KR101630967B1 - 수중청소로봇 - Google Patents

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KR101630967B1
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Abstract

본 발명은 수중청소로봇에 관한 것으로, 이는 로봇몸체; 이 로봇몸체에 설치되며, 로봇몸체가 이동하도록 제공되는 주행유닛; 및 로봇몸체의 일측에서 각각 로봇몸체의 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치되어 이물질을 제거하는 복수의 제거유닛을 포함하여서, 무너지는 슬러지층에서도 파쇄 및 흡입할 수 있고, 수중청소로봇이 측방으로 선회하는 상황에서도 슬러지층을 청소하며 동작할 수 있게 되어 청소작업에 있어 그 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 얻게 된다.

Description

수중청소로봇{CLEANING ROBOT FOR UNDERWATER USE}
본 발명은 수중청소로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중의 슬러지 등을 제거하는 청소작업의 효율성을 극대화할 수 있는 수중청소로봇에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
고온의 설비가 사용되는 제철소는 제철 설비, 철강 제품 등의 냉각을 위하여 다량의 냉각수를 사용하게 된다. 이 냉각수를 처리하기 위해서는 수조가 필수적으로 존재해야 하며, 사용되는 용도에 따라 이 냉각수 내에서 물리적 이물질, 화학적 이물질 등이 수조 내에 유입하게 된다.
이러한 이물질 함유 용수가 수조에 머무는 시간이 길어지면, 이물질이 침전되어 슬러지를 형성하게 된다. 이러한 슬러지를 제거하지 않고 계속 사용하게 되면 수조 내의 물을 순환시켜 재사용하기가 어렵고 이물질이 수중 펌프에 흡입되어 오작동을 초래하기 때문에 수조 자체가 파손될 뿐만 아니라 냉각수를 사용하는 제철 설비 및 장치 또한 고장 발생 확률이 높아지게 된다. 결론적으로 수조 내에 쌓여 있는 슬러지를 정기적으로 제거해야 한다.
이러한 슬러지를 제거하기 위해 종래에는 수조 내의 용수를 모두 방류하고 작업자가 직접 수조의 내부로 들어가 흡입장치 등을 통해 슬러지를 제거하는 작업을 실시하거나, 수조에 구비된 크레인 등의 장비를 이용하여 수조 하부에 침전된 슬러지를 외부로 배출하여 제거하였다. 이 경우에 해당 수조를 사용하는 공정은 일시 정지하게 되므로, 이는 제철 공정의 생산성을 떨어드리는 문제점이 있다.
또한, 수조 내 청소작업의 시간은 한정되어 있기 때문에 수조의 용수를 모두 제거하고 쌓여 있는 슬러지를 제거하는 데에는 늘 시간적 제약이 수반되었으며, 특히 수조를 청소할 수 있는 기회도 적었다.
본 발명은 보다 효율적으로 수중의 슬러지 등을 제거하는 청소작업을 수행할 수 있는 수중청소로봇을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 청소와 동시에 수월하게 이동하거나 선회할 수 있는 수중청소로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇은, 로봇몸체; 상기 로봇몸체에 설치되며, 상기 로봇몸체가 이동하도록 제공되는 주행유닛; 및 상기 로봇몸체의 일측에서 각각 상기 로봇몸체의 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치되어 이물질을 제거하는 복수의 제거유닛을 포함하고, 상기 복수의 제거유닛 중 제1제거유닛은, 상기 로봇몸체에 연결링크를 매개로 설치되며, 길이방향에 대해 일측 측방으로 개방되고, 타측 측방으로 흡입홀이 구비된 제1지지브라켓; 상기 제1지지브라켓 내에 회전가능하도록 장착되어, 이물질을 상기 흡입홀 쪽으로 유도하여 흡입되게 하는 제1스크류바; 및 상기 제1지지브라켓의 일단에 설치되고, 상기 제1스크류바의 일단에 연결되어 상기 제1스크류바를 회전시키는 회전구동부를 포함하며, 상기 복수의 제거유닛 중 제2제거유닛은, 상기 로봇몸체에 연결링크를 매개로 설치되며, 길이방향에 대해 일측 측방으로 개방되고, 타측 측방으로 흡입홀이 구비된 제2지지브라켓; 및 상기 제2지지브라켓 내에 회전가능하도록 장착되어, 이물질을 상기 흡입홀 쪽으로 유도하여 흡입되게 하는 제2스크류바를 포함하고, 상기 제1스크류바와 상기 제2스크류바를 연결하는 전동부재를 포함하고 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 이물질을 제거하는 한 쌍의 제거유닛을 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치함으로써 무너지는 슬러지층에서도 파쇄 및 흡입할 수 있고, 수중청소로봇이 측방으로 선회하는 상황에서도 슬러지층을 청소하며 동작할 수 있게 되어 청소작업에 있어 그 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수중청소로봇의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1제거유닛의 사시도이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수중청소로봇의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 제1제거유닛의 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇은, 로봇몸체(100); 이 로봇몸체(100)에 설치되며, 로봇몸체(100)가 이동하도록 제공되는 주행유닛(200); 및 로봇몸체(100)의 일측에서 각각 로봇몸체(100)의 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치되어 이물질을 제거하는 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)을 포함하고 있다.
로봇몸체(100)는 주행유닛(200), 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400) 등을 지지하는 복수의 비임(beam)이 결합된 형태로 제공될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 전반적으로 직육면체의 형태를 가질 수 있다.
이러한 로봇몸체(100)의 상단에는 크레인 또는 호이스트의 후크에 결합될 수 있는 연결부(110)가 장착될 수 있는데, 이 연결부(110)는 상기 로봇몸체(100)를 수조 등의 구조물 내부로 투입할 때, 크레인 또는 호이스트에 로봇몸체(100)를 연결하고 승강시키는 데에 사용될 수 있다.
로봇몸체(100)는 주행유닛(200), 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400) 등을 지지할 수 있는 정도의 강도를 가진 강구조체일 수 있으며, 혹은 경량화를 위해 알루미늄, 티타늄 등의 소재로 구현될 수 있다.
주행유닛(200)은 로봇몸체(100)의 하부에 장착되어 로봇몸체(100)를 이동시키게 되는데, 이러한 주행유닛(200)은 예를 들어 구동부(230) 및 나선형 회전부재(210)를 포함할 수 있다.
구동부(230)는 로봇몸체(100)의 상단에 수직하게 배치되는 스텝핑 모터, 인버터 모터 등의 수중용 모터일 수 있으며, 구동부(230)의 회전축은 아래를 향해 배치될 수 있다. 이러한 구동부(230)의 회전축은 기어유닛(미도시)과 전동체인(미도시) 및 스프로켓(미도시) 등을 매개로 연결되어 나선형 회전부재(210)에 동력을 전달할 수 있다.
나선형 회전부재(210)는 로봇몸체(100)의 하부에 회전가능하게 장착될 수 있으며, 기어유닛을 통해 구동부(230)와 연결되어 동력을 전달받는다. 이러한 나선형 회전부재(210)의 회전축은 로봇몸체(100)의 이동방향과 평행하게 놓이며, 이동방향을 기준으로 로봇몸체(100)의 좌우에 한 쌍으로 배치되는데, 한 쌍의 나선형 회전부재(210)는 서로 반대방향으로 나선이 형성될 수 있다.
한 쌍의 나선형 회전부재(210)가 서로 동일한 회전수로 회전하면, 로봇몸체(100)는 전진 또는 후진하게 된다. 그리고 한 쌍의 나선형 회전부재(210)가 서로 다른 회전수로 회전하게 되면, 로봇몸체(100)는 이동방향을 전환할 수 있는데, 이때 한 쌍의 나선형 회전부재(210) 중 상대적으로 회전수가 적은 쪽으로 로봇몸체(100)의 이동방향이 전환되게 된다.
나선형 회전부재(210)는 스크류바의 형상을 하고 있어, 슬러지층을 파고들며 이물질 등을 로봇몸체(100)의 이동방향의 반대쪽으로 밀어냄과 동시에, 로봇몸체(100)가 슬러지층에서 원활하게 이동할 수 있도록 한다.
추가로, 주행유닛(200)은 나선형 회전부재(210)의 마모를 방지하도록 나선형 회전부재(210)의 나선 둘레를 따라 장착되는 복수의 단위바퀴(250)를 포함할 수 있다. 이러한 단위바퀴(250)들도 나선형 회전부재(210)의 회전방향으로 회전하도록 장착되므로, 나선형 회전부재(210)의 회전은 간섭 없이 이루어질 수 있다.
주행유닛(200)은 전술된 구성에만 한정되는 것이 아니라, 예컨대 복수의 바퀴 또는 무한궤도의 형태로 마련될 수 있다.
제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)은 로봇몸체(100)의 주변에 있는 이물질을 제거하도록, 예를 들어 로봇몸체(100)의 전방에 배치될 수 있다. 이러한 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)은 로봇몸체(100)의 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치되고, 바람직하게는 이동방향을 기준으로 로봇몸체(100)의 좌우에 대칭되게 배치될 수 있다.
제1제거유닛(300)은 제1지지브라켓(310), 제1스크류바(320) 및 회전구동부(330)를 포함할 수 있다.
제1지지브라켓(310)은 로봇몸체(100)의 전방에 볼트로 체결되거나 용접으로 접합되어 제공되는 연결링크(120)에 설치될 수 있으며, 길이방향에 대해 일측 측방으로 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 제1지지브라켓(310)의 타측 측방으로는, 제1연결관(510)과 이송관(530)에 의해 후술하는 펌핑부재(550)와 연결되는 흡입홀(350)이 제1지지브라켓(310)의 일단에 인접하여 구비될 수 있다.
제1스크류바(320)는 제1지지브라켓(310)의 내부 공간에 그 길이방향과 평행하게 회전가능하도록 장착될 수 있다. 제1스크류바(310)가 회전하게 되면, 로봇몸체(100)의 전방 주변에 있는 이물질을 흡입홀(350) 쪽으로 유도하여 흡입되게 한다.
회전구동부(330)는 제1지지브라켓(310)의 일단에 설치될 수 있으며, 스텝핑 모터, 인버터 모터 등의 수중용 모터로 될 수 있다. 회전구동부(330)의 회전축은 도 3에 도시된 바와 같이 기어유닛(332), 전동체인(336) 및 스프로켓(334) 등을 매개로 하여, 제1지지브라켓(310)을 관통하여 돌출한 제1스크류바(320)의 일단에 연결되어 제1스크류바(320)를 회전시킬 수 있다.
제2제거유닛(400)은 제2지지브라켓(410) 및 제2스크류바(420)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2지지브라켓(410)과 제2스크류바(420)의 구성은 전술한 제1제거유닛(300)의 제1지지브라켓(310)과 제1스크류바(320)의 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)은 로봇몸체(100)의 좌우에 대칭되게 배치되므로, 흡입홀(350, 450)들은 해당 지지브라켓에서 서로 대칭되게 위치하도록 마련되는 것이 좋다. 제2지지브라켓(410)의 흡입홀(450)은 제2연결관(520)과 이송관(530)에 의해 후술하는 펌핑부재(550)와 연결된다. 한편, 제1스크류바(320)와 제2스크류바(420)는 서로 반대방향으로 나선이 형성될 수 있다.
제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)의 사이에는 유니버셜 조인트와 같은 전동(傳動)부재(340)가 개재되어 이들 제거유닛이 서로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1제거유닛(300)에 구비된 제1스크류바(320)의 타단에 전동부재(340)의 일단이 연결되고, 이 전동부재(340)의 타단에 제2제거유닛(400)에 구비된 제2스크류바(420)의 일단이 연결된다. 이러한 전동부재(340)의 연결을 위해 제1스크류바(320)의 타단과 제2스크류바(420)의 일단은 해당 지지브라켓을 관통하여 밖으로 돌출될 수 있다.
전동부재(340)를 매개로 하여 제1스크류바(320)와 제2스크류바(420)가 연결됨으로써, 하나의 회전구동부(330)를 사용하여 2개의 제어유닛을 작동시켜 이물질의 흡입을 구현할 수 있게 되는 것이다.
제1제거유닛(300)의 흡입홀(350)에 연통되는 제1연결관(510)과 제2제거유닛(400)의 흡입홀(450)에 연통되는 제2연결관(520)은 이송관(530)에 의해 유로가 통합되고, 이 이송관(530)은 펌핑부재(550)에 연결되어 있다. 각 제거유닛을 통해 흡입된 이물질은 펌핑부재(550)의 작동에 따라 도시되지 않은 배출관에 의해 외부 또는 임의의 저장소로 배출되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇은, 전술한 바와 같이 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)이 로봇몸체(100)의 전방에 배치되고, 이러한 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)이 로봇몸체(100)의 이동방향에 대해 서로 대칭되며 예각으로 벌어지게 설치되는데, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)은 서로 인접한 단부들이 로봇몸체(100)로부터 멀어지는 방향으로 더 돌출하도록 위치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수중청소로봇은 그 전방에 쌓인 슬러지층을 파쇄하여 이물질을 각 제거유닛의 흡입홀(350, 450) 쪽으로 유도한다. 양측 흡입홀(350, 450)을 통해 흡입된 이물질은 제1연결관(510) 및 제2연결관(520)을 거쳐 이송관(530)을 따라 펌핑부재(550)로 보내어지고 이어서 도시되지 않은 배출관에 의해 배출된다.
통상 슬러지층은 주로 만곡된 형태로 무너지는 현상이 있게 되는데, 예를 들어 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)이 로봇몸체(100)의 이동방향에 대해 직각으로 위치하게 되면, 각 제거유닛의 서로 멀리 떨어진 단부들에서는 슬러지층을 파쇄하거나 밀어내지만, 인접한 단부들에서는 파쇄 또는 유도 등의 작용이 일어나지 않고 단지 헛돌게 된다. 또한, 수중청소로봇이 청소작업을 하는 도중에는 측방으로 선회를 하게 되는 상황이 자주 발생하는데, 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)이 로봇몸체(100)의 이동방향에 대해 직각으로 위치하게 되면, 이러한 선회시 각 제거유닛의 서로 멀리 떨어진 단부들 중 적어도 하나가 슬러지층에 걸려 오히려 방해가 된다.
본 발명의 수중청소로봇이 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 제1제거유닛(300)과 제2제거유닛(400)의 서로 인접한 단부들이 로봇몸체로부터 멀어지는 전방으로 더 돌출하도록 위치됨으로써, 만곡된 형태로 무너지는 슬러지층을 파쇄하기에 매우 적합한 구조를 가지게 되어 훨씬 효율적으로 슬러지층을 파쇄하고 이물질을 흡입할 수 있다. 또한, 수중청소로봇이 측방으로 선회하는 경우에도 수중청소로봇은 슬러지층을 파쇄 및 흡입하면서 선회할 수 있어 보다 원활한 움직임이 가능하게 된다.
심지어, 수중청소로봇이 지나간 후 주변의 슬러지층이 무너져 내려 수중청소로봇이 슬러지층의 한가운데에 고립되는 경우에도, 수중청소로봇이 측방으로 선회하면서 공간을 확보한 다음에 180도 선회하여 복귀할 수 있게 되는데, 즉 본 발명의 수중청소로봇은 선회가 수월하기 때문에 용이하게 탈출할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇은, 로봇몸체(100)의 밑에 장착되어, 로봇몸체(100)의 하부에 존재하는 이물질을 제거하도록 제공되는 저면 제거유닛(600)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 저면 제거유닛(600)은 한 쌍의 제3스크류바(620)를 구비한다.
한 쌍의 제3스크류바(620)는 로봇몸체(100)의 밑에 회전가능하게 장착되며, 서로 반대방향의 나선이 형성되어 있다. 제3스크류바(620)의 회전축은 로봇몸체(100)의 이동방향과 평행하게 놓인다. 그리고 제3스크류바(620)는 나선형 회전부재(210)와 함께 기어유닛(미도시)과 전동체인(미도시) 및 스프로켓(미도시) 등을 매개로 구동부(230)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 이들 제3스크류바(620)가 회전하게 됨으로써, 로봇몸체(100)의 하부에 존재하는 이물질을 로봇몸체(100)의 후방측에 인접하여 마련된 개구홀(미도시) 쪽으로 이동시키게 된다.
이러한 개구홀은 제2이송관(630)에 의해 제2펌핑부재(650)와 연결되어 있다. 저면 제거유닛(600)을 통해 흡입된 이물질은 제2펌핑부재(650)의 작동에 따라 도시되지 않은 배출관에 의해 외부 또는 임의의 저장소로 배출되게 된다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇은, 나선형 회전부재(210)의 회전축에 일체로 연결되어 구동부(230)의 작동에 의해 회전되며, 로봇몸체(100)의 후진시 로봇몸체(100)의 후방 주변에 있는 이물질을 제거하도록 제공되는 파쇄부재(700)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 파쇄부재(700)는 블레이드 형상부를 갖추고 있어, 단단한 슬러지층도 파쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 로봇몸체(100)에서 흡입한 이물질을 배출하기 위한 배출관으로는 호스 또는 튜브가 적용될 수 있으며, 주행유닛의 구동부, 제1제거유닛의 회전구동부, 펌핑부재, 제2펌핑부재 등의 작동을 제어하기 위한 제어부(800)도 구비될 수 있으나, 그 상세한 설명을 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 로봇몸체 200: 주행유닛
300: 제1제거유닛 400: 제2제거유닛
550: 펌핑부재 600: 저면 제거유닛
700: 파쇄부재 800: 제어부

Claims (8)

  1. 로봇몸체;
    상기 로봇몸체에 설치되며, 상기 로봇몸체가 이동하도록 제공되는 주행유닛; 및
    상기 로봇몸체의 일측에서 각각 상기 로봇몸체의 이동방향에 대해 일정 각도로 벌어지게 배치되어 이물질을 제거하는 복수의 제거유닛
    을 포함하고,
    상기 복수의 제거유닛 중 제1제거유닛은,
    상기 로봇몸체에 연결링크를 매개로 설치되며, 길이방향에 대해 일측 측방으로 개방되고, 타측 측방으로 흡입홀이 구비된 제1지지브라켓;
    상기 제1지지브라켓 내에 회전가능하도록 장착되어, 이물질을 상기 흡입홀 쪽으로 유도하여 흡입되게 하는 제1스크류바; 및
    상기 제1지지브라켓의 일단에 설치되고, 상기 제1스크류바의 일단에 연결되어 상기 제1스크류바를 회전시키는 회전구동부
    를 포함하며,
    상기 복수의 제거유닛 중 제2제거유닛은,
    상기 로봇몸체에 연결링크를 매개로 설치되며, 길이방향에 대해 일측 측방으로 개방되고, 타측 측방으로 흡입홀이 구비된 제2지지브라켓; 및
    상기 제2지지브라켓 내에 회전가능하도록 장착되어, 이물질을 상기 흡입홀 쪽으로 유도하여 흡입되게 하는 제2스크류바
    를 포함하고,
    상기 제1스크류바와 상기 제2스크류바를 연결하는 전동부재를 포함하는 수중청소로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제거유닛은 서로 인접한 단부들이 상기 로봇몸체로부터 멀어지는 방향으로 더 돌출하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1제거유닛의 흡입홀에 연통되는 제1연결관과, 상기 제2제거유닛의 흡입홀에 연통되는 제2연결관은 이송관에 의해 유로가 통합되고,
    상기 이송관은 펌핑부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로봇몸체의 밑에 장착되어, 상기 로봇몸체의 하부에 존재하는 이물질을 제거하도록 제공되는 저면 제거유닛을 추가로 포함하고,
    상기 저면 제거유닛은 회전가능하게 장착된 한 쌍의 제3스크류바를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로봇몸체의 타측에 개구홀이 마련되어 있고,
    상기 개구홀은 제2이송관에 의해 제2펌핑부재와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.

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