KR101907155B1 - 나무 등반로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나무 등반로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 나무에서 다양한 작업을 할 수 있도록 나무를 오를 수 있는 나무 등반로봇에 관한 것이다.
본 발명의 나무 등반로봇은 본체와, 본체에 고정되어 상하로 길게 형성되는 서포트바와, 본체에 설치되어 나무의 줄기를 감쌀 수 있는 하부벨트와, 서포트바에 결합되어 상기 서포트바를 따라 상하로 이동이 가능한 승강모듈과, 승강모듈에 설치되어 상기 줄기를 감쌀 수 있는 상부벨트와, 상부벨트와 상기 하부벨트를 교대로 이동시켜 상기 본체가 상기 나무를 오르게 하는 이동수단을 구비한다.

Description

나무 등반로봇{robot for tree climbing}

본 발명은 나무 등반로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 나무에서 다양한 작업을 할 수 있도록 나무를 오를 수 있는 나무 등반로봇에 관한 것이다.

산림청 업무는 종자채취, 잣 채취 및 지장목 제거 등의 여러가지 목적으로 나무에 오르내리는 현장업무가 많이 있다. 나무를 오르는 방법에는 승주기 사용, 등목핀 사용, 트리클라이밍 등이 있다. 이러한 방법들로 나무에 오르기 위해서는 위험을 감수하여야 하며, 반드시 오랜 기간 숙달된 전문가들만이 사용 가능하다.

일반인으로 구성된 숲 가꾸기 패트롤, 종자채취단 등 실제 현장에서 일을 하는 담당자들은 위험하고 사용이 어렵다는 이유로 이러한 방법들의 사용을 기피하여 사실상 사용하지 않고 있다.

나무에 오를 수 있는 또 다른 방법은 사다리를 이용하는 것이다. 사다리는 사용자가 높이 올라갈 수 있도록 하는 가장 간단한 기구라 할 수 있다. 높은 곳에서 일을 할 수 있도록 제작된 사다리들은 많이 개발된 상태이다.

일반적으로 고소작업용으로 사용되는 사다리는 극장, 박물관, 전시회, 옥외가설업체 고천정 공장건물관리, 교회, 과수원, 성당 등에서 널리 사용되고 있으며, 대략 높이는 짧게 2.5M부터 길게는 7M정도의 높이로 제작된 사다리가 사용된다. 그러나 모든 수목은 목재부분의 형태가 둥글고, 수직이며 높게 솟아 있어 일반적인 사다리로는 나무에 오르내리기가 매우 어렵다.

이와 같이 도구나 장치에 도움받아 작업자가 직접 나무에 올라가서 다양한 작업을 하는 것은 안전사고의 우려가 항상 존재한다.

따라서 작업자를 대신하여 나무를 오를 수 있는 로봇의 개발이 절실한 실정이다. 이를 위해 특수한 목적을 위한 다양한 종류의 로봇이 개발되고 있다.

예를 들면, 심해저의 탐험이나 복잡한 지형상에서 보행, 대형 선박표면의 도장이나 용접, 각종 산업용 탱크의 검사, 험한 지형의 탐사, 대형 항공기 표면의 검사, 건물의 외벽 청소 등의 기능을 수행할 수 있는 로봇이 개발되고 있으며 각각의 로봇은 그 사용처 및 목적에 적용하도록 이송 매커니즘을 구비하고 있다.

특히, 선박의 도장이나 용접, 각종 산업용 탱크의 검사, 대형 항공기 표면의 검사, 건물의 외벽 청소 등을 위하여 대한민국 등록특허 제10-1660119호에 개시된 바와 같은 등반 로봇이 개발되었다.

하지만 종래의 등반 로봇은 벽면과 같이 평면한 면을 가지는 구조물에 대해서만 등반이 가능하다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1660119호: 등반 로봇

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 구조가 간단하면서도 줄기를 따라 나무를 효과적으로 오를 수 있는 나무 등반로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나무 등반로봇은 본체와; 상기 본체에 고정되어 상하로 길게 형성되는 서포트바와; 상기 본체에 설치되어 나무의 줄기를 감쌀 수 있는 하부벨트와; 상기 서포트바에 결합되어 상기 서포트바를 따라 상하로 이동이 가능한 승강모듈과; 상기 승강모듈에 설치되어 상기 줄기를 감쌀 수 있는 상부벨트와; 상기 상부벨트와 상기 하부벨트를 교대로 이동시켜 상기 본체가 상기 나무를 오르게 하는 이동수단;을 구비한다.

상기 이동수단은 상기 하부벨트가 상기 줄기에 고정된 상태에서 상기 승강모듈을 상부로 이동시키고, 상기 상부벨트가 상기 줄기에 고정된 상태에서 상기 본체를 상부로 이동시킨다.

상기 이동수단은 상기 본체에 설치된 모터와, 상기 모터의 회전축에 결합되어 상기 모터의 구동에 의해 상기 승강모듈의 이동과 상기 본체의 이동을 교대로 수행하는 링크유닛을 구비하고, 상기 링크유닛은 상기 회전축에 결합되어 회전가능한 회전플레이트와, 일측이 상기 회전플레이트에 힌지결합되고 타측이 상기 승강모듈에 힌지결합되는 왕복플레이트를 구비한다.

상기 승강모듈은 상기 서포트바와 결합되어 상기 이동수단에 의해 상하로 이동할 수 있는 승강프레임부와, 상기 승강프레임부에 설치되어 상기 상부벨트의 양단부가 결합되며 상기 본체의 하중에 의해 상기 상부벨트가 상기 줄기에 고정될 수 있도록 하방으로 경사지게 형성된 상부경사브라켓을 구비한다.

상기 승강프레임부는 상기 서포트바가 상하 방향으로 관통하는 이동프레임과, 상기 이동프레임의 내측에 설치되어 상기 서포트바와 접촉하는 한쌍의 롤러와, 상기 이동프레임의 일측에 설치되어 상기 상부경사브라켓이 고정되는 결합바와, 상기 이동프레임의 타측에 설치되어 상기 이동수단과 결합되는 연결프레임을 구비한다.

상기 본체에 설치되어 상기 하부벨트의 양단부가 결합되며 상기 본체의 하중에 의해 상기 하부벨트가 상기 줄기에 고정될 수 있도록 하방으로 경사지게 형성된 하부경사브라켓을 구비한다.

본 발명은 모터의 회전력을 이용하여 나무를 감싸는 2개의 벨트를 교대로 이동시키는 원리에 의해 나무를 효과적으로 오를 수 있는 나무 등반로봇을 제공할 수 있다.

따라서 본 발명은 구조가 간단하고 소형화 및 경량화가 가능하여 운반 및 보관이 용이하고 사용이 편리한 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나무 등반로봇의 사시도이고,
도 2는 도 1의 정면도이고,
도 3은 도 1의 나무 등반로봇이 나무 줄기에 설치된 모습을 나타낸 측면도이고,
도 4는 도 1의 나무 등반로봇이 나무 줄기를 오르는 모습을 후면에서 바라본 그림이고,
도 5는 도 4를 측면에서 바라본 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 나무 등반로봇에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 나무 등반로봇은 본체(10)와, 본체(10)에 고정되어 상하로 길게 형성되는 서포트바(20)와, 본체(10)에 설치되어 나무의 줄기를 감쌀 수 있는 하부벨트(30)와, 서포트바(20)에 결합되어 서포트바(20)를 따라 상하로 이동이 가능한 승강모듈(50)과, 승강모듈(50)에 설치되어 줄기를 감쌀 수 있는 상부벨트(40)와, 상부벨트(40)와 하부벨트(30)를 교대로 이동시켜 본체(10)가 나무를 오르게 하는 이동수단을 구비한다.

본체(10)는 사각의 통 형상으로 형성되다. 본체(10)의 내부에는 후술할 이동수단의 모터가 설치된다. 또한, 본체(10)의 내부에는 모터에 전원을 공급하기 위한 배터리가 설치된다. 또한, 본체(10)의 내부에는 모터의 구동을 제어하기 위한 구동드라이버 등과 같은 각종 전기장치가 설치될 수 있다.

본체(10)는 도시된 바와 달리 다양한 모양과 크기로 형성될 수 있음은 물론이다.

서포트바(20)는 본체(10)의 상부에 설치된다. 서포트바(20)는 상하로 길게 형성된다. 서포트바(20)의 하부는 본체(10)에 고정된다.

하부벨트(30)는 본체(10)에 설치된다. 하부벨트(30)는 상부벨트(40)와 함께 나무의 줄기를 감쌀 수 있도록 형성된다. 하부벨트(30)로 내부에 타이어코드가 매설된 고무소재의 벨트를 이용할 수 있다. 또한, 하부벨트(30)로 다수의 섬유 원사를 꼬아 만든 로프를 이용할 수 있다.

하부벨트(30)는 나무 줄기를 감쌀 수 있도록 동그란 형태로 형성된다. 하부벨트(30)의 양단부는 본체(10)에 설치된 하부경사브라켓(15)에 결합된다.

하부경사브라켓(15)은 본체(10)의 좌우 양측면에 하나씩 설치된다. 하부경사브라켓(15)은 하방으로 경사지게 형성된다. 하부벨트(30)는 고정구(17)에 의해 하부경사브라켓(15)에 고정된다. 고정구(17)는 하부경사브라켓(15)에 탈부착이 가능하도록 결합된다.

경사진 하부경사브라켓(15)에 의해 하부벨트(30)는 나무줄기에 비스듬하게 걸쳐진다. 이 상태에서 하부벨트(30)에 본체(10)의 하중이 작용하면 하부벨트(30)는 본체(10) 방향으로 당겨져 나무 줄기에 밀착되므로 나무 줄기에 비스듬하게 걸쳐진 상태로 고정된다.

본체(10)의 전면에는 2개의 하부경사브라켓(15)을 상호 연결하는 연결플레이트(13)가 설치될 수 있다. 연결플레이트(13)의 전면에는 나무 줄기와 접촉되는 볼유닛(75)이 설치된다. 볼유닛(75)은 연결플레이트(13)의 전면에 고정된 지지케이스(77)와, 지지케이스(77)에 회전가능하도록 설치되는 구형의 볼(79)로 이루어진다. 볼(79)의 일부는 지지케이스(77)의 외부로 노출된다.

승강모듈(50)은 서포트바(20)에 결합된다. 승강모듈(50)은 서포트바(20)를 따라 상하로 이동이 가능하도록 구성된다.

가령, 승강모듈(50)은 서포트바(20)와 결합되어 이동수단에 의해 상하로 이동할 수 있는 승강프레임부와, 승강프레임부에 설치되어 상부벨트(40)의 양단부가 결합되는 상부경사브라켓(55)을 구비한다.

승강프레임부는 서포트바(20)가 상하 방향으로 관통하는 이동프레임(61)과, 상기 이동프레임(61)의 내측에 설치되어 서포트바(20)와 접촉하는 한쌍의 롤러(63)와, 상기 이동프레임(61)의 일측에 설치되어 상부경사브라켓(55)이 고정되는 결합바(65)와, 상기 이동프레임(61)의 타측에 설치되어 이동수단과 결합되는 연결프레임(67)을 구비한다.

한쌍의 롤러(63)는 일정 간격으로 이격되어 이동프레임(61)의 내측에 회전가능하도록 설치된다. 서포트바(20)는 한쌍의 롤러(63) 사이를 통과한다. 롤러(63)는 서포트바(20)의 양면에 각각 접촉한다.

결합바(65)는 이동프레임(61)의 전면에 설치된다. 결합바(65)의 좌우 양측에 상부경사브라켓(55)이 각각 설치된다. 결합바(65)의 전면에는 나무 줄기와 접촉되는 볼유닛(70)이 설치된다. 볼유닛(70)은 결합바(65)의 전면에 고정된 지지케이스(71)와, 지지케이스(71)에 회전가능하도록 설치되는 구형의 볼(73)로 이루어진다. 볼(73)의 일부는 지지케이스(71)의 외부로 노출된다.

상부경사브라켓(55)은 결합바(65)의 좌우 양측면에 하나씩 설치된다. 상부경사브라켓(55) 역시 하부경사브라켓(15)처럼 하방으로 경사지게 형성된다. 상부벨트(40)는 고정구(57)에 의해 상부경사브라켓(55)에 고정된다. 고정구(57)는 상부경사브라켓(55)에 탈부착이 가능하도록 결합된다.

상부벨트(40)는 하부벨트(30)와 함께 나무의 줄기를 감쌀 수 있도록 형성된다. 상부벨트(40)로 내부에 타이어코드가 매설된 고무소재의 벨트를 이용할 수 있다. 또한, 상부벨트(40)로 다수의 섬유 원사를 꼬아 만든 로프를 이용할 수 있다. 상부벨트(40)는 나무 줄기를 감쌀 수 있도록 동그란 형태로 형성된다.

경사지게 형성된 상부경사브라켓(55)에 의해 결합된 상부벨트(40)는 나무줄기에 비스듬하게 걸쳐진다. 이 상태에서 상부벨트(40)에 본체(10)의 하중이 작용하면 상부벨트(40)는 본체(10) 방향으로 당겨져 나무 줄기에 밀착되므로 나무 줄기에 비스듬하게 걸쳐진 상태로 고정된다.

이동수단은 상부벨트(40)와 하부벨트(30)를 교대로 이동시킨다. 즉, 이동수단은 상부벨트(40)를 먼저 상부로 일정 거리 이동시킨 다음 하부벨트(30)를 상부로 일정거리 이동시킨다. 이동수단은 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 본 발명의 나무 등반 로봇이 나무를 오를 수 있게 한다.

상부벨트와 하부벨트를 교대로 이동시키기 위한 이동수단은 하부벨트(30)가 나무 줄기에 고정된 상태에서 승강모듈(50)을 상부로 이동시키고, 상부벨트(40)가 나무 줄기에 고정된 상태에서 본체(10)를 상부로 이동시킨다.

도시된 이동수단은 일 예로 본체(10)에 설치된 모터와, 모터의 회전축(80)에 결합되는 링크유닛(90)을 구비한다.

모터는 본체(10)의 내부에 설치된다. 모터의 회전축(80)은 본체의 후면으로 돌출된다.

링크유닛(90)은 모터의 회전축(80)에 결합되어 모터의 회전운동을 왕복운동으로 변환시켜 승강모듈(50)의 이동과 본체(10)의 이동을 교대로 수행하는 역할을 한다.

링크유닛(90)은 모터의 회전축(80)에 결합되어 회전가능한 회전플레이트(91)와, 일측이 회전플레이트(91)에 힌지결합되고 타측이 승강모듈(67)에 힌지결합되는 왕복플레이트(95)를 구비한다.

회전플레이트(91)의 일측은 회전축(80)에 고정된다. 그리고 회전플레이트(91)의 타측은 왕복플레이트(95)와 힌지결합된다.

왕복플레이트(95)는 상하로 길게 형성된다. 왕복플레이트(95)의 하부는 회전플레이트(91)와 힌지결합되고, 상부는 연결프레임(67)에 힌지결합된다.

모터가 구동하면 회전플레이트(91)는 일방향으로 회전한다. 회전플레이트(91)의 회전에 의해 왕복플레이트(95)가 상하로 이동하면서 승강모듈(50)을 상부로 이동시킨 다음 본체(10)를 상부로 이동시키는 과정을 반복한다.

상술한 본 발명의 나무 등반로봇의 작동에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하면서 간단하게 설명한다.

먼저, 상부벨트(40)와 하부벨트(30)의 일측을 상부경사브라켓(55)과 하부경사브라켓(15)으로부터 분리한 다음 오르고자 하는 나무의 줄기(1)를 감싼다. 그리고 상부벨트(40)와 하부벨트(30)의 일측을 상부경사브라켓(55)과 하부경사브라켓(15)에 결합시킨다. 이 상태에서는 본체(10)의 하중이 상부벨트(40)와 하부벨트(30)에 모두 작용하여 상부벨트(40)와 하부벨트(30)가 본체(10) 방향으로 당겨지면서 상부벨트(40)와 하부벨트(30)가 나무 줄기(1)에 밀착된 상태로 고정된다.

그리고 모터가 작동하여 회전플레이트(91)가 하부에서 상부로 회전하게 되면 왕복플레이트(95)가 서서히 상승한다. 왕복플레이트(95)가 상승하게 되면 승강모듈(50)이 서포트바(20)를 따라 상부로 이동하게 된다. 승강모듈(50)이 상부로 이동하는 순간 상부벨트(40)에 가해지는 본체(10)의 하중이 사라지므로 상부벨트(40)가 느슨해지면서 승강모듈(50)과 함께 위로 이동할 수 있다.

그리고 왕복플레이트(95)가 최고점에 도달하면 회전플레이트(91)가 상부에서 하부로 회전하고, 이에 따라 왕복플레이트(95)가 서서히 하강한다. 왕복플레이트(95)가 하강하게 되면 승강모듈(50)이 서포트바(20)를 따라 하부로 이동하여야 하지만 승강모듈(50)이 하부로 이동하려는 순간 상부벨트(40)에 힘이 작용하여 상부벨트(40)는 나무 줄기(1)에 밀착되어 고정된다. 나무 줄기(1)에 고정되어 버티는 상부벨트(40)에 의해 승강모듈(50)의 하강이 차단되므로 모터의 회전력은 승강모듈(50)을 하강시키지 못한다. 이에 따라 모터의 회전력은 본체(10)를 상승시키는 힘으로 작용한다. 본체(10)에 상승하는 힘이 작용하면 하부벨트(30)에 가해지는 본체(10)의 하중이 사라지므로 하부벨트(30)가 느슨해지면서 본체(10)와 함께 위로 이동한다.

그리고 왕복플레이트(95)가 최하점에 도달하면 회전플레이트(91)가 다시 하부에서 상부로 회전하고, 이에 따라 왕복플레이트(95)가 서서히 상승한다. 왕복플레이트(95)가 상승하게 되면 다시 하부벨트(30)에 본체(10)의 하중이 가해져 하부벨트(30)는 나무 줄기(1)에 밀착되어 고정된다. 이 상태에서 왕복플레이트(95)가 상승하게 되면 승강모듈(50)이 서포트바(20)를 따라 상부로 이동하게 된다. 승강모듈(50)이 상부로 이동하게 되면 상부벨트(40)에는 본체(10)의 하중이 작용하지 않으므로 상부벨트(40)가 다시 위로 이동한다.

이동수단에 의해 이러한 과정이 반복되면서 상부벨트와 하부벨트는 교대로 이동하여 본체의 위치를 점차적으로 높인다.

상술한 바와 같이 본 발명은 모터의 회전에 의해 왕복플레이트가 상승과 하강을 반복하고 이에 따라 상부벨트가 위로 올라간 다음 나무줄기에 매달려 버텨주고, 하부벨트가 위로 올라간 다음 나무 줄기에 매달려 버텨주고 다시 상부벨트가 위로 올라가는 과정을 교대로 수행하면서 나무를 오를 수 있는 것이다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10:본체 20: 서포트바
30:하부벨트 40: 상부벨트
50: 승강모듈 90: 링크유닛

Claims (3)

1. 삭제
2. 본체와;
   상기 본체에 고정되어 상하로 길게 형성되는 서포트바와;
   나무의 줄기를 감쌀 수 있는 하부벨트와;
   상기 본체에 설치되어 상기 하부벨트의 단부가 결합되며, 상기 하부벨트가 상기 줄기에 비스듬하게 걸쳐질 수 있도록 하방으로 경사지게 형성된 하부경사브라켓과;
   상기 줄기를 감쌀 수 있는 상부벨트와;
   상기 서포트바에 결합되어 상기 서포트바를 따라 상하로 이동이 가능한 승강프레임부와, 상기 승강프레임부에 설치되어 상기 상부벨트의 단부가 결합되며 상기 상부벨트가 상기 줄기에 비스듬하게 걸쳐질 수 있도록 하방으로 경사지게 형성된 상부경사브라켓을 포함하는 승강모듈과;
   상기 상부벨트와 상기 하부벨트를 교대로 이동시켜 상기 본체가 상기 나무를 오르게 하는 이동수단;을 구비하고,
   상기 이동수단은 상기 하부벨트가 상기 줄기에 고정된 상태에서 상기 승강프레임부를 상부로 이동시키고, 상기 상부벨트가 상기 줄기에 고정된 상태에서 상기 본체를 상부로 이동시키며,
   상기 이동수단에 의해 상기 승강프레임부가 상부로 이동시 상기 상부벨트에 가해지는 상기 본체의 하중이 사라져 상기 상부벨트가 느슨해지면서 상기 승강프레임부와 함께 이동하고, 상기 본체가 상부로 이동시 상기 하부벨트에 가해지는 상기 본체의 하중이 사라져 상기 하부벨트가 느슨해지면서 상기 본체와 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 나무 등반 로봇.
3. 제 2항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 본체에 설치된 모터와, 상기 모터의 회전축에 결합되어 상기 모터의 구동에 의해 상기 승강모듈의 이동과 상기 본체의 이동을 교대로 수행하는 링크유닛을 구비하고,
   상기 링크유닛은 상기 회전축에 결합되어 회전가능한 회전플레이트와, 일측이 상기 회전플레이트에 힌지결합되고 타측이 상기 승강모듈에 힌지결합되는 왕복플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 나무 등반 로봇.
   

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