KR101239085B1 - 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법 - Google Patents

곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법에 관한 것으로, 곤돌라 로봇을 이동시키는 로프의 풀림이나 위치 등과 같은 로프의 상태를 산출하고 이를 통하여 곤돌라 로봇을 이용한 건물 외벽의 유지 관리 작업의 효율을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 카트 본체는 일단에 곤돌라 로봇이 매달려 있는 로프의 길이를 가감하는 로프 구동부를 구비한다. 로프 상태 측정부는 카트 본체와 곤돌라 로봇 사이의 로프에 설치되어 로프의 상태를 측정한다. 여기서 로프 상태 측정부는 로프에 설치되며 로프의 풀림을 측정하는 롤러 장치, 카트 본체와 롤러 장치를 연결하는 3DoF 회전 바, 및 카트 본체에 설치되어 롤러 장치를 촬영하는 카메라부를 구비한다. 그리고 제어부는 카트 본체에 설치되며, 롤러 장치의 움직임에 따른 카메라부가 촬영한 로프 장치의 촬영 영상과, 3DoF 회전 바의 움직임으로부터 획득한 변동 정보를 분석하여 롤러 장치의 위치를 산출하고, 롤러 장치의 산출된 위치를 기준으로 롤러 장치를 통과하는 로프의 위치를 산출한다.

Description

곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법{Rope cart for gondola robot system and method for calculating rope state}
본 발명은 건물 외벽의 유지 관리용 지능형 로봇 시스템 및 그의 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곤돌라 로봇을 이동시키는 로프의 풀림이나 위치 등과 같은 로프의 상태를 산출하기 위한 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법에 관한 것이다.
산업의 발전에 따라 도시화가 급속히 진행되면서, 도심지에는 규모가 큰 다양한 건물들이 들어서고 있다. 또한 도시화에 따라 부수적으로 환경 오염 문제도 증가하고 있는 추세이다.
이러한 이유로 외부 환경에 노출된 건물의 외벽은 먼지, 비, 매연 등에 의해 쉽게 오염되기 때문에, 주기적으로 청소할 필요가 있다. 이러한 건물의 외벽 청소는 청소부가 줄이나 곤돌라를 타고 건물의 꼭대기에서 아래로 내려오면서 수작업으로 수행하게 되는데, 청소 중 청소부의 낙상과 같은 안전 사고의 발생 위험을 항상 안고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 청소부의 역할을 대신할 다양한 종류의 건물의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇 시스템이 소개되고 있다. 종래에 소개되고 있는 대부분의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇은 외벽에 부착되어 이동하면서 건물의 외벽에 대한 청소를 수행하기 때문에, 청소 면적이 비교적 적은 문제점을 안고 있다.
또한 외벽 유지 관리용 지능형 로봇은 구동부와 외벽 유지 관리를 위한 관리부를 함께 구비하기 때문에, 무거워 움직임이 둔하고, 이로 인해 외벽의 유지 관리에 상당히 많은 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.
이러한 기존의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇이 갖는 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명의 목적은 건물의 외벽을 좀 더 신속하게 청소 또는 도색할 수 있는 곤돌라 유형의 곤돌라 로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 곤돌라 로봇을 이동시키는 로프의 풀림이나 위치 등과 같은 로프의 상태를 산출할 수 있는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트 및 그의 로프 상태 산출 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카트 본체, 로프 상태 측정부 및 제어부를 포함하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트를 제공한다. 상기 카트 본체는 일단에 곤돌라 로봇이 매달려 있는 로프의 길이를 가감하는 로프 구동부를 구비한다. 상기 로프 상태 측정부는 상기 카트 본체와 상기 곤돌라 로봇 사이의 로프에 설치되어 상기 로프의 상태를 측정한다. 상기 로프 상태 측정부는 상기 로프에 설치되며 상기 로프의 풀린 길이를 측정하는 롤러 장치와, 상기 카트 본체와 상기 롤러 장치를 연결하는 3DoF 회전 바, 및 상기 카트 본체에 설치되어 상기 롤러 장치를 촬영하는 카메라부를 구비한다. 그리고 상기 제어부는 상기 카트 본체에 설치되며, 상기 롤러 장치의 움직임에 따른 상기 카메라부가 촬영한 상기 로프 장치의 촬영 영상과, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로부터 획득한 변동 정보를 분석하여 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 롤러 장치의 산출된 위치를 기준으로 상기 롤러 장치를 통과하는 상기 로프의 위치를 산출한다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 제어부는 상기 로프 구동부로부터 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이와 상기 롤러 장치가 측정한 로프의 풀린 길이로부터 상기 로프의 풀린 길이를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 변동 정보는 상기 롤러 장치의 XYZ 좌표값, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF의 값을 포함한다. 이때 상기 제어부는 상기 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 상기 롤러 장치의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 로프 상태 측정부의 롤러 장치는, 상기 로프의 일부를 둘러싸며 상기 카메라부와 마주보는 쪽에 인식 마크가 형성된 롤러 케이스, 상기 롤러 케이스의 내측에 설치되며 상기 로프를 중심으로 양쪽에 상기 로프에 접촉되게 설치되어 상기 로프의 풀림에 따라 회전하는 한 쌍의 롤러, 및 상기 로프의 풀림에 따른 상기 한 쌍의 롤러의 회전수를 카운트하여 측정한 상기 로프의 풀린 길이를 상기 제어부로 전달하는 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 제어부는 상기 로프 구동부로부터 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이와 상기 롤러 장치가 측정한 로프의 풀린 길이를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 상기 로프의 길이를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 로프 상태 측정부의 카메라부는 상기 3DoF 회전 바가 연결되는 상기 카트 본체 부분에 설치되며, 상기 롤러 장치를 향하게 설치될 수 있다. 이때 상기 제어부는 상기 촬영 영상에 포함된 인식 마크의 위치 변화로부터 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치의 위치와 상기 변동 정보를 기반으로 산출한 상기 롤러 장치의 위치로부터 최종적인 상기 롤러 장치의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 제어부는 상기 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치의 위치 정보와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치의 위치 정보를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 상기 로프의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트에 있어서, 상기 인식 마크는 2차원 바코드일 수 있다.
본 발명은 또한, 곤돌라 로봇과 로프 카트를 연결하는 로프의 상태를 측정하는 방법으로, 상기 로프 카트는 상기 로프의 풀림 명령에 따라 상기 로프의 풀린 길이를 상기 로프에 설치된 롤러 장치로 측정하는 단계, 상기 로프 카트는 상기 측정된 로프의 풀린 길이와 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이로부터 상기 로프의 풀린 길이를 산출하는 단계, 상기 로프 카트는 상기 롤러 장치의 움직임을 카메라부로 촬영하여 상기 롤러 장치의 촬영 영상을 획득하고, 카트 본체와 상기 롤러 장치를 연결하는 3DoF 회전 바의 움직임으로부터 상기 롤러 장치의 움직임에 따른 변동 정보를 획득하는 단계, 및 상기 로프 카트는 상기 획득한 촬영 영상과 상기 변동 정보를 분석하여 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 롤러 장치의 산출된 위치를 기준으로 상기 롤러 장치를 통과하는 상기 로프의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트의 로프 상태 산출 방법을 제공한다.
그리고 본 발명에 따른 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트의 로프 상태 산출 방법에 있어서, 상기 변동 정보는 상기 롤러 장치의 XYZ 좌표값, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF의 값을 포함한다. 이때 상기 로프의 위치를 산출하는 단계에서, 상기 로프 카트는 상기 롤러 장치의 6DoF 값을 포함하는 상기 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 상기 롤러 장치의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 로프 카트는 곤돌라 로봇이 매달려 있는 로프의 움직임을 측정할 수 있는 로프 상태 측정부를 구비하기 때문에, 로프의 풀림이나 위치 등과 같은 로프의 상태를 정확히 산출할 수 있다. 즉 로프 카트는 로프 구동부로부터 로프의 풀림 명령에 따른 길이와 롤러 장치가 측정한 로프의 풀린 길이를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 로프의 길이를 로프 카트의 상태를 고려하여 정확히 산출할 수 있다.
또한 로프 상태 측정부는 카메라부와 3DoF(degrees of freedom) 회전 바를 통하여 카트 본체에 연결된 롤러 장치의 움직임을 측정하여 분석함으로써, 롤러 장치의 위치를 산출하고, 산출한 롤러 장치의 위치를 기준으로 롤러 장치를 통과하는 로프의 위치를 산출할 수 있다. 즉 로프 카트는 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치의 위치 정보와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치의 위치 정보를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 로프의 위치를 로프 카트의 상태를 고려하여 정확히 산출할 수 있다. 이와 같이 로프의 이동에 따라 함께 이동하는 롤러 장치의 움직임을 측정하여 분석함으로써, 로프의 위치를 산출할 수 있다.
이러한 로프의 상태 파악을 통하여, 로프에 매달려 있는 곤돌라 로봇의 상태도 함께 파악함으로써, 곤돌라 로봇을 이용한 건물 외벽의 유지 관리 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 로프 카트의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로프 카트의 로프 상태 산출 방법에 따른 흐름도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템을 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다. 그리고 도 3은 도 1의 로프 카트의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템(100)은 로프(18)를 매개로 연결된 로프 카트(10)와 곤돌라 로봇(20)을 포함한다.
로프 카트(10)는 건물(80)의 옥상(81)에 고정 설치되며, 로프(18)의 길이 가감을 통하여 곤돌라 로봇(20)의 위치를 조정한다. 로프 카트(20)는 로프(18)에 설치된 로프 상태 측정부(17)로 측정한 다양한 값들의 융합을 통하여 로프(18)의 상태 파악에 필요한 정보를 산출할 수 있다. 이때 로프(18)의 상태는 로프(18)의 풀린 길이, 로프(18)의 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.
그리고 곤돌라 로봇(20)은 로프(18)의 말단에 연결되어 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행한다. 이때 곤돌라 로봇(20)은 관리용 로봇암(25)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행한다. 또한 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 상태에서 관리용 로봇암(25)을 이용한 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행할 수도 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
곤돌라 로봇(20)은 로봇 본체(21), 관리용 로봇암(25), 흡착용 로봇암(23) 및 통신부(24)를 포함할 수 있다.
로봇 본체(21)는 건물(80)에 설치되는 로프 카트(10)의 로프(18)에 연결되어 이동하며, 곤돌라 로봇(20)의 전반적인 제어 동작을 수행한다. 로봇 본체(21)의 상부에는 로프(18)가 연결되어 고정될 수 있는 고정대(27)가 설치되어 있다. 고정대(27)는 로봇 본체(21)의 상부의 양쪽에 설치된 예를 개시하였지만, 로봇 본체(21)의 상부의 중심에 하나만 설치될 수도 있고, 상부에 2개 이상이 설치될 수도 있다.
또한 로봇 본체(21)는 관리용 로봇암(25)으로 관리 물질을 공급할 수 있는 관리 물질 공급부를 포함할 수 있다. 이때 관리 물질 공급부는 관리 물질을 저장하거나, 외부로부터 관리 물질을 공급받아 관리용 로봇암(25)으로 전달할 수 있다. 관리 물질은 건물(80)의 외벽(83) 청소에 필요한 세척제와, 도색에 필요한 도료 등을 포함할 수 있다.
통신부(24)는 로봇 본체(21)에 설치되며, 로봇 본체(21)의 제어에 따라 로프 카트(10)의 송수신부(19)와 통신을 수행한다. 통신부(24)는 로봇 본체(21)의 상하 이동 및 고정된 상태에서의 위치 제어에 필요한 로프(18)의 길이 가감을 요청하는 정보를 로프 카트(10)의 송수신부(19)로 전송한다. 통신부(24)는 관리자의 원격 제어기와 통신을 수행하며, 원격 제어기로부터 관리자의 원격 제어 신호를 수신하여 로봇 본체(21)로 전달할 수 있다. 관리자의 원격 제어 신호는 곤돌라 로봇(20)의 시동 신호 및 종료 신호를 비롯하여, 곤돌라 로봇(20)의 원격 제어에 필요한 다양한 제어 신호를 포함할 수 있다. 이때 통신부(24)는 통신망을 통하여 로프 카트(10)의 송수신부(19)와 통신할 수 있다. 예컨대 통신망으로는 유선통신망, 이동통신망, WiBro(Wireless Broadband)망, HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)망, 위성통신망, 근거리통신망 중에 하나일 수 있다. 통신망으로는 근거리통신망을 사용하는 것이 바람직하며, 근거리통신망으로는 블루투스, 적외선, 지그비, UWB, NFC 또는 와이파이(wifi) 등이 사용될 수 있다.
흡착용 로봇암(23)은 로봇 본체(21)에 연결되며 로봇 본체(21)를 건물(80)의 외벽(83)에 고정하는 기능을 수행한다. 이러한 흡착용 로봇암(23)은 암부(31)와 흡착툴(33)로 구성될 수 있다. 암부(31)는 복수의 로드(35)와, 복수의 로드(35) 사이를 연결하는 복수의 관절(37)을 구비한다. 암부(31)의 일단에 위치하는 관절(37)은 로봇 본체(21)에 설치되고, 암부(31)의 타단에 위치하는 관절(37)에는 흡착툴(33)이 설치될 수 있다. 그리고 흡착툴(33)은 암부(31)의 타단에 설치되어 건물(80)의 외벽(83)에 흡착 고정될 수 있다. 흡착툴(33)은 진공 흡착 방식으로 건물(80)의 외벽(83)에 고정될 수 있다. 예컨대 흡착용 로봇암(23)은 로봇 본체(21)의 하부에 설치될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예에서는 흡착용 로봇암(23)이 로봇 본체(21)의 하부에 하나가 설치된 예를 개시하였지만 복수개가 설치될 수 있다. 또한 로봇 본체(21)를 로프(18)와 건물(80)에 고정된 흡착용 로봇암(23)으로 안정적으로 지탱할 수 있도록, 고정대(27)와 흡착용 로봇암(23) 중에 적어도 한쪽은 복수 개를 로봇 본체(21)에 설치하는 것이 바람직하다.
한편 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)을 구비하는 예를 개시하였지만, 구비하지 않을 수도 있다.
관리용 로봇암(25)은 로봇 본체(21)에 연결되며, 로봇 본체(21)의 제어에 따라 건물(80)의 외벽(83) 관리를 수행한다. 관리용 로봇암(25)은 암부(41)와 관리툴(43)을 포함한다. 암부(41)는 흡착용 로봇암(23)의 암부(31)의 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉 암부(41)는 복수의 로드(45)와, 복수의 로드(45) 사이를 연결하는 복수의 관절(47)을 구비한다. 암부(41)의 일단에 위치하는 관절(47)은 로봇 본체(41)에 설치되고, 암부(41)의 타단에 위치하는 관절(47)에는 관리툴(43)이 설치될 수 있다. 그리고 관리툴(43)은 암부(41)의 타단에 설치되어 건물(80)의 외벽(83)에 대한 관리를 수행한다. 이러한 관리툴(43)은 청소 기구이거나 도색 기구일 수 있다. 예컨대 관리용 로봇암(25)은 로봇 본체(21)의 상부에 설치될 수 있으며, 이것에 한정되는 아니다. 또한 흡착용 로봇암(23)과 관리용 로봇암(25)은 구동 시 서로 간섭하지 않은 범위에서 로봇 본체(21)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다.
본 실시예에 따른 로프 카트(10)는 로프(18) 및 로프 구동부(15)를 구비하는 카트 본체(12), 로프 상태 측정부(17) 및 제어부(11)를 포함하며, 그 외 저장부(13), 윈치(14) 및 송수신부(19)를 더 포함할 수 있다.
로프(18)는 로프 카트(10)와 곤돌라 로봇(20)의 연결을 매개한다. 로프(18)는 곤돌라 로봇(20)을 안정적으로 지탱할 수 있는 강성을 갖는 금속선을 꼬아서 제조할 수 있다.
카트 본체(12)는 건물(80)의 옥상(81)의 고정 설치되며, 내부에 제어부(11), 저장부(13), 로프 구동부(15) 및 송수신부(19)가 설치될 수 있다. 이때 제어부(11), 저장부(13) 및 송수신부(19)는 인쇄회로기판에 실장된 형태로 카트 본체(12)에 내장될 수 있다. 한편 송수신부(19)의 경우 카트 본체(12)의 외부에 노출되는 형태로 카트 본체(12)에 설치될 수 있다.
송수신부(19)는 카트 본체(12)에 설치되는 곤돌라 로봇(20)의 통신부(24)와 통신을 수행한다. 송수신부(19)는 원격 제어기 또는 곤돌라 로봇(20)으로부터 로프(18)의 길이 가감을 요청하는 신호를 수신하여 제어부(11)로 전달한다.
윈치(14)는 윈치 지지대(16)를 매개로 카트 본체(12)에서 이격되어 건물(80)의 외벽(83) 아래를 향하게 설치된다. 로프(18)는 카트 본체(12)와 곤돌라 로봇(20)을 연결하며, 윈치(14)에 의해 지지된다.
저장부(13)는 로프 카트(10)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 저장하고 있다. 저장부(13)는 원격 제어기의 원격 제어 신호에 따른 기능을 수행하기 위한 실행 프로그램을 저장한다. 저장부(13)는 곤돌라 로봇(20)으로부터 로프(18)의 길이 가감을 요청하는 신호에 따른 로프(18)의 길이 가감을 수행하기 위한 실행 프로그램을 저장한다. 저장부(13)는 로프 상태 측정부(17)를 통하여 측정하거나 촬영한 정보를 융합하여 로프(18)의 풀린 길이 및 로프(18)의 위치를 산출하기 위한 실행 프로그램을 저장한다.
로프 구동부(15)는 카트 본체(12) 내부에 설치되며, 제어부(11)의 제어에 따라 로프(18)의 길이 가감을 수행한다. 이러한 로프 구동부(15)는 로프(18)를 감거나 풀 수 있는 롤과, 롤에 회전력을 제공하는 모터를 포함한다.
로프 상태 측정부(17)는 카트 본체(12)와 곤돌라 로봇(20) 사이의 로프(18) 부분에 설치되어 로프(18)의 상태를 측정하고, 측정된 정보는 제어부(11)로 전달한다. 이러한 로프 상태 측정부(17)는 롤러 장치(51), 3DoF 회전 바(55), 및 카메라부(56)를 포함한다. 롤러 장치(51)는 로프(18)에 설치되며, 로프(18)의 풀림을 측정한다. 3DoF 회전 바(55)는 카트 본체(12)와 롤러 장치(51)를 연결한다. 그리고 카메라부(56)는 카트 본체(12)에 설치되어 롤러 장치(51)를 촬영한다.
여기서 롤러 장치(51)는 로프(18)의 풀림에 따라 회전하는 롤러(53)의 회전수를 카운트하고, 카운트한 회전수로부터 로프(18)의 풀린 길이를 측정하는 장치이다. 롤러 장치(51)는 윈치(14)와 곤돌라 로봇(20) 사이에 위치하는 로프(18) 부분에 설치되며, 카트 본체(12)와 가까운 쪽에 설치하는 것이 바람직하다. 롤러 장치(51)는 3DoF 회전 바(55)를 매개로 카트 본체(12)와 연결되어 로프(18) 상에 고정 설치된다.
이러한 롤러 장치(51)는 롤러 케이스(52), 한 쌍의 롤러(53) 및 센서(54)를 포함한다. 롤러 케이스(52)는 로프(18)의 일부를 둘러싸며, 카메라부(56)와 마주보는 쪽에 인식 마크(51a)가 형성되어 있다. 한 쌍의 롤러(53)는 롤러 케이스(52)의 내측에 설치되며, 롤러 케이스(52)를 통과하는 로프(18)를 중심으로 양쪽에 로프(18)에 접촉되게 설치되어 로프(18)의 풀림에 따라 회전한다. 센서(54)는 로프(18)의 풀림에 따른 한 쌍의 롤러(53)의 회전수를 카운트하여 측정한 로프(18)의 풀린 길이를 제어부(11)로 전달한다.
이때 롤러 케이스(52)는 로프(18)의 진행 방향에 수직으로 설치될 수 있으며, 중심 부분에 로프(18)가 통과할 수 있는 관통 구멍이 형성되어 있다. 인식 마크로(51a)는 카메라부(56)의 인식율이 높은 형상의 마크가 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 2차원 바코드가 사용된 예를 개시하였다. 롤러 케이스(52)로는 사각 박스 형태를 예시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서는 롤러 케이스(52) 내부를 확인할 수 있는 상부가 개방된 형태로 도시하였다.
카메라부(56)는 3DoF 회전 바(55)가 연결되는 카트 본체(12) 부분에 위치가 고정되게 설치되며, 롤러 장치(51)를 향하게 설치된다. 카메라부(56)는 롤러 케이스(52)에 형성된 인식 마크(51a)를 촬영하고, 촬영한 인식 마크(51a)의 영상을 제어부(11)로 전달한다. 이때 카메라부(56)의 카메라로는 가시광선 카메라, 적외선 카메라 또는 ToF(time of flight) 카메라가 사용될 수 있다.
3DoF 회전 바(55)는 롤러 장치(51)와 카트 본체(12)의 연결을 매개한다. 이때 3DoF 회전 바(55)는 롤바(55a; roll bar), 요바(55b; yaw bar) 및 피치바(55c; pitch bar)를 포함한다. 롤바(55a)는 롤러 장치(51)의 움직임 중 X축 방향으로의 회전에 따라 회전한다. 요바(55b)는 롤러 장치(51)의 움직임 중 Z축 방향으로의 회전에 따라 회전한다. 그리고 피치바(55c)는 롤러 장치(51)의 움직임 중 Y축 방향으로의 회전에 따라 회전한다. 이때 3DoF 회전 바(55)는 롤바(55a)를 중심으로 한쪽에 요바(55b)가 연결되고 다른 쪽에 피치바(55c)가 연결된 구조를 갖는다. 본 실시예에서는 요바(55b)가 카트 본체(12)에 연결되고, 피치바(55c)가 롤러 장치(51)에 연결된 예를 개시하였지만, 반대로 연결될 수도 있다. 3DoF 회전 바(55)는 롤러 장치(51)의 X축, Y축 및 Z축 방향으로의 회전에 따라서 회전한다. 롤러 장치(51)의 움직임에 따른 3DoF 회전 바(55)의 움직임에 따른 변동 정보를 제어부(11)는 획득한다. 이때 변동 정보는 롤러 장치(51)의 XYZ 좌표값, 3DoF 회전 바(55)의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF 값이다. 여기서 롤러 장치(51)의 XYZ 좌표값은 3DoF 회전 바(55)가 카트 본체(12)에 연결된 부분을 원점으로 하여 산출할 수 있다.
그리고 제어부(11)는 카트 본체(12)에 내장되며, 로프 카트(10)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)로서의 기능을 수행한다. 제어부(11)는 원격 제어기의 원격 제어 신호에 따른 로프(18)의 길이를 가감할 수 있다. 그리고 제어부(11)는 로프(18)의 상태, 예컨대 로프(18)의 풀린 길이, 로프(18)의 위치 등의 산출을 제어한다. 즉 제어부(18)는 롤러 장치(51)의 움직임에 따른 카메라부(56)가 촬영한 롤러 장치(51)의 촬영 영상과, 3DoF 회전 바(55)의 움직임으로부터 획득한 변동 정보를 분석하여 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 그리고 제어부(11)는 롤러 장치(51)의 산출된 위치를 기준으로 롤러 장치(51)를 통과하는 로프(18)의 위치를 산출한다. 또한 제어부(11)는 로프(18)의 풀림 명령에 따른 길이와 롤러 장치(51)가 측정한 로프(18)의 풀린 길이로부터 로프(18)의 풀린 길이를 산출한다.
여기서 제어부(18)는 로프(18)의 위치를 산출할 때, 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 롤러 장치(51)의 위치를 산출할 수 있다. 제어부(11)는 촬영 영상에 포함된 인식 마크(51a)의 위치 변화로부터 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 제어부(11)는 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치(51)의 위치와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치(51)의 위치로부터 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 그리고 제어부(11)는 최종적으로 산출된 롤러 장치(51)의 위치로부터 로프(18)의 최종적인 위치를 산출한다.
이때 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출할 때, 제어부(11)는 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치(51)의 위치 정보와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치(51)의 위치 정보를 융합하여 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 이때 융합 방법으로는 단순히 두 개의 위치 정보를 산술 평균하는 방법으로 산출할 수 있다. 또는 두 개의 위치 정보 중에 적어도 하나에 가중치를 주어 최종적인 롤러 장치의 위치를 산출할 수 있다. 또는 두 개의 위치 정보를 칼만 필터(kalman filter) 또는 파티클 필터(particle filter)로 필터링하여 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출할 수 있다. 또한 전술된 다양한 융합 방법으로 산출한 롤러 장치(51)의 위치 정보를 다시 융합하여 롤러 장치(51)의 위치를 최종적으로 산출할 수도 있다.
또한 로프(18)의 풀린 길이를 산출할 때, 제어부(11)는 로프(18)의 위치를 산출하는 방법과 동일하게, 로프(18)의 풀림 명령에 따른 길이와 롤러 장치(51)가 측정한 로프(18)의 풀린 길이를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하여 산출할 수 있다. 또한 전술된 다양한 방법으로 산출한 로프(18)의 풀린 길이를 다시 융합하여 로프(18)의 풀린 길이를 최종적으로 산출할 수도 있다.
이와 같이 제어부(11)는 카메라부(56) 및 3DoF 회전 바(55)의 움직임을 측정하여 정보를 획득하고, 이러한 정보를 융합함으로써, 로프(18)의 위치를 보다 정확히 산출할 수 있다. 또한 제어부(11)는 로프(18)의 풀림 명령에 따른 길이와 롤러 장치(51)가 측정한 로프(18)의 풀린 길이에 대한 정보를 융합함으로써, 로프(18)의 풀린 길이를 보다 정확히 산출할 수 있다. 즉 하나의 센서나 측정부를 통하여 로프(18)의 풀린 길이나 로프(18)의 위치를 산출할 경우, 센서나 측정부의 측정 오차, 노이즈, 또는 해당 기구물의 제작 오차 등으로 산출한 값의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 하지만 본 실시예와 같이 로프(18)의 상태를 산출하기 위해서 로프(18)의 상태를 복수의 센서 또는 측정부에서 측정하고, 그 측정값을 이용하여 로프(18)의 상태를 산출하기 때문에, 산출된 로프(18)의 상태에 대한 정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 로프 카트(10)는 곤돌라 로봇(20)이 매달려 있는 로프(18)의 움직임을 측정할 수 있는 로프 상태 측정부(17)를 구비하기 때문에, 로프(18)의 풀린 길이, 위치 등과 같은 로프(18)의 상태를 정확히 산출할 수 있다. 즉 로프 상태 측정부(17)의 롤러 장치(51)를 통하여 로프(18)의 풀림 정도를 측정한 값과, 로프(18)의 풀림 명령에 따른 길이의 값으로부터 로프 카트(10)의 상태를 고려하여 로프(18)의 풀린 길이를 정확히 산출할 수 있다.
또한 로프 상태 측정부(17)는 카메라부(56)와 3DoF 회전 바(55)를 통하여 카트 본체(12)에 연결된 롤러 장치(51)의 움직임을 측정하여 분석함으로써, 롤러 장치(51)의 위치를 산출하고, 산출한 롤러 장치(51)의 위치를 기준으로 롤러 장치(51)를 통과하는 로프(18)의 위치를 정확히 산출할 수 있다. 즉 로프(18)의 이동에 따라 함께 이동하는 롤러 장치(51)의 움직임을 측정하여 분석함으로써, 로프(18)의 위치를 정확히 산출할 수 있다.
이러한 로프(18)의 상태 파악을 통하여, 로프(18)에 매달려 있는 곤돌라 로봇(20)의 상태도 함께 정확히 파악함으로써, 곤돌라 로봇(20)을 이용한 건물(80)의 외벽(83)의 유지 관리 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템(100)용 로프 카트(10)의 로프(18) 상태 측정 방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로프 카트의 로프 상태 측정 방법에 따른 흐름도이다.
먼저 S61에 도시된 바와 같이, 로프(18)에 곤돌라 로봇(20)이 매달려 대기 중인 상태에서, S63단계에서 로프(18)의 풀림 명령이 실행되면, S65단계에서 로프 카트(10)는 풀림 명령에 따라 로프(18)를 풀어 곤돌라 로봇(10)을 아래로 이동시킨다. 이때 로프(18)의 풀림 명령은 원격 제어기 또는 곤돌라 로봇(20)으로부터 로프 카트(10)로 전송될 수 있다. 로프(18)의 풀림 명령을 수신하면, 로프 카트(10)는 로프 구동부(15)를 구동시켜 해당 명령값에 대응되는 길이로 로프(18)를 푼다.
이때 S67단계에서 로프 카트(10)는 롤러 장치(51)를 통하여 로프(18)의 풀린 길이를 측정한다. 즉 롤러 장치(51)는 로프(18)의 풀림에 따른 로프(18)에 물린 한 쌍의 롤러(53)의 회전수를 카운트하여 로프(18)의 풀린 길이를 측정한다.
다음으로 S69단계에서 로프 카트(10)는 로프(18)의 풀린 명령에 따른 길이와 측정된 로프(18)의 풀린 길이로부터 로프(18)의 풀린 길이를 산출한다. 예컨대 로프 카트(10)는 로프(18)의 풀림 명령에 따른 길이와 롤러 장치(51)가 측정한 로프(18)의 풀린 길이를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하여 로프(18)의 풀린 길이를 산출할 수 있다.
한편 S71단계에서 로프 카트(10)는 롤러 장치(51)의 움직임이 발생되는 지의 여부를 모니터링한다. 즉 롤러 장치(51)는 한 쌍의 롤러(53)가 로프(18)에 맞물려 고정되고, 또한 3DoF 회전 바(55)에 의해 카트 본체(12)에 지지되기 때문에, 로프(18)의 움직임이 그대로 로러 장치(51)로 전달된다. 따라서 로프(18)의 움직임이 발생되면 그에 따라 롤러 장치(51)도 움직임이 발생되기 때문에, 롤러 장치(51)의 움직임을 해석함으로써 로프(18)의 움직임을 파악할 수 있다. 이때 즉 로프 카트(10)는 카메라부(56)를 통하여 촬영하는 인식 마크(51a)가 일정 범위 내를 벗어나는 지의 여부로 롤러 장치(51)의 움직임이 발생되는 지의 여부를 판단할 수 있다.
S71단계의 모니터링 중 롤러 장치(51)의 움직임이 발생되면, S73단계에서 로프 카트(10)는 롤러 장치의(51) 움직임을 카메라부(56)로 촬영한다.
또한 S75단계에서 로프 카트(10)는 3DoF 회전 바(55)의 움직임에 따른 롤러 장치(51)의 변동 정보를 획득한다. 즉 롤러 장치(51)의 움직임이 발생되면, 롤러 장치(51)에 연결된 3DoF 회전 바(55)에도 움직임이 발생된다. 로프 카트(51)는 3DoF 회전 바(55)의 롤바(55a), 요바(55b) 및 피치바(55c)의 움직임을 분석하여 롤러 장치(51)의 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 측정할 수 있다. 여기서 변동 정보는 롤러 장치(51)의 XYZ 좌표값, 3DoF 회전 바(55)의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF 값을 포함한다.
다음으로 S77단계에서 로프 카트(10)는 롤러 장치(51)의 촬영 영상과 변동 정보를 분석하여 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 즉 로프 카트(10)는 로프(18)의 위치를 산출할 때, 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 롤러 장치의(51) 위치를 산출할 수 있다. 로프 카트(10)는 촬영 영상에 포함된 인식 마크(51a)의 위치 변화로부터 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 로프 카트(10)는 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치(51)의 위치와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치(51)의 위치로부터 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출할 때, 로프 카트(10)는 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치(51)의 위치 정보와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치(51)의 위치 정보를 융합하여 최종적인 롤러 장치(51)의 위치를 산출한다. 이때 융합 방법으로는 산술 평균하는 방법, 가중치를 주는 방법, 필터링하는 방법 등이 사용될 수 있다.
그리고 S79단계에서 로프 카트(10)는 산출한 롤러 장치(51)의 위치를 기준으로 롤러 장치(51)를 통과하는 로프(18)의 위치를 산출한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 로프 카트 11 : 제어부
12 : 카트 본체 13 : 저장부
14 : 윈치 15 : 로프 구동부
16 : 윈치 지지대 17 : 로프 상태 측정부
18 : 로프 19 : 송수신부
20 : 곤돌라 로봇 21 : 로봇 본체
23 : 흡착용 로봇암 24 : 통신부
25 : 관리용 로봇암 31, 41 : 암부
33 : 흡착툴 35, 45 : 로드
37, 47 : 관절 43 : 관리툴
51 : 롤러 장치 52 : 롤러 케이스
52a : 인식 마크 53 : 롤러
54 : 센서 55 : 3DoF 회전 바
55a : 롤바 55b : 요바
55c : 피치바 56 : 카메라부
100 : 곤돌라 로봇 시스템

Claims (8)

  1. 일단에 곤돌라 로봇이 매달려 있는 로프의 길이를 가감하는 로프 구동부를 구비하는 카트 본체;
    상기 카트 본체와 상기 곤돌라 로봇 사이의 로프에 설치되어 상기 로프의 상태를 측정하는 로프 상태 측정부로,
    상기 로프에 설치되며, 상기 로프의 풀림을 측정하는 롤러 장치,
    상기 카트 본체와 상기 롤러 장치를 연결하는 3DoF 회전 바, 및
    상기 카트 본체에 설치되어 상기 롤러 장치를 촬영하는 카메라부를 구비하는 상기 로프 상태 측정부;
    상기 카트 본체에 설치되며, 상기 롤러 장치의 움직임에 따른 상기 카메라부가 촬영한 상기 로프 장치의 촬영 영상과, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로부터 획득한 변동 정보를 분석하여 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 롤러 장치의 산출된 위치를 기준으로 상기 롤러 장치를 통과하는 상기 로프의 위치를 산출하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 로프 구동부로부터 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이와 상기 롤러 장치가 측정한 로프의 풀린 길이로부터 상기 로프의 풀린 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변동 정보는 상기 롤러 장치의 XYZ 좌표값, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF의 값이며,
    상기 제어부는 상기 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 상기 롤러 장치의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로프 상태 측정부의 롤러 장치는,
    상기 로프의 일부를 둘러싸며, 상기 카메라부와 마주보는 쪽에 인식 마크가 형성된 롤러 케이스;
    상기 롤러 케이스의 내측에 설치되며, 상기 로프를 중심으로 양쪽에 상기 로프에 접촉되게 설치되어 상기 로프의 풀림에 따라 회전하는 한 쌍의 롤러;
    상기 로프의 풀림에 따른 상기 한 쌍의 롤러의 회전수를 카운트하여 측정한 상기 로프의 풀린 길이를 상기 제어부로 전달하는 센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로프 상태 측정부의 카메라부는,
    상기 3DoF 회전 바가 연결되는 상기 카트 본체 부분에 설치되며, 상기 롤러 장치를 향하게 설치되며,
    상기 제어부는 상기 촬영 영상에 포함된 인식 마크의 위치 변화로부터 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치의 위치와 상기 변동 정보를 기반으로 산출한 상기 롤러 장치의 위치로부터 최종적인 상기 롤러 장치의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 로프 구동부로부터 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이와 상기 롤러 장치가 측정한 로프의 풀린 길이를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 상기 로프의 길이를 산출하고,
    상기 촬영 영상으로부터 산출한 롤러 장치의 위치 정보와, 변동 정보를 기반으로 산출한 롤러 장치의 위치 정보를 산술 평균하거나, 가중치를 주거나, 필터링하는 방법으로 융합하여 상기 로프의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트.
  7. 곤돌라 로봇과 로프 카트를 연결하는 로프의 상태를 측정하는 방법으로,
    상기 로프 카트는 상기 로프의 풀림 명령에 따라 상기 로프의 풀린 길이를 상기 로프에 설치된 롤러 장치로 측정하는 단계;
    상기 로프 카트는 상기 측정된 로프의 풀린 길이와 상기 로프의 풀림 명령에 따른 길이로부터 상기 로프의 풀린 길이를 산출하는 단계;
    상기 로프 카트는 상기 롤러 장치의 움직임을 카메라부로 촬영하여 상기 롤러 장치의 촬영 영상을 획득하고, 카트 본체와 상기 롤러 장치를 연결하는 3DoF 회전 바의 움직임으로부터 상기 롤러 장치의 움직임에 따른 변동 정보를 획득하는 단계;
    상기 로프 카트는 상기 획득한 촬영 영상과 상기 변동 정보를 분석하여 상기 롤러 장치의 위치를 산출하고, 상기 롤러 장치의 산출된 위치를 기준으로 상기 롤러 장치를 통과하는 상기 로프의 위치를 산출하는 단계; 를 포함하고,
    상기 변동 정보는 상기 롤러 장치의 XYZ 좌표값, 상기 3DoF 회전 바의 움직임으로 획득한 롤(roll), 요(yaw) 및 피치(pitch) 값을 포함하는 6DoF의 값을 포함하며,
    상기 로프의 위치를 산출하는 단계에서,
    상기 로프 카트는 상기 롤러 장치의 6DoF 값을 포함하는 상기 변동 정보를 기반으로 키네마틱스(kinematics)를 풀어서 상기 롤러 장치의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇 시스템용 로프 카트의 로프 상태 산출 방법.
  8. 삭제
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