KR101522453B1 - 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 조작레버와, 상기 조작레버 하단에 구비된 캠과, 상기 캠의 하측에 이격되어 구비된 브라켓과, 상기 브라켓의 하측에 구비되어 탄성력을 제공하는 스프링유닛과, 상기 캠과 브라켓 사이에 구비되되, 상단은 상기 캠에 의해 하방 이동력을 전달받고 하단은 상기 스프링유닛에 의해 상방 이동력을 전달받으며, 하방 이동시 인가되는 전류량에 비례하여 점성이 증가하는 자기유변유체가 구비된 푸쉬유닛과, 건설중장비에서 검출되는 부하량에 비례하도록 상기 푸쉬유닛에 전류량을 인가하는 제어부를 포함하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치를 제공한다.

Description

자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치{REMOTE CONTROLLER OF A HEAVY CONSTRUCTION EQUIPMENT USING MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID}

본 발명은 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치에 관한 것이며, 구체적으로 건설중장비의 작업 중 감지되는 부하를 사용자가 인식할 수 있도록 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치에 관한 것이다.

건설중장비는 그 자체만으로 무겁고 위험요소가 산재한 산업현장에서 사용되므로 최근 건설중장비에 사람이 직접 탑승하지 않고, 원격조정장치로써 원격조정되는 무인화가 활발하게 이루어지고 있다.

도 1은 종래 원격조정장치(10)의 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 원격조정장치(10)는 사용자에 의해 조작되는 조작레버(1)와, 상기 조작레버(1) 하측에 구비된 캠(2)과, 상기 캠(2)에 접하여 상기 캠(2)에 의해 하방으로 이동하는 푸쉬로드(3)와, 상기 푸쉬로드(3)의 하방에 구비되어 상기 푸쉬로드(3)에 상방 이동력을 제공하는 스프링유닛(4)을 포함한다.

상기 조작레버(1)와 캠(2)은 하부 하우징(7)의 플랜지부(7a)에 체결된 고무덮개(5)로 밀폐되어 이물질의 침투가 방지되며, 브라켓(6)의 하단은 상기 조작레버(1)와 캠(2)과 달리 상,하 이동되는 스프링유닛(4) 등으로 구성되므로 하부 하우징(7) 안에 수용된다.

한편, 상기 푸쉬로드(3)는 상기 조작레버(1)의 축을 기준으로 대향되게 두 개가 도시되어 있으나, 실제로는 상기 조작레버(1)의 축을 기준으로 90°각도로 4 개가 구비되며, 도시된 바와 같이 브라켓(6)을 관통하여 상기 브라켓(6)에 의해 지지되고 상, 하 이동이 가이드된다.

이러한 종래의 원격조정장치(10)의 조작레버(1)를 사용자가 조작하면, 상기 캠(2)은 푸쉬로드(3)를 하측으로 이동시키고, 제어부(미도시)는 하측으로 이동된 푸쉬로드(3)의 신호를 받아 건설중장비(미도시), 예를 들어 굴삭기를 구동시킨다.

그러나, 종래의 원격조정장치(10)는 다음과 같은 문제가 있다.

건설중장비가 사용되고 있는 작업환경에서 이격되어 있는 사용자는 건설중장비가 구동됨으로써 발생하는 부하를 체감하지 못한다. 예를 들어, 굴삭기가 땅을 파고 있다고 할 때, 땅 속에 존재하는 장애물(바위 또는 금속)을 마주친다면 굴삭기에 큰 부하가 걸리게 된다. 이러한 경우, 사용자는 굴삭기의 작업 상태를 알지 못하므로, 굴삭기를 무리하게 조정하여 굴삭기가 파손되거나 전복될 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 현장에서 작업 중인 건설중장비의 부하를 원격조정장치를 조정하는 사용자가 느낄 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 건설중장비의 정밀한 원격조정이 가능한 원격조정장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 조작레버와, 상기 조작레버 하단에 구비된 캠과, 상기 캠의 하측에 이격되어 구비된 브라켓과, 상기 브라켓의 하측에 구비되어 탄성력을 제공하는 스프링유닛과, 상기 캠과 브라켓 사이에 구비되되, 상단은 상기 캠에 의해 하방 이동력을 전달받고 하단은 상기 스프링유닛에 의해 상방 이동력을 전달받으며, 하방 이동시 인가되는 전류량에 비례하여 점성이 증가하는 자기유변유체가 구비된 푸쉬유닛과, 건설중장비에서 검출되는 부하량에 비례하도록 상기 푸쉬유닛에 전류량을 인가하는 제어부를 포함하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 푸쉬유닛은 상기 브라켓에 의해 하단이 지지되며, 내부에 자기유변유체가 충진된 실린더하우징과, 상기 실린더하우징에 수용되어 축방향으로 구비되되, 일단과 타단이 상기 실린더하우징에 돌출되어 구비된 샤프트와, 상기 실린더하우징에 수용되되, 상기 샤프트의 외주면에 구비되어 코일이 권선되는 마그넷과, 상단이 상기 캠에 접하여 상기 캠에 의해 하방 이동력을 제공받으며, 하단은 상기 샤프트에 체결되어 상기 샤프트에 하방 운동력을 전달하는 제1 푸쉬로드와, 하단이 상기 브라켓을 관통하여 스프링유닛과 접하여 상기 스프링유닛에 의해 상방 운동력을 제공받으며, 상단은 상기 샤프트에 체결되어 상기 샤프트에 상방 운동력을 전달하는 제2 푸쉬로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 푸쉬로드는 상단에 상기 캠과 접하는 착탈가능한 반구형캡을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 샤프트와 제1 푸쉬로드는 축방향으로 연통되는 중공부가 형성되고, 상기 마그넷의 일측에 상기 샤프트의 중공부와 연통된 권선유입공이 형성되며, 상기 제1 푸쉬로드의 일측에 권선유출공이 형성되어, 상기 마그넷에 권선된 코일의 양단은 상기 권선유입공으로 유입되어 상기 샤프트와 제1 푸쉬로드의 중공부를 지나 상기 권선유출공으로 유출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 실린더하우징과 제1 푸쉬로드의 외주면을 감싸며 상기 제1 푸쉬로드의 상하 이동시 상기 자기유변유체의 누유를 방지하기 위한 실링시트와, 상기 브라켓의 하측에서 상기 제2 푸쉬로드의 상하 이동시 상기 자기유변유체의 누유를 방지하기 위한 체결시트를 더 포함하는 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 자기유변유체는 MR 유체인 것을 특징으로 한다.

사용자가 조작레버를 조정시 건설중장비에서 감지되는 부하량이 클수록 자기유변유체의 점성이 더욱 증가하여 사용자는 작업현장의 상태를 직감할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 건설중장비가 허용할 수 없는 장애물 감지시 사용자는 이러한 상황을 감지하고 작업을 수행할 수 있으므로 굴삭기 등 건설중장비의 무리한 사용, 파손, 또는 전복되는 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 원격조정장치의 측단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조정장치의 브라켓 상단의 측단면도.
도 3은 본 발명의 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치가 사용되는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격조정장치(100)의 브라켓(106) 상단의 측단면도이다. 도 2에 도시되지 아니한 브라켓(106)의 하단부, 즉 스프링유닛 등의 구성은 종래의 원격조정장치(10)와 동일 또는 유사하다.

본 발명의 일실시예에 따른 원격조정장치(100)는 사용자에 의해 조작되는 조작레버(101)와, 상기 조작레버(101) 하단에 구비된 캠(102)과, 상기 캠(102)의 하측에 이격되어 구비된 브라켓(106)과, 상기 브라켓(106)의 하측에 구비되어 탄성력을 제공하는 스프링유닛(미도시, 도 1 참조)과, 상기 캠(102)과 브라켓(106) 사이에 구비되되, 상단은 상기 캠(102)에 의해 하방 이동력을 전달받고 하단은 상기 스프링유닛에 의해 상방 이동력을 전달받으며, 하방 이동시 인가되는 전류량에 비례하여 점성이 증가하는 자기유변유체(116)가 구비된 푸쉬유닛(110)과, 건설중장비(300)에서 검출되는 부하량에 비례하도록 상기 푸쉬유닛(110)에 전류량을 인가하는 제어부(200, 도 3 참조)를 포함한다.

상기 조작레버(101)와 캠(102)은 종래의 원격조정장치(10, 도 1 참조)와 같이 하부 하우징의 상단에서 체결된 고부덮개(5, 도 1 참조)로 씰링되어 이물질의 침투가 방지될 수 있으며, 브라켓(106)의 하단은 상기 조작레버(101)와 캠(102)과 같은 좌, 우 이동이 없고 단지 상하 이동되는 스프링유닛 등으로 구성되므로 하우징(7, 도 1 참조) 안에 수용될 수 있다.

한편, 본 발명은 원격조정되는 건설중장비(300, 도 3 참조)의 작업 부하량을 사용자가 감지할 수 있는 원격조정장치(100)를 제공하기 위해 종래의 단순한 푸쉬로드(3) 대신 자기유변유체(116)가 포함된 푸쉬유닛(110)을 구비한다. 따라서, 기존의 원격조정장치(100)에서 구성요소를 교체하여 구현할 수 있으므로, 제작 공정 및 교체단가가 감소할 수 있는 이점이 있다.

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 푸쉬유닛(110)에 대해 설명하자면 다음과 같다.

상기 푸쉬유닛(110)은 실린더하우징(111), 샤프트(112), 마그넷(113), 제1 푸쉬로드(114), 및 제2 푸쉬로드(115)를 포함한다.

상기 실린더하우징(111)은 상기 브라켓(106)에 의해 하단이 지지되며, 내부에 자기유변유체(116)가 충진되어 있다.

자기유변유체(116)는 MR(magneto-rheological) 유체, ER(electro-rheological) 유체, EC(eletro conjugate) 유체, 자성유체 등이 있다. 이러한 유체는 외부에서 가해지는 물리량(전기장, 자기장, 온도 등)을 제어함으로서 유체가 가지고 있는 점성 또는 탄성과 같은 특성을 제어가능하다.

상기 유체 중 MR 유체는 빠른 응답성, 압력 제어성, 안정성 등이 우수하므로, 본 발명에 사용되는 상기 자기유변유체(116)는 MR 유체인 것이 바람직하다. 이러한 MR 유체는 인가되는 자기장에 반응하여 입자들이 서로 밀집되어 체인구조와 같은 클러스터를 형성하고, 이러한 유동 저항의 발생에 따른 점성 변화를 수 ms 단위로 가역적 제어 가능하며, 이 과정에서 발생하는 압력 제어에 우수한 특성을 나타내기 때문이다.

한편, 상기 샤프트(112)는 상기 실린더하우징(111)에 수용되어 축방향으로 구비되되, 일단과 타단이 상기 실린더하우징(111)에 돌출되어 구비된다. 이러한 샤프트(112)는 상측에서 제1 푸쉬로드(114)가 전달받은 하방 이동력과 하측에서 제2 푸쉬로드(115)가 전달받은 상방 이동력에 의해 상기 실린더하우징(111)의 축방향으로 상, 하 이동된다.

한편, 상기 마그넷(113)은 상기 실린더하우징(111)에 수용되되, 상기 샤프트(112)의 외주면에 구비되어 코일(111a)이 권선되어 후술할 제어부(200)로부터 인가되는 전류에 의해 자기장을 형성한다. 이러한 마그넷(113)은 상기 샤프트(112)와 함께 상, 하 이동되며, 상기 제어부(200)로부터 인가되는 전류량에 비례하여 자기장의 세기가 증감된다. 상기 실린더하우징(111) 내부에 충진된 자기유변유체(116)는 이러한 증감되는 자기장에 의해 점성이 가변된다.

상기 제1 푸쉬로드(114)는 상단이 상기 캠(102)에 접하여 상기 캠(102)에 의해 하방 이동력을 제공받으며, 하단은 상기 샤프트(112)에 체결되어 상기 샤프트(112)에 하방 운동력을 전달한다. 이러한 제1 푸쉬로드(114)는 중공부(114a)를 가지고 상기 샤프트(112)의 상단을 내주면에 수용하여 상기 샤프트(112)와 체결될 수 있다.

또한, 상기 제1 푸쉬로드(114)는 상단이 상기 캠(102)과 접하여 마찰하므로, 내구성을 고려하여 별도의 착탈가능한 반구형캡(117)을 더 포함할 수 있다. 이러한 반구형캡(117)은 그 기능적 특성을 고려하여 금속성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2 푸쉬로드(115)는 하단이 상기 브라켓(106)을 관통하여 스프링유닛과 접하여 상기 스프링유닛에 의해 상방 운동력을 제공받으며, 상단은 상기 샤프트(112)에 체결되어 상기 샤프트(112)에 상방 운동력을 전달한다. 이러한 제2 푸쉬로드(115)는 중공부(115a)를 가지고 상기 샤프트(112)의 하단을 내주면에 수용하여 상기 샤프트(112)와 체결될 수 있다.

이러한 구조에 있어서, 상기 자기유변유체(116)가 상기 샤프트(112)의 상, 하 이동에 의해 누유될 수 있으므로, 본 발명은 상기 실린더하우징(111)과 제1 푸쉬로드(114)의 외주면을 감싸며 상기 제1 푸쉬로드(114)의 상하 이동시 상기 자기유변유체(116)의 누유를 방지하기 위한 실링시트(118)와, 상기 브라켓(106)의 하측에서 상기 제2 푸쉬로드(115)의 상하 이동시 상기 자기유변유체(116)의 누유를 방지하기 위한 체결시트(119)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마그넷(113)에 권선된 코일(111a)의 양단은 원격조정장치(100)의 사용으로 인해 꼬이거나 절선될 수 있으며 외부에서 전류를 공급받기 위해 실린더하우징(111) 내부에서 외부로 효율적으로 노출되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 샤프트(112)와 제1 푸쉬로드(114)는 축방향으로 연통되는 중공부(112a, 114a)가 각각 형성되고, 상기 마그넷(113)의 일측에 상기 샤프트(112)의 중공부(112a)와 연통된 권선유입공(113a)이 형성되며, 상기 제1 푸쉬로드(114)의 일측에 권선유출공(114b)이 형성될 수 있으며, 이러한 경우, 상기 마그넷(113)에 권선된 코일(111a)의 양단은 상기 권선유입공(113a)으로 유입되어 상기 샤프트(112)와 제1 푸쉬로드(114)의 중공부(112a, 114a)를 지나 상기 권선유출공(114b)으로 유출될 수 있는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체(116)를 이용한 건설중장비(300)의 원격조정장치(100)의 작동은 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 자기유변유체(116)를 이용한 건설중장비(300)의 원격조정장치(100)가 사용되는 개략도이다.

본 발명의 원격조정장치(100)와 건설중장비(300)는 통상적인 무선통신수단을 포함하고, 이러한 통신수단으로서 원격조정이 구현된다. 원격조정장치(100)에 구비된 마그넷(113)에 인가되는 전류를 제어하는 제어부(200)는 원격조정장치(100) 내에 구비된다.

사용자가 원격조정장치(100)를 작동하여 건설중장비(300)를 제어하게 되면 건설중장비(300)는 원격조정장치(100)의 조작으로 인해 송신된 신호를 수신하여 작동한다.

이 후, 건설중장비(300)는, 예를 들어 굴삭기는 땅을 파거나, 아스팔트 등을 뚫는 작동을 하며 굴삭기의 암에 구비된 부하량 감지센서는 굴삭기의 유압을 감지하여 이를 원격조정장치(100)에 구비된 제어부(200)에 송신한다.

이러한 굴삭기의 부하량을 수신받은 제어부(200)는 원격조정장치(100)의 마그넷(113)에 권선된 코일(111a)에 상기 부하량에 따른 전류를 실시간으로 제어하며, 상기 전류량에 따라 형성되는 자기장이 비례하여 발생되며, 상기 자기장에 의해 실린더 내부에 충진되어 있는 자기유변유체(116)의 점성이 결정된다.

사용자가 조작레버(101)를 한쪽으로 조정시 상기 자기유변유체(116)의 점성으로 인해, 즉, 굴삭기에서 감지되는 부하량이 클수록 상기 실린더 내의 자기유변유체(116)의 점성이 더욱 증가하여 사용자는 작업현장의 상태를 직감할 수 있게 된다.

따라서, 굴삭기의 암, 구체적으로 유압력으로 허용할 수 없는 장애물 감지시 사용자는 이러한 상황을 감지하고 작업을 수행할 수 있으므로 굴삭기 등 건설중장비(300)의 무리한 사용, 파손, 또는 전복되는 위험을 방지할 수 있게 된다.

이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.

100: 원격조정장치 101: 조작레버
102: 캠 106: 브라켓
110: 푸쉬유닛 111: 실린더하우징
111a: 코일 112: 샤프트
113: 마그넷 114: 제1 푸쉬로드
115: 제2 푸쉬로드 116: 자기유변유체
117: 반구형캡 118: 실링시트
119: 체결시트

Claims (6)

1. 조작레버(101);
   상기 조작레버(101) 하단에 구비된 캠(102);
   상기 캠(102)의 하측에 이격되어 구비된 브라켓(106);
   상기 브라켓(106)의 하측에 구비되어 탄성력을 제공하는 스프링유닛(4);
   상기 캠(102)과 브라켓(106) 사이에 구비되되, 상단은 상기 캠(102)에 의해 하방 이동력을 전달받고 하단은 상기 스프링유닛에 의해 상방 이동력을 전달받으며, 하방 이동시 인가되는 전류량에 비례하여 점성이 증가하는 자기유변유체(116)가 구비된 푸쉬유닛(110); 및
   건설중장비(300)에서 검출되는 부하량에 비례하도록 상기 푸쉬유닛(110)에 전류량을 인가하는 제어부(200);를 포함하고,
   상기 푸쉬유닛(110)은,
   상기 브라켓(106)에 의해 하단이 지지되며, 내부에 자기유변유체(116)가 충진된 실린더하우징(111);
   상기 실린더하우징(111)에 수용되어 축방향으로 구비되되, 일단과 타단이 상기 실린더하우징(111)에 돌출되어 구비된 샤프트(112);
   상기 실린더하우징(111)에 수용되되, 상기 샤프트(112)의 외주면에 구비되어 코일(111a)이 권선되는 마그넷(113);
   상단이 상기 캠(102)에 접하여 상기 캠(102)에 의해 하방 이동력을 제공받으며, 하단은 상기 샤프트(112)에 체결되어 상기 샤프트(112)에 하방 운동력을 전달하는 제1 푸쉬로드(114); 및
   하단이 상기 브라켓(106)을 관통하여 스프링유닛과 접하여 상기 스프링유닛에 의해 상방 운동력을 제공받으며, 상단은 상기 샤프트(112)에 체결되어 상기 샤프트(112)에 상방 운동력을 전달하는 제2 푸쉬로드(115);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 푸쉬로드(114)는 상단에 상기 캠(102)과 접하는 착탈가능한 반구형캡(117)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트(112)와 제1 푸쉬로드(114)는 축방향으로 연통되는 중공부(112a, 114a)가 각각 형성되고, 상기 마그넷(113)의 일측에 상기 샤프트(112)의 중공부(112a)와 연통된 권선유입공(113a)이 형성되며, 상기 제1 푸쉬로드(114)의 일측에 권선유출공(114b)이 형성되어,
   상기 마그넷(113)에 권선된 코일(111a)의 양단은 상기 권선유입공(113a)으로 유입되어 상기 샤프트(112)와 제1 푸쉬로드(114)의 중공부(114a)를 지나 상기 권선유출공(114b)으로 유출되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 실린더하우징(111)과 제1 푸쉬로드(114)의 외주면을 감싸며 상기 제1 푸쉬로드(114)의 상하 이동시 상기 자기유변유체(116)의 누유를 방지하기 위한 실링시트(118)와, 상기 브라켓(106)의 하측에서 상기 제2 푸쉬로드(115)의 상하 이동시 상기 자기유변유체(116)의 누유를 방지하기 위한 체결시트(119)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 자기유변유체(116)는 MR 유체인 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 건설중장비의 원격조정장치.

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