KR102431336B1 - 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 큐브 형상을 가지며, 네 방향의 각 측면부에 대해 작업 모듈의 탈착이 가능하되, 상기 각 측면부에 대응하여, 복수 유형의 작업 중 선택된 유형의 작업을 수행하는 작업 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제1 인터페이스부를 구비한 로봇 본체와, 상기 로봇 본체의 하단을 지지하고, 양 측면 부위에 로봇 본체를 이동시키기 위한 복수 유형의 구동 모듈 중 선택된 유형의 구동 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제2 인터페이스부를 구비한 이동 플랫폼과, 상기 로봇 본체의 각 측면부에 구비된 제1 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 작업 모듈, 및 상기 이동 플랫폼의 양 측면에 구비된 제2 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 구동 모듈을 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기본 본체 모듈의 각 면에 독립적으로 서로 다른 유형의 작업 모듈을 결합, 분리 및 교체 가능하게 구현하여, 건설 현장 별 혹은 건설 현장에서 수반되는 다양한 유형의 작업 및 작업의 변화에도 빠르고 유연하게 대응할 수 있다.

Description

건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템{Multipurpose autonomous working robot system for construction}

본 발명은 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설 현장에서 수반되는 다양한 유형의 작업 및 작업의 변화에 빠르고 유연하게 대응할 수 있는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건설용 로봇은 인력을 대체하는 용도로 활용되어 건설 현장에서 사고 위험이 있거나 반복적인 시공을 보조할 수 있고 작업자의 부상 가능성을 줄인다.

그런데 기존의 건설용 로봇은 특정 건축물 및 특정 작업에 국한되도록 개발되어 다양한 용도로 활용이 어렵고 범용적이지 못한 단점이 존재한다. 일례로 벽체에 합판 마감재를 시공하는 건설용 로봇의 경우 바닥의 타일 마감재를 시공하는 작업에 활용되기 곤란하다.

더욱이, 종래의 경우 건설 시공에 필요한 작업 단위(예: 마감재 이송, 설치 등) 마다 전용의 로봇(마감재 이송 로봇, 마감재 설치 로봇)을 개별적으로 운영하여야 하므로 로봇 개발 및 투자비가 막대하게 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2012-0045607호 (2012.05.09 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은, 기본 본체 모듈의 각 면에 대해 서로 다른 유형의 작업 모듈을 적응적으로 교체할 수 있게 구현하여 건설 현장에서 수반되는 다양한 유형의 작업 및 작업의 변화에 빠르고 유연하게 대응할 수 있는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 큐브 형상을 가지며, 네 방향의 각 측면부에 대해 작업 모듈의 탈착이 가능하되, 상기 각 측면부에 대응하여, 복수 유형의 작업 중 선택된 유형의 작업을 수행하는 작업 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제1 인터페이스부를 구비한 로봇 본체와, 상기 로봇 본체의 하단을 지지하고, 양 측면 부위에 로봇 본체를 이동시키기 위한 복수 유형의 구동 모듈 중 선택된 유형의 구동 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제2 인터페이스부를 구비한 이동 플랫폼과, 상기 로봇 본체의 각 측면부에 구비된 제1 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 작업 모듈, 및 상기 이동 플랫폼의 양 측면에 구비된 제2 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 구동 모듈을 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템을 제공한다.

또한, 상기 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템은, 상기 로봇 본체의 상면부에 설치되며, 자율 주행 및 건설 자동화 작업을 수행하도록 영상을 포함한 주변 환경 정보를 센싱하는 센싱 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 본체는, 상면부에 상기 작업 모듈 또는 센싱 모듈이 추가로 결합되기 위한 제3 인터페이스부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템은, 상기 로봇 본체 및 상기 이동 플랫폼 상의 제1 및 제2 인터페이스부와 전기적으로 연결되며, 각 인터페이스부에 장착된 개별 모듈의 종류를 인식하고 인식된 개별 모듈의 동작을 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어 유닛은 상기 로봇 본체에 내장될 수 있다.

또한, 상기 로봇 본체는, 상기 로봇 본체 및 상기 이동 플랫폼 상의 각 인터페이스에 장착된 개별 모듈을 인식하고 개별 모듈의 동작을 제어하는 제어 유닛을 내장한 내측 본체, 및 상기 제1 인터페이스가 각 측면부에 형성되고 상기 제어 유닛의 제어 신호에 따라 내측 본체를 기준으로 외측에서 실린더 타입으로 승강 이동하여 높이 조절이 이루어지는 외측 본체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 작업 모듈은, 제어 신호에 따라 설정 작업을 수행하기 위한 작업 암, 및 일면에 상기 작업 암이 장착되며, 타면에 상기 로봇 본체의 제1 인터페이스부와 결합되는 결합부가 형성된 체결 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 로봇 본체의 제1 인터페이스부와 상기 체결 플레이트의 결합부는, 각각 레일 형상을 가지고 슬라이딩 방식으로 암수 결합되며, 결합 시 서로 전기 접속되도록 하니스 타입의 접속 단자가 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 작업 암은, 말단에 작업 툴이 장착되는 다관절 암 또는 적재물이 적재되는 지게 타입의 리프트 암 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 서로 다른 유형의 복수의 작업 모듈은, 각기 상이한 작업 툴이 장착되고 제어 신호에 따라 상기 작업 툴의 종류에 대응한 설정 작업을 수행하는 복수의 다관절 암 작업 모듈, 및 상단에 놓여진 적재물을 지지하고 제어 신호에 따라 상기 적재물을 승강시키는 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 다관절 암 작업 모듈은, 그리퍼 툴, 용접 툴, 연마 툴, 절단 툴, 드릴 툴, 롤러 툴 중에서 선택된 작업 툴이 장착될 수 있다.

또한, 상기 복수의 구동 모듈은, 고정형 바퀴 타입의 구동 모듈, 회전형 바퀴 타입의 구동 모듈, 무한 궤도 타입의 구동 모듈, 그리고 로봇 본체의 수평 유지를 위한 평형 유지 타입의 구동 모듈 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 본체는, 상면부에 설치된 센싱 모듈을 이용하여 작업 현장에 분산 설치되어 서로 다른 패턴의 빔을 발산하는 복수의 광원을 식별하고 각각의 광원과의 거리를 측정하며, 각 광원과의 거리 값을 광원 식별 코드와 함께 측위 장치로 무선 전송 후 실시간 수신되는 위치 값을 기반으로 자율 주행하며, 상기 실시간 측위 장치는, 상기 광원 별 위치 및 각 광원과의 거리 값을 기초로 상기 로봇 본체의 위치 값을 계산하여 상기 로봇 본체로 실시간 전송할 수 있다.

또한, 상기 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템은, 상기 로봇 본체의 적어도 한 측면부에 장착되는 다관절 암 작업 모듈과, 적어도 한 측면부에 장착되고 바닥재가 적재된 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈을 이용하여 작업 현장에서 바닥재를 설치하며, 상기 로봇 본체는, 감지 센서를 이용하여 상기 작업 현장의 바닥을 따라 설치된 복수의 마커를 인식하고, 상기 마커의 모서리 좌표를 이용하여 상기 바닥재의 설치 위치를 결정하여 상기 다관절 암 작업 모듈의 바닥재 설치 작업을 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기본 본체 모듈의 각 면에 독립적으로 서로 다른 유형의 작업 모듈을 결합, 분리 및 교체 가능하게 구현하여, 건설 현장 별 혹은 건설 현장에서 수반되는 다양한 유형의 작업 및 작업의 변화에도 빠르고 유연하게 대응할 수 있다.

아울러, 목적하는 작업의 종류 및 개수에 따라 다양한 조합의 작업 모듈을 각 면에 다중으로 장착하고 필요시 신속히 교체 가능하여 1기의 로봇으로 다목적 작업에 범용으로 활용 가능한 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 로봇 본체와 이동 플랫폼을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 다관절 작업 모듈에 장착 가능한 작업 툴을 예시한 도면이다.
도 4는 도 1의 로봇 본체에 작업 모듈이 결합되는 모습을 설명한 도면이다.
도 5는 도 1의 이동 플랫폼에 장착 가능한 구동 모듈을 예시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 시스템의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템을 바닥 마감재 설치 현장에 적용한 예시를 설명한 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 로봇 본체와 이동 플랫폼을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템(100)은 로봇 본체(110), 이동 플랫폼(120), 복수의 작업 모듈(130), 복수의 구동 모듈(140)을 포함한다.

로봇 본체(110)는 제어 유닛을 내장하며, 각 측면부에는 제1 인터페이스부(111)가 형성되어 복수의 작업 모듈(130) 중 선택된 유형의 작업을 수행하는 작업 모듈(130)이 전기-기계적으로 결합 가능하다. 여기서 작업 모듈(130)은 사실상 로봇 팔에 해당한다.

이동 플랫폼(120)은 로봇 본체(110)를 지지하며, 양 측면부에는 제2 인터페이스부(121)가 형성되어 복수의 구동 모듈(140) 중 선택된 유형의 구동 모듈(140)이 각각 전기-기계적으로 결합된다. 여기서 구동 모듈(140)은 사실상 로봇 다리에 해당한다.

복수의 작업 모듈(130)은 로봇 본체(110)의 각 측면부에 구비된 제1 인터페이스부(111)에 선택적으로 장착 가능하며, 서로 다른 유형으로 다양하게 준비된다. 복수의 구동 모듈(140)은 이동 플랫폼(120)의 양 측면에 구비된 제2 인터페이스부(121)에 선택적으로 장착 가능하며 서로 다른 유형으로 준비된다.

이와 같이, 로봇 본체(110)의 각 측면에는 복수의 작업 모듈(130) 중에서 선택된 유형의 작업 모듈이 장착 가능하며, 이동 플랫폼(120)의 양 측면에는 복수의 구동 모듈 중 선택된 유형의 구동 모듈(140)이 장착 가능하다.

따라서, 본 발명의 경우, 여러 유형의 작업 모듈 중 어느 한 유형의 작업 모듈(130)이 로봇 본체(110)의 각 면에 선택적으로 장착 및 교체될 수 있고, 여러 유형의 구동 모듈 중 어느 한 유형의 작업 모듈(130)이 이동 플랫폼(120)에 장착되어 구동할 수 있다.

이때, 로봇 본체(110)의 외측을 따라 장착되는 작업 모듈의 유형 및 개수는 건설 현장의 속성, 건축물 종류, 필요로 하는 작업 종류, 개수 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 이동 플랫폼(120)에 장착되는 구동 모듈(140)의 유형은 현장의 바닥 상태, 바닥 환경, 평탄도 등에 따라 달라질 수 있다.

이하에서는 로봇 본체(110)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 로봇 본체(110)는 육면을 가지는 큐브 형상을 가지며, 네 방향의 각 측면부에 대해서는 선택된 유형의 작업 모듈(130)의 탈착이 가능하게 구현된다. 이를 위해 로봇 본체(110)는 네 방향의 각 측면부에 대응하여 제1 인터페이스부(111)를 구비한다.

여기서, 제1 인터페이스부(111)는 로봇 본체(110)의 각 면에 대한 작업 모듈(130)의 전기적 및 기계적 결합을 지원한다. 물론 이러한 제1 인터페이스부(111)는 로봇 본체(110)의 내부에 장착된 제어 유닛(미도시)과 로봇 본체(110)의 외측면에 장착된 작업 모듈(130) 간을 전기적으로 연결한다.

구체적으로, 로봇 본체(110)는 네 방향의 각 측면부에 대응하여, 복수 유형의 작업 중 선택된 유형의 작업을 수행하는 작업 모듈(130)이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제1 인터페이스부(111)를 구비한다.

따라서, 로봇 본체(110)의 각 측면부에는 제1 인터페이스부(111)를 매개로 작업 로봇(130)이 각각 장착 및 전기적 접속될 수 있다.

로봇 본체(110)의 각 면에 장착 가능한 복수의 작업 모듈(130)은 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 구체적으로, 각기 상이한 작업 툴(T) 장착되어 제어 신호에 따라 작업 툴(T)의 종류에 대응한 설정 작업을 수행하는 복수의 다관절 암 작업 모듈(130-A)과, 상단에 놓여진 적재물(건설 자재)을 지지하고 제어 신호에 따라 적재물을 특정 높이로 승강시키는 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈(130-B)로 구분될 수 있다. 여기서 제어 신호란 본체 내 제어 유닛에 의해 전송된 신호에 해당할 수 있다.

도 1의 경우, 로봇 본체(110)의 네 측면부 중 세 면에 대해서는 각각 작업 툴(T)이 장착된 다관절 암 작업 모듈(130-A)이 설치되고, 나머지 한 면에 대해서는 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈(130-B)이 설치된 것을 예시한다.

여기서 다관절 암 작업 모듈(130-A)에 대한 직교 좌표계, 수직 다관절, 갠트리, 스칼라 등의 로봇 팔 특성, 직선 이동형 및 회전형 등의 로봇 팔 관절 구조 및 개수는 사전에 분석된 특정 건설 작업 특성에 근거하여 최적의 조합으로 구성될 수 있다. 뿐만 아니라 특정 건설 작업 현장의 환경 조건에 의해 방수, 방진, 방폭 및 저소음 등의 특수 기능부가 포함될 수 있다. 다관절 암 작업 모듈(130-A)은 암부에 작업 툴의 동작 모니터링 및 제어를 위한 카메라 센서가 장착될 수 있다.

도 3은 도 1의 다관절 작업 모듈에 장착 가능한 작업 툴을 예시한 도면이다.

도 3과 같이, 다관절 암 작업 모듈(130-A)의 말단에는 교체형 작업 툴이 선택적으로 장착 가능한데, 예를 들어 그리퍼 툴, 용접 툴, 연마 툴, 절단 툴, 드릴 툴, 청소나 페인팅용 롤러 툴 중에서 선택된 작업 툴이 장착될 수 있다. 이와 같이, 다관절 암 작업 모듈(130-A)은 암부 말단에 장착되는 작업 툴(T)의 종류에 따라 작업 유형이 달라진다. 여기서, 그리퍼 툴의 경우 건설 자재 등을 파지하거나 내려놓는 동작 뿐만 아니라, 타 모듈에 장착된 작업 툴의 교체를 위한 공구로 사용 가능하다.

복수의 작업 모듈(130; 130-A,130-B)은, 로봇 본체(110)의 제1 인터페이스부(111)에 전기-기계적 결합되는 체결 플레이트(131)와, 체결 플레이트(131)에 장착되고 제어 신호에 따라 설정 작업을 수행하는 작업 암(132)을 포함하여 구현될 수 있다.

체결 플레이트(131)의 일면에는 제1 인터페이스부(111)와 결합되기 위한 체결부(135)가 형성되고 타면에는 작업 암(132)이 장착된다. 작업 암(132)은 작업 툴이 장착되는 다관절 암 구조이거나, 적재물을 적재 및 승강하는 지게 타입의 리프트 암 구조를 갖는다.

이하에서는 설명의 편의상 다관절 암 작업 모듈(130-A)이 로봇 본체(110)에 결합되는 방식을 대표 예시로 하여 설명한다.

도 4는 도 1의 로봇 본체에 작업 모듈이 결합되는 모습을 설명한 도면이다.

도 4을 참조하면, 다관절 암 작업 모듈(130-A)은 제어 신호에 따라 설정 작업을 수행하기 위한 다관절 작업 암(132), 그리고 일면(전면)에는 작업 암(132)이 장착되고 타면(후면)에는 로봇 본체(110)의 제1 인터페이스부(111)와 전기-기계적으로 결합되는 결합부(135)가 형성된 체결 플레이트(131)를 포함하여 구성된다.

여기서, 로봇 본체(110)의 제1 인터페이스부(111)와 체결 플레이트(131)의 결합부(135)는 각각 레일 형상을 가지고 서로 슬라이딩 방식으로 암수 관계로 결합될 수 있다. 이때, 결합 시 서로 전기 접속되도록 하니스 타입의 접속 단자가 각각 형성될 수 있다. 여기서 물론 제1 인터페이스부(111) 및 결합부(135)는 암수 관계의 결합을 위한 홈 또는 돌기 구조를 다양하게 포함할 수 있다.

이와 같이, 다관절 암 작업 모듈(130-A)은 체결 플레이트(131)의 결합부(135)가 로봇 본체(110)의 제1 인터페이스부(111)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 삽입되는 방식으로 로봇 본체(110)에 기계적으로 결합될 수 있고, 기계적 결합과 동시에 하니스 타입의 접속 단자 끼리 접속됨에 따라 전기적 결합될 수 있다.

리프트 암 작업 모듈(130-B)의 경우도 제1 인터페이스부(111)와 전기-기계적 결합되는 체결 플레이트 및 그와 연결되어 제어 신호에 따라 동작하는 작업 암(지게 타입의 리프트 암)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 체결 플레이트의 후면 부분과 제1 인터페이스부 간 결합 구조는 앞서 상술한 방식과 동일하게 구현 가능하다.

리프트 암 작업 모듈(130-B)의 작업 암인 지게 타입의 리프트 암은 수평 프레임(W)과 수직 프레임(H)을 포함하여 구성될 수 있다. 수직 프레임(1)은 체결 플레이트의 일면에 결합되며 수평 프레임(W)이 승강 가능하게 결합되는 레일(r)을 길이 방향으로 형성하고 있다. 수평 프레임(W)은 레일을 타고 수직 프레임(l)을 기준으로 승강 가능하며 이를 통해 설정 높이로 위치 조정될 수 있다.

수평 프레임(W)의 상부에는 적재물(예: 바닥 마감재)이 적재된다. 이때, 적재물의 적재는 작업자에 의해 수행될 수도 있지만 로봇에 의해 자율적으로 수행될 수도 있다. 적재 방식을 예를 들면, 다관절 암 작업 모듈(130-A)이 말단에 장착된 그리퍼 툴을 제어하여 소정 구역에 적치된 마감재를 직접 파지한 상태에서 이를 수평 프레임(W)의 상면에 하나씩 옮기는 방식으로 적재할 수 있다. 각각의 동작은 로봇 본체(110)에 내장된 제어 유닛의 제어에 따라 이루어질 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예의 경우, 로봇 본체(110)의 상면부에도 인터페이스(112)(이하, 제3 인터페이스부)가 구비될 수 있다.

이러한 상면부의 제3 인터페이스부(112)를 통해서는 도 1과 같이 영상을 포함한 주변 환경을 센싱하여 자율 주행 및 건설 자동화 작업을 보조하는 센싱 모듈(150)이 전기-기계적 결합될 수 있다. 그밖에도, 후술하는 도 6에서와 같이, 추가적인 작업 모듈(130)이 전기-기계적으로 결합될 수 있다. 여기서 센싱 모듈(150) 또는 추가적인 작업 모듈(130) 역시 레일 타입의 체결 플레이트(P1)의 구조를 통하여 제3 인터페이스부(112)에 결합될 수 있다.

도 1에서 센싱 모듈(150)은 영상을 포함한 주변 환경을 센싱하여 자율 주행 및 건설 자동화 작업을 보조할 수 있다. 센싱 모듈(150)은 영상 센서 및 복수의 환경 센서를 내장한 다기능 카메라/센서 모듈에 해당할 수 있으며, 복수의 환경 센서는 온도, 습도, 가스, 불꽃, 조도를 감지하는 센서 뿐만 아니라 객체 검출 및 상대 거리 등을 측정하는 라이다, 레이더 레이더 센서 등을 포함할 수 있다.

센싱 모듈(150)에서 수집되는 센싱 정보는 상면의 제3 인터페이스부(112)를 매개로 로봇 본체(110) 내의 제어 유닛(미도시)에 실시간 전달되고, 제어 유닛(미도시)은 이를 토대로 주변 환경, 장애물 등을 인식하여 자율 주행을 위한 제어 신호를 생성하여 이동 플랫폼(120)을 제어할 수 있다. 구체적으로는 생성한 제어 신호를 이용하여 이동 플랫폼(120)의 제2 인터페이스부(121)를 통해 결합된 구동 모듈(140)의 동작을 제어함으로써 자율 주행 제어를 수행한다.

여기서 물론, 제어 유닛(미도시)은 로봇 다시 즉, 로봇 이동 플랫폼(120) 현장 작업자의 요구사항에 의거하여 원격 조종, 반자율 주행 및 자율 주행 모드로 제어할 수 있고, 각 주행 제어 모드를 자유롭게 선택할 수 있으며, 반자율 및 자율 주행 제어를 위해 센서 모듈의 센싱 정보를 활용할 수 있다.

로봇 본체(110)에 구비된 각각의 인터페이스부(111,112)는 앞서 상술한 레일 타입의 구조로 형성될 수 있는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며, 공지된 다양한 타입의 체결 구조 및 방식이 적용될 수 있다. 또한 레일 타입의 경우 레일의 개수 및 형상은 다양하게 변경 가능하다.

본 발명의 실시예에서 로봇 본체(110)는 도 2와 같이 높이 조절 기능을 포함하여 구현된다. 이를 위해, 로봇 본체(110)는 내측 본체(113) 및 외측 본체(114)를 포함한다.

내측 본체(113)는 로봇 본체(110) 및 이동 플랫폼(120) 상의 각 인터페이스(111,112,121)에 장착된 개별 모듈(130,140)을 인식하고 개별 모듈(130,140)의 동작을 제어하는 제어 유닛(미도시)을 내장한다.

여기서 물론, 제어 유닛(미도시)은 로봇 본체(110) 및 이동 플랫폼(120) 상의 각 인터페이스부(111,112,121)와 전기적으로 연결되며, 각 인터페이스부 (111,112,121)에 장착되어 있는 개별 모듈(130,140)의 종류를 인식하고 인식된 개별 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 물론 그 과정에서 상호 데이터를 주고받을 수 있다.

제1, 제3 인터페이스부(111,112)는 외측 본체(114)에 형성된다. 외측 본체(114)는 각 측면부에 제1 인터페이스부(111)가 형성되고, 상면부에 제3 인터페이스부(112)가 형성된다. 도 2의 (b)와 같이, 외측 본체(114)는 제어 유닛(미도시)의 제어 신호에 따라 내측 본체(113)를 기준으로 외측에서 실린더 타입으로 승강 이동 가능하고 이를 통해 로봇 본체(110)을 특정 높이 까지 상승 및 하강시킬 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 외측 본체(114)의 각 측면부에 장착된 작업 모듈(130)의 작업 높이, 상면부에 장착된 작업 모듈(130)의 작업 높이 또는 센싱 모듈(150)의 설치 높이가 조절될 수 있다. 물론, 도 2와 같이, 센싱 모듈(150) 또한 실린더 타입으로 구성하여 그 자체로 상하강 높이 조절 가능하게 구현할 수 있으며, 이를 통해 센싱 시야, 화각 제어 등이 용이하게 이루어질 수 있다.

로봇 본체(110)는 하면부에 결합된 이동 플랫폼(120)에 의해 이동한다. 이동 플랫폼(120)에는 로봇 본체(110)를 이동시키는 구동 모듈(140)이 장착된다.

이동 플랫폼(120)은 로봇 본체(110)의 하단을 지지하며, 양 측면에는 복수 유형의 구동 모듈 중 선택된 유형의 구동 모듈(140)이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제2 인터페이스부(121)를 구비한다.

물론 이러한 제2 인터페이스부(121)는 로봇 본체(110) 내부에 장착된 제어 유닛(미도시)과 이동 플랫폼(120)의 외부에 장착된 구동 모듈(140) 간을 전기적으로 연결한다. 구동 모듈(140)은 제2 인터페이스부(121)와 전기-기계적 결합되는 결합부(141)를 포함하고 있다.

도 5는 도 1의 이동 플랫폼에 장착 가능한 구동 모듈을 예시한 도면이다.

도 5와 같이, 이동 플랫폼(120)에 장착 가능한 복수의 구동 모듈(140)은 고정형 바퀴 타입의 구동 모듈(140-1), 무한 궤도 타입의 구동 모듈(140-2), 회전형 바퀴 타입의 구동 모듈(140-3), 그리고 로봇 본체의 수평 유지를 위한 평형 유지 타입의 구동 모듈(140-4)을 포함할 수 있다.

각각의 구동 모듈(140)은 결합부(141)를 가지며, 결합부(141)가 제2 인터페이스부(121)와 전기-기계적 결합되는 구조를 가진다. 여기서 제2 인터페이스(121)부와 결합부(141) 역시 서로 기계적으로 결합되는 동시에 전기적 접속이 가능하도록 서로 맞물리는 부위에 하니스 타입의 전기 접속 단자를 포함하여 구성될 수 있다.

각각의 타입 중에서 고정형 바퀴 타입의 구동 모듈(140-1)은 프레임의 양쪽에 바퀴가 직접 결합되어 회전하는 일반 바퀴 형태이고, 회전형 바퀴 타입의 구동 모듈(140-3)은 프레임에 수직 장착된 회동 축의 말단에 바퀴를 장착하여 바퀴 자체가 프레임을 기준으로 수평 방향으로 자유자재로 회전 가능한 형태이다.

무한 궤도 타입의 구동 모듈(140-2)의 경우 비교적 지면 평탄도가 보장된 건설 작업 환경 및 그렇지 못한 건설 작업 환경에 용이하게 대응할 수 있다.

평형 유지 타입의 구동 모듈(140-4)은 고정형 바퀴 타입(140-1)의 기본 프레임의 양측에 보조 프레임을 더 추가하고 기본 프레임에 대한 보조 프레임의 각도 제어를 통하여 지면에 대한 각 바퀴의 높이를 제어함으로써, 단차 및 경사로를 지날 때 이동 플랫폼(120) 및 로봇 본체(110)의 평형 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 평형 유지 타입의 구동 모듈(140-4)의 경우 단차 및 경사로를 지나는 과정에서 로봇 본체(110)에 적재된 건설 자재가 쏟아지거나, 상기 로봇 본체(110)의 전도 및 전복되는 등의 안전사고를 예방할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 시스템의 변형 예를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 작업 로봇 시스템(100)의 경우 로봇 본체(110)의 상면부에 센싱 모듈 대신에 작업 모듈(130)이 설치된 예로서, 용접 툴이 장착된 다관절 암 구조의 작업 모듈(130-A)이 설치된 모습을 나타낸다.

로봇 본체(110)의 상면부에 장착된 다관절 암 구조의 작업 모듈(130-A)은 측면부 상에 장착된 적어도 하나의 다관절 암 구조의 작업 모듈(130-A)과 동일 또는 상이한 속성의 작업을 수행할 수 있으며, 측면에 장착된 작업 모듈(130)의 동작이나 장착된 작업 툴의 교체 작업 등을 보조할 수 있다.

이러한 도 6의 구조는 자율 주행이 불필요한 모드에서 활용될 수 있다. 물론 본 발명의 실시예는 로봇 본체(110)의 상면부에 작업 모듈 및 센싱 모듈이 함께 설치되는 형태로도 구현될 수 있고 그밖에도 작업 모듈(130)의 일부분에 센싱 모듈(150)이 설치되는 형태로도 구현 가능하다.

이상과 같은 본 발명에서 복수의 작업 모듈(130)은 서로 다른 유형을 가지며 건설 현장의 속성, 건축물, 작업 종류 등에 따라 로봇 본체(110)의 각 면의 제1 인터페이스부(111)에 선택적으로 장착된다. 복수의 구동 모듈(140)은 서로 다른 유형을 가지며 건설 현장의 바닥 환경, 상태 등에 따라 이동 플랫폼(120)의 양 측면의 제2 인터페이스부(121)에 선택적으로 장착된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 시스템 복수 유형의 작업 모듈(130)과 복수 유형의 구동 모듈(140)을 마련해 두고 이를 작업 현장이나 종류 등에 따라 선택적으로 장착 및 교체하여 사용할 수 있도록 함으로써, 건설 현장 별 혹은 건설 현장에서 수반되는 다양한 유형의 작업 및 작업의 변화에도 빠르고 유연하게 대응 가능하다.

이하에서는 본 시스템의 구체적인 적용 사례를 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템을 바닥 마감재 설치 작업 현장에 적용한 예시를 설명한 도면이다.

도 7을 참조하면, 작업 현장에는 서로 다른 패턴의 빔을 발산하는 복수의 광원(300)이 설치되어 있으며, 실시간 측위 장치(200)는 이들 복수의 광원(300) 각각에 대한 식별 ID 및 절대 위치를 사전에 알고 있다.

여기서 실시간 측위 장치(200)는 자신의 위치를 원점(기준 좌표)으로 설정하고, 비전 또는 적외선을 이용하여 작업 현장에 설치된 복수의 광원(300)의 위치 좌표를 설정할 수 있다. 이러한 광원(300)은 액티브 마커에 해당하며, 실시간 측위 장치(200)의 위치가 변경되는 경우 작업 현장에 설치된 복수의 액티브 마커의 위치도 함께 변경될 수 있다.

로봇 본체(110)는 상면부에 설치된 센싱 모듈(150)을 이용하여 현장에서 서로 다른 패턴의 빔을 발산하는 복수의 광원(300)을 각각 식별하며, 식별한 각각의 광원과의 거리를 측정한다. 이러한 과정은 센싱 모듈(150)과 연결된 제어 유닛에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 로봇 본체(110)는 각 광원과의 거리 값을 광원 식별 코드와 함께 실시간 측위 장치(200)로 무선 전송하게 된다.

이때, 실시간 측위 장치(200)는, 복수의 광원 별 위치 및 각 광원과의 거리 값을 기초로 로봇 본체(110)의 위치 값을 계산하여 로봇 본체(110)로 실시간 전송한다. 로봇 본체(110)는 실시간 측위 장치(200)로부터 실시간 수신되는 위치 값을 기반으로 자율 주행하도록 한다.

여기서, 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템(100)은 로봇 본체의 적어도 한 측면부에 장착되는 다관절 암 작업 모듈(130-A)과, 적어도 한 측면부에 장착되고 바닥재가 적재된 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈(130-B)을 이용하여 작업 현장에서 바닥재를 설치할 수 있다.

이때, 로봇 본체(110)는 감지 센서를 이용하여 작업 현장의 바닥을 따라 설치된 복수의 마커(M)를 인식하며, 마커의 모서리 좌표를 이용하여 바닥재의 설치 위치를 결정하여 다관절 암 작업 모듈(130-A)의 바닥재 설치 작업을 제어한다. 다관절 암 작업 모듈(130-A)은 리프트 암 작업 모듈(130-B)에 적재된 바닥재를 하나씩 파지하여, 마커(M)의 모서리 좌표 위치에 맞추어 바닥재를 설치한다.

여기서 감지 센서는 카메라, 라이다, 레이더 중 적어도 하나를 포함하여 구현되고, 현장 바닥에 대한 시야 확보가 용이하도록 도 6과 같이 이동 플랫폼(120)의 일측면에서 설치될 수 있다. 이때 감지 센서는 이동 플랫폼(120)의 일측면에서 바닥을 향하는 비스듬한 화각으로 설치될 수 있다. 물론, 감지 센서는 센싱 모듈(150) 내의 센서를 활용할 수도 있고 다관절 암 작업 모듈(130-A)에 설치된 카메라 센서를 활용할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 기존 인력 의존형 벽면 및 바닥 마감재 시공/검사/유지보수 분야에서 건설 자동화 및 로봇 기술을 도입하되, 단순히 특정 건축물 및 특정 작업에 국한된 비(非)범용성의 건설로봇 패러다임에서 벗어나, 작업 생산성/안전성 향상, 비용 절감 및 인력 수급 불균형 해소와 더불어 개발 투자비의 절감 효과까지 기대 가능하다.

아울러, 노동 집약적이고, 근골격계 질환 유발이 빈번한 고위험 및 단순 반복 공정 제거 또는 축소로 인한 건설 생산성 및 경제성 향상과 함께 유해/위험 작업 환경에서 작업자를 격리시킴으로써 안전한 시공 작업이 가능하게 한다. 본 발명에서 개발된 자동화/로봇 관련 기술은 타 건설 자동화 및 로봇 분야의 발전에도 기여할 것으로 기대된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100,200: 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템
110: 로봇 본체 111: 제1 인터페이스부
112: 인터페이스부 113: 내측 본체
114: 외측 본체 120: 이동 플랫폼
121: 제2 인터페이스부 130: 작업 모듈
131: 체결 플레이트 132: 작업 암
135: 체결부 140: 구동 모듈
141: 체결부 150: 센싱 모듈
200: 실시간 측위 장치 300: 광원

Claims (14)

1. 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템에 있어서,
   큐브 형상을 가지며, 네 방향의 각 측면부에 대해 작업 모듈의 탈착이 가능하되, 상기 각 측면부에 대응하여, 복수 유형의 작업 중 선택된 유형의 작업을 수행하는 작업 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제1 인터페이스부를 구비한 로봇 본체;
   상기 로봇 본체의 하단을 지지하고, 양 측면 부위에 로봇 본체를 이동시키기 위한 복수 유형의 구동 모듈 중 선택된 유형의 구동 모듈이 각각 전기-기계적 결합되기 위한 제2 인터페이스부를 구비한 이동 플랫폼;
   상기 로봇 본체의 각 측면부에 구비된 제1 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 작업 모듈; 및
   상기 이동 플랫폼의 양 측면에 구비된 제2 인터페이스부에 선택적으로 장착되는 서로 다른 유형의 복수의 구동 모듈을 포함하며,
   상기 로봇 본체는,
   상면부에 설치된 센싱 모듈을 이용하여 작업 현장에 분산 설치되어 서로 다른 패턴의 빔을 발산하는 복수의 광원을 식별하고 각각의 광원과의 거리를 측정하며, 각 광원과의 거리 값을 광원 식별 코드와 함께 실시간 측위 장치로 무선 전송 후 실시간 수신되는 위치 값을 기반으로 자율 주행하며,
   상기 실시간 측위 장치는 상기 광원 별 위치 및 각 광원과의 거리 값을 기초로 상기 로봇 본체의 위치 값을 계산하여 상기 로봇 본체로 실시간 전송하며,
   상기 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템은,
   상기 로봇 본체의 적어도 한 측면부에 장착되는 다관절 암 작업 모듈과, 적어도 한 측면부에 장착되고 바닥재가 적재된 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈을 이용하여 작업 현장에서 바닥재를 설치하며,
   상기 로봇 본체는,
   감지 센서를 이용하여 상기 작업 현장의 바닥을 따라 설치된 복수의 마커를 인식하고, 상기 마커의 모서리 좌표를 이용하여 상기 바닥재의 설치 위치를 결정하여 상기 다관절 암 작업 모듈의 바닥재 설치 작업을 제어하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 로봇 본체의 상면부에 설치되며, 자율 주행 및 건설 자동화 작업을 수행하도록 영상을 포함한 주변 환경 정보를 센싱하는 센싱 모듈을 더 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 로봇 본체는,
   상면부에 상기 작업 모듈 또는 센싱 모듈이 추가로 결합되기 위한 제3 인터페이스부를 더 구비하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 로봇 본체 및 상기 이동 플랫폼 상의 제1 및 제2 인터페이스부와 전기적으로 연결되며, 각 인터페이스부에 장착된 개별 모듈의 종류를 인식하고 인식된 개별 모듈의 동작을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 로봇 본체에 내장된 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 로봇 본체는,
   상기 로봇 본체 및 상기 이동 플랫폼 상의 각 인터페이스에 장착된 개별 모듈을 인식하고 개별 모듈의 동작을 제어하는 제어 유닛을 내장한 내측 본체; 및
   상기 제1 인터페이스가 각 측면부에 형성되고 상기 제어 유닛의 제어 신호에 따라 내측 본체를 기준으로 외측에서 실린더 타입으로 승강 이동하여 높이 조절이 이루어지는 외측 본체를 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 작업 모듈은,
   제어 신호에 따라 설정 작업을 수행하기 위한 작업 암; 및
   일면에 상기 작업 암이 장착되며, 타면에 상기 로봇 본체의 제1 인터페이스부와 결합되는 결합부가 형성된 체결 플레이트를 포함하여 구성되는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 로봇 본체의 제1 인터페이스부와 상기 체결 플레이트의 결합부는,
   각각 레일 형상을 가지고 슬라이딩 방식으로 암수 결합되며, 결합 시 서로 전기 접속되도록 하니스 타입의 접속 단자가 각각 형성된 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 작업 암은,
   말단에 작업 툴이 장착되는 다관절 암 또는 적재물이 적재되는 지게 타입의 리프트 암 구조를 가지는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 다른 유형의 복수의 작업 모듈은,
    각기 상이한 작업 툴이 장착되고 제어 신호에 따라 상기 작업 툴의 종류에 대응한 설정 작업을 수행하는 복수의 다관절 암 작업 모듈; 및
    상단에 놓여진 적재물을 지지하고 제어 신호에 따라 상기 적재물을 승강시키는 지게 타입의 리프트 암 작업 모듈을 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 다관절 암 작업 모듈은,
    그리퍼 툴, 용접 툴, 연마 툴, 절단 툴, 드릴 툴, 롤러 툴 중에서 선택된 작업 툴이 장착되는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 구동 모듈은,
    고정형 바퀴 타입의 구동 모듈, 회전형 바퀴 타입의 구동 모듈, 무한 궤도 타입의 구동 모듈, 그리고 로봇 본체의 수평 유지를 위한 평형 유지 타입의 구동 모듈 중에서 적어도 하나를 포함하는 건설용 다목적 자율 주행 작업 로봇 시스템.
13. 삭제
14. 삭제

Images