KR102027254B1 - 주행 로봇 - Google Patents

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KR102027254B1
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송영은
이인
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

주행 로봇이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 주행 로봇은 주행 가능한 로봇 본체; 상기 로봇 본체에 지지되고, 상기 로봇 본체와 연결된 케이블을 감거나 푸는 윈치; 상기 케이블에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부; 및 상기 장력 측정부의 측정 장력이 설정 임계값 이하가 되도록 상기 윈치의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

주행 로봇{DRIVING ROBOT}
본 발명은 주행 로봇에 관한 것이다.
파울링(Fouling) 청소 등 다양한 임무를 수행하기 위해 로봇이 사용된다. 로봇은 대상물의 표면 등을 주행하며 임무를 수행한다.
로봇은 주행 도중 장애물에 의해 테더 케이블이 걸리는 현상이 빈번히 발생한다. 걸림 현상이 발생하면, 대부분 육상 쪽 테더 케이블에는 하중이 작용하지 않지만, 로봇 쪽 테더 케이블이 당겨져 하중을 받게 된다. 이때, 순간적으로 테더 케이블과 연결부(커넥터)에 과도한 충격이 전달되고, 심할 경우 파단이 나는 경우도 있으며, 해당 부분에 피로가 누적되어 로봇, 커넥터 및 케이블의 수명을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는, 케이블 및 로봇의 수명을 향상시키도록 구성된 주행 로봇을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주행 가능한 로봇 본체; 상기 로봇 본체에 지지되고, 상기 로봇 본체와 연결된 케이블을 감거나 푸는 윈치; 상기 케이블에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부; 및 상기 장력 측정부의 측정 장력이 설정 임계값 이하가 되도록 상기 윈치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는, 주행 로봇이 제공될 수 있다.
상기 장력 측정부는, 상기 케이블의 일부 영역을 지지하는 서포트; 및 상기 케이블이 상기 서포트를 누르는 정도를 측정하는 로드셀을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 로봇 본체의 주행 과정에서 상기 측정 장력이 설정 기준값을 유지하도록 상기 윈치의 동작을 제어할 수 있다.
상기 주행 로봇은 상기 로봇 본체의 주행 과정에서 상기 케이블이 장애물에 걸렸는지 여부를 감지하는 장애물 걸림 감지부; 및 상기 장애물에 대한 상기 케이블의 걸림을 제거하도록 작동하는 장애물 걸림 제거부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 장애물 걸림 감지부로부터 감지값을 수신하여 상기케이블이 상기 장애물에 걸린 것으로 판단되면, 상기 장애물에 대한 상기 케이블의 걸림을 제거하도록 상기 장애물 걸림 제거부를 제어할 수 있다.
상기 장애물 걸림 감지부는, 상기 로봇 본체에 지지되고, 상기 케이블이 관통하는 관통구가 형성된 프레임; 및 상기 관통구의 내측벽에 설치되어 상기 케이블이 상기 내측벽을 누르는 정도를 감지하는 로드셀을 포함할 수 있다.
상기 프레임은, 상기 케이블이 감기거나 풀리는 상기 윈치의 드럼의 회전축과 나란한 방향으로 이동 가능하게 지지될 수 있다.
상기 장애물 걸림 제거부는, 상기 로봇 본체에 스위블링 가능하게 결합되는 회전 지지부; 상기 회전 지지부에 틸팅 가능하게 결합되는 암; 상기 케이블을 상기 암에 대해 지지하되, 상기 케이블이 통과 가능한 구조를 가지는 케이블 지지부; 상기 회전 지지부를 상기 로봇 본체에 대해 스위블링시키기 위한 구동력을 제공하는 스위블링 구동부; 및 상기 암을 회전 지지부에 대해 틸팅시키기 위한 구동력을 제공하는 틸팅 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주행 과정에서 케이블의 장력이 설정 임계값을 넘지 않도록 제어됨으로써 케이블의 손상을 방지하고 주행 로봇의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 측면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 평면도이고,
도 4는 도 2의 A부분을 확대한 도면이고,
도 5는 도 2의 B부분을 확대한 사시도이고,
도 6은 도 5의 BB 선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이고,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇의 측면도이고,
도 9는 도 8의 D부분을 확대한 사시도이고,
도 10은 도 9의 EE선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이고,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇이 장애물에 대한 케이블의 걸림을 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주행 로봇의 평면도이고, 도 4는 도 2의 A부분을 확대한 도면이고, 도 5는 도 2의 B부분을 확대한 사시도이고, 도 6은 도 5의 BB 선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이다. 참고로 도 1 내지 도 6에서 +X 방향은 주행 로봇의 전방을 의미한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 주행 로봇(100)은 로봇 본체(110)와, 윈치(120)와, 장력 측정부(130)와, 제어부(150)를 포함한다.
로봇 본체(110)는 주행 가능하다. 예컨대, 로봇 본체(110)는 바퀴를 가지며, 바퀴를 회전시키기 위한 구동 모터(미도시)가 로봇 본체(110)에 탑재된다.
로봇 본체(110)는 청소, 용접 등 다양한 미션을 수행할 수 있고, 해당 미션을 수행하기 위한 각종 장비가 탑재될 수 있다.
윈치(120)는 로봇 본체(110)에 지지된다. 윈치(120)는 로봇 본체(110)와 연결된 케이블(50)을 감거나 푼다.
예컨대, 윈치(120)는 케이블(50)이 감기거나 풀리는 드럼(121)과 드럼(121)을 회전시키기 위한 구동 모터(123)를 포함할 수 있다.
예컨대, 케이블(50)은 테더 케이블일 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
윈치(120)는 로봇 본체(110)의 후방에 위치할 수 있다.
윈치(120)는 로봇 본체(110)에 지지된 윈치 지지 부재(141)에 지지될 수 있다.
예컨대, 드럼(121)은 마주보는 한 쌍의 윈치 지지 부재(141) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 구동 모터(123)는 한 쌍의 윈치 지지 부재(141) 중 하나에 지지될 수 있다. 이때, 구동 모터(123)의 모터축은 드럼(121)의 회전축과 연결될 수 있다.
장력 측정부(130)는 케이블(50)에 걸리는 장력을 측정한다.
예컨대, 장력 측정부(130)는 서포트(131)와, 로드셀(133)을 포함할 수 있다.
서포트(131)는 케이블(50)의 일부 영역을 지지한다. 서포트(131)는 케이블(50)의 지지 영역이 완만한 곡선 형태로 구부러지도록 곡판 형상을 가질 수 있다.
로드셀(133)은 서포트(131)의 일측에 배치되어 케이블(50)이 서포트(131)를 누르는 정도를 측정한다. 로드셀(133)에서 측정된 측정값을 환산하여 케이블(50)에 걸리는 장력을 측정할 수 있다.
일례로, 로드셀(133)은 한 쌍의 보조 지지 부재(143) 사이에 배치될 수 있다. 각 보조 지지 부재(143)는 각 윈치 지지 부재(141)에서 연장 형성될 수 있다.
이때, 로드셀(133)은 드럼(121)의 회전축과 나란하게 연장된 지지바(146)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합된 이동 블록(145)에 지지될 수 있다. 이때, 로드셀(133)의 일단은 서포트(131)에 고정되고, 로드셀(133)의 타단은 이동 블록(145)에 고정될 수 있다.
또는 로드셀(133)은 도시되지 않았으나 드럼(121)의 회전축과 나란하게 연장된 지지바에 고정 지지될 수 있다. 이때, 로드셀(133)의 일단은 서포트(131)에 고정되고, 로드셀(133)의 타단은 지지바에 고정될 수 있다.
제어부(150)는 장력 측정부(130)의 측정 장력이 설정 임계값 이하가 되도록 윈치(120)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 설정 임계값은 케이블(50)이 손상되지 않고 견딜 수 있는 최대 장력값 또는 상기 최대 장력값에 안전 마진을 준 값일 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는 로봇 본체(110)가 주행하는 과정에서 장력 측정부(130)로부터 측정 장력을 수신한다. 제어부(150)는 측정 장력이 설정 임계값을 넘으면 윈치(120)가 신속하게 케이블(50)을 풀어 케이블(50)에 걸린 장력이 설정 임계값 이하가 되도록 윈치(120)를 제어한다.
이와 같이 작동하는 제어부(150)는 로봇 본체(110)가 주행하는 과정에서 어떤 이유로 인해 케이블(50)에 걸리는 장력이 순간적으로 설정 임계값을 넘더라도 이에 대응하여 곧바로 케이블(50)에 걸리는 장력이 설정 임계값을 넘지 않도록 윈치(120)를 제어함으로써, 케이블(50)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 제어부(150)는 로봇 본체(110)의 주행 과정에서 측정 장력이 설정 기준값을 유지하도록 윈치(120)의 동작을 제어할 수 있다.
예컨대, 로봇 본체(110)의 주행 과정에서 케이블(50)이 늘어져 바닥과 마찰을 일으키거나 장애물에 걸리는 것을 미연에 방지하도록 로봇 본체(110)의 주행 과정에서 케이블(50)은 적절한 장력을 유지할 필요가 있다.
이를 위해, 제어부(150)는 로봇 본체(110)의 주행 과정에서 장력 측정부(130)로부터 측정 장력을 수신하고, 측정 장력이 설정 기준값을 유지하도록 케이블(50)을 풀거나 감는 윈치(120)의 동작을 제어할 수 있다.
설정 기준값은 설정 임계값보다 작게 설정될 수 있다. 설정 기준값은 특정 값(ex. 10N)이거나 범위(ex. 8N~12N)로 결정될 수 있다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 한 쌍의 보조 지지 부재(143) 사이에 가이드(160)가 배치될 수 있다. 가이드(160)는 케이블(50)이 윈치(120)에 감기거나 풀릴 때 케이블(50)이 원할하게 감기거나 풀리도록 유도한다.
가이드(160)는 케이블(50)이 관통하는 관통구(160a)가 형성되고, 한 쌍의 보조 지지 부재(143) 사이에 개재되고 드럼(121)의 회전축과 나란한 방향으로 연장된 지지바(147)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합될 수 있다.
이 경우, 가이드(160)는 케이블(50)이 윈치(120) 또는 드럼(121)에 감기거나 풀릴 때 지지바(147)를 따라 슬라이딩 이동 하면서 케이블(50)이 원할하게 감기거나 풀리도록 유도한다.
위와 같은 본 실시예에 따른 주행 로봇(100)은 주행 과정에서 케이블(50)의 장력이 설정 임계값을 넘지 않도록 제어됨으로써 케이블(50)의 손상을 방지하고 주행 로봇(100)의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇의 측면도이고, 도 9는 도 8의 D부분을 확대한 사시도이고, 도 10은 도 9의 EE선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 주행 로봇(100)은 로봇 본체(110)와, 윈치(120)와, 장력 측정부(130)와, 제어부(150)와, 장애물 걸림 감지부(170)와, 장애물 걸림 제거부(180)를 포함한다.
본 실시예에서, 장애물 걸림 감지부(170)는 로봇 본체(110)의 주행 과정에서 케이블(50)이 장애물에 걸렸는지 여부를 감지한다.
예컨대, 장애물 걸림 감지부(170)는 프레임(171)과 로드셀(173)을 포함할 수 있다.
프레임(171)은 로봇 본체(110)에 지지될 수 있다. 이때, 프레임(171)은 한 쌍의 보조 지지 부재(143) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 프레임(171)은 지지바(147)에 의해 각 보조 지지 부재(143)에 지지될 수 있다. 이 경우, 프레임(171)은 보조 지지 부재(143), 지지바(147) 등을 매개로 로봇 본체(110)에 지지될 수 있다.
프레임(171)에는 케이블(50)이 관통하는 관통구(171a)가 형성될 수 있다. 케이블(50)이 윈치(120)에 감기거나 풀리는 과정에서 관통구(171a)를 통과할 수 있다.
지지바(147)는 윈치(120)의 드럼의 회전축에 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
일례로, 프레임(171)은 지지바(147)를 따라 슬라이딩 이동할 수 있다. 이 경우, 프레임은(171)은 케이블(50)이 원할하게 윈치(120)에 감기거나 풀리도록 유도하는 가이드 역할을 수행할 수 있다.
다른 예로, 프레임(171)은 지지바(147)에 고정 지지될 수 있다.
로드셀(173)은 관통구(171a)의 내측벽에 설치될 수 있다. 로드셀(173)은 케이블(50)이 관통구(171a)의 내측벽을 누르는 정도를 감지한다.
제어부(150)는 장애물 걸림 감지부(170)로부터 감지값을 수신하여 케이블(50)이 장애물에 걸렸는지 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 제어부(150)는 장애물 걸림 감지부(170)로부터 수신한 감지값을 미리 저장된 설정값과 비교하고 감지값이 설정값을 초과하면 케이블(50)이 장애물에 걸린 것으로 판단할 수 있다. 설정값은 실험 또는 경험을 통해 결정될 수 있다.
본 실시예에서 장애물 걸림 제거부(180)는 장애물에 대한 케이블(50)의 걸림을 제거하도록 작동한다.
예컨대, 장애물 걸림 제거부(180)는 회전 지지부(181)와, 암(183)과, 케이블 지지부(185)와, 스위블링 구동부(미도시)와 틸팅 구동부(미도시)를 포함한다.
회전 지지부(181)는 로봇 본체(110)에 스위블링 가능하게 결합된다. 예컨대, 회전 지지부(181)는 로봇 본체(110)의 상면에 상하 방향의 회전축(ex. Z축)을 중심으로 회전 가능하게 로봇 본체(110)에 결합될 수 있다.
회전 지지부(181)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이때, 회전 지지부(181)는 로봇 본체(110)에 대해 턴테이블처럼 동작할 수 있다.
암(183)은 회전 지지부(181)에 틸팅 가능하게 결합될 수 있다. 암(183)은 회전 지지부(181)와의 결합 부위에서 케이블(50) 방향으로 연장될 수 있다.
케이블 지지부(185)는 케이블(50)을 암(183)에 대해 지지할 수 있다. 케이블 지지부(185)는 케이블(50)이 통과 가능한 구조, 예컨대 링 형상을 가질 수 있다. 케이블 지지부(185)는 암(183)의 끝단에 결합될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
스위블링 구동부(미도시)는 회전 지지부(181)를 로봇 본체(110)에 대해 스위블링시키기 위한 구동력을 제공한다. 예컨대, 스위블링 구동부는 구동 모터(미도시)와 구동 모터의 회전 구동력을 회전 지지부(181)에 전달하는 기어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또는 스위블링 구동부는 회전 지지부(181)의 회전축과 직접 연결된 구동 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
틸팅 구동부(미도시)는 암(183)을 회전 지지부(181)에 대해 틸팅시키기 위한 구동력을 제공한다. 예컨대, 틸팅 구동부는 구동 모터(미도시)와 구동 모터의 회전 구동력을 암(183)에 전달하는 기어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또는 틸팅 구동부는 암(183)의 회전축과 직접 연결된 구동 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
제어부(150)는 장애물 걸림 감지부(170)로부터 감지값을 수신하여 케이블(50)이 장애물에 걸린 것으로 판단되면, 상기 장애물에 대한 상기 케이블(50)의 걸림을 제거하도록 상기 장애물 걸림 제거부(180)를 제어한다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주행 로봇이 장애물에 대한 케이블의 걸림을 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 11 내지 도 13을 주행 로봇(110')이 장애물(M)에 대한 케이블의 걸림을 제거하는 동작을 설명한다.
도 11을 참조하면, 주행 로봇(110')이 파울링 청소와 같은 임무를 수행 중이다. 이때, 로봇 본체(110)는 대상물의 표면을 따라 주행한다. 로봇 본체(110)가 주행하는 과정에서 케이블(50)에 장애물(M)에 걸린다. 이때, 제어부는 장애물 걸림 감지부(170)로부터 감지값을 수신하여 케이블(50)이 장애물(M)에 걸린 것으로 판단한다.
이후, 제어부(150)는 도 12와 같이 장애물(M)에 걸린 케이블(50)이 장애물(M)에서 분리되도록 장애물 걸림 제거부(180)의 암(183)을 위로 팅팅시킨다.
이후, 제어부(150)는 도 13과 같이 케이블(50)이 장애물(M)에서 벗어나도록 회전 지지부(181)를 스위블링시키고 암(183)을 아래로 틸팅시켜 케이블(50)을 바닥에 놓는다.
이와 같은 본 실시예에 따른 주행 로봇(100')은 주행 과정에서 장애물(M)에 걸리더라도 장애물 걸림을 제거할 수 있어 케이블(50)의 손상을 방지하고 주행 로봇(100')의 수명을 향상시킨다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
50 : 케이블
100 : 주행 로봇
110 : 로봇 본체
120 : 윈치
121 : 드럼
123 : 구동 모터
130 : 장력 측정부
131 : 서포트
133 : 로드셀
141 : 윈치 지지 부재
143 : 보조 지지 부재
145 : 이동 블록
150 : 제어부
170 : 장애물 걸림 감지부
171 : 프레임
173 : 로드셀
180 : 장애물 걸림 제거부
181 : 회전 지지부
183 : 암
185 : 케이블 지지부

Claims (7)

  1. 주행 가능한 로봇 본체;
    상기 로봇 본체에 지지되고, 상기 로봇 본체와 연결된 케이블을 감거나 푸는 윈치;
    상기 케이블에 걸리는 장력을 측정하는 장력 측정부; 및
    상기 장력 측정부의 측정 장력이 설정 임계값 이하가 되도록 상기 윈치의 동작을 제어하는 제어부;
    상기 로봇 본체의 주행 과정에서 상기 케이블이 장애물에 걸렸는지 여부를 감지하는 장애물 걸림 감지부; 및
    상기 장애물에 대한 상기 케이블의 걸림을 제거하도록 작동하는 장애물 걸림 제거부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 장애물 걸림 감지부로부터 감지값을 수신하여 상기 케이블이 상기 장애물에 걸린 것으로 판단되면, 상기 장애물에 대한 상기 케이블의 걸림을 제거하도록 상기 장애물 걸림 제거부를 제어하는, 주행 로봇
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장력 측정부는,
    상기 케이블의 일부 영역을 지지하는 서포트; 및
    상기 케이블이 상기 서포트를 누르는 정도를 측정하는 로드셀을 포함하는, 주행 로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 로봇 본체의 주행 과정에서 상기 측정 장력이 설정 기준값을 유지하도록 상기 윈치의 동작을 제어하는, 주행 로봇.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 걸림 감지부는,
    상기 로봇 본체에 지지되고, 상기 케이블이 관통하는 관통구가 형성된 프레임; 및
    상기 관통구의 내측벽에 설치되어 상기 케이블이 상기 내측벽을 누르는 정도를 감지하는 로드셀을 포함하는, 주행 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프레임은
    상기 케이블이 감기거나 풀리는 상기 윈치의 드럼의 회전축과 나란한 방향으로 이동 가능하게 지지되는, 주행 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 걸림 제거부는,
    상기 로봇 본체에 스위블링 가능하게 결합되는 회전 지지부;
    상기 회전 지지부에 틸팅 가능하게 결합되는 암;
    상기 케이블을 상기 암에 대해 지지하되, 상기 케이블이 통과 가능한 구조를 가지는 케이블 지지부;
    상기 회전 지지부를 상기 로봇 본체에 대해 스위블링시키기 위한 구동력을 제공하는 스위블링 구동부; 및
    상기 암을 회전 지지부에 대해 틸팅시키기 위한 구동력을 제공하는 틸팅 구동부를 포함하는, 주행 로봇.
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