KR101444772B1

KR101444772B1 - 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치

Info

Publication number: KR101444772B1
Application number: KR1020130043670A
Authority: KR
Inventors: 홍영기; 권기찬
Original assignee: 주식회사 로보테크
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-15

Abstract

본 발명 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치는 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치되며, 입구로부터 주행레일홈과 안내레일홈이 순차적으로 형성된 곡선선로를 따라 주행하기 위한 자가구동로봇장치에 있어서, 상기 곡선선로의 주행레일홈 및 안내레일홈을 따라 자가구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리가 구비된 본체프레임; 상기 본체프레임에 구동축이 상기 건축물 외벽을 향하도록 설치되고, 상기 배터리 전원으로 정,역 회전되는 전동모터; 상기 전동모터의 구동축에 연결되고, 상기 주행레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 구동휠; 상기 구동휠과 직각방향으로 배치되며, 상기 구동휠과 나란하게 상기 본체프레임에 설치되고, 상기 안내레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 안내휠; 및 상기 구동휠 및 안내휠이 상기 오목형외벽과 볼록형외벽 구간에 설치된 곡선선로 구간에서 주행레일홈과 및 안내레일홈을 따라 주행할 때 상기 안내휠이 상기 구동휠에 대해 축 방향으로 전진 또는 후진 되면서 주행할 수 있도록 상기 본체프레임에 설치되는 현가수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 건축물 외벽이 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치된 곡선 선로에 대응하여 자가구동로봇이 일정한 주행속도를 유지하면서도 안정적으로 주행할 수 있는 효과를 제공하게 된다. 특히, 다양한 곡률을 갖는 곡선선로의 곡면에 대응하여 구동휠을 중심으로 안내휠이 현가수단에 의해 전, 후 방향으로 이동하면서 구동휠의 주행 상태를 안정적으로 안내할 수 있기 때문에 건축물 외벽 청소 작업이 신속하고 균일하게 이루어짐은 물론 안전성도 함께 보장할 수 있게 된다.

Description

건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치{Driving on the track curve with curvature installed on the exterior of the building self-powered robotic device}

본 발명은 외벽이 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치되는 곡선 선로를 따라 수직 또는 수평방향으로 주행하면서 인력을 대신하여 청소 작업 등을 자동적으로 수행할 수 있도록 이루어진 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치에 관한 것이다.

최근 들어 도심의 고층 건물이 증가함에 따라 고층 건물의 유지 관리에도 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 제기되고 있다.

특히, 고층 건물로 인한 도심 환경의 미관을 유지하기 위하여 고층 건물의 미려한 외관을 청결하게 유지 관리하도록 법적으로 규정하고 있으며, 이에 따라 고층건물의 완공 후 청결한 외벽 상태를 지속적으로 유지 관리하기 위하여 많은 비용과 시간이 소요되고 있는 상황이다.

하지만 고층 건물 외벽의 유지보수는 작업 환경의 특성상 인력을 투입함에 있어 매우 위험성이 높은 작업들이 뒤따르게 된다.

예컨대, 초고층 건물의 도장이나 창문 보수 및 청소 등의 유지보수 작업은 인력에 의한 로프 작업과, 곤돌라(Gondola)를 이용하여 작업이 이루어지게 되는데.

이러한 작업 인력은 고소 지역으로 인해 강한 바람과 돌풍 등의 악천후로 인한 추락 등과 같은 산업 재해의 위험에 노출되어 있는 상황이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 고층 건물의 외벽에 대한 유지 보수에 무인로봇을 이용하는 방법이 제안되고 있다.

무인로봇을 이용한 건물 외벽 유지보수에 관련된 제1 선행기술로는 한국공개특허공보 제2008-0068165호 '건물 외벽 및 창문 청소 로봇'에는 부착 기술로 압착 수단이 장착된 무한궤도 방식의 이동 유닛이 개시되어 있다.

또한, 제2 선행기술로서, 한국등록특허 제0878880호 '건물 외면의 유리창 청소 로봇'에는 부착 기술로 다수의 흡착 패드가 지지 다리에 부착된 생체 모사형의 이동 수단이 개시되어 있는데, 다수의 흡착 패드를 건물 유리창 외면에 흡착시켜 자유롭게 이동 가능하도록 하고 있다.

하지만, 상기와 같은 선행 기술은 무인로봇이 건물 외벽 특히 표면 조도가 양호한 창문이나 금속판넬에 흡착 또는 자력에 의해 부착되면서 건물 외벽에서 이동되는 구성이므로 부착 구조에 문제가 생기는 경우 무인 로봇이 추락하게 될 가능성이 높아 안전성을 보장할 수 없어 실제 적용되고 있지 못하는 상황이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 신축으로 시공되는 고층 건물 외벽에 무인 로봇이 주행할 수 있는 선로를 마련하여 건축함으로써 완공 후 무인로봇이 선로를 따라 주행하면서 청소나 건물 외벽의 유지관리를 안전하게 할 수 있도록 하는새로운 방안이 제안되고 있는 상황이다.

이를 위해 제 3 선행기술로서, 한국공개특허공보 제10-2013-0011362호 " 자동 급수 기능을 갖는 외벽 클라이밍 장치 및 수평 이동 유닛" 이 개시되어 있다.

그 구성을 살펴보면, 선행기술 외벽 클라이밍 장치는 건물 외벽에 설치되는 한 쌍의 수직 레일을 따라 승강 이동 가능한 리프트 유닛과; 상기 건물 외벽에 설치되는 한 쌍의 수평 레일을 따라 수평 이동하며, 상기 리프트 유닛의 승강 이동에 따라 승강 이동 가능하게 상기 리프트 유닛과 도킹하는 수평 이동 유닛과; 상기 리프트 유닛에 설치되며, 내부에 유체가 저장된 제1 저장 탱크와; 상기 제1 저장 탱크와 연통되도록 상기 리프트 유닛에 설치되어 상기 제1 저장 탱크에 저장된 유체를 공급하기 위한 제1 밸브 결합부와; 상기 수평 이동 유닛에 설치되는 제2 저장 탱크와; 상기 제2 저장 탱크와 연통되도록 상기 수평 이동 유닛에 설치되며, 상기 제1 저장 탱크에 저장된 유체가 상기 제2 저장 탱크로 공급되도록 상기 수평 이동 유닛이 상기 리프트 유닛과 도킹할 때 상기 제1 밸브 결합부와 결합되는 제2 밸브 결합부로 구성되어 있다.

이러한 제3 선행기술의 구성에 의하면 건물 외벽이 주로 평면으로 이루어진 경우에는 무인 로봇 주행을 위한 선로가 대부분 직선선로가 적용되어 설치되므로 주행하는데 큰 무리 없이 주행할 수 있다.

하지만 최근 들어 고층 건물의 외관 디자인은 다양한 형태로 시공되고 있는데, 특히 건물 외벽이 직선형을 비롯하여 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽과 같은 곡면 외벽이 적용되어 시공되는 건축물의 경우에는 무인로봇이 주행하기 위한 선로 또한 곡선 선로가 적용되어야 할 것이다.

따라서, 곡면 형태로 이루어지는 건축물 외벽에 적용되는 곡선 선로는 건물 외형 디자인에 따라 오목형곡선선로와 볼록형 곡선선로 등이 연속적으로 이어지는 형태가 되기 때문에 제3 선행기술과 같은 무인로봇의 단순한 이동 휠 및 수평가이드휠의 구성으로서는 다양한 곡률로 이루어진 곡선 선로를 안정적으로 주행할 수 없는 문제가 있었다.

1. 한국공개특허공보 제2008-0068165호 2. 한국등록특허 제0878880호 3. 한국공개특허공보 제10-2013-0011362호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외벽이 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치되는 곡선 선로를 따라 자유 자재로 주행하면서 인력을 대신하여 건축물 외벽의 청소 작업과 같은 유지관리 작업 등을 자동적으로 수행하면서 안전성을 보장할 수 있도록 이루어진 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치를 제공하는 것과 관련된다.

본 발명은 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치되며, 입구로부터 주행레일홈과 안내레일홈이 순차적으로 형성된 곡선선로를 따라 주행하기 위한 자가구동로봇장치에 있어서, 상기 곡선선로의 주행레일홈 및 안내레일홈을 따라 자가구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리가 구비된 본체프레임; 상기 본체프레임에 구동축이 상기 건축물 외벽을 향하도록 설치되고, 상기 배터리 전원으로 정,역 회전되는 전동모터; 상기 전동모터의 구동축에 연결되고, 상기 주행레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 구동휠; 상기 구동휠과 직각방향으로 배치되며, 상기 구동휠과 나란하게 상기 본체프레임에 설치되고, 상기 안내레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 안내휠; 및 상기 구동휠 및 안내휠이 상기 오목형외벽과 볼록형외벽 구간에 설치된 곡선선로 구간에서 주행레일홈과 및 안내레일홈을 따라 주행할 때 상기 안내휠이 상기 구동휠에 대해 축 방향으로 전진 또는 후진 되면서 주행할 수 있도록 상기 본체프레임에 설치되는 현가수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치에 의해서 달성된다.

본 발명의 한 특징에 의하면 상기 현가수단은 축 방향으로 관통구멍이 형성되어 있고, 상기 구동축과 나란하게 상기 본체프레임에 설치되는 하우징; 상기 하우징 관통구멍 내주면에 장착되는 리니어베어링에 의해 축 방향으로 이동가능하도록 조립되며, 일단부에 상기 안내휠이 조립되는 유동축; 상기 유동축 타단부에 조립되어 상기 유동축의 직선 운동 구간을 한정하는 멈춤구; 상기 멈춤구에 일단부가 지지되고, 타단부는 상기 하우징 또는 상기 본체프레임에 지지되는 탄성부재로 이루어질 수 있다.

이러한 현가수단에 의하면 다양한 곡률을 갖는 곡선선로의 곡률 반경에 대응하여 구동휠을 중심으로 안내휠이 현가수단에 의해 전, 후 방향으로 이동되면서 구동휠의 주행 상태를 안정적으로 지지하여 안내할 수 있기 때문에 건축물 외벽 청소 작업이 신속하고 균일하게 이루어지면서 안전성을 보장할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 구동축은 중간이 분리되어 내측 단부에 상기 구동휠이 조립되는 연결축과 축이음 구조로 연결되고, 상기 축이음 부위에는 상기 본체프레임에 고정 설치되는 베어링부재가 더 구비된다.

따라서, 구동휠과 전동모터의 구동축과의 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있게 되며, 구동축과 연결축의 축이음 부위에 적용된 베어링부재에 의하여 자가구동로봇장치의 전체무게를 지지하면서 주행선로를 따라 안정적으로 주행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 구동축 단부는 상기 연결축 단부에 형성된 축 수용홈에 삽입되어 축이음 구조로 연결되고, 상기 축이음 부위의 상기 연결축 외주면에 상기 베어링부재가 위치되게 조립될 수 있다.

구동축이 연결축의 단부에 일정 깊이로 인입된 상태에서 축이음 구조로 일체로 연결되므로 구동축의 구동력이 손실됨이 없이 연결축과 구동휠에 전달된다.

따라서, 본 발명의 자가구동로봇장치는 다양한 곡률을 갖는 곡선선로를 주행할 때 발생되는 마찰 저항을 극복하면서 안정적인 주행 속도를 유지할 수 있어 본체 프레임에 장착되는 자동청소 장치에 의한 건물 외벽 청소 작업 등을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 안내레일홈은 제1안내레일홈 및 제2안내레일홈으로 이루어져 상기 주행레일홈을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되고, 상기 안내휠은 한 쌍으로 이루어져 상기 유동축 단부에 서로 마주보게 조립되어 상기 제1안내레일홈 및 제2안내레일홈에 각각 안착되어 주행하도록 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 자가구동로봇장치는 안내레이홈과 안내휠이 구동휠을 중심으로 양측에 배치되므로 구동휠의 주행 방향에 대한 직각방향 및 외측방향으로 가해지는 하중에 대해 보다 안정적으로 지지하면서 안내레일홈을 따라 일정 속도로 주행할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면 건축물 외벽이 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치된 곡선선로에 대응하여 자가구동로봇이 일정한 주행속도를 유지하면서도 안정적으로 주행할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

특히, 다양한 곡률을 갖는 곡선선로의 곡면에 대응하여 구동휠을 중심으로 안내휠이 현가수단에 의해 전, 후 방향으로 이동하면서 구동휠의 주행 상태를 안정적으로 안내할 수 있기 때문에 건축물 외벽 청소 작업이 신속하고 균일하게 이루어짐은 물론 안전성도 함께 보장할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 주행 상태를 개략적으로 나타낸 정면도와 평면도,
도 3은 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 구동휠 및 안내휠과 본체프레임 간의 조립 구성을 나타낸 요부확대 측단면도,
도 4는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치가 곡선선로를 따라 주행하는 상태를 나타낸 평면도,
도 5a, 5b는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 오목형외벽 및 볼록형외벽을 주행하는 상태를 나타낸 요부확대 평단면도들,
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 안내휠 현가수단의 구성을 나타낸 평단면도,
도 7은 본 발명 일실시예에 따른 안내휠의 다른 실시예를 나타낸 사용상태 측단면도,

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 주행 상태를 개략적으로 나타낸 정면도와 평면도이고, 도 3은 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 구동휠 및 안내휠과 본체프레임 간의 조립 구성을 나타낸 요부확대 측단면도이며, 도 4는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치가 곡선선로를 따라 주행하는 상태를 나타낸 평면도이고, 도 5a, 5b는 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 오목형외벽 및 볼록형외벽을 주행하는 상태를 나타낸 요부확대평단면도들이며, 도 6은 본 발명 일실시예에 따른 자가구동로봇장치의 안내휠 현가수단의 구성을 나타낸 평단면도이고, 도 7은 본 발명 일실시예에 따른 안내휠의 다른 실시예를 나타낸 사용상태 측단면도이다.

본 발명에 따른 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치(이하 "자가구동로봇장치;100"라 칭함)를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서는 건축물 외벽(10)에 수직방향으로 이동하는 공지의 승강장치(90)에 의해 건축물 외벽(10) 청소 대상 층으로 이동된 후 이로부터 자가구동로봇장치(100)가 수평으로 이동하여 건축물 외벽(10)에 수평으로 인입되게 설치된 곡선선로(20)를 따라 주행하면서 소정의 건축물 외벽 청소 작업을 수행하는 것을 일례로 하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 다양한 곡률을 갖는 오목형외벽(11)과 볼록형외벽(12)이 연속되어 이루어진 건축물 외벽(10)에 설치되며, 입구로부터 주행레일홈(21)과 안내레일홈(22)이 순차적으로 형성된 곡선선로(20)를 따라 주행하기에 적합하게 구성된다.

본 발명 자가구동로봇장치(100)는 기본 구성으로서 본체프레임(30)과, 전동모터(40), 구동휠(50), 안내휠(60)로 구성되며, 상기 안내휠(60)을 전,방향으로 유동되도록 하기 위한 현가(懸架)수단(70)을 포함하여 구성되는 것이 본 발명의 가장 큰 특징적인 구성이다.

먼저, 상기 본체프레임(30)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 건축물 외벽(10)의 한 개 층에 해당되는 수직폭에 대응되는 길이와 건축물 외벽(10) 청소 작업을 수행하기 위한 일정한 폭으로 이루어진 직육면체 형상으로 이루어지며, 알루미늄 섀시와 같은 경량의 금속프레임으로 구성된다.

이러한 본체프레임(30)에는 상기 곡선선로(20)의 주행레일홈(21) 및 안내레일홈(22)을 따라 자가 구동하여 주행하기 위한 전원을 공급하는 배터리(31)가 함께 장착되어 구성된다.

상기 배터리(31)는 자가구동로봇장치(100)의 주행 시간 동안 전동모터(40)에 전원을 공급할 수 있는 충분한 전기적 용량을 갖도록 구성되며, 충전용 배터리 또는 교체형 배터리로 구성될 수 있다.

상기 본체프레임(30)의 상,하부에는 곡선선로(20)에 대응되는 위치에 구동휠(50) 및 안내휠(60)이 장착되는데, 특히 구동휠(50)을 구동시키기 위한 전동모터(40)가 수평으로 장착된다.

즉, 상기 전동모터(40)는 1개로 구성되어 상기 본체프레임(30)의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽에만 설치될 수 있겠지만 상기 본체프레임(30)에 탑재되는 여러 부가장치 및 부품 중량을 감안하고, 특히 직선 선로와는 달리 주행 중 마찰 저항이 많이 발생되는 곡선선로(20) 상에서 충분한 구동력으로서 안정적인 주행을 위해 상기 전동모터(40)는 한 쌍으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 본체프레임(30) 상부와 하부에 각각 설치된다.

이러한 전동모터(40)는 구동축(41)이 상기 건축물 외벽(10) 쪽을 향하도록 설치되며, 상기 배터리(31) 전원으로 전원을 공급받아 저속으로 정,역 회전되는 감속부를 가진 전동모터(40)가 적용되는 것이 바람직하며, 도면에는 도시하지 않았으나 전동모터(40)의 회전수와 회전방향을 제어하는 제어회로가 함께 수반되어 구성된다.

따라서, 유선 또는 무선으로 조작 가능하게 구성할 수 있는 제어회로에 의해 전동모터(40)의 회전 방향과 회전 속도를 함께 제어함으로서 건축물 외벽(10)의 청소 작업 상황에 따라 상기 본체프레임(30)의 주행 속도와 주행 방향을 정밀하게 제어하여 자동으로 청소작업을 수행할 수 있도록 구성할 수 있는 것이다.

상기 전동모터(40)의 구동축(41)에는 상기 주행레일홈(21) 일측면에 안착되어 주행하기 위한 구동휠(50)이 장착된다.

상기 주행레일홈(21)은 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 구동휠(50)의 직경보다 약간 큰 폭을 가지며, 그 깊이는 구동휠(50)의 폭 보다 약간 큰 깊이로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구동휠(50)은 구동축(41) 단부에 복수의 체결나사(80)로 직결되어 고정됨으로써 전동모터(40)의 구동력이 구동축(41)을 통하여 구동휠(50)에 손실 없이 전달되도록 구성된다.

또한, 상기 구동축(41)은 전동모터(40)로부터 길게 연장되어 형성되어 그 단부에 구동휠(50)이 직결되도록 구성할 수 있지만 대부분의 전동모터(40)의 구동축(41)은 생산 단계에서 짧은 길이로 제작된다.

따라서, 구동축(41)에 직접적으로 구동휠(50)을 연결하게 되면 본체프레임(30)과 외벽(10)이 너무 가깝게 근접된 상태로 주행하게 됨으로써 곡선선로(20)를 주행하는 과정에서 일정 폭을 가지는 본체프레임(30)의 양측 가장자리가 외벽(10)에 접촉될 수 있다.

이에 따라 구동축(41)과 구동휠(50)을 연결축(42)으로 연결하여 본체프레임(30)과 외벽(10) 사이가 적정 간격을 유지하도록 함으로써 곡선선로(20)를 주행하기에 적합하도록 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 구동축(41) 단부에 연결축(42)을 연결하고, 연결축(42) 내측 단부에 상기 구동휠(50)을 체결나사(80)로 조립되도록 하며, 연결축(42)과 구동축(41)은 축이음 구조로 연결되도록 구성된다.

그리고, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 축이음 부위에는 상기 본체프레임(30)에 고정 설치되는 베어링부재(43)가 더 구비되어 구성된다.

이러한 구성에 의하면, 상기 구동휠(50)과 전동모터(40)의 구동축(41)과의 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있게 되며, 구동축(41)과 연결축(42)의 축이음 부위에 적용된 베어링부재(43)에 의하여 자가구동로봇장치(100)의 전체무게를 지지하면서 주행선로를 따라 안정적으로 주행할 수 있게 된다.

또한, 상기 구동축(41) 단부는 상기 연결축(42) 단부에 형성된 축수용홈(44)에 삽입되어 축이음 구조로 연결되는 것이 전동모터(40)의 구동력이 손실되지 않고 그대로 전달되도록 구성할 수도 있다.

예컨대, 연결축(42)의 단부에는 체결홈이 형성되어 구동축(41) 단부가 일정깊이 삽입되도록 구성된다.

그리고, 전동모터(40) 구동축(41) 단부가 원형단부인 경우에는 체결홈이 형성된 연결축(42) 외주면에 직각방향으로 체결나사(80)를 조립하여 구동축(41)과 연결축(42)이 일체로 조립되게 구성된다.

또한, 구동축(41) 단부의 일측 또는 양측면이 평면으로 가공되어 면취부로 이루어진 경우에는 이에 대응되는 형상으로 체결홈의 내주면을 면취부를 형성함으로써 구동축(41)이 삽입되면 면취부에 의해 구동축(41)의 회전력이 연결축(42)에 그대로 전달되도록 할 수 있다.

이러한 구성에 있어서 상기 연결축(42)과 구동축(41)이 분리되지 않도록 체결나사(80)를 직각방향으로 체결하여 체결나사(80) 단부가 구동축(41)의 면취부에 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 연결축(42) 외주면에는 전술한 바와 같이 상기 베어링부재(43)가 위치됨으로써 자가구동로봇장치(100)의 전체 무게를 지지하면서 주행선로를 따라 안정적으로 주행할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 구동축(41)의 일측 또는 양측으로 안내휠(60)이 위치되어 본체프레임(30)에 설치된다.

즉, 상기 안내휠(60)은 바람직하기로 구동휠(50)의 안정적으로 지지하도록 한 쌍으로 구성되어 구동휠(50)을 기준으로 양측에 일정간격을 유지하여 배치된다.

그리고, 상기 안내휠(60)은 상기 구동휠(50)과 직각방향으로 배치되며, 상기 구동휠(50)과 나란하게 상기 본체프레임(30)에 설치된 상태로 상기 안내홈 일측면에 안착되어 주행하도록 구성된다.

이러한 안내휠(60)은 전술한 바와 같이 본 발명의 가장 큰 특징적인 구성인 현가수단(70)에 의하여 곡선 선로를 주행할 때 구동축(41)에 대해 전,후 방향으로 유동되도록 구성된 것이다.

상기 현가수단(70)은 상기 본체프레임(30)에 전동모터(40)와 나란하게 설치되어 상기 구동휠(50) 및 안내휠(60)이 상기 오목형외벽(11)과 볼록형외벽(12) 구간에 설치된 곡선선로(20) 구간에서 주행레일홈(21)과 및 안내레일홈(22)을 따라 주행할 때 상기 안내휠(60)이 상기 구동휠(50)에 대해 축 방향으로 전,후진 되면서 주행할 수 있도록 구성된다.

이러한 현가수단(70)은 본 발명의 다른 특징에 의하면 하우징(71)과 유동축(74), 멈춤구(75) 및 탄성부재(75)로 구성될 수 있다.

상기 하우징(71)은 원통형으로 이루어지고, 축 방향으로 관통구멍(72)이 형성되며, 상기 구동축(41)과 나란하게 상기 본체프레임(30)에 설치된다.

그리고, 상기 관통구멍(72) 내주면에는 리니어베어링(73)이 장착되므로서 단부에 안내휠(60)이 공회전 되게 조립되는 유동축(74)이 곡선 선로를 주행할 때 구동축(41)에 대해 전후 방향으로 즉, 축 방향으로 이동가능하도록 구성된다.

또한, 상기 유동축(74) 타단부에는 상기 유동축(74)의 직선 운동 구간을 한정하는 멈춤구(75)가 구비된다.

상기 멈춤구(75)는 원반 형상으로 이루어지고 그 중앙으로 체결나사(80)에 의해 유동축(74)의 단부에 일체로 조립된다.

또한, 탄성부재(75)는 안내휠(60)이 곡선선로(20)의 오목형외벽(11) 주행구간 또는 볼록형외벽(12) 곡선선로(20) 구간을 주행하면서 축 방향으로 이동되는 과정에서 안내휠(60)이 심하게 축 방향으로 전,후 이동할 때 발생될 수 있는 충격을 완충해 주기 위한 쇽 업쇼바와 같은 역할을 한다.

따라서, 본 실시예에서 탄성부재(75)는 코일스프링(76)으로 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 코일스프링(76)은 상기 하우징(71)의 외경보다 큰 직경으로 이루어져서 상기 본체프레임(30) 외측에서 상기 하우징(71)의 외주면으로 조립된다.

이와 같이 조립된 코일스프링(76)의 내측단부는 상기 하우징(71) 또는 상기 본체프레임(30)에 지지되고, 외측단부는 상기 유동축(74) 단부에 일체로 조립되는 상기 멈춤구(75)의 내측면에 지지되도록 구성된다.

상기 코일스프링(76)은 곡선선로(20)의 곡률 정도에 따라 안내휠(60)이 전,후로 유동되는 구간의 거리를 감안할 때 곡률이 완만한 경우에는 상기 멈춤구(75) 및 상기 하우징(71) 또는 상기 본체프레임(30)에 단순히 접촉되게 지지되도록 구성할 수 있다.

그리고, 곡률이 급격하여 유동 구간이 큰 경우에는 필요에 따라 코일스프링의 단부를 고정시켜 지지되도록 구성함으로써 곡선선로의 형태에 대응하여 코일스프링(76)에 의한 완충 정도를 변화시킬 수 있는 것이다.

이와 같이 구성된 현가수단(70)에 의하면 구동휠(50)에 의해 자가구동로봇장치(100)가 곡선선로(20)를 따라 주행하는 과정에서 다양한 곡률에 대응하여 안내휠(60)이 후방으로 밀리거나 전방으로 이동하게 됨으로써 본체프레임(30)은 곡선선로(20)의 곡률에 자유자재로 자세를 변화시키면서 안정적으로 주행하면서 소정의 청소 작업 등을 원활하게 수행할 수 있게 되는 것이다.

예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이 오목형외벽(11) 구간을 주행하는 경우 구동휠(50)을 기준으로 안내휠(60)은 후방으로 이동되면서 곡선선로(20)의 곡률에 대응하면서 안정적으로 구동휠(50)의 주행을 안내하는 것이다.

또한. 도 5b에 도시된 바와 같이 볼록형외벽(12) 구간을 주행하는 경우 구동휠(50)을 기준으로 안내휠(60)이 전방으로 이동되면서 곡선선로(20)의 곡률에 대응하면서 안정적으로 구동휠(50)의 주행을 안내하는 것이다.

상기한 안내휠(60)의 작동은 상기 본체프레임(30)이 단독으로 구성된 경우는 물론 후술된 바와 같이 본체프레임(30)이 2개 이상 횡 방향으로 링크부재(32)에 의해 연결된 경우에는 더 탁월한 효과를 발휘하게 되는 것이다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 본체프레임(30)이 곡선구간(20)에 대응하여 회동되면서 위치가 함께 가변되면서 곡선선로(20)를 안정적으로 주행하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면 도 7에 도시된 바와 같이 상기 안내레일홈(22)은 제1안내레일홈(23) 및 제2안내레일홈(24)으로 이루어지고, 상기 주행레일홈(21)을 기준으로 서로 대칭적으로 배치된다.

그리고, 상기 안내휠(60)은 한 쌍으로 이루어져 상기 유동축(74) 단부에 서로 마주보게 조립되어 상기 제1안내레일홈(23) 및 제2안내레일홈(24)에 각각 안착됨으로서 도면에는 도시하지 않았으나 상기 본체프레임(30) 내부에 장착되는 세척액 저장탱크, 여분의 충전배터리와 자동청소장치 등이 탑재되어 중량이 많아지더라고 상기 구동휠(50)에 대해 상,하로 배치되는 한 쌍의 안내휠(60)에 의하여 본 발명의 자가구동로봇장치(100)는 제1안내레일홈(23) 및 제2안내레일홈(24)을 따라 안정적으로 주행하면서 청소 작업을 원활하게 수행할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서 자가구동로봇장치(100)의 안정적인 주행을 위하여 상기 배터리(31)는 본체프레임(30) 중앙에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 전동모터(40) 및 배터리(31) 전원을 제어하도록 구비되는 제어부(33)는 상기 배터리(31) 하부에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 배터리(31) 및 제어부(33) 일측에는 세정액 또는 도료가 저장되는 저장탱크(미도시)는 배터리(31)의 일측에 배치되어 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 본체프레임(30) 내측면에는 배터리(31) 및 제어부(33)와 연동하여 작동되는 자동세척장치(미도시) 또는 스프레이장치(미도시)를 장착하여 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같이 구성된 본 발명에 있어서, 상기 본체프레임(30)은 2개 이상으로 구비되어 수평으로 배열되고, 각 본체프레임(30) 사이에는 링크부재(32)로 연결되어 상기 본체프레임(30)이 곡선선로(20)를 주행하면서 다양한 곡률에 대응하여 회동가능하게 이루어질 수 있다.

이는 도 2에 도시된 바와 같이 곡선 선로 구간이 횡 방향으로 길게 이루어진 건축물의 경우에 여러 대의 본체프레임(30)을 병렬로 배열하여 링크부재(32)로 연결하여 곡선선로(20)에서 주행하는 과정에서 상기 본체프레임(20)이 회동 가능하게 구성된다.

여기서, 각각의 본체프레임(30)에는 상기 전동모터(40), 배터리(31), 구동휠(50), 안내휠(60) 및 현가장치를 각각 장착하여 구성할 수 있다.

이러한 구성에 의하면 여러 대의 본체프레임(30)을 통해 청소 작업이 더욱 신속하고 확실하게 이루어지게 할 수 있는데, 예를 들어 상기 본체프레임(30)에 세척 및 건조장치를 왁스장치 등을 순차적으로 장착하여 구성하는 경우 본 발명의 자가구동로봇장치(100)을 통해 건축물 한 개 층에 대해 외벽(10) 청소를 일회 왕복 주행하는 것만으로도 청소 작업이 완료될 수 있는 효과를 발휘하게 되는 것이다.

10 : 건축물 외벽 11 : 오목형외벽
12 : 볼록형외벽
20 : 곡선선로 21 ; 주행레일홈
22: 안내레일홈 23 : 제1안내레일홈
24 : 제2안내레일홈
30 : 본체프레임 31 : 배터리
32 : 링크부재
40 : 전동모터 41 : 구동축
42 : 연결축 43 : 베어링부재
44 : 축수용홈
50 : 구동휠
60 : 안내휠
70 : 현가수단 71 : 하우징
72 : 관통구멍 73 : 리니어베어링
74 : 유동축 75 : 멈춤구
76 : 탄성부재 77 : 코일스프링
80 : 체결나사 90 : 승강장치
100 : 자가구동로봇장치

Claims

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다양한 곡률을 갖는 오목형외벽과 볼록형외벽이 연속되어 이루어진 건축물 외벽에 설치되며, 입구로부터 주행레일홈과 안내레일홈이 순차적으로 형성된 곡선선로를 따라 주행하기 위한 자가구동로봇장치에 적용되고,
상기 곡선선로의 주행레일홈 및 안내레일홈을 따라 자가구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리가 구비된 본체프레임;
상기 본체프레임에 구동축이 상기 건축물 외벽을 향하도록 설치되고, 상기 배터리 전원으로 정,역 회전되는 전동모터;
상기 전동모터의 구동축에 연결되고, 상기 주행레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 구동휠;
상기 구동휠과 직각방향으로 배치되며, 상기 구동휠과 나란하게 상기 본체프레임에 설치되고, 상기 안내레일홈 일측면에 안착되어 주행하는 안내휠;
상기 구동휠 및 안내휠이 상기 오목형외벽과 볼록형외벽 구간에 설치된 곡선선로 구간에서 주행레일홈과 및 안내레일홈을 따라 주행할 때 상기 안내휠이 상기 구동휠에 대해 축 방향으로 전진 또는 후진 되면서 주행할 수 있도록 상기 본체프레임에 설치되는 현가수단;을 포함하는 곡선선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치에 있어서:
상기 구동축은 중간이 분리되어 내측 단부에 상기 구동휠이 조립되는 연결축과 축이음 구조로 연결되고, 상기 축이음 부위에는 상기 본체프레임에 고정 설치되는 베어링부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치.
제 3 항에 있어서, 상기 구동축 단부는 상기 연결축 단부에 형성된 축 수용홈에 삽입되어 축이음 구조로 연결되고, 상기 축이음 부위의 상기 연결축 외주면에 상기 베어링부재가 위치되어 조립되는 것을 특징으로 하는 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치.
제 4 항에 있어서,
상기 안내레일홈은 제1안내레일홈 및 제2안내레일홈으로 이루어져 상기 주행레일홈을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되고, 상기 안내휠은 한 쌍으로 이루어져 유동축 단부에 서로 마주보게 조립되어 상기 제1안내레일홈 및 제2안내레일홈에 각각 안착되어 주행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건축물 외벽에 설치된 다양한 곡률을 갖는 곡선 선로에서 주행 가능한 자가구동로봇장치.