KR101538930B1

KR101538930B1 - 전선 포설용 이동 로봇

Info

Publication number: KR101538930B1
Application number: KR1020130153363A
Authority: KR
Inventors: 류신욱; 홍진철; 박주이; 추길환
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-07-23
Also published as: KR20150067648A

Abstract

4절 링크를 이용하여 포물선 궤적을 생성함으로써 케이블을 로봇에 고정하고 로봇이 능동적으로 이동하면서 케이블을 포설할 수 있는 전선 포설용 이동 로봇에 관한 것으로, 케이블을 고정하는 그리퍼(gripper)를 구비한 본체, 상기 본체 내에 마련된 액추에이터, 상기 액추에이터에 의해 구동되는 4절 링크, 상기 4절 링크에 결합된 이동 플레이트를 포함하는 구성을 마련하여, 로봇의 다리로 보행하는 걷는 것과 같이 부드럽게 이동할 수 있다.

Description

전선 포설용 이동 로봇{Mobile robot for cable installation}

본 발명은 전선 포설용 이동 로봇에 관한 것으로, 특히 4절 링크를 이용하여 포물선 궤적을 생성함으로써 케이블을 로봇에 고정하고 로봇이 능동적으로 이동하면서 케이블을 포설할 수 있는 전선 포설용 이동 로봇에 관한 것이다.

케이블 트레이 등에서 케이블을 포설하는 기존의 전선 포설 자동화에 사용되고 있는 장치들은 대체로 장치를 고정 설치하고 윈치 혹은 다른 메커니즘을 통해 전선을 이송시키는 방식이다.

이 때문에 케이블을 장거리까지 이송하기 위해서는 트레이 상에 다수의 이송 장치를 설치해야 한다는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 이동 가능한 보행로봇의 개발이 필요하다.

보행로봇은 이동시스템이므로 자체에 동력원을 탑재해야 하며 보행 시에는 회전 관절들로 구성된 한 다리로 자체 하중과 상부의 하중을 지탱해야 하므로 로봇의 크기가 커질수록 관절에 작용하는 토크가 커진다. 이러한 동력원과 상체 및 다리 자체의 하중은 구동부하로 작용하므로 이러한 부하를 지지할 수 있는 구조로 설계되어야 한다.

이러한 보행로봇은 바퀴를 이용한 이동방식이 많아 노면이 불규칙하거나 계단 등의 경우에는 이동에 제한을 받는 경우가 많았다. 이에 반해 다리를 이용한 이동방식은 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

즉 보행형은 실용성이 매우 뒤떨어지며, 바퀴형은 직관에서는 매우 효율적인 이동이 가능하지만, 수직관이나 곡관 등에 있어서는 이동의 어려움이 있고, 무한궤도형은 만족스런 이동성과 방향전환에서의 강인함을 구현할 수 있으나 주행시 많은 에너지를 필요로 하며, 궤도상에 이물질이 들어가는 문제점이 있다.

이러한 로봇의 구조에 대한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 다리이동 서보의 원운동을 링크 1이 상하왕복운동으로 바꾸고 링크 2가 지지점 1을 기준으로 상하로 움직이며, 4개의 자유로운 구속을 가지는 결합부 때문에 링크는 수평으로 움직이며 다리를 상하로 움직이고, 서보 2는 다리회전 서보로서 상하로 움직이는 다리를 앞뒤로 움직이며, 보행시에는 서보 1이 다리를 들고 서보 2가 이동하고자하는 방향을 다리를 회전시키는 4절 링크를 이용한 로봇다리에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 고정 지지된 베이스, 상기 베이스와 연결되어 회동운동되는 제1관절, 상기 제1관절과 슬라이딩 4절 링크 결합된 제2관절, 제21링크와 링크축과 슬리이딩 링크축을 공유하는 슬라이딩 4절 링크 결합된 제3관절, 제3관절의 링크 축에 슬라이딩 링크의 모터가 결합된 슬라이딩 4절 링크 결합으로 된 제4관절, 상기 제4관절의 제41링크에 수직 연장결합되어 제41링크에 의해 회동되는 축부재로 구성되는 4 관절 로봇 매니퓰레이터 및 그 4절 링크 액추에이터에 대해 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제2002-0066092호(2002.08.11 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0519608호(2005.09.29 등록)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 로봇 자체의 하중에 의해 케이블 트레이 등의 전설 포설 작업에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다.

또 전설 포설을 위한 고정형 로봇은 전선을 최초에 투입할 때에는 일부 사용이 국한되기도 하고 전선관과 같이 사람의 시야에 제한을 받는 곳에서는 이러한 고정식 설비의 적용이 불편하거나 생산성이 저하되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 4절 링크를 이용하여 포물선 궤적을 생성하여 케이블을 로봇으로 포설할 수 있는 전선 포설용 이동 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 관 내의 전방을 카메라로 관찰하면서 케이블을 포설할 수 있는 전선 포설용 이동 로봇을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 주행 로봇은 포설용 케이블을 이송하는 이동 로봇으로서, 상기 케이블을 고정하는 그리퍼(gripper)를 구비한 본체, 상기 본체 내에 마련된 액추에이터, 상기 액추에이터에 의해 구동되는 4절 링크, 상기 4절 링크에 결합된 이동 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 플레이트에 결합된 다리 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 본체의 전방에 장착된 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 플레이트가 포물선 궤적으로 이동하는 것에 의해 상기 다리 부재는 전진 또는 후진하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 4절 링크는 상기 본체의 양 측면에 한 쌍으로 마련되고, 상기 이동 플레이트는 상기 한 쌍의 4절 링크에 대응하여 각각 사다리꼴의 'n'자 형상으로 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 4절 링크는 상기 액추에이터에 결합되어 회전운동하는 제1 링크, 상기 제1 링크에 결합된 제2 링크, 상기 제2 링크 및 상기 본체에 결합되어 회전운동하는 제3 링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 플레이트는 상기 제2 링크와 제3 링크의 연결부에 결합된 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트의 일 측에서 아래쪽으로 마련된 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트의 다른 측에서 아래쪽으로 마련된 제3 플레이트를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제3 플레이트보다 짧게 형성되며, 상기 제1 플레이트 내지 제3 플레이트는 일체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 다리 부재는 상기 제2 플레이트에 결합된 제1 다리, 상기 제3 플레이트에 결합된 제2 다리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 제1 다리 및 제2 다리는 'ㄱ' 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 제1 다리 또는 제2 다리의 'ㄱ' 형상의 내면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 제2 다리에는 상기 제1 다리와 제2 다리 사이의 폭을 가변으로 하는 가변부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 이동 플레이트에 부착된 고무 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 이동 로봇에 있어서, 상기 액추에이터는 원격지에서 조이스틱에 의해 작동되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇에 의하면, 하단에 장애물이 있는 환경에서도 최소의 액추에이터로 바닥을 기어다니지 않고 로봇의 다리로 보행하는 걷는 것과 같이 부드럽게 이동할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇에 의하면, 4절 링크를 적용하여 복잡한 제어 없이 연속적인 회전 반복운동으로 복잡한 궤적을 생성할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇에 의하면, 로봇이 능동적으로 이동할 수 있으므로 T자 혹은 앵글 구조의 관에서 선택 주행이 가능하다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇에 의하면, 로봇 유닛에 장착된 카메라에 의한 영상 정보를 획득하므로, 전선관과 같이 밀폐된 공간에서도 케이블 포설 작업의 진행상태 및 작업환경을 관찰할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 4절 링크를 이용한 로봇다리의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇의 제어를 위한 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제1 실시 예를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇이 케이블을 파지하여 트레이에 장착된 상태를 나타내는 도면,
도 5는 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제2 실시 예를 나타내는 사시도,
도 6은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제3 실시 예를 나타내는 사시도,
도 7은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제4 실시 예를 나타내는 사시도,

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇의 제어를 위한 블록도 이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도 2에 도시된 바와 같이, 케이블 트레이의 행거 사이 또는 밀폐된 전선관에서 케이블을 파지하여 주행하는 로봇 유닛(100), 상기 이동 로봇(100)의 주행 상태를 제어하는 제어부(200), 상기 이동 로봇(100)을 원격지에서 제어하는 조이스틱(300), 상기 로봇 유닛(100)의 전방에 장착된 카메라(50), 상기 카메라(50)에서 촬영된 영상 신호를 처리하는 영상신호 처리부(400)를 포함한다.

상기 이동 로봇(100)은 내장된 배터리에 의해 동작하거나 외부의 전원에 의해 동작한다.

상기 제어부(200)는 마이크로프로세서 및 메모리를 구비하고, 상기 로봇 유닛(100)의 주행 조건은 상기 메모리에 저장되고, 상기 마이크로프로세서는 작업자의 조작에 의해 상기 메모리에 저장된 조건에 따라 로봇 유닛(100)이 작동하도록 제어한다. 한편 상기 이동 로봇(100)은 미리 설정된 주행 조건에 따라 주행하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 조이스틱(300)에 의해 작업자가 직접 제어할 수도 있다.

상기 카메라(50)는 이동 로봇(100)의 전방 대략 중앙 부분에 장착되어 상기 로봇 유닛(100)이 주행하는 케이블 트레이 또는 관 내의 상태를 촬영하여 실시간으로 상기 영상신호 처리부(50)로 전송한다. 이러한 영상 신호는 유선 또는 무선으로 전송된다.

상기 영상신호 처리부(50)는 예를 들어 노트북에 마련된 영상처리부 및 모니터에 대응하며, 스마트폰의 앱에 의해 실행되어도 된다. 따라서, 작업자는 로봇 유닛(100)이 주행하는 케이블 트레이 또는 관 내의 상태를 로봇 유닛(100)의 주행 상태에 따라 실시간으로 인식할 수 있다. 이에 따라 케이블 트레이 또는 관 내의 상태에 따라 작업자가 상기 제어부(200)의 제어 조건을 변경하거나 조이스틱(300)에 의해 주행 방향을 조작하는 것에 의해 로봇 유닛(100)의 주행을 용이하게 제어할 수 있다.

다음에 상술한 바와 같은 로봇 유닛(100)의 구성에 대해 도 3 및 도 4에 따라 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제1 실시 예를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇이 케이블을 파지하여 트레이에 장착된 상태를 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇 유닛(100)은 포설용 케이블(1)을 고정하는 그리퍼(gripper,11)를 구비한 본체(10), 상기 본체(10) 내에 마련된 액추에이터, 상기 액추에이터에 의해 구동되는 4절 링크(20), 상기 4절 링크(20)에 결합된 이동 플레이트(30), 상기 이동 플레이트(30)에 결합된 다리 부재(40)를 포함한다. 상기 카메라(50)는 상기 본체(10)의 전방의 중앙 상부에 장착된다.

상기 4절 링크(20)는 도 3에 도시된 마와 같이, 상기 본체(10)의 양 측면에 한 쌍으로 마련되고, 상기 이동 플레이트(30)는 상기 한 쌍의 4절 링크(20)에 대응하여 각각 대략 사다리꼴로서 'n'자 형상으로 마련된다.

상기 4절 링크(20)는 일 측이 상기 액추에이터에 결합되어 회전운동하는 제1 링크(21), 일 측이 상기 제1 링크(21)의 다른 측에 결합된 제2 링크(22), 일 측이 상기 제2 링크(22)의 다른 측에 결합되고 다른 측이 상기 본체(10)에 결합되어 회전운동하는 제3 링크(23)를 포함한다.

상기 설명에서는 제1 링크(21)에만 1개의 액추에이터에 결합되는 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 제3 링크(23)의 다른 측도 액추에이터에 결합된 구조로 할 수도 있다. 즉, 본체(10) 내에 2개의 액추에이터를 설치하고 4절 링크(20)의 길이를 조합하여 포물선 궤적을 생성하면 로봇 유닛(100)이 전진, 후진, 조향을 실행할 수 있다.

따라서, 액추에이터의 연속적인 반복 회전 운동하는 것에 의해 상기 제1 링크(21)가 회전운동하고, 이에 따라 제2 링크(22) 및 제3 링크(23)도 연동하여 회전운동하는 것에 의해 포물선 궤적으로 이동하여 상기 다리 부재(40)가 전진 또는 후진하게 된다.

상기 이동 플레이트(30)는 상기 제2 링크(22)와 제3 링크(23)의 연결부, 즉 제2 링크(22)의 다른 측과 제3 링크(23)의 일 측에 결합된 제1 플레이트(31), 상기 제1 플레이트(31)의 일 측에서 아래쪽으로 마련된 제2 플레이트(32), 상기 제1 플레이트(31)의 다른 측에서 아래쪽으로 마련된 제3 플레이트(33)를 포함하고, 상기 제2 플레이트(32)는 상기 제3 플레이트(33)보다 짧게 형성되며, 상기 제1 플레이트(31) 내지 제3 플레이트(33)는 일체로 이루어진다.

즉 이동 플레이트(30)는 상술한 바와 같이 상기 제2 링크(22)의 다른 측에서만 고정되도록 결합되므로, 이동 궤적을 방해하지 않게 된다.

또한 상기 다리 부재(40)는 상기 제2 플레이트(32)에 결합된 제1 다리(42), 상기 제3 플레이트(33)에 결합된 제2 다리(41)를 포함한다.

상기 제1 다리(42) 및 제2 다리(41)는 도 4에 도시된 바와 같이, 'ㄱ' 형상으로 형성되어 케이블 트레이에 마련된 행거(2)에 안착될 수 있다.

상술한 바와 같이 이동 플레이트(30)가 대략 사다리꼴의 형상으로 이루어지고, 제3 플레이트(33)가 제2 플레이트(32)보다 길게 형성되므로, 4절 링크(20)의 회전 운동에 따라 이동 플레이트(30)가 시계 방향의 포물선 궤적으로 이동하고, 이에 따라 본체(10)가 전진하게 된다.

또한 본 발명에 따른 이동 로봇은 상기 액추에이터가 역회전하고, 이에 따라 4절 링크(20)가 상술한 바와 같은 전진 방향과 역방향으로 회전 운동하는 것에 의해 이동 플레이트(30)가 반시계 방향으로 회전하여 후진하게 할 수 있다.

다음에 본 발명의 다른 실시 예를 도 5 내지 도 7에 따라 설명한다.

도 5는 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제2 실시 예를 나타내는 사시도 이고, 도 6은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제3 실시 예를 나타내는 사시도 이며, 도 7은 도 2에 도시된 로봇 유닛의 구체적인 구성의 제4 실시 예를 나타내는 사시도 이다.

도 5 내지 도 7에서 기본적인 구조는 도 3에 도시된 로봇 유닛(100)과 동일하므로, 동일 부분은 생략하고, 특징 부분만 도시하였다.

도 5에 도시된 구조에서는 다리 부재(40)에 마련된 제1 다리(41) 또는 제2 다리(42)의 'ㄱ' 형상의 내면이 곡면으로 형성된 것이다.

이와 같이 제1 다리(41) 또는 제2 다리(42)의 내면을 곡면으로 형성한 경우, 다리 부재(40)가 행거(2)에 안착할 때 행거(2)의 모서리 부분에서 슬라이딩 방식으로 안착되어 다리 부재(40) 또는 행거(2)의 파손을 방지 할 수 있다.

또 도 6에 도시된 구조에서는 상기 제2 다리(41)에 상기 제1 다리(42)와 제2 다리(41) 사이의 폭을 가변으로 하는 가변부가 형성된 것이다.

상기 가변부는 제2 다리(41)의 내에서 길이 방향으로 연장할 수 있도록 마련된 것으로서, 연장된 상태에서는 너트 등의 결속 부재(43)에 고정된다. 이와 같은 가변부를 마련하는 것에 의해 행거(2) 사이의 간격이 변경된 트레이 구조에 대해서도 본 발명의 이동 로봇을 용이하게 적용할 수 있다.

또한 도 7에 도시된 구조에서는 상기 이동 플레이트의 제2 플레이트(32) 및 제3 플레이트(33)에 다리 부재를 장착하지 않고 고무 패드(60)를 장착한 것이다.

이와 같은 고무 패드(60)를 마련한 경우, 전선관 등의 관 내부에서 바닥면을 지지하는 상태로 이동할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 전선 포설용 이동 로봇을 사용하는 것에 의해 로봇의 다리로 보행하는 걷는 것과 같이 부드럽게 이동할 수 있다.

10 : 본체
20 : 4절 링크
30 : 이동 플레이트
40 : 다리 부재
50 ; 카메라

Claims

포설용 케이블을 이송하는 이동 로봇으로서,
상기 케이블을 고정하는 그리퍼(gripper)를 구비한 본체,
상기 본체 내에 마련된 액추에이터,
상기 액추에이터에 의해 구동되는 4절 링크,
상기 4절 링크에 결합된 이동 플레이트를 포함하고,
상기 4절 링크는 상기 액추에이터에 결합되어 회전운동하는 제1 링크, 상기 제1 링크에 결합된 제2 링크, 상기 제2 링크 및 상기 본체에 결합되어 회전운동하는 제3 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제1항에 있어서,
상기 이동 플레이트에 결합된 다리 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제2항에 있어서,
상기 이동 플레이트가 포물선 궤적으로 이동하는 것에 의해 상기 다리 부재는 전진 또는 후진하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제2항에 있어서,
상기 4절 링크는 상기 본체의 양 측면에 한 쌍으로 마련되고,
상기 이동 플레이트는 상기 한 쌍의 4절 링크에 대응하여 각각 사다리꼴의 'n'자 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이동 플레이트는 상기 제2 링크와 제3 링크의 연결부에 결합된 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트의 일 측에서 아래쪽으로 마련된 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트의 다른 측에서 아래쪽으로 마련된 제3 플레이트를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 제3 플레이트보다 짧게 형성되며, 상기 제1 플레이트 내지 제3 플레이트는 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제2항에 있어서,
상기 다리 부재는 상기 제2 플레이트에 결합된 제1 다리, 상기 제3 플레이트에 결합된 제2 다리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제7항에 있어서,
상기 제1 다리 및 제2 다리는 'ㄱ' 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이동 로봇.
제8항에 있어서,
상기 제2 다리에는 상기 제1 다리와 제2 다리 사이의 폭을 가변으로 하는 가변부가 형성된 것을 특징으로 하는 이동 로봇.