KR20050118589A - 전자석 및 근접스위치를 구비한 무한궤도 - Google Patents

전자석 및 근접스위치를 구비한 무한궤도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부로부터 동력을 전달받아 회전운동을 전달하는 다수의 휠과, 다수의 전자석 패드로 구성되며, 상기 휠의 회전운동에 의하여 일방향 또는 양방향으로 운동하는 궤도와, 신호발생부와 신호감지부를 포함하는 근접스위치, 및 상기 전자석에 공급되는 파워를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 전자석을 이용한 무한궤도를 제공한다. 본 발명에 따르면, 지면상에서의 무한궤도의 움직임이 부드럽고, 오작동 발생율이 감소된다. 따라서, 선박 등에서 수직 또는 경사진 영역의 작업시 효과적으로 활용될 수 있다.

Description

전자석 및 근접스위치를 구비한 무한궤도{ENDLESS TRACK WITH ELECTROMAGNETS AND PROXIMITY SWITCHES}
본 발명은 무한궤도에 관한 것으로, 상세하게는 궤도에 전자석 및 근접스위치를 구비한 무한궤도에 관한 것이다.
무한궤도(endless track)는 전차나 자동화 설비에서와 같이 마치 평탄한 도로를 자체에 구비하는 장치이며, 연속적으로 이어진 궤도를 회전하는 바퀴에 의하여 진행시켜 무한궤도 자체를 이동시키거나 궤도상에 물건을 이동케 하는 역할을 한다. 전차에 사용되는 무한궤도의 움직임을 보면 전차의 움직임에 관계없이 무한궤도가 지면과 접한 부분은 전혀 움직이지 않는다. 즉 지면에 대하여 속도가 0이다. 다만, 궤도를 구성하는 각 부분이 연속적으로 지면에 닿고 떨어지는 것을 반복하게 된다.
무한궤도는 그 구조 및 작용상의 특성을 이용하여 다양한 영역에 활용되어 왔는데, 특히 사람이 직접 작업하기 어려운 영역에 자동화된 로봇을 이용할 경우 이동 수단으로서 그 활용 가능성이 매우 높다. 예를 들어, 전시의 정찰 임무 수행이나, 선박 등의 경사진 외표면 작업시 무한궤도가 장착된 로봇을 이용하면 위험성을 크게 줄일 수 있을 것이다.
현재, 선박의 외표면 작업(연마 또는 페인팅 등)시 유압을 이용한 고소작업차의 상부에 버킷(bucket)과 같은 운반수단을 설치하고, 그 안에 사람이 올라타서 직접 작업을 수행하고 있다. 그러나, 기존의 작업은 고소작업으로 인한 작업성저하와 산업재해에 대한 위험에 상시 노출되어 있다.
이와 같이 경사진 영역의 작업시에는 사람보다는 무한궤도를 이용한 무인 장치를 활용하는 것이 효율 및 안전성에서 매우 유리할 것이다. 종래에 영구자석을 사용한 무한궤도가 선박 등 표면이 금속 재질인 곳에서 작업을 수행할 수 있도록 제안되었다. 그런데, 영구자석은 항상 자력이 존재하므로 다음과 같은 문제점이 있었다. 먼저, 이동이 부드럽지 않고, 궤도의 구동에 과도한 힘을 필요로 한다. 또한, 필요한 부분(즉, 궤도와 지면이 맞닿는 부분) 이외의 부분에서 영구자석의 자력으로 인해 다른 장치에 불필요한 열을 발생시키며 기타 센서의 오작동을 일으키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 구동에 과도한 힘이 필요치 않으며, 부드럽게 이동할 수 있는 새로운 무한궤도를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 경사진 영역이나 수직 표면에서 효과적으로 작업할 수 있도록 표면과의 접착 및 탈착이 가능한 무한궤도를 제공하는데 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 목적은 무한궤도를 구성하는 여러 장치들에 불필요한 자력으로 인한 오작동이 발생하지 않는 신뢰성이 있는 무한궤도를 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 더욱 구체적으로 제시될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부로부터 동력을 전달받아 회전운동을 전달하는 다수의 휠과, 다수의 전자석 패드로 구성되며, 상기 휠의 회전운동에 의하여 일방향 또는 양방향으로 운동하는 궤도와, 신호발생부와 신호감지부를 포함하는 근접스위치, 및 상기 전자석에 공급되는 파워를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 전자석을 이용한 무한궤도를 제공한다.
상기 휠은 적어도 셋 이상으로 구성되며, 상기 궤도 중 지면에 맞닿는 부분을 지지하는 두 개의 휠 옆에 근접스위치가 설치된다. 바람직하게는 상기 휠 내부에 근접스위치가 설치되도록 할 수도 있다. 상기 근접스위치는 상기 궤도의 운동시 전자석이 지면과 맞닿게 되는 것과 전자석이 지면과 떨어지는 것을 감지하여 상기 제어부에 신호를 전달한다.
상기 제어부는 근접스위치의 신호 전달에 따라 해당 전자석에 전원을 인가하거나 중단한다. 바람직하게는, 상기 제어부는 해당 전자석에 점진적으로 전원을 인가하거나 점진적으로 중단한다. 상기 제어부는 지면과 맞닿게 되는 전자석에 인가하는 파워와 지면으로부터 떨어지는 전자석에 중단하는 파워의 제어 속도를 달리할 수 있으며, 무한궤도를 일방향으로 진행시킬 때에는 지면과 맞닿게 되는 전자석에 대한 파워인가속도가 지면으로부터 떨어지는 전자석에 대한 파워중단 속도 보다 크도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 전자석을 이용하여 궤도 중 지면과 맞닿는 부분의 자력을 제어하는데 특징이 있으며, 특히 전자석의 자력 제어를 위하여 근접스위치를 사용하는데 또 다른 특징이 있다.
근접스위치는 사물이 다른 사물에 접촉되기 이전에 근접하였는지를 결정하는데 사용되는 센서로서 무접촉검출에 주로 이용되고 있다. 근접스위치로는 자석을 이용하거나, 와전류, 홀효과, 광학, 초음파, 유도성, 용량성 등을 이용하는 다양한 형태가 있으며, 본 발명에 사용되는 근접스위치에는 특별한 제한이 없다.
본 발명은 수직벽면 보행로봇 등에 활용될 수 있으며, 대형 구조물의 수직벽면에 대한 다양한 작업을 수행할 수 있도록 한다. 무한궤도의 패드 부분에 장착된 다수의 전자석은 수직 벽면에 안정적으로 고정되고 또한 탈착된다. 이러한 무한궤도는 구동모터에 의하여 전후 또는 좌우로 이동 가능하다.
본 발명에 따른 무한궤도는 다수의 전자석이 연결되어있는 구조로 제작이 되어지며, 각각의 전자석은 궤도 안쪽의 전원공급장치에 의하여 선택적으로 전원을 공급받는다. 즉, 표면에 접한 여러 개의 전자석은 전원의 공급으로 자력을 띄게 되고 나머지 전자석은 전원 공급이 차단된다. 전자석의 전원은 근접스위치에 의하여 ON 또는 OFF된다. 근접스위치는 양쪽 지지륜의 안쪽에 위치하며 전자석의 전원을 공급 또는 차단하는 역할을 한다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 무한궤도를 모식적으로 보여주는 측면도 및 정면도이다. 이하의 실시예에서 지면은 자력에 의한 탈착이 가능한 금속성 표면인 것으로 가정하여 설명한다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 무한궤도(10)는 다수의 휠과 상기 휠에 감겨져 있는 궤도로 이루어져 있다. 상기 휠은 궤도(20)가 지면에 닿도록 지지하는 적어도 두 개의 지지륜(14a, 14b) 및 구동력이 인가되는 구동륜(12)을 포함한다. 구동륜은 적어도 하나 이상의 휠로 구성되며, 구동부로부터 인가되는 동력이 반드시 별도의 구동륜에 전달될 필요는 없고, 상기 지지륜(14a, 14b)에 인가될 수도 있을 것이다.
상기 궤도(20)는 연결수단에 의해 서로 연결되어 있는 다수의 전자석(22)을 포함한다. 상기 전자석(22)은 직사각 형태의 납작한 육면체인 것이 바람직하지만, 그 형태에 특별한 제한을 두지는 않는다.
본 발명의 무한궤도는 특히 궤도(20) 중의 특정 전자석의 위치 변화를 감지하는 근접스위치(30a, 30b)를 포함한다. 상기 근접스위치(30a, 30b)는 신호발생부와 신호감지부를 포함할 수 있으며, 신호발생부는 상기 전자석(22)의 일부분에 형성하는 것이 바람직하고, 신호감지부는 상기 지지륜(14a, 14b) 근처에 위치하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 지지륜(14a, 14b) 내부에 신호감지부가 위치하는 것이 적절하다.
또한, 본 발명에 따른 무한궤도는 도 2에 도시된 바와 같이 구동부(40a, 40b)와 제어부(50)를 포함한다.
상기 구동부(40a, 40b)는 동력을 전달하고자 하는 휠, 본 실시예에서는 상기 구동륜(12)에 연결되도록 한다. 구동륜(12a, 12b)은 두 개의 궤도(20a, 20b)에 걸쳐 각각 설치되어 구동부(40a, 40b)로부터 전달되는 동력을 독립적으로 전달한다. 즉, 도 2에서 좌측 구동부(40a)로부터 구동륜(12a)를 통해 좌측 궤도(20a)에 전달되는 동력과 우측 구동부(40b)로부터 구동륜(12b)를 통해 우측 궤도(20b)에 전달되는 동력은 서로 다르게 제어될 수 있다. 따라서, 좌측 궤도(20a) 및 우측궤도(20b)는 서로 같은 방향으로 동일한 속도로 진행하여 일방향으로 전진하거나 후퇴할 수 있으며, 같은 방향이지만 속도가 다르거나 서로 다른 방향으로 진행되어 무한궤도의 좌, 우 회전을 유도할 수도 있다.
한편, 상기 제어부(50)는 무한궤도에 특히, 구동부와 전자석에 파워를 인가하면서 그 파워공급 시기 또는 파워의 양을 제어한다. 제어부에 대해서는 근접스위치의 작용과 관련하여 후술하기로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 무한궤도에 의한 작용을 살펴보기로 한다. 도 3은 본 발명의 무한궤도에서 근접스위치의 작용을 설명하기 위하여 일부분을 확해한 사시도이다. 궤도(20)에 부착되어 있는 다수의 전자석(22)은 각각 일정부위, 바람직하게는 한쪽 끝 표면에 신호발생부(24) 내지는 신호감지매개수단을 포함한다. 또한, 지지륜(14a) 근처의 궤도 상에 궤도와 직접 맞닿지 않는 위치에 근접스위치(30a)의 신호감지부를 설치한다. 상기 궤도(20)는 구동륜(미도시)으로부터 전달되는 회전력에 의하여 일방향 또는 양방향으로 다수의 휠에 감겨진 채로 무한 회전을 하게 된다. 이와 같은 동작시에 각각의 전자석(22)에는 전원라인(52)으로부터 전원이 인가되어 자력을 띄게 된다. 물론, 전원이 인가되는 전자석은 바닥 또는 지면과 맞닿는 것들에 한정된다. 근접스위치(30a)는 무한 회전하는 궤도상에서 지지륜(30a)에 가까이 다가오거나 멀어지는 전자석, 즉 지면으로부터 떨어지게 되거나 부착되는 전자석들을 근접 거리에서 감지한다. 도 3에는 근접스위치(30a)가 지지륜(14a) 옆에 설치되어 있지만, 지지륜 내부에 근접스위치를 설치하여 지지륜으로 진행중인 전자석의 근접을 감지하게 할 수도 있다.
근접스위치(30a)에서 감지되는 신호는 도 2에 도시된 제어부(50)로 전달되고, 제어부에서는 각 전자석에 해당 제어신호를 가하여 파워를 공급하거나 중단하는 작용을 한다. 이 때, 전자석에 가해지는 파워 또는 중단되는 파워는 순간적인 펄스와 같이 급격한 변화가 발생되도록 하는 것보다는 시간에 대해 점진적으로 파워 변화가 일어나도록 제어하는 것이 바람직하다. 전자석에 가해지는 파워의 변화가 시간에 대해 점진적인 변화를 가질 때, 지면과 맞닿게 되거나 떨어지게 되는 전자석의 움직임이 매우 부드럽고 유연하게 되며, 이에 따라 궤도의 움직임이 자연스럽게 된다. 결국, 무한궤도 전체의 동작은 마치 바퀴가 굴러가듯이 부드럽고 자연스런운 움직임이 가능하게 된다.
제어부(50)의 파워 전달 및 제어는 지면과 맞닿는 전자석과 지면과 떨어지는 전자석이 서로 다르도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 지면으로부터 떨어지는 전자석에 전해지는 파워 변화 속도를 지면에 맞닿는 전자석에 전해지는 파워 변화 속도보다 크게 하면 궤도의 일방향 운동이 더욱 추진력을 받을 수 있게 된다. 반면, 궤도의 운동 속도를 줄이거나 급격한 경사면을 거슬러 올라가는 경우에는 지면으로부터 떨어지는 전자석에 전해지는 파워 변화 속도를 지면에 맞닿는 전자석에 전해지는 파워 변화 속도보다 작게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에서는 전자석을 포함하는 궤도를 사용하고, 전자석에 가해지는 파워의 제어를 변화시킴으로써 기존의 영구자석을 사용한 무한궤도와는 운동 능력이 전혀 다른 작용을 가능케 한다.
도 4a에 도시된 바와 같은 무한궤도에서, 궤도를 지지하는 양 지지륜(14a, 14b) 근처의 모습(A, B)을 확대하여 각각 도 4b 및 4c에 도시하였다. 편의상 무한궤도는 B로부터 A로 움직이는 것으로 가정하였다. 도 4b를 보면, 지지륜(14a)의 외주면을 따라 궤도가 이동하면서 전자석이 함께 이동하는 모습을 볼 수 있다. 지면에 맞닿아 있던 전자석(22a)은 근접스위치(미도시)의 신호 전달에 따른 제어부(미도시)의 점진적인 파워 중단으로 자력이 점차적으로 감소하면서 지면으로부터 부드럽게 이탈하게 되며(22b), 결국에는 파워 공급이 중단되면서 자력이 소멸하여 지면으로부터 완전히 떨어지게 된다(22c). 영구자석을 사용하는 경우에는 자력으로 인해 지면으로부터 떨어지지 않으려는 힘이 작용하며, 따라서 무한궤도의 이동이 매우 부자연스럽고 동작이 거칠게 된다. 한편, 또 4c를 보면, 지면과 떨어져 있는 전자석(22c)은 근접스위치(미도시)의 신호 전달에 따른 제어부(미도시)의 점진적인 파워 공급으로 자력이 점차적으로 증가하면서 지면에 부드럽게 접촉하게 되며(22b), 결국에는 파워 공급이 최대로 인가되어 지면에 완전히 부착하게 된다(22a). 영구자석을 사용하는 경우에는 자력으로 인해 지면에 급격하게 접촉하게 되어 궤도의 기동이 불규칙하고 자석 자체 또는 다른 부품들의 손상의 염려가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 무한궤도는 전자석을 통한 자력제어를 통하여 무한궤도의 움직임을 더욱 부드럽고 자연스럽게 할 수 있으며, 평평한 면 뿐만 아니라 경사지거나 수직인 면을 주행하는데 있어서 특히 탁월한 운동력을 제공할 수 있다. 또한, 이와 같은 무한궤도는, 영구자석을 사용할 경우 필요 이상의 자력으로 인해 다른 장치, 예를 들어 모터나 콘트롤박스 등에 과도한 열을 발생시키거나 센서의 오작동을 일어나는 문제점을 해결할 수 있어, 장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시킨다. 따라서 본 발명의 무한궤도는 선박 등에서 수직 또는 경사진 영역의 외표면 작업(연마 또는 페인팅 등)시 효과적으로 활용되어 생산성 및 품질을 향상시키며, 경사면 작업에 따른 위험을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무한궤도의 구성을 모식적으로 보여주는 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 무한궤도의 구성을 모식적으로 보여주는 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 무한궤도의 근접스위치를 설명하는 부분확대도.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 무한궤도의 동작을 설명하는 측면도 및 부분확대도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10:무한궤도 12:구동륜
14a, 14b:지지륜 20:궤도
22:전자석 30a,30b:근접스위치

Claims (8)

  1. 구동력을 발생시키는 구동부와,
    상기 구동부로부터 동력을 전달받아 회전운동을 전달하는 다수의 휠과,
    다수의 전자석 패드로 구성되며, 상기 휠의 회전운동에 의하여 일방향 또는 양방향으로 운동하는 궤도와,
    신호발생부와 신호감지부를 포함하는 근접스위치, 및
    상기 전자석에 공급되는 파워를 제어하는 제어부를
    포함하여 구성되는 전자석을 이용한 무한궤도.
  2. 제1항에 있어서, 상기 휠은 적어도 셋 이상으로 구성되며, 상기 궤도 중 지면에 맞닿는 부분을 지지하는 두 개의 휠 옆에 근접스위치가 설치되는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  3. 제1항에 있어서, 상기 휠은 적어도 셋 이상으로 구성되며, 상기 궤도 중 지면에 맞닿는 부분을 지지하는 두 개의 휠 내부에 근접스위치가 설치되는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  4. 제1항에 있어서, 상기 근접스위치는 상기 궤도의 운동시 전자석이 지면과 맞닿게 되는 것과 전자석이 지면과 떨어지는 것을 감지하여 상기 제어부에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는 근접스위치의 신호 전달에 따라 해당 전자석에 전원을 인가하거나 중단하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 해당 전자석에 점진적으로 전원을 인가하거나 점진적으로 중단하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 지면과 맞닿게 되는 전자석에 인가하는 파워와 지면으로부터 떨어지는 전자석에 중단하는 파워의 제어 속도를 달리하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는 지면과 맞닿게 되는 전자석에 대한 파워인가속도가 지면으로부터 떨어지는 전자석에 대한 파워중단 속도 보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 무한궤도.
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