KR101972847B1 - 병렬 케이블 로봇을 이용한 로보틱 콘크리트 타설장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공사현장 및 건축물 시공 작업 시에 바닥면을 공사하는데 필요한 콘크리트 타설 작업을 병렬케이블로봇을 이용하여 무인 자동화하고 타설 품질을 자동으로 검사할 수 있는 로보틱 콘크리트 타설장치에 대한 것으로, 콘크리트 타설 구역 주변으로 배치되는 고정 프레임(110)과; 상기 고정 프레임에 지지되는 복수의 케이블(121)이 고정되며, 콘크리트가 공급되는 압송관(11) 또는 다짐기를 고정하게 되는 체결수단(131)(141)과, 영상을 촬영하기 위한 카메라모듈(132)과, 상기 카메라모듈(132)의 영상을 송출하기 위한 통신부(133)를 포함하는 엔드 이펙터(130)와; 상기 각 케이블(121)을 권취 또는 귄출하기 위한 복수의 윈치부(150)와; 상기 통신부(133)로부터 전달된 영상 신호를 수신하여 출력하며, 상기 윈치부(150)의 구동을 제어하기 위한 제어유닛(200)을 포함한다.

Description

병렬 케이블 로봇을 이용한 로보틱 콘크리트 타설장치{Robotic concrete placing apparatus utilizing parallel cable-robot}

본 발명은 공사현장 및 건축물 시공 작업 시에 바닥면을 공사하는데 필요한 콘크리트 타설 작업을 병렬 케이블 로봇을 이용하여 무인 자동화하고 타설 품질을 자동으로 검사할 수 있는 로보틱 콘크리트 타설장치에 대한 것이다.

콘크리트 타설은 건축물 또는 공사현장의 바닥과 뼈대를 이루는 골조공사 공법으로, 넓은 공간에 철근과 판재로 짜여진 건축물의 거푸집(주틀)안에 콘크리트를 붓고 건조시켜, 건축물 또는 공사바닥면의 인장력과 압축력을 강화하여 건물의 기초와 뼈대를 만드는 작업이다.

일반적인 콘크리트 타설 작업은, 바닥 정지, 먹매김(바닥에 도면대로 그림그리기), 형틀 설치, 보 밑 바닥판 철근 배근, 콘크리트 타설, 형틀해체, 건조의 순서로 진행된다. 이 중, 콘크리트 타설 작업은 모래와 시멘트를 믹싱해서 운송하는 레미콘 트럭으로부터 전송된 콘크리트를, 펌프카가 압력을 이용하여 압송관을 통해 이전 공정에서 만들어진 형틀로 콘크리트를 압송하고, 작업자들이 펌프카의 압송관의 끝을 잡아끌어 이동시키는 방식으로 타설 위치를 바꾸어가며, 적당량의 콘크리트가 작업면에 골고루 타설되도록 작업한다.

이러한 현재의 작업과정은, 많은 작업자들이 콘크리트 타설점 주변에서 무겁고 다루기에 위험한 압송관을 직접 잡아 이동시키며 콘크리트 양을 조절하는 과정에서의 작업강도, 안전사고 위험, 콘크리트 타설 양 조절이 숙련공의 감에 의존해서 결정되어 타설 품질이 균일하지 못하며, 또한 다지기/평탄화(바이브레이터) 작업 및 이후 검사작업 또한 수작업에 의존하여 작업효율이 낮은 단점을 가진다.

공개실용신안공보 제20-1999-0036968호(공개일자: 1999.10.05.)

본 발명은 병렬 케이블 로봇을 이용하여 공사현장 및 건축물 시공현장의 콘크리트 타설 작업, 다짐작업 및 이후 검사작업을 자동으로 수행할 수 있는 로보틱 콘크리트 타설장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치는, 콘크리트 타설 구역 주변으로 배치되는 고정 프레임과; 상기 고정 프레임에 지지되는 복수의 케이블이 고정되며, 콘크리트가 공급되는 압송관 또는 다짐기를 고정하게 되는 체결수단과, 영상을 촬영하기 위한 카메라모듈과, 상기 카메라모듈의 영상을 송출하기 위한 통신부를 포함하는 엔드 이펙터와; 상기 각 케이블을 권취 또는 귄출하기 위한 복수의 윈치부와; 상기 통신부로부터 전달된 영상 신호를 수신하여 출력하며, 상기 윈치부의 구동을 제어하기 위한 제어유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 엔드 이펙터는, 상기 케이블이 고정되고 상기 체결수단, 상기 카메라모듈 및 상기 통신부를 일체로 고정하는 고정브라켓을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제어유닛은, 상기 엔드 이펙터의 통신부와 통신이 이루어져 영상 정보를 수신하기 위한 제2통신부와; 수신된 영상 정보를 출력하기 위한 디스플레이와; 명령어를 입력할 수 있는 입력장치와; 데이터를 저장하기 위한 메모리부와; 입력된 정보를 처리하고 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 엔드 이펙터의 작업 형태에 따라서 콘크리트 타설 모드, 다짐 모드 및 검사 모드를 제공하며, 상기 메모리부에 프로그램된 작업 시퀀스에 따라서 각 모드에 해당하는 작업을 자동으로 수행한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 메모리부에 기저장된 콘크리트 타설 또는 다짐 작업에 대한 사례 데이터와, 촬영된 작업 영상을 비교 평가하여 상기 검사 모드를 수행한다.

본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치는, 콘크리트 타설 구역 주변으로 배치되는 고정 프레임과, 고정 프레임에 지지되는 복수의 케이블이 고정되고 콘크리트가 공급되는 압송관 또는 다짐기를 고정하고 작업 영상을 촬영하여 그 영상을 송출 가능한 엔드 이펙터와, 각 케이블의 길이를 제어하기 위한 복수의 윈치부와, 엔드 이펙터로부터 전달된 영상 신호를 수신하여 출력하고 윈치부의 구동을 제어하기 위한 제어유닛을 포함하여, 종래의 숙련 작업자에 의존하던 콘크리트 타설과 다짐 작업을 효율적으로 수행할 수 있고 작업 시간을 현저히 단축할 수 있으며, 안전사고를 방지하고 공사 품질을 높이고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치의 구성도,
도 2의 (a)(b)는 각각 본 발명의 엔드 이펙터의 바람직한 실시예들을 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치에 있어서, 윈치부의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치의 제어유닛의 구성도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치는, 콘크리트 타설 구역 주변으로 배치되는 고정 프레임(110)과, 고정 프레임(110)에 지지되는 복수의 케이블(121)이 고정되고 콘크리트가 공급되는 압송관(12)이 결합되는 엔드 이펙터(130)와, 각 케이블(121)을 권취 또는 귄출하기 위한 복수의 윈치부(150)와, 윈치부(150)의 구동을 제어하기 위한 제어유닛(200)을 포함한다.

고정 프레임(110)과 인접하여 공지의 펌프카(10)가 배치되며, 펌프카(10)는 믹서카(미도시)로부터 공급되는 콘크리트를 압송하기 위한 펌핑장치(11)와, 펌핑장치(11)에 의해 압송된 콘크리트를 타설 지역으로 공급하는 압송관(12)을 포함한다. 한편, 압송관(12)은 일정 간격마다 다관절의 힌지부가 마련되어 압송관(12)의 토출단은 전후/좌우 방향으로 자유롭게 이동이 가능하며, 압송관(12)의 토출단은 직접 엔드 이펙터(130)와 결합되거나 플렉셔블한 호스를 매개로 하여 결합될 수도 있다.

고정 프레임(110)은 콘크리트 타설 구역 보다는 넓게 배치되며, 본 실시예에서는 4개의 고정 프레임(110)이 사각의 평면상에 배치되는 것을 예시하고 있으나, 콘크리트 타설 구역의 여건에 따라서 고정 프레임(110)의 배치는 다를 수 있으며, 또한 그 숫자 역시도 4개에 한정되는 것은 아니다.

엔드 이펙터(130)는 복수 개의 케이블(121)이 고정되며, 이때 케이블(121)은 윈치부(150)와 동수로 구성되어 각 케이블(121)의 권취/권출에 의해 엔드 이펙터(130)는 고정 프레임(110)에 의해 형성된 작업 공간 내에서 임의 방향으로 이동이 가능하다.

엔드 이펙터(130)는 압송관(12)의 단부가 결합되며, 바람직하게는, 영상을 촬영하기 위한 카메라모듈과 촬영된 영상을 송출하기 위한 통신부를 포함한다.

도 2의 (a)(b)는 각각 본 발명의 엔드 이펙터의 바람직한 실시예들을 보여주는 구성도이다.

도 2의 (a)에 예시된 것과 같이, 본 실시예의 엔드 이펙터는 콘크리트 타설용 엔드 이펙터(130)로서, 압송관을 고정하게 되는 체결수단으로서 압송관 고정구(131)와, 영상을 촬영하기 위한 카메라모듈(132)과, 촬영된 영상을 송출하기 위한 통신부(133)를 포함하며, 압송관 고정구(131), 카메라모듈(132) 및 통신부(133)는 고정브라켓(134)에 의해 일체로 고정될 수 있다. 케이블은 고정브라켓(134)에 연결되어 엔드 이펙터(130)의 구동이 이루어질 수 있다.

압송관 고정구(131)는 압송관이 삽입 고정될 수 있는 구조이면 족하며, 압송관을 견고히 고정하기 위하여 탈부착이 가능한 주지의 호스 클램프를 포함할 수 있다.

카메라모듈(132)은 압송관 고정구(131)와 인접하게 배치되어 고정브라켓(134)에 고정되며, 다양한 각도로 배치된 복수 개의 카메라로 구성되어 압송관을 통해 토출되는 콘크리트 토출 상태와 콘크리트 타설 위치의 상황 등을 모니터링할 수 있다. 카메라모듈(132)에서 촬영된 영상 정보는 통신부(133)를 통해 외부로 송출이 이루어진다.

다음으로, 도 2의 (b)에 예시된 것과 같이, 다른 실시예에 따른 엔드 이펙터는 다짐용 엔드 이펙터(140)로서, 콘크리트의 타설 이후에 콘크리트의 다짐 작업을 위한 다짐기를 고정할 수 있는 다짐기 지그(141)를 포함할 수 있다. 다짐기 지그(141)는 카메라모듈(142) 및 통신부(143)와 함께 고정브라켓(144)에 의해 일체로 고정되는 것은 앞서 실시예와 동일하다.

다짐기 작업은 콘크리트 타설 이후에 양생 과정에서 콘크리트에 발생된 기포를 배출하고 타설면을 평탄하게 고르기 위한 작업을 의미하여, 일반적으로 전기모터와, 이 전기모터에 의해 구동되어 진동이 이루어지는 진동수단으로 구성된다.

본 실시예의 엔드 이펙터(140)는 주지의 다짐기를 체결할 수 있는 다짐기 지그(141)가 구비되어 콘크리트 타설 이후에 다짐기 지그(141)에 다짐기를 체결하여 다짐 작업을 수행할 수 있다. 다짐기 지그(141)는 다짐기를 고정할 수 있는 주지의 체결수단에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 볼트 체결, 클램프 체결이 있을 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 이해를 돕기 위하여 엔드 이펙터가 콘크리트 타설 용도와 다짐 용도로 구분되는 것으로 예시하여 설명하였으나, 하나의 고정브라켓에 압송관 고정구와 다짐기 지그가 일체로 구성되어 작업 상황에 따라서 압송관 또는 다짐기를 체결하여 작업이 이루어질 수도 있다.

다시 도 1을 참고하면, 윈치부(150)는 각 케이블(121) 마다 구비되어 케이블(121)을 권취 또는 권출하여 케이블을 길이를 조절한다.

도 3은 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치에 있어서, 윈치부의 구성도로서, 윈치부(150)는 케이블이 감기게 되는 보빈(151)과, 보빈(151)을 정회전 또는 역회전 구동하게 되는 모터(152)와, 제어유닛에서 전달된 제어신호에 의해 모터(152)의 회전 구동을 제어하게 되는 모터 드라이버(153)를 포함하며, 바람직하게는, 케이블의 길이 변화를 검출하는 엔코더 또는 텐션을 검출하기 위한 로드셀(154)을 더 포함할 수 있다. 로드셀(154)에서 검출된 검출 신호(텐션)는 제어유닛으로 전달되며, 제어유닛은 윈치부(150)에서 전달된 케이블의 텐션과 엔코더 정보를 활용하여 엔드 이펙터의 정확한 힘제어 및 위치 제어가 이루어질 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 본 실시예에서 윈치부(150)는 각 고정 프레임(110)의 상단과 하단에 배치되는 것으로 예시하고 있으나, 윈치부(150)의 배치 위치는 작업 환경에 따라서 그 배치는 다양하게 변경될 수 있으며, 이때 케이블(121)을 각 윈치부(150)로 안내하기 위하여 주지의 풀리(pulley)가 마련될 수 있다.

제어유닛(200)은 엔드 이펙터(130)의 카메라모듈로부터 전송된 영상 신호를 수신하여 이를 출력하며, 각 윈치부(150)를 제어하여 케이블(121)의 길이를 조정하여 엔드 이펙터(130)의 위치를 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 로보틱 콘크리트 타설장치의 제어유닛의 구성도이다.

도 4를 참고하면, 제어유닛(200)은 엔드 이펙터의 통신부와 통신이 이루어져 영상 정보를 수신하기 위한 통신부(210)와, 수신된 영상 정보를 출력하기 위한 디스플레이(220)와, 명령어를 입력할 수 있는 입력장치(230)와, 데이터를 저장하기 위한 메모리부(240)와, 입력된 정보를 처리하고 제어 신호를 출력하는 제어부(250)를 포함한다.

또한 제어부(250)는 케이블의 길이를 조정하기 위한 제어 신호를 각 윈치부(150)의 모터드라이브(153)로 출력하며, 케이블 조작 시에 케이블에서 발생되는 텐션 정보를 수신할 수 있다.

입력장치(230)는 키입력 방식의 키패드 또는 엔드 이펙터를 직접 조작하기 위한 입력수단으로 조이스틱을 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 제어유닛(200)은 선택 가능한 작업 모드로서 콘크리트 타설 모드, 다짐 모드 및 검사 모드를 제공하고 사용자의 모드 선택에 의해 엔드 이펙터의 작업 모드를 선택할 수 있으며, 이때 제어부(250)는 메모리부(240)에 프로그램된 작업 시퀀스에 따라서 각 모드에 적합하게 윈치부(150)를 제어하여 자동으로 작업이 수행될 수 있다. 한편, 사전에 작업자는 콘크리트 타설 구역에 대한 정보(좌표, 위치 등)를 입력장치를 통해 입력하여 작업에 필요한 프로그램 작업을 수행할 수 있다.

바람직하게는, 메모리부(240)에 콘크리트 타설 또는 다짐 작업에 대한 다양한 사례 데이터가 저장되며, 제어유닛(200)은 검사 모드 수행 시에 촬영된 현장 작업 영상을 사례 데이터와 비교하여 작업 완성도의 평가가 이루어질 수 있다.

또한, 작업자는 입력장치(230)로서 조이스틱을 직접 조작하여 실시간으로 엔드 이펙터를 조정하여 콘크리트 타설, 다짐 작업 및 검사 작업을 수행할 수 있으며, 작업자는 디스플레이(220)에 출력된 실시간 작업 영상을 참고하여 작업을 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

110 : 고정 프레임 121 : 케이블
130, 140 : 엔드 이펙터 131 : 압송관 고정구
132, 142 : 카메라모듈 133, 143 : 통신부
141 : 다짐기 지그 150 : 윈치부
200 : 제어유닛 210 : 통신부
220 : 디스플레이 230 : 입력장치
240 : 메모리부 250 : 제어부

Claims (5)

1. 콘크리트 타설 구역 주변으로 배치되는 고정 프레임과;
   상기 고정 프레임에 지지되는 복수의 케이블이 고정되며, 콘크리트가 공급되는 압송관 또는 다짐기를 고정하게 되는 체결수단과, 영상을 촬영하기 위한 카메라모듈과, 상기 카메라모듈의 영상을 송출하기 위한 통신부를 포함하는 엔드 이펙터와;
   상기 각 케이블을 권취 또는 귄출하기 위한 복수의 윈치부와;
   상기 통신부로부터 전달된 영상 신호를 수신하여 출력하며, 상기 윈치부의 구동을 제어하기 위한 제어유닛;을 포함하며,
   상기 엔드 이펙터는, 상기 케이블이 고정되고 상기 체결수단, 상기 카메라모듈 및 상기 통신부를 일체로 고정하는 고정브라켓을 포함하는 로보틱 콘크리트 타설장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제어유닛은,
   상기 엔드 이펙터의 통신부와 통신이 이루어져 영상 정보를 수신하기 위한 제2통신부와;
   수신된 영상 정보를 출력하기 위한 디스플레이와;
   명령 및 명령어를 입력할 수 있는 입력장치와;
   데이터를 저장하기 위한 메모리부와;
   입력된 정보를 처리하고 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 로보틱 콘크리트 타설장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 엔드 이펙터의 작업 형태에 따라서 콘크리트 타설 모드, 다짐 모드 및 검사 모드를 제공하며, 상기 메모리부에 프로그램된 작업 시퀀스에 따라서 각 모드에 해당하는 작업을 자동으로 수행하는 것을 특징으로 하는 로보틱 콘크리트 타설장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 메모리부에 기저장된 콘크리트 타설 또는 다짐 작업에 대한 사례 데이터와, 촬영된 작업 영상을 비교 평가하여 상기 검사 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 로보틱 콘크리트 타설장치.

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