KR101001895B1 - 극한 환경용 무인 굴삭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사람이 탑승하지 않고 외부에서 유선 또는 무선으로 연결된 조작장치를 이용하여 조작(컨트롤)되는 무인 굴삭기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 상기 무인 굴삭기는 광산·탄광의 갱도 끝에 위치한 채굴이나 굴진 작업장과 같이 협소한 극한 환경에서 사용하기 위한 극한 환경용 무인 굴삭기에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기는 암의 내부에 천공용 유압모터를 설치하고, 암의 단부에 드릴이 설치되는 드릴장착부를 설치하며,
상기 암의 중심선(X) 상에서 이격되게 버켓이 설치되는 버켓용 힌지부가 형성되어 암에서 버켓을 분리하지않고 드릴장착부에 드릴을 설치하도록 이루어진 것이다.

Description

극한 환경용 무인 굴삭기{A Excavator having remote-controller}

본 발명은 광산·탄광의 갱도 끝에 위치한 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경에서 사용하기 위한 무인 굴삭기에 관한 것이다.

일반적으로 광산·탄광의 갱도 끝에 있는 채굴이나 굴진 작업장 등의 극한 환경 속에 노동자(작업자)들이 들어가 다양한 수 공구를 이용하여 채굴이나 굴진 작업을 하고 있다.

이러한 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경 속에서 일을 하는 노동자들은 열악한 환경 속에 노출되어 있음으로써 다양한 위험요소에 노출되어 있다.

즉, 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경은 밀폐된 장소인 동시에 공기 중에 다량의 먼지 및 습기가 많아 오염된 공기 중에 노출된 상태에서 노동자들일 작업을 함으로써 건강을 해치게 된다. 최근에는 노동자의 안전을 위하여 다양한 호흡을 돕는 장치들이 개발되고 있지만 이것만으로 모두 해결할 수는 없다.

또한, 종종 갱도가 붕괴되어 노동자가 매몰되는 안전사고의 발생으로 많은 인명피해를 가져오는 문제점이 있다.

이러한 열악한 환경적 요인에 의하여 노동자들을 건강과 안전에 많은 위협을 받고 있다.

그러므로 노동자들의 안전을 위하여 이를 대신할 수 있는 장비가 제공되어야 하는 실정이다.

최근에는 무인조정으로 자동차, 건설장비와 같은 기계장치를 조정하여 작동시키는 기술 등이 다양하게 제공되고 있으나, 광산·탄광의 갱도 끝에 있는 채굴이나 굴진 작업장 등의 극한 환경 속에서의 사용이 불가능한 실정이다.

국내 공개특허공보 제10-2010-0042554호 (공개일자 : 2010.04.26) 국내 공개특허공보 제10-2009-0020152호 (공개일자 : 2009.02.26) 국내 공개특허공보 제10-2008-0095470호 (공개일자 : 2008.10.29) 국내 등록특허공보 제10-0913690호 (등록일자 : 2009.08.18) 국내 등록특허공보 제10-0561221호 (등록일자 : 2006.03.08) 국내 등록특허 공보 제10-665347호 (등록일자 : 2006.12.28) 국내 등록특허공보 제10-0208735호 (등록일자 : 1999.04.16) 국내 등록특허공보 제10-0894192호 (등록일자 : 2009.04.13) 국내 특허공보 공고번호 특1988-001383호 (공고일자 : 1988.07.29) 국내 실용신안공보 제20-0147407호 (등록일자 : 1999.03.08)

본 발명은 상기에서 제시한 문제점을 해결하기 위한 것으로,

채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경에서 작업을 하는 노동자를 대신하여 작업을 할 수 있도록 하는 무인 굴삭기를 제공하고자 한다.

즉, 일반적으로 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경은 실외와 같이 공간적으로 넓지 않고 협소한 환경적인 요소를 가진다. 이러한 환경적인 요소에 효율적으로 사용될 수 있는 무인 굴삭기를 제공하고자 한다.

더욱 상세하게 설명하면, 일반적인 굴삭기는 굴삭능력과 천공능력을 가지되, 굴삭시에는 암에 버켓을 설치하여 굴삭하고, 천공시에는 굴삭하는 버켓을 암에서 분리하고, 드릴이 구비되어 천공을 하는 천공기를 설치하여 천공을 한다.

그러나 채굴이나 굴진 작업장 등과 같이 장소가 협소한 공간에서는 굴삭기의 암에 버켓과 천공기의 교체작업이 매우 불편하거나 교체작업을 하지 못하는 경우가 많다. 즉, 굴삭기의 암에 버켓과 천공기의 교체작업은 버켓을 암에서 분리한 후 천공기를 설치하거나, 천공기를 암에서 분리한 후 버켓을 설치하여야 함으로 교체작업의 시간이 길고 비교적 넓은 공간을 필요로 하지만 채굴이나 굴진 작업장 등과 같이 장소가 협소한 공간에서는 넓은 공간이 주어지지 않는 동시에 좁은 공간에 의하여 교체작업이 길어지거나 안전사고를 유발시키는 문제점이 있다. 그러므로 버켓과 천공기의 교체작업은 채굴이나 굴진 작업장 등에서 빠져나와 교체작업을 하여야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴삭능력과 천공능력을 가지는 무인 굴삭기를 제공하고자 하되, 채굴이나 굴진 작업장 등과 같이 협소한 공간에서 무인 굴삭기를 빼내지 않고 굴삭작업과 천공작업을 하도록 교체할 수 있는 극한 환경용 무인 굴삭기를 제공하고자 한다.

본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기는, 외부의 조작장치에 의하여 무인으로 작동되는 무인 굴삭기에 있어서, 암의 내부에 천공용 유압모터가 설치되고, 암의 단부에는 드릴이 설치되는 드릴장착부가 형성되며, 상기 암의 내부에 천공용 유압모터가 설치되고 단부에 드릴장착부가 형성되도록 암의 중심선 상에서 이격되게 버켓이 설치되는 버켓용 힌지부가 형성되어 암에서 버켓을 분리하지않고 드릴장착부에 드릴을 설치하도록 이루어진 것을 특징으로 하여 본 발명의 목적을 달성하고자 한다.

본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기에 대하여 보다 구체적인 구성으로 설명하면, 외부의 조작장치에 의하여 무인으로 작동되는 무인 굴삭기에 있어서, 구동수단인 양측으로 무한궤도가 설치되고, 일측에 전기모터와 유압유닛이 설치되어 있는 하부주행몸체와; 상기 하부주행몸체의 상측에 설치되어 중심수직축을 중심으로 회전하는 상부회전몸체와; 상기 상부회전몸체의 일측에 단부가 힌지결합되고 붐용 유압실린더로 작동하는 붐과; 상기 붐의 단부에 힌지결합되어 암용 유압실린더로 작동하는 암과; 상기 암의 단부분에 설치되어 버켓용 유압실린더로 작동하는 버켓으로 구성되며,

상기 상부회전몸체에는 카메라와 감지센서 및 제어부가 설치되고,

상기 암의 내부에는 천공용 유압모터가 설치되고, 암의 단부에는 드릴이 설치되는 드릴장착부가 형성되며,

상기 상부회전몸체의 제어부에 유·무선 형태로 연결되는 화상모니터가 구비된 조작장치를 포함하는 구성을 특징으로 하며,

상기 제어부는 조작장치로부터 신호를 받아 무인 굴삭기를 제어하며, 카메라와 감지센서의 정보를 조작장치에 전달한다.

상기 암의 단부분에는 암의 중심선 상에서 이격되게 버켓용 힌지부가 설치되도록 돌출되는 버켓 장착부가 형성된다.

상기 드릴장착부에 설치되는 드릴은 버켓용 유압실린더와 버켓에 각각의 끝단부가 설치된 한쌍의 제2 링크 사이에 위치하도록 설치된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명인 극한 환경용 무인 굴삭기는, 굴삭작업을 하는 버켓을 암에서 분리하지않고 천공작업을 하는 드릴을 드릴장착부에 설치하여 천공작업을 하도록 함으로써 굴삭작업과 천공작업의 전환능력이 뛰어나 작업효율을 높일 수 있다.

또한, 상기와 같이 버켓을 암에서 분리하지않고 드릴을 드릴장착부에 설치하도록 함으로써 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 좁은(협소한) 공간에서도 굴삭작업과 천공작업의 전환작업이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 무인 굴삭기의 정면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 무인 굴삭기의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예인 무인 굴삭기의 부분 단면을 보인 정면도.
도 4는 본 발명인 무인 굴삭기의 암의 정면을 보인 부분 상세도.
도 5는 본 발명인 무인 굴삭기의 부분 상세 단면도.
도 6은 본 발명인 무인 굴삭기의 드릴과 드릴장착부에 대한 상세 단면도.
도 7은 본 발명인 무인 굴삭기의 버켓 작동상태도.
도 8은 본 발명인 무인 굴삭기의 드릴장착부에 드릴이 설치되는 상태에 대한 상세 단면도.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1과 도 2와 같이 본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기는, 주행 가능하도록 구동수단인 양측으로 무한궤도(11)가 설치되고, 일측에 전기모터(12)와 유압유닛이 설치되어 있는 하부주행몸체(10)와; 상기 하부주행몸체(10)의 상측에 설치되어 중심수직축(Y)을 중심으로 회전하며 카메라(21)와 감지센서(22) 및 제어부(23)가 설치된 상부회전몸체(20)와; 상기 상부회전몸체(20)의 일측에 단부가 힌지결합되고 붐용 유압실린더(31)로 작동하는 붐(30)과; 상기 붐(30)의 단부에 힌지결합되어 암용 유압실린더(41)로 작동하는 암(40)과; 상기 암(40)의 단부분에 설치되어 버켓용 유압실린더(51)로 작동하는 버켓(50)과; 상기 상부회전몸체(20)의 제어부(23)에 유·무선 형태로 연결되는 조작장치(80)로 구성되며,

도 3 내지 도 7과 같이 상기 암(40)의 내부에는 천공용 유압모터(71)가 설치되고, 암(40)의 단부에는 드릴(73)이 설치되는 드릴장착부(72)가 형성되고, 상기 암(40)에서 버켓(50)을 분리하지않고 드릴장착부(72)에 드릴(73)이 설치되도록 암(40)의 중심선(X) 상에서 내측(도면상 상부회전몸체(20) 방향)으로 이격되게 버켓용 힌지부(P3)가 형성되고, 상기 버켓용 힌지부(P3)와 이격되며 암(40)의 중심선(X) 상에서 내측에 위치하도록 제1링크용 힌지부(P4)가 형성된다.

상기 하부주행몸체(10)의 양측에는 도 2와 도 3과 같이 양측으로 무한궤도(11)가 설치되고, 상기 무한궤도(11)의 사이에 동력장치가 설치되며, 상기 동력장치는 전기모터(12)와 유압유닛(14)으로 구성되고, 전방에는 배토장치(13)가 설치된다. 상기 배토장치(13)는 유압유닛(14)으로부터 유압을 공급받아 작동되며, 양측의 무한궤도(11)의 각각에는 유압유닛(14)과 연결된 유압모터가 설치된다.

상기 동력장치는 상부회전몸체(20)의 제어부(23)에 연결되어 조작장치(80)와 연결되거나 또는 직접 조작장치(80)에 연결될 수 있다.

상기 상부회전몸체(20)는 중심수직축(Y)을 중심으로 회전하도록 하부주행몸체(10)의 상측에 설치된 것으로, 상기 상부회전몸체(20)와 하부주행몸체(10)는 회전지지장치(25)로 연결되고, 상기 하부주행몸체(10)에 설치된 기어(15)와 상부회전몸체(20)에 설치된 회전용 유압모터(26)의 피니어(26a)이 치합된다.

이러한 상부회전몸체(20)는 회전용 유압모터(26)의 회전에 의하여 회전지지장치(25)의 중심인 중심수직축(Y)을 중심으로 회전한다.

상기 상부회전몸체(20)에는 작업자가 외부에서 조작할 수 있도록 다수개의 카메라(21)와 다수개의 감지센서(22) 및 제어부(23)가 설치된다.

상기 카메라(21)는 보통 전방카메라와 후방카메라로 구성되어 작업장의 영상을 조작장치(80)에 전송하여 작업자가 작업장의 상황을 알 수 있도록 한다.

상기 감지센서(22)는 다수개가 설치되어 주변물체와의 떨어진 거리를 알려주거나 물체와의 충돌위험이 있을 경우 조작장치(80)에 신호를 보내어 충돌 등에 의한 안전사고를 방지하도록 한다.

상기 제어부(23)는 조작장치(80)와 유·무선 형태로 연결되어 카메라(21)와 감지센서(22)에서 제공되는 정보를 조작장치(80)에 전송하고, 조작장치(80)의 조작신호에 의하여 이동, 회전 및 굴삭과 천공작업을 수행한다.

상기 조작장치(80)는 카메라(21)와 감지센서(22)에서 제공되는 정보를 이용하여 작업자가 원거리에서 조작할 수 있도록 모니터가 구비된 조이스틱으로 이루어지거나, 또는 카메라(21)와 감지센서(22)에서 제공되는 정보를 이용하여 입력된 프로그램에 의하여 작업을 수행할 수 있도록 컴퓨터로 이루어진다.

상기 상부회전몸체(20)에는 굴삭과 천공작업을 수행하기 위한 유압공급을 공급하는 유압제어밸브박스가 설치되어 있으며, 상기 유압제어밸브박스는 하부주행몸체(10)의 유압유닛(14)과 연결되어 공급되는 유압을 이용하여 이동, 회전 및 굴삭과 천공 작업 등을 수행하도록 하며, 상기 유압제어밸브박스는 제어부(23)와 연결되어 조작장치(80)로 제어된다.

상기 붐(30)은 상부회전몸체(20)와 붐용 힌지부(P1)에 힌지결합되어 붐용 유압실린더(31)에 의하여 붐용 힌지부(P1)를 중심으로 회전한다.

상기 암(40)은 붐(30)의 끝단부분의 암용 힌지부(P2)에 힌지결합되어 암용 유압실린더(41)에 의하여 암용 힌지부(P2)를 중심으로 회전하는 것으로, 타측단부분에는 중심선(X) 상에서 이격되게 버켓용 힌지부(P3)가 설치되도록 돌출되는 버켓 장착부(42)가 형성되어 버켓(50)이 설치되고, 암(40)의 내부에는 천공용 유압모터(71)가 설치되어, 상기 천공용 유압모터(71)와 연결되고, 드릴(73)이 설치되는 드릴장착부(72)가 암용 힌지부(P2)와 반대쪽인 암(40)의 단부에 설치된다(도 3 내지 도 6참조).

도 5와 같이 상기 암(40)의 내부 공간에 천공용 유압모터(71)가 설치되고, 단부에는 드릴장착부(72)가 설치되고, 끝단부의 개구부에는 캡(덮개)(43)가 설치되고, 중심선(X) 상에 버켓용 힌지부(P3)가 형성되지 않도록 돌출된 버켓 장착부(42)를 형성하여 버켓(50)을 설치하도록 한다.

도 6과 같이 상기 드릴장착부(72)의 천공용 유압모터(71)와 연결되어 회전하는 연결구(72a)의 내측에는 스플라인 홈이 형성되고, 탄성으로 지지된 고정구(72b)가 설치된다.

상기 드릴(73)의 장착부(73a)는 연결구(72a)의 내측에 형성된 스플라인 홈에 삽입되도록 스플라인 홈이 형성되고, 고정구(72b)가 삽입되는 고정홈(73b)이 형성된다.

도 4와 도 7에서와 같이 버켓(50)은 암(40)에 제1링크(61)와 제2링크(62)로 구성된 링크(60)로 설치되되, 상기 제1링크(61)와 제2링크(62)의 각각의 일단부는 암(40)의 내측(상부회전몸체(20) 방향)에 위치한 제1링크용 힌지(P4)와 버켓용 힌지부(P3)에 설치되며, 상기 버켓용 유압실린더(51)에 의하여 버켓용 힌지부(P3)를 중심으로 회전하여 굴삭작업을 한다.

상기 제2링크(62)는 한쌍으로 이루어지되 암(40) 외측에 위치하도록 하여 도 8과 같이 한쌍의 제2링크(62) 사이에 드릴(73)이 설치될 수 있도록 한다.

상기 붐용 힌지부(P1)와 암용 힌지부(P2)와 버켓용 힌지부(P3)의 각각에는 엔코더를 설치할 수 있으며, 상기 각각의 엔코더는 제어부(23)와 연결되어 조작장치(80)와 연결됨으로써 붐(30)과 암(40)과 버켓(50)의 위치를 작업자가 정확히 알 수 있도록 할 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기는, 작업자가 굴삭기에 탑승하지 않고 이격된 거리에서 조작장치(80)로 조작하여 작업을 하는 것으로, 작업자는 이격된 거리에서 상부회전몸체(20)에 설치되어 있는 카메라(21)와 감지센서(22)에 의하여 무인 굴삭기의 주변을 알 수 있으며, 조작장치(80)로 제어부(23)에 신호를 보내어 상부회전몸체(20)에 설치되어 있는 작업용 동력장치 또는 하부주행몸체(10)에 설치된 주행용 동력장치를 조작하여 굴삭 또는 천공 작업 및 이동을 하게 된다.

또한, 버켓(50)을 사용하여 도 7과 같이 굴삭작업을 하다가, 버켓(50)을 암(40)에서 분리하지 않은 상태에서 도 8과 같이 끝단부의 개구부에 설치되어 있는 캡(덮개)(43)을 분리하고, 드릴(73)을 드릴장착부(72)에 설치하여 천공작업을 할 수 있다.

이와 같이 버켓(50)을 암(40)에서 분리하지 않고 천공작업을 수행하는 드릴(73)을 장착함으로써 작업전환 능력이 뛰어나고, 작업전환시 많은 시간이 소요되지 않으며, 넓은 장소를 필요로 하지 않는다.

이러한 본 발명의 극한 환경용 무인 굴삭기는 협소한 공간에서 굴삭작업와 천공작업을 위한 작업전환 능력이 우수하여 위험이 많은 채굴이나 굴진 작업장 등과 같은 극한 환경에서 작업을 하는 사람들을 대신하여 굴삭과 천공 작업을 수행할 수 있을 것이다.

10 : 하부주행몸체 11 : 무한궤도
20 : 상부회전몸체 21 : 카메라
22 : 감지센서 23 : 제어부
30 : 붐 31, 41, 52 : 유압실린더
40 : 암 42 : 버켓 장착부
50 : 버켓 60, 61, 62 : 링크
71 : 천공용 유압모터 72 : 드릴장착부
73 : 드릴

Claims (4)

1. 외부의 조작장치에 의하여 무인으로 작동되는 무인 굴삭기에 있어서,
   양측으로 주행 가능하도록 구동수단인 무한궤도(11)가 설치되고, 상기 무한궤도(11) 사이에 동력장치인 전기모터(12)와 유압유닛(14)이 설치되고, 전방에 배토장치(13)가 설치된 하부주행몸체(10)와;
   상기 하부주행몸체(10)의 상측에 설치되어 중심수직축(Y)을 중심으로 회전하고, 작업장의 영상을 전송하도록 전후방에 설치되는 카메라(21)와, 주변물체와의 떨어진 거리를 알려주거나 충돌위험을 알려주도록 설치되는 감지센서(22) 및 제어부(23)가 설치된 상부회전몸체(20)와;
   상기 상부회전몸체(20)의 일측에 단부가 힌지결합되고 붐용 유압실린더(31)로 작동하는 붐(30)과;
   상기 붐(30)의 단부에 힌지결합되어 암용 유압실린더(41)로 작동하는 암(40)과;
   상기 암(40)의 단부분에 설치되어 암(40)의 외측에 설치된 버켓용 유압실린더(51)로 작동하는 버켓(50)과;
   상기 상부회전몸체(20)의 제어부(23)에 유·무선 형태로 연결되는 조작장치(80)로 구성되며,
   상기 암(40)의 내부에는 천공용 유압모터(71)가 설치되고, 암(40)의 단부에는 드릴(73)이 설치되는 드릴장착부(72)가 형성되고,
   상기 암(40)의 단부에는 암(40)의 중심선(X)을 중심으로 내측으로 이격되어 버켓용 힌지부(P3)와 제1링크용 힌지부(P4)가 서로 이격되게 형성되되, 상기 버켓용 힌지부(P3)는 암(40)의 단부에 중심선(X)을 중심으로 내측으로 돌출되게 형성된 버켓 장착부(42)에 형성되고, 상기 제1링크용 힌지부(P4)에는 제1링크(61)가 설치되며, 상기 제1링크(61)와 버켓(50)에 설치되는 제2링크(62)는 암(40)의 중심선(X)을 중심으로 외측에서 힌지겹합되며,
   상기 드릴장착부(72)에 설치되는 드릴(73)은 버켓용 유압실린더(51)와 버켓(50)에 각각의 끝단부가 설치된 한쌍의 제2링크(62) 사이에 위치하여,
   상기 버켓용 유압실린더(51)의 신축에 의하여 버켓용 힌지부(P3)를 중심으로 버켓(50)이 회전시 제1링크(61)와 제2링크(62)의 힌지겹합부가 외측으로 돌출되는 것을 최소화하며, 상기 암(40)에서 버켓(50)을 분리하지 않고 드릴장착부(72)에 드릴(73)을 설치함을 특징으로 하는 극한 환경용 무인 굴삭기.
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