이면서 그 흡착유닛(36)들이 순차적으로 벽면(1)에 접하도록 하기 위해 마련된 것이다.

상기 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)에 상대고정되어 있다. 상기 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)의 폭 방향 중심부에 배치되어 있다. 상기 흡착유닛(36)은 복수개가 마련되어 있으며, 그 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)의 길이방향을 따라 이격되어 배치되어 있다. 상기 흡착유닛(36)은 흡착패드(38)와, 밸브(39)를 포함하고 있다. 상기 흡착패드(38)는 벽면(1)에 흡착되는 부분이다. 상기 밸브(39)는 상기 흡착패드(38)에 연결되어 그 흡착패드(38)의 전면부를 대기압 이하의 저압으로 떨어뜨려 그 흡착패드(38)가 벽면(1)에 부착되도록 하는 것이다. 상기 밸브(39)는 스프링에 의해 작동되는 기계식 밸브 또는 솔레노이드 밸브가 채용될 수 있다. 상기 밸브(39)의 상단부에는 밸브 샤프트(392)가 돌출되어 있다. 상기 밸브 샤프트(392)의 상단부에는 상기 흡착유닛(36)을 벽면(1)을 향해 가압하기 위해 외력이 가해질 수 있다.

상기 가이드(40)는 상기 본체에 결합되어 있다. 상기 가이드(40)는 상기 무한궤도 휠(30)의 회전에 따라 움직이는 상기 흡착유닛(36)의 운동을 안내하기 위해 마련된 것이다. 상기 가이드(40)는 고정 가이드(41)와 가이드 레일(42)과, 하강 캠(50)을 포함하고 있다. 상기 고정 가이드(41)는 상기 본체에 상대 고정되어 있다. 상기 고정 가이드(41)에는 상기 캐터필러(34)의 원활한 구동을 위하여 예컨대 롤러와 같은 아이들러가 설치되어 있다. 상기 가이드 레일(42)은 상기 고정 가이드(41)에 대해 상대적인 유동이 가능하다. 상기 고정 가이드(41)는 상기 캐터필러(34)가 상기 구동 휠(32)의 회전에 의해 정해진 궤도로 운동할 수 있도록 그 캐터필러(34)를 안내하는 역할을 한다. 상기 가이드 레일(42)은 상기 무한궤도 휠(30)이 굴곡진 윤곽을 가지는 벽면(1)을 따라 이동될 때, 그 벽면(1)의 윤곽을 따라 상기 무한궤도 휠(30)이 적응할 수 있도록 관절(44)이 복수개 구비되어 있다. 상기 관절(44)들은 상기 가이드 레일(42)이 굴곡진 벽면(1)의 윤곽을 잘 추종할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 관절(44)은 여러 가지 방식에 의해 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 힌지타입의 관절(44)을 사용하였다. 상기 관절(44)에는 고무패드를 감싸서 후술하는 롤러 조립체(60)가 그 관절(44)을 부드럽게 통과할 수 있도록 하였다. 상기 가이드 레일(42)의 양단부에는 흡착유닛 안내부(46)가 마련되어 있다. 상기 흡착유닛 안내부(46)는 상기 캐터필러(34)를 따라 이동하는 흡착유닛(36)들이 상기 캐터필러(34)를 따라 벽면(1)에 순차적으로 접근하고 그 벽면(1)으로부터 순차적으로 이탈되도록 하기 위해 마련된 것이다. 더 구체적으로는 상기 흡착유닛 안내부(46)는 상기 흡착유닛(36)들이 벽면(1)에 흡착되거나 흡착된 벽면(1)으로부터 이탈되는 과정에서 상기 흡착유닛(36)에 마련된 흡착패드(38)가 벽면(1)에 부드럽게 접하거나 부드럽게 이탈되도록 하기 위해 마련된 것이다. 상기 흡착유닛(36) 안내부는 스키(ski)의 앞 부분과 같이 둥그렇게 굴곡되어 있다. 상기 흡착유닛(36)의 개방단의 두께는 그 반대측에 비해 그 두께가 얇게 형성되어 있다. 상기 하강 캠(50)은 상기 본체에 대해 상대 고정된 상태로 배치되어 있다. 상기 하강 캠(50)은 상기 흡착유닛(36)들이 상기 가이드 레일(42)의 흡착유닛 안내부(46)에 진입할 때 그 흡착유닛(36)을 벽면(1)으로 가압하도록 하기 위해 마련된 것이다. 상기 하강 캠(50)은 상기 흡착유닛(36)의 상단부에 돌출된 밸브 샤프트(392)를 가압하여 그 흡착유닛(36)이 벽면(1)을 향해 가압 되도록 한다. 상기 하강 캠(50)은 상기 밸브 샤프트(392)의 상단이 접촉하여 그 밸브 샤프트(392)의 상단부가 점점 벽면(1)에 가까워지도록 경사진 경사면을 구비하고 있다.

한편, 상기 하강 캠(50)의 전면에는 인양 캠(52)이 더 설치될 수 있다. 상기 인양 캠(52)은 상기 흡착유닛(36)이 벽면(1)에 접촉되기 전에 그 벽면(1)으로부터 충분히 이격되어 벽면(1)과 간섭을 일으켜 흡착되지 않는 것을 방지하도록 벽면과 반대 방향으로 상기 흡착유닛(36)을 들어주는 기능을 한다. 아울러, 상기 인양 캠(52)은 상기 하강 캠(50)으로 진입하는 상기 흡착유닛(36)의 상단부가 좌우로 유동하는 것을 방지한다.

상기 밸브 샤프트(392)의 상부에는 베어링 부재(394)가 설치되어 있다. 상기 베어링 부재(394)는 상기 인양 캠(52)의 상부면을 구름 접촉하도록 되어 있다. 따라서, 상기 흡착유닛(36)이 상기 인양 캠(52)을 따라 더욱 잘 이송될 수 있다.

상기 롤러 조립체(60)는 상기 흡착유닛(36)에 결합되어 있다. 더 구체적으로는 상기 롤러 조립체(60)는 상기 흡착유닛(36)의 측부에 배치되어 있다. 상기 롤러 조립체(60)는 상기 흡착유닛(36)이 상기 가이드 레일(42)을 통과할 때 그 가이드 레일(42)을 사이에 두고 그 가이드 레일(42)의 상측면 또는 하측면에 구름접촉되도록 상기 흡착유닛(36)에 결합되어 있다. 상기 롤러 조립체(60)는 복수의 롤러(62)들을 포함하고 있다. 상기 롤러(62)들은 상기 가이드 레일(42)의 상측면에 접촉된 롤러(62)와 상기 가이드의 하측면에 접촉된 롤러(62)가 상호 근접하는 방향으로 탄성 복원력을 가지는 탄성부재(64)에 의해 결합되어 있다. 상기 탄성부재(64)로는 인장 코일 스프링, 인장 가스 스프링 등과 같은 구성요소가 사용될 수 있다. 상기 롤러 조립체(60)가 상기 가이드 레일(42)을 통과하는 동안에 그 가이드 레일(42)의 상측면과 하측면에 접촉되는 롤러(62)들 사이가 그 가이드 레일(42)의 두께만큼 멀어지면서 상기 흡착유닛(36)에 마련된 밸브(39)가 예컨대 공기펌프에 연통 되도록 함으로써 상기 흡착유닛(36)이 벽면(1)에 흡착되도록 할 수 있다.

상기 본체(20)의 중심부에는 조향용 흡착유닛(72)이 배치되어 있다. 상기 조향모듈(70)은 조향용 흡착유닛(72)을 포함하고 있다. 상기 조향용 흡착유닛(72)은 상기 무한궤도 휠(30)에 설치된 흡착유닛(36)들과는 별도로 설치되어 있다. 상기 조향모듈(70)은 상기 본체(20)의 조향을 위해 마련된 것이다. 상기 조향모듈(70)은 상기 무한궤도 휠(30)에 설치된 흡착유닛(36)들이 벽면(1)으로부터 이격된 상태에서 상기 조향용 흡착유닛(72)이 그 벽면(1)에 흡착되어 상기 본체(20)에 대해 상대 회전이 가능하도록 설치되어 있다. 더 구체적으로 상기 조향모듈(70)은 상기 본체(20)에 설치된 모터에 기어에 의해 동력적으로 연결되어 있다. 상기 조향용 흡착유닛(72)은 상기 무한궤도 휠(30)에 마련된 흡착유닛(36)들이 벽면에 흡착된 상태에서 그 벽면(1)에 흡착된 후 상기 무한궤도 휠(30)에 마련된 흡착유닛(36)들의 공기압을 조절하여 그 벽면(1)들로부터 이탈시킨 상태에서 상기 모터를 작동시킴으로써 상기 본체(20)의 방향전환이 가능하다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 등반 로봇(10)의 작용을 그 등 반 로봇(10)이 얇은 두께를 가지는 벽면(1)을 타고 넘는 과정을 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 등반 로봇(10)이 벽면(1)을 따라 등반하고 있는 과정에서 상기 등반 로봇(10)이 벽면에 흡착되고 이탈되는 과정을 추적함으로써 본 발명에 따른 등반 로봇(10)의 작용을 더욱 잘 이해할 수 있을 것으로 전제하고 서술을 시작한다.

도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 무한궤도 휠(30)은 일정한 방향(화살표 방향)으로 회전운동을 하고 있다. 따라서, 상기 무한궤도 휠(30)에 포함된 구동 휠(32)을 따라 상기 캐터필러(34)가 회전한다. 상기 캐터필러(34)에는 복수의 흡착유닛(36)이 상대 고정되어 있다. 따라서, 상기 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)를 따라 화살표 방향으로 이동한다. 상기 흡착유닛(36)이 상기 흡착유닛 안내부(46)에 진입한다. 상기 흡착유닛 안내부(46)의 개방단의 두께는 상대적으로 얇다. 따라서, 상기 롤러 조립체(60)에 마련된 롤러(62)들이 그 흡착유닛 안내부(46)를 사이에 두고 상하측에 각각 배치되도록 상기 탄성부재(64)가 인장되는 방향으로 탄성 변형된다. 상기 롤러 조립체(60)가 상기 가이드 레일(42)을 따라감에 따라 그 가이드 레일(42)의 두께만큼 상기 탄성부재(64)가 인장된다. 그 결과 상기 흡착유닛(36)의 밸브(39)가 개방되어 그 밸브(39)에 연결된 공기펌프와 상기 흡착유닛(36)이 연통된다. 따라서, 상기 흡착유닛(36)에 마련된 흡착패드(38) 전면에 대기압보다 낮은 압력이 생성됨으로써 벽면에 접촉되는 흡착패드(38)가 그 벽면(1)에 흡착된다. 이 과정에서 상기 흡착유닛(36)의 상단부에 마련된 밸브 샤프트(392)의 베어링 부재(394)는 도 7의 "A"부위에 도시된 바와 같이 상기 인양 캠(52)의 상부면에 구름접촉된다. 이 과정에서 상기 밸브 샤프트(392)의 상부는 상기 인양 캠(52)의 내측면에 미끄럼 접촉되면서 상기 흡착유닛(36)이 벽면(1)에 대해 들어올려지고 동시에 상기 캐터필러(34)의 폭 방향으로 상기 흡착유닛이 유동하는 것이 방지된다. 상기 흡착유닛(36)이 상기 인양 캠(52)을 통과하면 상기 흡착유닛(36)의 상단부 즉, 상기 밸브 샤프트(392)의 상단은 상기 하강 캠(50)의 경사면에 접촉하게 된다. 상기 하강 캠(50)은 상대적으로 고정되어 있는 반면에 상기 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)와 함께 이동하므로 상기 밸브 샤프트(392)는 도 7의 "B"부위에 도시된 바와 같이 벽면(1)을 향해 가압 된다. 상기 밸브 샤프트(392)와 결합되어 있는 상기 흡착유닛(36)은 상기 밸브 샤프트(392)가 벽면을 향해 가압 됨에 따라 벽면과 밀착이 되도록 가압 된다. 이와 같이 상기 하강 캠(50)의 가압작용과 상기 흡착유닛(36)의 밸브(39)가 상호 작용을 함으로써 그 흡착유닛(36)이 벽면에 접촉되는 순간에 큰 흡착력이 발생한다. 따라서, 벽면에 상기 흡착유닛(36)이 잘 흡착되는 효과가 있다. 이 과정을 다시 한번 살펴보면, 상기 흡착유닛(36)은 상기 흡착유닛 안내부(46)를 따라 이동하는 한편, 그 흡착유닛(36)의 상단부는 상기 인양캠(52)을 따라 상기 하강 캠(50)으로 접근하게 된다. 상기 흡착유닛(36)은 상기 인양 캠(52)에 의해 벽면(1)으로부터 상대적으로 들어올려지도록 안내된 후 상기 하강 캠(50)에 의 순차적으로 벽면(1)을 향해 가압된다. 이와 같이 상기 흡착유닛(36)은 상기 흡착유닛 안내부(46)와 상기 인양 캠(52) 및 상기 하강 캠(50)을 따라 벽면(1)에 부드럽게 접촉되므로 상기 흡착유닛(36)과 벽면(1)의 접촉과정이 자 연스럽게 이루어진다. 그럼으로써 상기 흡착유닛(36)의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 한편, 상기 흡착유닛(36)이 벽면에 흡착된 상태로부터 이탈되는 과정은 상기 과정의 역순으로 이루어지므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 등반 로봇(10)의 핵심 작용은 상기 가이드 레일(42)이 복수의 관절(44)을 가지고 있다는 점으로부터 발현된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 등반 로봇(10)이 얇은 벽면을 타고 넘어가는 경우와 같이 벽면에 굴곡이 있는 경우에는 상기 가이드 레일(42)에 마련된 관절(44)에 의해 상기 가이드 레일(42)이 굴곡진 벽면(1)을 따라 굴곡되며, 그 가이드 레일(42)을 따라 이동하는 흡착유닛(36)은 그 벽면(1)의 윤곽을 잘 추종하면서 그 벽면(1)에 흡착하게 된다. 도 8에서 좌측의 캐터필러에는 흡착유닛들을 생략하여 도시하였다.

한편, 상기 등반 로봇(10)의 조향이 필요한 경우에는 상기 무한궤도 휠(30)의 작동을 멈춘 상태에서 상기 조향용 흡착유닛(72)를 벽면(1)에 흡착시킨 후 상기 무한궤도 휠(30)에 마련된 흡착유닛(36)들을 그 벽면(1)으로부터 이탈시킨 후에 상기 본체(20)에 마련된 모터를 작동시켜 상기 조향모듈(70)을 상기 본체(20)에 대해 상대 회전시킴으로써 그 등반 로봇(10)의 방향전환이 가능하다.

이와 같이 본 발명에 따른 등반 로봇(10)은 복수의 관절(44)을 가지는 가이드 레일(42)에 의해 굴곡진 윤곽을 가지는 벽면(1)을 효과적으로 추종하면서 등반하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서와 같이, 상기 흡착유닛 안내부(46)가 구비된 경우에는 상기 흡착유닛(36)이 벽면과 부드럽게 접촉함으로써 그 흡착유닛(36)의 흡착패드(38)가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발 명의 실시예에서와 같이 상기 인양 캠(52)이나 하강 캠(50)이 마련된 경우에는 상기 흡착유닛(36) 벽면과 흡착되는 위치에서 더욱 효과적으로 그 벽면(1)에 대해 흡착력을 부여하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서와 같이 상기 롤러 조립체(60)가 상기 가이드 레일(42)을 사이에 두고 압축 탄성 복원력이 작용하도록 구성하여 그 롤러 조립체(60)를 상기 흡착유닛(36)의 밸브(39)를 작동시키는 방아쇠 역할을 하도록 하면 솔레노이드 밸브와 같이 복잡한 구성을 가지지 않고 단순하고 가벼운 등반 로봇(10)을 구현할 수 있는 효과가 있다.

한편, 지금까지 본 발명에 따른 등반 로봇의 구성과 작동에 대해 설명하면서, 얇은 벽면만을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명에 따른 등반 로봇은 벽면을 타고 이동하는 동작에 사용하는 것만으로 용도가 제한되는 것은 아니며, 대형 항공기의 표면이나, 대형 산업용 탱크의 내외면과 같이 곡면으로 형성된 면을 따라 이동하는 동작도 수행할 수 있다. 또한, 용도에 따라 탐사장비, 청소장비 등을 장착할 수 있고 사람이 직접 하기 위험한 여러 가지 작업을 수행하는데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 등반 로봇은 건물의 외벽 청소나 도장, 대형 항공기나 선박의 내외부 벽면 청소, 도장, 용접 등의 작업에 활용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명에 따른 벽면 등반 로봇의 일 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 측면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 정면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 평면도이다.

도 5는 도 1에 도시된 등반 로봇의 개략적 저면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 등반 로봇의 흡착유닛의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 도 1에 도시된 등반 로봇의 흡착유닛의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 도 1에 도시된 등반 로봇이 얇은 벽면을 타고 넘어가는 모습을 보여주는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 벽면 10: 등반 로봇

20: 본체 30: 무한궤도 휠

32: 구동 휠 34: 캐터필러

36: 흡착 유닛 38: 흡착패드

39: 밸브 40: 가이드

41: 고정 가이드 42: 가이드 레일

44: 관절 46: 흡착유닛 안내부

50: 하강 캠 52: 인양 캠

60: 롤러 조립체 62: 롤러

64: 탄성부재 70: 조향모듈
72: 조향용 흡착유닛

392: 밸브 샤프트 394: 베어링 부재

Claims

본체(20);

다수의 흡착유닛(36)을 구비하고, 상기 본체(20)에 적어도 하나 이상 설치되는 무한궤도 휠(30); 및

상기 무한궤도 휠(30)의 회전에 따라 움직이는 상기 흡착유닛(36)의 운동을 안내하는 가이드(40)를 포함하고,

상기 가이드(40)는 길이방향으로 이격되도록 배치된 복수의 관절을 구비한 가이드 레일(42)을 구비한 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제1항에 있어서,

상기 무한궤도 휠(30)은,

모터의 회전축에 연결된 구동 휠(32)과,

상기 흡착유닛(36)들이 장착되고, 상기 구동 휠(32)의 회전에 따라 움직이면서 상기 흡착유닛(36)들이 순차적으로 벽면에 접하도록 하는 캐터필러(34)를 구비하는 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제2항에 있어서,

상기 가이드 레일(42)은 양단부에 상기 흡착유닛(36)들이 상기 캐터필러(34)를 따라 벽면에 순차적으로 접근하고 그 벽면으로부터 순차적으로 이탈되도록 흡착유닛 안내부(46)를 구비한 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제3항에 있어서,

상기 가이드(40)는 상기 흡착유닛(36)이 벽면에 흡착되기 시작하는 위치에서 그 흡착유닛(36)이 벽면에 보다 잘 흡착되도록 상기 흡착유닛(36)을 벽면을 향해 가압하는 하강 캠(50)을 구비한 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제4항에 있어서,

상기 하강 캠(50)의 전면에는 그 흡착유닛(36)을 벽면 반대 방향으로 들어 올리는 인양 캠(52)이 배치되며,

상기 흡착유닛(36)은 그 흡착유닛(36)이 상기 인양 캠(52)을 따라 더욱 잘 이송되도록 상기 인양 캠(52)의 상부면과 미끄럼 접촉되는 베어링 부재(394)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제2항에 있어서,

상기 각 흡착유닛(36)은 상기 캐터필러(34)의 폭 방향 중심부에 설치되며,

상기 흡착유닛(36)의 측부에는 그 흡착유닛(36)이 상기 가이드 레일(42)을 통과할 때 그 가이드 레일(42)을 사이에 두고 그 가이드 레일(42)의 상측면 또는 하측면에 구름접촉되도록 상기 흡착유닛(36)에 결합된 롤러 조립체(60)가 구비된 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제6항에 있어서,

상기 롤러 조립체(60)는 상기 가이드 레일(42)의 상측면에 접촉된 롤러(62)와 상기 가이드(40)의 하측면에 접촉된 롤러(62)가 상호 근접하는 방향으로 탄성 복원력을 가지는 탄성부재(64)에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제1항에 있어서,

상기 본체(20)의 중심부에는 상기 무한궤도 휠(30)에 설치된 흡착유닛(36)들과는 별도로 설치되며, 그 본체(20)의 조향을 위한 조향용 흡착유닛(72)이 포함된 조향모듈(70)이 구비된 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제8항에 있어서,

상기 조향모듈(70)은 상기 무한궤도 휠(30)에 설치된 흡착유닛(36)들이 벽면으로부터 이격된 상태에서 상기 조향용 흡착유닛(72)이 그 벽면에 흡착되어 상기 본체(20)에 대해 상대 회전이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 등반 로봇.
제9항에 있어서,

상기 조향모듈(70)은 상기 본체(20)에 설치된 모터에 기어에 의해 동력적으로 연결된 것을 특징으로 하는 등반 로봇.