KR101358384B1 - 벽면주행로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 벽면을 흡착 주행하는 벽면주행로봇에 대한 것이다. 보다 상세하게는 로봇 본체의 하단부를 벽면역방향으로 움직이는 회전모멘트 상쇄기구를 마련하였으며, 또한 벽면이 고르지 못한 경우에는 단차(段差)에 반응하여 벽면과의 높이가 변화하는 신축구조를 갖추고, 본체와 벽면의 평행을 유지하며, 흡착패드의 이동거리를 길게 하여, 이동속도를 본체 이동속도의 2배로 가속화할 수 있는 벽면주행로봇에 관한 것이다.

Description

벽면주행로봇{Robot for running on the wall}

본 발명은 수직 벽면을 흡착 주행하는 벽면주행로봇에 관한 것이다.

현재, 건축물의 내구성이나 신뢰성이 문제되고 있다. 빌딩이나 교각 등 건축물의 대다수는 경년(經年)변화, 지진이나 자연환경 변화로 인한 환경 스트레스에 의하여 열화가 빨라지고 있어, 법적인 검사 의무를 규정하고 있다.

현재, 벽면 보수의 수요는 증가하고 있으나, 현장 작업에 있어서는 간소화나 자동화의 수단이 없어 수요를 충족시키지 못하고 있고, 또한 발판이나 곤돌라 등의 기자재비용, 인건비 등, 경제적인 부담이 큰 점도 문제가 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 벽면주행로봇은 종래부터 여러 가지 형태로 존재 되어왔다. 그러나 종래의 벽면주행로봇에서는 기능 및 성능이나 운용 면에 문제가 많고, 장치 비용이나 부대설비 비용도 많이 드는 문제가 있어, 로봇화의 이점이 부족하여 로봇의 보급이 보편화되지 않았다.

비자성체의 벽면을 주행하는 로봇에는 미국SRI의 정전흡착방식 주행로봇이나 일본에서도 연구해온 진공흡착방식 주행로봇이 있는데, 정전흡착방식이나 활성흡착패드방식은 진공흡착방식에 비하여 벽면흡착력이 약하다는 문제가 존재한다.

진공흡착방식을 이용한 주행방식에는 벽면흡착의 흡착패드를 무단회동대의 외주부에 배치한 접면부만을 진공화하여 벽면에 흡착하여 무단회동대를 회동하여 주행하는 무한궤도방식(크롤러방식)이나, 구조의 간소화나 경량화를 위하여, 흡착패드의 벽면방향 선단을 벽면에서 매우 작은 간격으로 유지하며, 주행구동부를 갖춘 활성흡착패드방식이나, 다관절다족(多足)의 선단부에 흡착패드 다수 구비하여, 다족을 삼차원적으로 제어함으로써 벽면을 흡착주행하는 다족보행방식(거미주행방식)의 로봇이 있다.

무한궤도방식에는 흡착패드가 벽면에 접하는 위치에서 실(seal)의 선단이 말려들어가는 현상이 발생하여 흡착력을 급격히 잃거나, 흡착패드의 가동률이 1/3정도로 효율이 나쁜 문제가 있어, 더 큰 흡착력을 얻기 위해서는 흡착패드를 대형화하거나 흡착패드 개수를 늘려야 할 필요가 있으며, 소형화나 경량화, 저비용화가 곤란하다는 문제도 있다.

그리고, 활성흡착패드방식은 콘크리트나 모르타르벽의 굴곡이 있는 벽면에서 공기 누출이 심하여 흡착력을 잃어 탈착되거나, 흡착하여도 흡착력이 약하므로 평활한 벽면에 제한된다는 문제가 있다.

다족주행(거미)방식에는, 다족제어를 행하기 위하여, 기구가 많이 필요하고, 제어도 복잡하며, 고중량이어서 주행속도를 향상시킬 수 없고, 고비용이라는 문제가 있다.

이에 대하여, 일본특허 제3396325호에 기재된 발명은 고리모양의 본체에 진공흡착판을 벽면에 평행한 방향과 수직 방향으로 움직이는 진공흡착식 로봇이 제시되어있다. 이 방식에 의하면 흡착패드의 가동률이 높고, 흡착력도 확보할 수 있으며, 제어도 비교적 용이하다.

그러나, 일본특허 제3396325호에 기재된 발명은, 실시 예에서 「흡착식벽면주행장치의 역할은 블러스트(blast)기구의 느슨한 유지와 동 기구의 좌우방향 흔들림 방지를 이루기 위함이며, 블러스트기구 전체를 지지하는 것이 아님」이라 기재된 것처럼, 블러스트 기구나 상하 본체에 설치된 좌우 4개의 흡착패드에 의한 흡착보조가 없는 주행장치에 해당하기 때문에, 상하주행에 있어서 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 일본특허 제3396325호에 기재된 발명은 진공흡착판을 하나씩 움직이는 것인데, 이러한 이동방법은 주행속도가 느려지는 문제가 있다.

따라서 주행속도를 빠르게 하기 위해서는 본체의 이동과 벽면에서 떨어진 흡착패드의 이동을 동시에 수행하는 방법을 생각해볼 수 있다. 예를 들면, 상하방향 주행에 있어서 좌우횡(左右橫)틀의 위쪽 흡착패드의 흡착을 해제하고, 좌우횡틀의 아래쪽 흡착패드의 피스톤을 늘림으로써 본체를 이동시킴과 함께, 위쪽 흡착패드의 피스톤도 늘리면 위쪽 흡착패드는 단순히 피스톤을 늘린 상태의 배의 거리만큼 이동이 가능해지며 주행속도를 빠르게 할 수 있다.

그러나 일본특허 제3396325호에 기재된 발명에서는 구조적으로 이러한 주행이 곤란하다. 또한 일본특허 제3396325호에 기재된 발명은 상하방향의 주행에 있어 좌우횡틀의 위쪽 흡착패드의 벽면흡착을 해제한 경우에는 좌우횡틀의 아래쪽 흡착패드의 벽면흡착점을 지지점으로 하는 회전모멘트에 의하여 본체 상부를 벽면에서 떨어뜨리는 힘이 작용하여 본체 상부의 벽면과의 거리는 본체 하부의 벽면과의 거리보다 넓어지며 주행의 안정자세를 유지하지 못하고 벽면에서 흡착 박리되게 되는 문제가 있다.

게다가, 벽면과의 거리가 많이 벌어지지 않을 때도, 좌우횡틀의 아래쪽 흡착패드가 본체를 지지하여 상승하며, 위쪽 흡착패드를 벽면에 재흡착하려고 할 때는 벽면과의 거리가, 회전모멘트보다 위쪽에서는 커지며, 아래쪽에서는 좁아지기 때문에, 본체의 기울기에 의하여, 위쪽 흡착패드의 흡착부는 벽면과 수직으로는 접촉하지 않고, 흡착패드의 접촉면 둘레의 실(seal)이 말려들어가 공기가 새는 현상이 발생하여 흡착력이 감소되고, 점차 흡착력을 잃어가는 문제가 있다.

주행속도가 빠른 경우에는 흡착패드의 접촉면 둘레의 실이 말려들어가는 것이 짧은 주기로 반복되며 공기가 새거나 실이 반복하여 말려드는 현상에 의한 손상 때문에 벽면과의 흡착 박리가 단시간에 발생하는 문제가 있다.

1. 일본특허공보 제2557786호 2. 일본공개공보 제2005-047451호 3. 일본특허 제3396325호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 수직벽면을 흡착주행하는 벽면주행로봇에 있어서, 자체 중량에 의한 회전모멘트에 의하여 본체와 벽면이 평행을 유지하지 않고 주행할 때 벽면에서 흡착박리하는 문제가 있었고, 안정된 주행을 하기 위해서는 상하 흡착패드의 이동간격을 크게 할 수 없으며, 벽면주행 속도가 느려지는 문제도 있었으나, 본 발명은 로봇 본체의 하단부를 벽면역 방향으로 움직이는 회전모멘트 상쇄기구를 마련하였으며, 또한 벽면이 고르지 못한 경우에는 단차(段差)에 반응하여 벽면과의 높이가 변화하는 신축구조를 갖추고, 본체와 벽면의 평행을 유지하며, 흡착패드의 이동거리를 길게 하여, 이동속도를 본체 이동속도의 2배로 가속화할 수 있는 벽면주행로봇을 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 목적은 수직벽면을 흡착주행하는 로봇에 있어서, 피흡착벽면에 착탈하는 흡착패드가 벽면과 평행으로 벽면 상하방향으로 이동하며, 벽면방향에 신축하는 신축흡착패드기구와 본체의 하단부에 벽면 역방향의 힘을 부여하는 회전 모멘트 상쇄기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇으로 달성될 수 있다.

신축흡착패드기구는 상하 본체에 가설된 3열 이상 복수열의 가이드레일과 가이드레일에 접하여 상하방향으로 이동이 가능한 왕복동기구부와 왕복동기구부와 한 쌍으로 설치되어 진공발생장치를 갖춘 흡착패드를 벽면방향으로 설치한 흡착패드기구부와 왕복동기구부와 흡착패드기구부에 결합하여 흡착패드기구부를 벽면과 평행하게 벽면방향으로 신축하는 신축기구부와 왕복동기구부를 상하본체방향으로 이동시키는 주행구동기구를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

회전모멘트상쇄기구는, 본체 하단부에 설치되어 벽면을 따라 움직이는 바퀴, 바퀴의 한 쪽 끝을 축으로 접하여 다른 쪽 끝을 본체의 하단부에 걸어 고정시키는 지지판과 지지판의 회동 또는 벽면에의 압동을 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

신축기구부는, 왕복동기구부의 벽면측 흡착패드기구부 방향으로 설치된 리니어샤프트와 리니어샤프트에 나합하여 흡착패드기구부에 설치된 리니어샤프트와 리니어샤프트를 축지하는 구동기구를 갖춘 점을 특징으로 할 수 있다.

신축기구부는 왕복동기구부와 흡착패드기구부를 관통하여 설치되어, 일측 끝단이 왕복동기구부 또는 흡착패드기구부에 고정 설치된 가이드부와 가이드부의 타측 끝단인 유관단부(遊貫端部)에는 왕복동기구부 또는 흡착패드기구부의 가이드부 관통구에 직접 연결하는 스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

신축기구부는 왕복동기구부와 흡착패드기구부의 상하운동방향의 양측 판 사이 좌우 각각에 가설되어, X형으로 구비되고, X형 끝단 세 곳을 왕복동기구부 및 흡착패드기구부의 양측 판 특정위치에 각각 축으로 접하고, X형 끝부분의 나머지 곳을 왕복동기구부의 양측 판의 특정위치에 설치되며, 왕복동기구부 상하운동방향에 평행한 구멍에 결합된 X형 링크기구와 링크기구의 접동공에 결합된 링크기구의 일측 끝부분을 접동공의 길이방향으로 왕복운동시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

신축기구부는 왕복동기구의 벽면측 특정위치에 설치된 랙, 흡착패드기구부의 벽면 반대측 특정위치에 설치되어 랙과 맞물리는 톱니바퀴, 랙 후면을 협지하는 롤러 또는 선저형 슈 및 톱니바퀴를 축지하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

주행구동기구는 상하본체에 각각 설치된 풀리, 풀리 간에 걸쳐진 회전체, 회전체의 특정 부분을 왕복동기구부에 각각 연결하는 체결기구 및 풀리에 축지된 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

주행구동기구는 상하본체에 축지된 왕복동리니어샤프트와 왕복동리니어샤프트의 일측 끝단에 축지된 모터와 왕복동리니어샤프트에 결합되어 왕복동기구부의 벽면 역방향으로 설치된 리니어푸쉬 또는 리니어볼을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

흡착패드기구부는 복수 흡착패드를 벽면방향의 상하방향으로 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

흡착패드기구부는 복수의 흡착패드가 설치되며, 흡착패드기구부의 기판을 통과하여 설치되어 벽면방향으로 이동되고, 벽면측 일측 끝단에 흡착패드를 지착하고, 타측 끝단의 외주 벽에는 이동 방향과 수직으로 오목한 홈이 구비되고, 탄성체에 의하여 벽면방향으로 힘이 가해져 상하방향으로 설치된 복수 흡착패드지지간기구와 흡착패드지지간의 오목한 홈에 결합하여 흡착패드지지간의 움직임을 정지시키는 니핑판과 흡착패드가 접면 흡착할 때 흡착패드지지간의 움직임을 정시시키고, 흡착패드가 떨어질 때 흡착패드지지간의 움직임이 개시되는 것을 억제하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 종래의 벽면주행로봇이 보급되지 못한 원인은, 부대장비가 필요하고, 다양한 외벽면에서 흡착주행이 어렵고, 대형/고중량/고가로 운용이 어려운 등의 문제가 있어, 결국 사람 손에 의지하는 편이 범용성이 훌륭하고, 경제적으로 유리하다는 이유로 보급되지 못하였다는 문제점을 인식하여 이를 개선할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 일실시예에 따른 벽면주행로봇은 평활벽면(平滑壁面)뿐 아니라 콘크리트/모르타르/타일 등의 요철벽면이나 벽면의 높이가 다른 단차면에도 흡착하여, 흡착력이 훌륭하며 고속으로 벽면주행하는 새로운 방식의 로봇을 인력으로 움직일 수 있는 소형/경량, 부대장치가 필요 없이 종래의 1/3 이하의 장치비용으로 실현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 벽면주행로봇에는 작업기기의 탑재가 가능하므로, 벽면작업의 플랫폼으로서 이용할 수 있다. 또한, 발판이나 곤돌라 등을 이용한 인력에 의한 방법밖에 없던 종래의 높고 위험한 장소에서의 작업이, 범용성이 훌륭한 소형 저가의 로봇 보급에 의하여, 간소화, 자동화, 에너지절약, 효율화에 의한, 경제성 향상과 안정성 향상을 촉진할 수 있는 효과를 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면주행로봇의 사시도,
도 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면주행로봇의 정면도,
도 1c는 본 발명의 제1실시예에 따른 도 1b의 A-A단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에에 따른 본체와 본체 하단부에 설치된 회전모멘트상쇄기부의 측면도와 확대도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어샤프트에 의한 상하구동기구를 갖는 벽면주행로봇의 정면도,
도 4a는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 신축형흡착패드기구부의 사시도,
도 4b는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 신축형흡착패드기구부의 정면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 링크기구의 사시도,
도 6a는 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더기구를 갖는 신축형흡착패드기구부의 정면도,
도 6b는 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더기구를 갖는 신축형흡착패드기구부의 사시도,
도 7은 도 6b의 E부분의 확대도,
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 홀더기구의 사시도,
도 9는 도 8의 J부분의 확대도,
도 10a는 본 발명의 제5실시예에 따른 홀더기구의 일구성인 하프너트에 의해 홀더기구의 개폐를 행하는 개폐수단의 사시도
도 10b는 본 발명의 제5실시예에 따른 하프너트에 의한 홀더기구의 사시도,
도 11a는 도 10b의 하프너트에 의한 홀더기구의 정면도,
도 11b는 도 11a의 M-M단면도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 주행상태를 나타낸 벽면주행로봇의 측면도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면주행로봇의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면주행로봇의 사시도를 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면주행로봇의 정면도를 도시한 것이며, 도 1c는 본 발명의 제1실시예에 따른 도 1b의 A-A단면도를 도시한 것이다.

도 1a, 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면 주행로봇은 사각형본체(2)와 그 본체의 상단부본체(2-1-1)과 하단부본체(2-1-2) 사이에, 좌우측면부본체(2-2)와 평행하게 가설된 왕복동기구가이드레일(2-3)과, 그 가이드레일(2-3)에 접하는 가이드륜(3-12, 3-13)을 갖추어, 그 가이드레일(2-3) 상하방향으로 왕복상하 움직임이 가능한 신축형흡착패드기구(3)를 복수로 설치하고, 상하단부본체(2-1-1, 2-1-2)에는 구동용벨트(2-10)를 축지하는 상하 1대의 풀리(2-9)를 왕복동기구 가이드레일(2-3)과 평행하게 배치하고, 풀리(2-9)에는 구동용벨트(2-10)가 감겨있으며, 상하단부본체(2-1-1, 2-1-2) 사이에 걸쳐진다. 구동용벨트(2-10)의 왕복동기구부(3-1)측에는 왕복동기구부 벨트체결기구(2-11)에 의하여 신축형흡착패드기구(3)의 왕복동기구부(3-1)에 연결됨을 알 수 있다.

하단부본체(2-1-2)에는 풀리(2-9)에 축지된 모터(2-8)이 설치되며, 그 모터(2-8)의 회동에 의하여 구동용벨트(2-10)도 회동하고, 왕복동기구부 벨트체결기구(2-11)에서 연결된 왕복동기구부(3-1)는 상하움직임을 할 수 있게 된다. 신축형흡착패드기구(3)의 흡착패드(3-3)가 벽면에 흡착되어 있는 경우에, 구동용벨트(2-10)를 회동시키면, 풀리(2-9)로 지지된 본체(2)는 벽면상하 방향으로 이동할 수 있게 된다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 회전모멘트 상쇄기구(4)는 신축형흡착패드기구(3)가 본체(2)를 들어올려 비흡착 신축형흡착패드기구(3)가 왕복동기구가이드레일(2-3)에 접촉하여 이동할 때, 본체(2)에 걸리는 아래쪽방향의 회전모멘트를 본체(2)의 하단부에 설치된 바퀴를 벽면방향으로 제어( 制御付勢 )하고, 그 반력(反力)으로 본체(2)의 하단부를 들어올려, 위쪽에서 벽면흡착하고 있는 신축형흡착패드기구(3)를 지지점으로 한 역회전모멘트를 얻음으로써 본체와 벽면의 수평을 제어하게 된다.

이하에서는 본 발명의 회전모멘트상쇄기구에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 제1실시예에에 따른 본체와 본체 하단부에 설치된 회전모멘트상쇄기부의 측면도와 확대도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주행 시의 신축형흡착패드기구(3)의 본체(2)의 위치 및 자세의 변화에 의하여 벽면주행로봇에 걸리는 자체중량에 의한 회전모멘트가 변화하므로, 벽면에의 부세력(付勢力)에 의하여 그 회전모멘트를 상쇄하는 회전모멘트상쇄기구(4)를 본체하단부에 갖추고 있다.

회전모멘트상쇄기구(4)는 수직선과 본체의 경사차이를 계측하여, 그 차이에 상당하는 벽면으로의 부세력(付勢力)을 가하는 것이며, 부세력(付勢力)을 발생시키는 모멘트제어륜(4-1)과 모멘트제어륜(4-1)을 축지하는 모멘트제어륜지지판(4-2)과 부세력(付勢力)을 발생시키기 위하여 회전하는 모멘트제어륜지지판(4-2)를 축지하는 모멘트제어륜회동지지판(4-3)과 모터, 액추에이터(actuator) 등의 구동수단(4-5)의 힘을 부세력(付勢力)으로써 모멘트제어륜지지판(4-2)으로 전달하기 위한 제어륜회동링크(4-4)를 갖추고 있다.

벽면과 본체의 평행의 차이를 감지하고, 본체후부에서 벽면으로 부세력을 제어함으로써 본체자세가 벽면과 평행을 유지하고 단차에 대하여도 안정된 자세로 주행이 가능하게 된다.

앞서 언급한 내용에 대하여, 구동용벨트(2-10)는 체인 등 기타 회동대이며 풀리(2-9)는 기어 등 기타 지지륜이어도 된다.

또한, 회전모멘트상쇄기구(4)를 설치하는 위치는 신축형흡착패드기구(3)가 벽면에 흡착하는 위치보다 낮은 위치에서 본체와 결합하여 설치하면 된다.

또한, 모멘트제어륜지지판(4-2) 및 제어륜회동링크(4-4)를 이용한 회전에 의한 부세력이 벽면에 대한 압동에 의한 부세력이어도 상관없다.

또한, 회전모멘트상쇄기구(4)는 평면주행시에는 바퀴를 축지한 판을 본체(2)에 결합하여 설치하고 그 바퀴가 벽면을 부세하는 간단한 구조로 설치하여도 괜찮다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 신축형흡착패드기구에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 4a는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 신축형흡착패드기구부의 사시도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 신축형흡착패드기구부의 측면도를 도시한 것이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 신축형흡착패드기구(3)는 왕복동기구가이드레일(2-3)에 접촉하는 가이드륜(3-12, 3-13)이 왕복운동방향의 좌우양측에 설치된 왕복동기구부(3-1)와 왕복동기구부(3-1)의 벽 측의 흡착패드기구부(3-2)에 설치된 리니어샤프트(3-5-1)와 그 리니어샤프트(3-5-1)에 결합되는 리니어푸쉬 또는 리니어볼(3-5-2)를 흡착패드기구부(3-2)에 갖추 있고, 리니어샤프트(3-5-1)의 회동에 의한 흡착패드기구부(3-2)의 회동을 방지하기 위하여 왕복동기구부(3-1)와 흡착패드기구부(3-2)를 관통하여 왕복동기구부(3-1)에 설치된 신축기구가이드간(3-9)과 신축기구가이드간(3-9)에 접동(摺動)하는 가이드간용푸쉬(3-9-1)를 그 흡착패드기구부(3-2)를 갖춘 신축기구부(3-5)와 진공발생장치(3-10)에 연통(連通)하는 복수의 흡착패드(3-3)가 벽면방향으로 설치되어 신축기구부(3-5)의 리니어샤프트(3-5-1)의 정전역전에 의하여 벽면방향으로 신축작동을 행하는 흡착패드기구부(3-2)로 구성되며, 흡착패드기구부(3-2)의 벽면방향 신축동작에 의하여 흡착패드(3-3)가 벽면과 접리( 接離)를 행할 수 있다.

신축기구가이드간(3-9)의 선단에 가이드간용푸쉬(3-9-1)에 접하는 위치에는 흡착패드기구부(3-3)가 벽면방향으로 신장(伸長)하여 흡착한 경우에 신축기구부(3-5)에 걸리는 회전모멘트를 받아 보호하기 위한 스토퍼가 설치된다. 이러한 스토퍼는 신축기구가이드간(3-9)에 장착된 나사 등으로 설치된 것이어도 상관없다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 다른 벽면주행로봇의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어샤프트에 의한 상하구동기구를 갖는 벽면주행로봇의 정면도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본체(2)의 상하단부본체(2-1) 사이에 가설되어 축지된 왕복동리니어샤프트(2-5)에 결합되는 왕복동리니어샤프트용 리니어푸쉬 또는 리니어볼(3-11)이 신축형흡착패드기구(3)의 왕복동기구부(3-1)에 설치되며 또한 왕복동리니어샤프트(2-5)는 한 쪽 끝을 모터(2-8)에 의해 축지되어 설치된다.

모터(2-8)의 회동에 의하여 신축형흡착패드기구(3)는 왕복동기구가이드레일(2-3)에 접하여, 본체(2)의 상하방향으로 이동할 수 있다.

또한, 리니어샤프트에 의한 왕복동기구가 본체(2)의 상하방향으로 랙을 가설, 왕복동기구부(3-1)에 랙을 교합하는 피니언으로 이루어진 랙앤드피니언기구도 왕복동기구라 할 수 있다.

이로 인하여, 신축형흡착패드기구(3)의 흡착패드(3-3)가 벽면에 흡착하고 있는 경우에 왕복동리니어샤프트(2-5)를 회전시키면 본체(2)는 벽면상하방향으로 평행이동도 가능하다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 다른 벽면주행로봇의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 링크기구의 사시도를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 왕복동기구부(3-1)와 흡착패드기구부(3-2)를 연결하는 신축기구부(3-5)는 상하이동방향의 좌우양측에 대칭을 이루어 설치된 링크판(3-14-1, 3-14-2, 3-15-1, 3-15-2)과 링크판의 중앙부를 축지하는 중앙축(3-17)을 갖추고, 링크판(3-14-1, 3-14-2, 3-15-1, 3-15-2)의 한쪽 끝은 각각 왕복동기구부(3-1)과 흡착패드기구부(3-2)에 설치된 회동축(3-19-1, 3-19-2)에 축지되고 다른 쪽 끝은 왕복동기구부(3-1)과 흡착패드기구부(3-2)에 설치된 접동공(3-18-1, 3-18-2)에 각각 접동륜(3-16-1)에 의하여 연결됨을 알 수 있다.

이러한 접동륜(3-16-1)에는 접동공(3-18-1, 3-18-2)을 따라 접동륜을 왕복으로 움직이는 리니어모터나 실린더, 액추에이터(3-20) 등의 구동수단이 설치된다.

또한, 신축기구부(3-5)는 링크판(3-14-1, 3-14-2, 3-15-1, 3-15-2)에 의하여 구성되는 링크구조가 통상의 기술자가 공지된 다른 링크구조에 의하여 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 신축기구부는 왕복동기구의 정해진 위치에 설치하는 랙과 흡착패드기구부의 정해진 위치에 설치된 랙에 교합하는 피니언과 랙 뒷면을 협지하는 롤러 또는 선저형 슈와 피니언을 축지하는 모터를 갖춘 랙앤드피니언기구 등으로 구성 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예에 다른 벽면주행로봇의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6a는 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더기구를 갖는 신축형흡착패드기구부의 정면도를 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명의 제4실시예에 따른 홀더기구를 갖는 신축형흡착패드기구부의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 도 6b의 E부분의 확대도를 도시한 것이다. 이하에서는 도 6a, 도 6b 및 도 7을 중심으로 본 발명의 제4실시예에 따른 벽면주행장치의 일구성인 홀더기구를 설명하도록 한다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 흡착패드기구부(3-2)는 벽면방향으로 압동이 자유롭게 코일스프링 등의 탄성부재(3-8)에 의하여 부세되며 한쪽 끝에는 흡착패드(3-3)가 설치되고, 다른 쪽 끝인 외주벽에는 오목한 홈이 압동방향과 수직으로 복수 설치된 흡착패드지지간(3-3-1)이 기판에 배치된 패드지지간용푸쉬를 축통(軸通)하여 활동이 자유롭도록 설치되어 있음을 알 수 있다.

또한, 흡착패드지지간(3-3-1)은 한쪽 끝에 설치된 흡착패드(3-3)의 둘레의 실(seal)벽 내측의 진공실(眞空室)에 연통(連通)하는 진공구멍이 축방향으로 천설(穿設)되며, 그 진공구멍의 끝부분에는 진공이음부(3-3-3)가 설치되고, 진공발생장치(3-10)에 연통되어 있다.

흡착패드지지간(3-3-1)의 벽면방향 움직임을 제어하기 위하여 흡착패드지지간(3-3-1)에 연결하여 흡착패드홀더기구부(3-4)가 설치되어있다.

이러한 흡착패드홀더기구부(3-4)는 흡착패드지지간(3-3-1)의 오목한 홈에 교합하는 니핑(nipping)판(3-4-1)과 그 니핑판을 감통 ( 嵌通 )하여 오목한 홈 측으로 유지하는 니핑판기구지지판(3-4-3)과 니핑판(3-4-1)을 오목한 홈 방향으로 부세하는 스프링 등의 탄성체(3-4-2)와 통전시(通電時)에 니핑판(3-4-1)의 오목한 홈과의 교지를 해제하는 솔레노이드(solenoid) 등의 구동부(3-4-4)를 갖추고 있다.

이러한 흡착패드기구부(3-2)가 벽면방향으로 늘어난 경우에는 동시에, 통전에 의하여, 니핑판(3-4-1)이 오목한 홈과의 교합을 해제하므로 흡착패드지지판(3-3-1)은 활동이 자유로워지고, 코일스프링 등의 탄성부재(3-8)에 의하여 부세되어, 흡착패드(3-3)를 벽면에 밀착시켜 흡착시킨다. 흡착패드(3-3)는 탄성의 정해진 부세력에 의하여 벽면으로 힘이 가해져, 벽면에 밀착하여 정지하므로 솔레노이드 등의 구동부(3-4-4)는 비통전(非通電)되며, 스프링 등의 탄성체(3-4-2)에 의하여 부세된 니핑판(3-4-1)은 흡착패드지지간(3-3-1)의 오목한 홈에 교합하여 흡착패드지지간(3-3-1)의 벽면수직방향의 활동을 정지하고 홀딩된다.

흡착패드기구부(3-2)에 벽면방향의 상하방향으로 연속적으로 설치된 흡착패드(3-3) 각각이 벽면에 밀착하고 그 후 흡착패드지지간(3-3-1)을 하면 벽면의 높이에 반응한 벽면흡착이 이루어지므로, 본체(2)는 단차면에 대하여도 벽면과 평행을 유지하여 주행할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 제5실시예에 다른 벽면주행로봇의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 홀더기구의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9는 도 8의 J부분의 확대도를 도시한 것이다. 그리고, 도 10a는 본 발명의 제5실시예에 따른 홀더기구의 일구성인 하프너트에 의해 홀더기구의 개폐를 행하는 개폐수단의 사시도를 도시한 것이고, 도 10b는 본 발명의 제5실시예에 따른 하프너트에 의한 홀더기구의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 11a는 도 10b의 하프너트에 의한 홀더기구의 정면도, 도 11b는 도 11a의 M-M단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제5실시예5에 따른 홀더기구를 도 8, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b에 도시된 것을 중심으로 설명하도록 한다.

도 10a 및 도 10b의 J에 부분에 상세히 나타난 홀더기구의 흡착패드홀더기구부(3-4`)는 도 10b에 나타난 하프너트부와 도 10a에 나타난 하프너트개폐판부를 갖추어 설치된다.

도 10b 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 하프너트부는 세로로 2개로 분할된 하프너트(3-4`-2, 3-4`-3)를 그 하프너트의 분할된 한 쪽을 하프너트개폐용판스프링(3-4`-7)에 의하여 지착(止着)하여 분할 전의 모양으로 만들고, 평소에는 하트너트가 열린 상태로 설치됨을 알 수 있다.

하프너트부는 도 9에 도시된 바와 같이, 벽면방향으로 접동가능하게 흡착패드기구부(3-2)의 기판을 통과하여 설치되며, 벽면반대측 바깥벽에 복수의 너트로 교합한 홈을 갖춘 흡착패드지지간(3-3-1)에 설치됨을 알 수 있다.

하프너트(3-4`-2, 3-4`-3)의 상하측면에는 도 10b에 나타난 하프너트스토퍼(3-4`-4, 3-4`-5)를 갖추어 설치된다.

선단이 가늘고 안쪽 방향으로 폭이 넓어지는 도 10b에 도시된 하프너트선단부(3-4`-2-a, 3-4`-3-a)와 마주보고, 그림10a에 도시된 하프너트선단부(3-4`-2-a, 3-4`-3-a)에 코일스프링 등의 탄성체(3-4-2)로 부세되며, 하프너트선단부(3-4`-2-a, 3-4`-3-a)에 감착(嵌着)하여 하프너트(3-4`-2, 3-4`-3)를 조이기 위한 하프너트개폐판(3-4`-1)이 설치된다.

탄성체(3-4-2)에 의하여 하프너트부 측방향으로 부세된 하프너트개폐판(3-4`-1)은 솔레노이드 등의 구동부(3-4-4)에 연결되어, 비통전시에는 하프너트부를 닫고, 너트의 돌기가 흡착패드지지간(3-3-1)의 외부 벽의 너트에 치합하는 위치에 교합하여 흡착패드(3-3)의 벽면방향으로의 접동을 정지시키고, 통전시에는 하프너트부로 가해지는 힘을 해방하고 해당 너트의 돌기가 흡착패드지지간(3-3-1)의 너트에 맞물리는 홈에 교합하는 것을 해제하고, 흡착패드지지지간(3-3-1)의 벽면측으로 지착되는 흡착패드(3-3)의 벽면방향 연동을 가능하게 한다.

이러한 흡착패드구지기구에 의하여, 흡착패드기구부(3-2)에 벽면측 상하방향으로 복수로 장착된 흡착패드(3-3) 각각이 벽면에 밀착되었을 때, 비통전에 의하여 하프너트부방향으로 힘이 가해진 하프너트개폐판(3-4`-1)이 하프너트선단부에 감착하여 하프너트가 흡착패드지지간(3-3-1) 외벽에 설치된 너트에 맞물리는 홈에 교합하여 흡착패드지지간(3-3-1)의 벽면방향의 활동을 정지시키고 흡착패드(3-3)를 다른 벽면 높이에 맞추어 홀딩할 수 있다.

따라서, 벽면 높이 차이를 흡착패드지지간(3-3-1)의 신축에 의하여 조정하고 본체(2)는 벽면과 평행을 유지하며 주행할 수 있다.

본 발명의 벽면주행로봇의 벽면주행 동작을 도 12에 도시된 것을 중심으로 순서대로 설명한다. 도 12는 벽면옆 방향에서 본 벽면주행로봇의 측면도이며, 수직벽면을 상승하는 경우를 설명하고 있다.

도 12의 상세도(a)에서는 아래쪽 신축형흡착패드기구(1)가 벽면흡착하여 벽면주행로봇을 벽면에 고정시키고 있다. 도 12의 상세도(b)에서는, 상세도(a)에서는 비흡착이었던 위쪽 신축형흡착패드기구(2)의 신축기구에 의하여 흡착패드가 접면하여 벽면에 흡착되고 신축형흡착패드기구(1)도 계속적으로 흡착하기 위하여 신축형흡착패드기구(1, 2)가 함께 벽면흡착되어 벽면주행로봇을 벽면에 흡착시키고 있다.

도 12의 상세도(c)에서는 신축형흡착패드기구(1)의 벽면흡착을 해제하고, 신축기구를 이면(離面)시킨 상태이며, 신축형흡착패드기구(2)의 벽면흡착에 의하여 로봇이 벽면흡착을 유지하고 있다.

도 12의 상세도(d)에서는 신축형흡착패드기구(1)와 벽면주행로봇 본체의 상방이동에 의하여 신축형흡착패드기구(1)가 신축형흡착패드기구(2)의 위쪽에 배치된다. 위쪽에 배치된 신축형흡착패드기구는 신축기구를 늘리고 흡착패드는 접면한 벽면에 흡착한다.

도 12의 상세도(d)의 상태는, 신축형흡착패드기구(1)와 신축형흡착패드기구(2)의 위치를 서로 바꾸어 놓으면, 상세도(a)와 동일한 상태가 된다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 벽면주행로봇은 상세도 (a), (b), (c), (d) 상태를 반복적으로 천이하면서 벽면을 흡착주행할 수 있음을 알 수 있다.

1:벽면주행로봇
2:본체
2-1:상하단부본체
2-1-1:상단부본체
2-1-2:하단부본체
2-2:좌우측면부본체
2-3:왕복동기구가이드레일
2-5:왕복동리니어샤프트
2-6:왕복동리니어샤프트용 리니어푸쉬 또는 리니어볼
2-7:커플러
2-8:모터
2-9:풀리
2-10:구동용벨트
2-11:왕복동기구부 벨트체결기구
3:신축형 흡착패드기구
3-1:왕복동 기구부
3-2:흡착패드 기구부
3-3:흡착패드
3-3-1, 3-3-2:흡착패드 지지간
3-3-3:진공이음부
3-4, 3-4`:흡착패드 홀더기구부
3-4-1:니핑판
3-4`-1:하프너트 개폐판
3-4-2:탄성체
3-4`-2, 3-4`-3:하프너트
3-4`-2-a, 3-4`-3-a:하트너트 선단부
3-4-3:니핑판기구 지지판
3-4-4:구동부
3-4`-4, 3-4`-5:하프너트 스토퍼
3-4`-7:하프너트개폐용 판스프링
3-5:신축기구부
3-5-1:신축기구 리니어샤프트
3-5-2:신축기구리니어 샤프트용 리니어푸쉬 또는 리니어볼
3-5-3:신축기구리니어 샤프트용 푸쉬 또는 베어링
3-6:구동기구
3-7:토크리밋 커플러
3-8:탄성부재
3-9:신축기구가이드간
3-9-1:가이드간용 푸쉬
3-10:진공발생장치
3-11:왕복동리니어 샤프트용 리니어푸쉬 또는 리니어볼
3-12, 3-13:가이드륜
3-14-1, 3-14-2, 3-15-1, 3-15-2:링크판
3-16-1:접동륜
3-17:중앙축
3-18-1, 3-18-2:접동공
3-19-1, 3-19-2:회동축
3-20:리니어모터, 액추에이터
4:회전모멘트상쇄기구
4-1:모멘트제어륜
4-2:모멘트제어륜지지판
4-2:모멘트제어륜 회동지지판
4-4:제어륜 회동링트
4-5:구동수단

Claims (11)

1. 수직벽면을 흡착주행하는 로봇에 있어서,
   피흡착벽면에 착탈하는 흡착패드가 벽면과 평행으로 벽면 상하방향으로 이동하며, 벽면방향에 신축하는 신축흡착패드기구와 본체의 하단부에 벽면 역방향의 힘을 부여하는 회전 모멘트 상쇄기구를 포함하고,
   상기 신축흡착패드기구는,
   상하 본체에 가설된 3열 이상 복수열의 가이드레일과 상기 가이드레일에 접하여 상하방향으로 이동이 가능한 왕복동기구부와 상기 왕복동기구부와 한 쌍으로 설치되어 진공발생장치를 갖춘 흡착패드를 벽면방향으로 설치한 흡착패드기구부와 상기 왕복동기구부와 상기 흡착패드기구부에 결합하여 흡착패드기구부를 벽면과 평행하게 벽면방향으로 신축하는 신축기구부와 왕복동기구부를 상하본체방향으로 이동시키는 주행구동기구를 포함하며,
   상기 신축기구부는,
   상기 왕복동기구부의 벽면측 흡착패드기구부 방향으로 설치된 리니어샤프트와 상기 리니어샤프트에 나합하여 흡착패드기구부에 설치된 리니어샤프트와 상기 리니어샤프트를 축지하는 구동기구를 갖춘 점을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전모멘트상쇄기구는,
   본체 하단부에 설치되어 벽면을 따라 움직이는 바퀴, 상기 바퀴의 한 쪽 끝을 축으로 접하여 다른 쪽 끝을 본체의 하단부에 걸어 고정시키는 지지판과 상기 지지판의 회동 또는 벽면에의 압동을 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 신축기구부는 왕복동기구부와 흡착패드기구부를 관통하여 설치되어,
   일측 끝단이 왕복동기구부 또는 흡착패드기구부에 고정 설치된 가이드부와 상기 가이드부의 타측 끝단인 유관단부에는 왕복동기구부 또는 흡착패드기구부의 가이드부 관통구에 직접 연결하는 스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 신축기구부는,
   왕복동기구부와 흡착패드기구부의 상하운동방향의 양측 판 사이 좌우 각각에 가설되어, X형으로 구비되고, X형 끝단 세 곳을 왕복동기구부 및 흡착패드기구부의 양측 판 특정위치에 각각 축으로 접하고, X형 끝부분의 나머지 곳을 왕복동기구부의 양측 판의 특정위치에 설치되며,
   왕복동기구부 상하운동방향에 평행한 구멍에 결합된 X형 링크기구와 상기 링크기구의 접동공에 결합된 링크기구의 일측 끝부분을 접동공의 길이방향으로 왕복운동시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 신축기구부는
   왕복동기구의 벽면측 특정위치에 설치된 랙,
   흡착패드기구부의 벽면 반대측 특정위치에 설치되어 랙과 맞물리는 톱니바퀴,
   랙 후면을 협지하는 롤러 또는 선저형 슈 및
   상기 톱니바퀴를 축지하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 주행구동기구는
   상하본체에 각각 설치된 풀리, 상기 풀리 간에 걸쳐진 회전체, 상기 회전체의 특정 부분을 왕복동기구부에 각각 연결하는 체결기구 및 상기 풀리에 축지된 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 주행구동기구는,
   상하본체에 축지된 왕복동리니어샤프트와 상기 왕복동리니어샤프트의 일측 끝단에 축지된 모터와 상기 왕복동리니어샤프트에 결합되어 왕복동기구부의 벽면 역방향으로 설치된 리니어푸쉬 또는 리니어볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착패드기구부는 복수 흡착패드를 벽면방향의 상하방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 흡착패드기구부는
    복수의 흡착패드가 설치되며, 상기 흡착패드기구부의 기판을 통과하여 설치되어 벽면방향으로 이동되고, 벽면측 일측 끝단에 흡착패드를 지착하고, 타측 끝단의 외주 벽에는 이동 방향과 수직으로 오목한 홈이 구비되고, 탄성체에 의하여 벽면방향으로 힘이 가해져 상하방향으로 설치된 복수 흡착패드지지간기구와 상기 흡착패드지지간의 오목한 홈에 결합하여 흡착패드지지간의 움직임을 정지시키는 니핑판과 흡착패드가 접면 흡착할 때 흡착패드지지간의 움직임을 정시시키고, 흡착패드가 떨어질 때 흡착패드지지간의 움직임이 개시되는 것을 억제하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽면주행로봇.

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