KR101486009B1 - 와이어를 따라 이동하는 로봇의 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇 - Google Patents

와이어를 따라 이동하는 로봇의 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇의 구동 바퀴는 모터에 의해 회전구동하는 회전축이 체결되는 내륜과, 상기 내륜을 감싸도록 형성되며 상기 와이어 상에 안착되는 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 내륜과 외륜을 탄성적으로 연결 지지하는 완충 지지체를 포함하고, 상기 완충 지지체의 탄성 움직임에 의해 상기 내륜과 외륜의 상대적인 움직임을 허용하여 전달되는 충격을 완충한다. 본 발명의 다른 측면에 따른 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇은 로봇 몸체와, 상기 구동 바퀴와, 상기 회전축을 회전시켜 상기 구동 바퀴를 구동시키는 모터 및 상기 구동 바퀴와 상기 로봇 몸체를 연결 지지하는 연결 암을 포함하고 상기 모터에 의해 상기 구동 바퀴가 상기 와이어 상에서 회전 구동하여 상기 로봇이 상기 와이어의 길이방향을 따라 이동한다.

Description

와이어를 따라 이동하는 로봇의 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇{Driving Wheel of Robot moving along the wire and Robot having the same}
본 발명은 와이어(wire)를 따라 이동하는 로봇의 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송전선로와 같이 길게 연장된 와이어를 궤도로 하여 이동하는 로봇의 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇에 관한 것이다.
산업이 고도화됨에 따라서 전기의 사용이 증가하고 있다. 이에 따라서, 전력 수요가 급증하여 발전소 및 송전선로를 지속적으로 건설하고 있다. 따라서, 발전소에서 생산된 전기를 수요처로 운반하는 설비인 송전선로의 점검 및 정비업무의 중요성도 함께 강조되는 추세이다.
현재의 송전선로 검사는 숙련된 기술자가 직접 송전선로로 올라가 육안으로 검사하는 방식에 주로 의존하고 있어 안전사고 등의 위험성이 매우 높다. 이러한 위험성을 줄이기 위해서 선로 검사 로봇이 이용되기도 한다. 선로 검사 로봇은 대부분 케이블카와 같은 방식으로 송전선을 타고 이동하는 구조를 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 선로 검사 로봇의 개략도이다. 도 1은 4도체로 이루어진 송전선(1) 위를 이동하는 선로 검사 로봇(10)을 도시한 것이다.
선로 검사 로봇(10)은 로봇 몸체(11)와, 상기 로봇 몸체(11)에서 연장되는 연결 암(12) 및 각각의 연결 암(12)의 상부 끝단에 연결되는 구동 바퀴(13)를 포함한다. 구동 바퀴(13)는 모터(15)와 연결되어 모터(15)에 의해 회전 구동한다. 구동 바퀴(13)가 회전구동함에 따라서, 로봇(10)이 송전선(1)을 따라 이동할 수 있게 된다.
일반적으로 구동 바퀴(13)에는 송전선(1)의 지름에 대응하는 폭의 전선 수용홈(14)이 형성되어 있다. 송전선(1)이 수용홈(14) 안에 안착되어 구동 바퀴(13)가 송전선(1)으로부터 쉽게 이탈하는 것이 방지된다.
하지만, 복도체인 송전선로(1) 중간에는 전선 간의 간격을 유지해주는 스페이스 댐퍼(space damper)(2) 등의 금구류가 존재하는 것이 일반적이다. 스페이스 댐퍼(2) 외에도 전선 상호간의 압축 접속에 사용하는 압축 슬리브(sleeve) 등의 금구류가 송전선 상에 존재하기도 한다.
이러한 금구류들은 대체로 송전선(1)보다 큰 단면적을 가지므로, 로봇(10)의 이동성을 저해하는 장애물이 된다.
종래의 송전선로 로봇용 구동 바퀴는 송전선과의 접촉 면적이 매우 제한적이고 로봇(10)이 송전선(1)보다 직경이 큰 장애물 위를 넘어 이동하는 경우 로봇(10)이 송전선(1)에서 이탈할 위험이 매우 높다.
또한, 종래의 구동 바퀴는 완충 기능이 없어 바람이 심하게 부는 등의 외란으로 송전선(1)이 크게 흔들리면 송전선(1)에서 이탈할 위험이 크며, 구동 바퀴(13)가 장애물인 금구류(2)를 통과할 때 금구류(2)가 충격을 받아 손상될 수 있어, 금구류를 자주 보수 또는 교체하여야 하는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개 제10-2009-0125911호 공보
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선로 검사 로봇 등과 같이 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇이 와이어 상에서 안정적으로 이동할 수 있도록 하는 구동 바퀴 및 이를 구비한 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇의 구동 바퀴로서, 모터에 의해 회전구동하는 회전축이 체결되는 내륜과, 상기 내륜을 감싸도록 형성되며 상기 와이어 상에 안착되는 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 내륜과 외륜을 탄성적으로 연결 지지하는 완충 지지체를 포함하고, 상기 완충 지지체의 탄성 움직임에 의해 상기 내륜과 외륜의 상대적인 움직임을 허용하여 전달되는 충격을 완충하는 것을 특징으로 하는 구동 바퀴가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 외륜은 탄성 재질로 이루어지고, 외력이 가해지면 상기 외력에 대응하여 형상이 변형되고, 상기 외력이 제거되면 형상이 복원되도록 할 수 있다.
또한, 상기 완충 지지체는, 상기 외륜의 반경 외측 방향으로 탄성력을 가하는 탄성 재질의 복수의 스포크로 이루어지고, 외력이 가해지면 상기 외력에 대응하여 형상이 변형되고, 상기 외력이 제거되면 그 형상이 복원되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 스포크는 상기 내륜의 외면에 접하는 법선에 대해 경사지게 형성될 수도 있다.
또한, 상기 외륜은 상기 외륜의 외면의 둘레를 따라 형성되어 상기 와이어의 이탈을 방지하는 와이어 수용홈을 구비할 수도 있다.
또한, 상기 내륜, 외륜 및 완충 지지체는 일체로 성형될 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇으로서, 로봇 몸체와, 상기 구동 바퀴와, 상기 회전축을 회전시켜 상기 구동 바퀴를 구동시키는 모터 및 상기 구동 바퀴와 상기 로봇 몸체를 연결 지지하는 연결 암을 포함하고 상기 모터에 의해 상기 구동 바퀴가 상기 와이어 상에서 회전 구동하여 상기 로봇이 상기 와이어의 길이방향을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 로봇에 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 로봇은 송전선의 길이방향을 따라 이동하며 선로의 상태를 검사하는 선로 검사 로봇으로서, 상기 송전선을 검사하기 위한 검사장치를 포함한다.
도 1은 종래기술에 따른 선로 검사 로봇의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 검사 로봇을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 바퀴의 사시도이다.
도 4는 도 3의 구동 바퀴의 측면도이다.
도 5는 도 3의 구동 바퀴의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 바퀴가 송전선 상에 안착된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 구동 바퀴가 장애물인 금구류와 접촉한 모습을 도시한 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예로서 선로 검사 로봇을 설명하고 있으나, 본 발명에 따른 기술적 사상은 와이어를 따라 이동하는 각종 와이어 이동형 로봇에 적용가능하다는 것이 먼저 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 검사 로봇(100)을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 선로 검사 로봇(100)은 4도체로 이루어진 송전선(1) 위를 이동한다. 4도체 송전선(1)은 네 가닥의 전선으로 이루어지며, 일반적으로 네 가닥의 전선이 정면에서 보았을 때 사각형을 이루도록 배열되어 있다.
본 실시예에 따른 선로 검사 로봇(100)은 로봇 몸체(110)와, 송전선(1) 상에 안착되는 구동 바퀴(130)와, 상기 구동 바퀴(130)를 회전 구동시키는 모터(150)와, 로봇 몸체(110)의 네 모서리 부근에서 수직하게 연장되는 수직 연결 암(120) 및, 상기 수직 연결 암(120)을 고정하며 구동 바퀴(130)와 모터(150)를 지지하는 수평 연결 암(121)을 포함한다.
또한, 선로 검사 로봇(100)은 송전선(1)의 내부를 검사할 수 있는 x-레이 장비(160)를 구비한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 선로 검사 로봇(100)은 X-레이 장치(160) 외에도 로봇(100)의 전진 방향 앞쪽 구동 바퀴 앞에 설치되어 송전선(1)의 외관을 관찰할 수 있는 카메라 등과 같은 송전선 검사장치를 더 구비할 수 있다. 이러한 송전선 검사장치의 구성 및 기능은 이미 공지된 것으로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
로봇 몸체(110)는 박스 형태를 가지며, 외부와 통신할 수 있는 통신 장비, 로봇 구동에 필요한 배터리 및 각종 제어 장치를 그 내부에 수용한다.
각각의 수직 연결 암(120)은 로봇 몸체(110)로부터 수직하게 연장되며, 네 개의 전선 중 상단에 위치한 전선 위쪽으로 연장된다. 본 실시예에 따른 수직 연결 암(120)은 송전선(1)의 바깥쪽으로 배치된다.
수직 연결 암(120)의 상단부에는 대략 "ㅍ"자 형태의 수평 연결 암(121)이 구비되어 네 개의 수직 연결 암(120)을 지지 고정한다.
또한, 수평 연결 암(121)의 네 모서리 부근에는 모터(150) 및 구동 바퀴(130)가 결합된다.
구동 바퀴(130)는 모터(150)의 회전축(미도시)에 연결되며, 모터(150)에 의해 상기 회전축이 회전함에 따라서 구동 바퀴(130)가 회전하게 된다. 상기 회전축은 로봇(100)의 전진 방향과 수직하게 배치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로봇의 전진 방향으로 배치된 한 쌍의 구동 바퀴(130)가 4도체 중 위쪽의 두 전선에 각각 얹어진다. 모터(150)가 구동 바퀴(130)를 회전 구동시킴에 따라서, 로봇(100)이 송전선(1)의 길이 방향을 따라서 송전선(1) 위를 이동하게 된다. 구동 바퀴(130)의 양 측면에는 커버(140)가 구비되어, 외부 충격으로부터 구동 바퀴(130)를 보호한다.
본 실시예에 따른 선로 검사 로봇(100)은 송전선 상을 안정적으로 주행하기 위하여 개선된 형태의 구동 바퀴(130)를 구비한다.
도 3은 본 실시예에 따른 구동 바퀴(130)의 사시도이고, 도 4는 구동 바퀴(130)의 측면도이며, 도 5는 구동 바퀴(130)의 정면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 구동 바퀴(130)는 내륜(131)과, 상기 내륜(131) 보다 직경이 크며 내륜(131)의 바깥쪽에서 내륜(131)을 감싸는 외륜(133) 및, 내륜(131)과 외륜(133) 사이에 위치하여 내륜(131)과 외륜(133)을 연결 지지하는 완충 지지체(134)를 포함한다. 본 실시예에 따른 내륜(131), 외륜(133) 및 완충 지지체(134)는 폴리 우레탄 재질로 이루어지며, 성형 가공을 통해 일체로 형성된다.
내륜(131)은 모터(150)에 연결된 회전축(미도시)이 체결되는 부분으로서, 그 중앙에는 상기 회전축이 삽입될 수 있는 체결공(132)이 관통 형성되어 있다.
외륜(133)은 와이어(즉, 송전선(1)) 상에 안착되는 부분이다. 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 외륜(133)은 정면에서 보았을 때, 둘레방향 중심에서 양 측면으로 갈수록 단면적이 증가하는 형태를 가진다. 따라서, 외륜(133)의 외면에는 송전선(1)이 수용되는 전체적으로 "v"자 형태의 와이어 수용홈(135)이 형성된다. 와이어 수용홈(135)은 송전선(1)이 구동 바퀴(130)로부터 이탈하는 것을 방지하는 기능을 한다.
본 실시예에 따른 외륜(133)은 탄성을 가지며, 후술하는 바와 같이 외력이 가해지면 그 형상이 변형되고, 외력이 제거되면 그 형상이 복원된다.
완충 지지체(134)는 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 내륜(131)의 외면에 접하는 법선(미도시)에 대해 소정 각도로 경사지게 형성되는 복수의 스포크(spoke)로 이루어진다.
복수의 스포크들은 외륜(133)과 마찬가지로 탄성 재질로 이루어지며 외륜(133)의 반경 외측 방향으로 탄성력을 제공한다. 후술하는 바와 같이, 완충 지지체(134)는 외력을 가하면 형상이 변형되도록 구성되며, 외륜(133)과 내륜(131)을 탄성적으로 연결 지지한다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 구동 바퀴(130)의 개선된 특징을 더 구체적으로 설명한다.
도 6은 선로 검사 로봇(100)이 송전선(1) 상에 안착된 상태를 도시한 것이며, 도 7은 선로 검사 로봇(100)이 장애물인 금구류(2)와 접촉한 모습을 도시한 것이다. 도 6 및 도 7에서는 도시의 편의를 위해 구동 바퀴(130) 외의 다른 로봇의 구성은 도시 생략하였다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 외륜(133) 및 완충 지지체(134)는 외력을 가하면 그 형상이 변형되는 탄성 재질로 이루어진다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 로봇(100)이 송전선(1) 상에 안착되면 로봇(100)의 하중에 의해 실질적으로 원형이던 외륜(133)이 내륜(131) 쪽으로 찌그러지게 되고, 실질적으로 일자로 연장되어 있던 완충 지지체(134)가 적절한 형태로 구부러지게 된다. 송전선(1)에 의해 외력(중력의 반력)이 구동 바퀴(130)에 가해지면서 외륜(133)과 완충 지지체(134)의 형상이 변형되는 것이다.
도 6(a)에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 외륜(133)이 찌그러지면서 송전선(1)이 수용된 와이어 수용홈(135)의 깊이가 더 깊어지게 되고, 외륜(133)이 송전선(1)의 좌우를 감싸게 되어 송전선(1)이 구동 바퀴(130)로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6과 같은 상태에서, 구동 바퀴(130)가 회전하여 로봇(100)이 전진하면, 송전선(1)과 접촉이 해제되는 부분은 그 외력이 제거되어 원래 형상으로 복원되고, 새로 송전선(1)에 접하게 된 부분은 로봇(100)의 하중에 의해 형상이 변화하게 된다
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 구동 바퀴(130)가 송전선 상의 장애물인 금구류(2)와 접하게 되면, 금구류(2)에 접한 부분이 추가적으로 찌그러지게 되고, 해당 부위를 지지하던 완충 지지체(134)는 적절한 형태로 구부러져 변형된다. 로봇(100)이 장애물과 접촉하면서 형상이 변형되었던 부분은 로봇(100)이 장애물을 통과하면 장애물과 접하기 전 형태로 복원된다.
위와 같은 구성에 따르면, 완충 지지체(134)가 외륜(133)과 내륜(131)을 탄성적으로 지지하므로, 외륜(133)과 내륜(131)의 상대 위치가 고정되지 않고 외력의 크기 및 위치에 따라 적절하게 변형되는 것이 허용된다. 따라서, 바람 등에 의해 송전선(1)이 흔들리는 등의 이유로 외란이 가해지는 경우에도 완충 지지체(134)의 탄성 변형에 의한 완충 작용으로 외륜(133)이 송전선(1)의 요동에 대응하여 움직일 수 있으므로, 구동 바퀴(130)가 송전선(1)에서 쉽게 이탈하지 않고, 송전선(1)의 요동이 로봇 몸체(110)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 로봇(100)의 하중에 대응하여 외륜(133)이 송전선(1)에 접해 적절히 압착되므로, 송전선(1)과 구동 바퀴(100)의 접촉 면적이 종래 기술에 비해 크게 증가한다. 따라서, 송전선(1) 상에서 로봇(100)이 매우 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
나아가, 구동 바퀴(100)가 금구류(2) 등의 장애물에 접촉하는 경우, 금구류(2)의 형상이나 높이에 대응하여 구동 바퀴(100)의 외륜(133)의 형상이 적절히 변형되므로, 구동 바퀴(100)가 금구류(2)에 충격을 가해 금구류(2)가 손상되는 것을 방지할 수 있어, 송전선(1)의 유지 보수 비용이 크게 절약될 수 있다.
1: 송전선
2: 금구류(스페이스 댐퍼)
10, 100: 선로 검사 로봇
11, 110: 로봇 몸체
12: 120, 121: 연결 암
13, 130: 구동 바퀴
15, 150: 모터

Claims (8)

  1. 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇의 구동 바퀴로서,
    모터에 의해 회전구동하는 회전축이 체결되는 내륜;
    상기 내륜을 감싸도록 형성되며 상기 와이어 상에 안착되는 탄성 재질의 외륜;
    상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 내륜과 상기 외륜에 결합되고, 상기 내륜과 외륜을 탄성적으로 연결 지지하며, 상기 외륜의 반경 외측 방향으로 탄성력을 가하는 탄성 재질의 복수의 스포크를 포함하고,
    상기 스포크의 탄성적인 형상 변형에 의해 상기 내륜과 외륜 간의 상대 위치가 변형되어 외력에 의한 충격을 완충하고,
    상기 외륜은 상기 외륜의 외면의 둘레를 따라 형성되어 상기 와이어의 이탈을 방지하는 와이어 수용홈을 구비하고,
    상기 외륜이 상기 와이어 상에 안착되면, 상기 와이어와 접촉된 상기 외륜의 일부분이 찌그러지면서 상기 와이어 수용홈의 깊이가 깊어져 상기 와이어의 좌우를 감싸는 것을 특징으로 하는 구동 바퀴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외륜은,
    외력이 가해지면 상기 외력에 대응하여 형상이 변형되고, 상기 외력이 제거되면 형상이 복원되는 것을 특징으로 하는 구동 바퀴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스포크는,
    외력이 가해지면 상기 외력에 대응하여 형상이 변형되고, 상기 외력이 제거되면 그 형상이 복원되는 것을 특징으로 하는 구동 바퀴.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스포크는 상기 내륜의 외면에 접하는 법선에 대해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 바퀴.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 와이어를 따라 이동하는 와이어 이동형 로봇으로서,
    로봇 몸체;
    청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 구동 바퀴;
    상기 회전축을 회전시켜 상기 구동 바퀴를 구동시키는 모터;
    상기 구동 바퀴와 상기 로봇 몸체를 연결 지지하는 연결 암을 포함하고,
    상기 모터에 의해 상기 구동 바퀴가 상기 와이어 상에서 회전 구동하여 상기 로봇이 상기 와이어의 길이방향을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로봇은 송전선의 길이방향을 따라 이동하며 선로의 상태를 검사하는 선로 검사 로봇이고,
    상기 송전선을 검사하기 위한 검사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
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