KR20080058298A - 표면 흡착시스템 및 그 흡착방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시설물의 보수 기계장치의 흡착 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 시설물의 보수를 위한 기계장치의 표면흡착 시스템에 있어서, 보수대상의 표면에 탈부착 되도록 다수의 흡착패드를 구비하는 흡착부; 상기 흡착부를 진공시키기 위한 진공 펌프; 및, 상기 진공 펌프와 상기 흡착부 사이에 연결되어, 각각 독립적으로 펌핑라인을 형성할 수 있는 적어도 2개 이상의 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 제공하게 되면, 솔레노이드 밸브를 사용하여 각 흡착패드에 진공력을 일정하게 분산시키고 흡착패드와 솔레노이드 밸브사이의 진공라인을 독립적으로 형성하게 됨으로써, 일부의 표면 거칠기로 인한 진공파기에 의한 전체 시스템의 진공파기를 방지하여 기계장치을 안정하게 보수 대상물에 부착시켜 작업할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하게 된다.
보수 기계장치, 솔레노이드 밸브, 진공펌프, 플렌저, 흡착패드

Description

표면 흡착시스템 및 그 흡착방법{SUCTION SYSTEM OF MECHANISM, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 표면 흡착시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교량, 빌딩, 터널의 콘크리트와 같이 표면이 매끈하지 않은 구조물의 검사 및 유지관리를 위한 기계장치을 고정하기 위하여 흡착시키는 흡착 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
사회기반시설의 노후도 평가를 위하여 일상점검, 정기점검 및 정밀안전진단을 주기적으로 시행하고 있으며, 정기적인 검사 시 외관조사는 육안검사로 가장 먼저 적용될 뿐 아니라 가장 많이 사용하고 있다.
사회기반시설의 검사 부위가 넓고 접근성 및 안전성이 불량하므로 육안 검사자의 행동양식에 많은 영향을 주며, 이로 인해 검사의 오류 및 누락 가능성이 매우 높다. 사람에 의한 시설물 유지관리에 단점을 보안하기 위해서 종래에는 진공펌프와 진공 패드를 1:1 또는 1:다수의 방식으로 진공면에 흡착을 하여 사용하고 있다.
이 경우 흡착면의 거칠기가 고르고 유리나, 평편한 철판일 경우 흡착면과 진공 패드 사이에 틈이 존재하지 않으면 사용자가 원하는 진공도를 형성할 수 있다. 하지만 흡착면과 패드 사이에 조그만 틈이라도 발생하면 진공력은 저해요소에(표면 거칠기 및 크랙) 비례하여 진공라인의 진공력이 떨어지게 되며, 여러 개의 패드를 하나의 진공펌프에 연결하여 흡착 시 여러 개의 패드 중 하나의 패드에 진공이 형성되지 않으면 모든 패드에 동일한 흡착력 저해 요소로 진공파괴 현상이 발생된다.
도 1은 종래의 구조물 표면에 흡착하여 보수작업을 하는 로봇의 표면흡착시스템의 개략도를 예시한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 흡착패드(11)를 구비하는 흡착부(10), 진공센서(35), 진공필터(30), 밸브(20) 및 진공펌프(50)로 구성되는데, 진공펌프(50)에서 펌핑을 하여 흡착패드(11)와 표면의 밀착에 의해 진공이 형성되는 구조이다. 이 시스템에서 진공 펌핑 라인에는 진공필터(30)가 구비되어, 각종의 먼지 또는 이물질로 인하여 라인이 막혀 진공 흡입력이 떨어지는 것을 막고, 전체 진공도를 측정하기 위한 진공센서(35)가 구비되는 구조로 형성된다.
즉, 종래에는 이러한 시스템을 통해 4개의 패드를 사용하여 교량 하부에 흡착 하는데, 패드 하나가 떨어지면 다른 패드도 연속적으로 진공이 파기되어 유지보수 시스템이 떨어지는 위험이 존재한다.
또한, 하나의 진공 펌핑 라인으로 각각의 패드를 제어하기 때문에 각종, 교량, 콘크리트, 빌딩 등의 표면이 거칠거나, 크랙 등의 있어 일부 진공이 파기되는 경우에 전체 진공도가 파기되어 흡착력이 떨어진다는 문제점 뿐만 아니라, 문제 발생시 빠르고 용이하게 대처하기가 힘들다는 문제점이 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 진공력을 일정하게 분산시키고 흡착패드의 진공라인을 독립적으로 형성하게 됨으로써, 일부의 표면 거칠기로 인한 진공파기에 의한 전체 시스템의 진공파기를 방지하여 기계장치을 안정하게 보수 대상물에 부착시켜 작업할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 특징은 시설물의 보수를 위한 기계장치의 표면흡착 시스템에 있어서, 보수대상의 표면에 탈부착 되도록 적어도 두개의 흡착패드를 구비하는 흡착부; 상기 흡착부를 진공시키기 위한 진공 펌프; 및, 상기 진공 펌프와 상기 흡착부 사이에 연결되어, 각각 독립적으로 펌핑 라인을 형성할 수 있는 적어도 2개 이상의 솔레노이드 밸브를 포함하는 것이다.
여기서, 상기 흡착패드 전체의 진공도를 측정하기 위한 진공센서를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 솔레노이드 밸브의 on/off 및 상기 진공센서를 제어할 수 있는 마이크로 프로세스가 구비된 제어부가 더 포함되는 것이 역시 바람직하다.
또한, 바람직하게는 상기 솔레노이드 밸브는 적어도 2개 이상의 3포트 솔레노이드 밸브인 것이 가능하고, 상기 솔레노이드 밸브는 적어도 2개의 3포트 솔레노이드 밸브 및 적어도 한 개의 2포트 솔레노이드 밸브인 것이 역시 가능하다.
더하여, 상기 각각의 흡착패드와 상기 솔레노이드 밸브 사이에 진공필터를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 흡착부는 상기 각각의 흡착패드 및 스프링 플렌저로 구비된 것이 바람직하며, 흡착패드와 스프링 플랜저는 볼 조인트로 연결된 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡착패드는 에틸렌프로필렌고무 (ethylene propylene rubber)을 재질로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제2 특징은 시설물의 보수 기계장치의 표면흡착 방법에 있어서, (a) 진공펌프로 펌핑하는 단계; (b) 상기 진공펌프 와 연결되고, 상기 기계장치의 각 다리에 설치된 다수의 흡착패드를 통해 공기를 흡입하여 표면에 흡착하는 단계; 및 (c) 상기 진공펌프 및 상기 흡착패드 사이에 적어도 두 개의 솔레노이드 밸브를 연결하여 독립적으로 상기 각 흡착패드의 진공도를 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (c)단계는 상기 솔레노이드 밸브의 on/off 스위칭을 통하여 상기 각각의 흡착패드의 진공도를 유지하는 것이 바람직하고, 상기 솔레노이드 밸브의 on/off 스위칭을 통하여 상기 각각의 흡착패드의 진공을 서로 교대로 형성시키는 것이 역시 바람직하다.
더하여, 바람직하게는 상기 솔레노이드 밸브의 스위칭 시간을 상기 흡착패드가 흡착되는 표면의 거칠기에 따라 조절되는 것이 가능하고, 상기 표면 거칠기는 상기 동일한 진공펌프를 통해 상기 흡착패드가 정상상태의 진공이 형성되는 시간으로 결정하는 것이 가능하다.
또한, 상기 흡착패드 각각 또는 전체의 진공도를 진공센서를 이용하여 측정 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 측정된 진공도를 통하여 상기 솔레노이드 밸브를 조정하는 것이 바람직하며, 상기 측정된 진공도가 미리 계산된 흡착력에 대응되는 진공도에 이르지 못한 경우, 상기 흡착패드가 흡착되는 표면의 위치를 변경하는 것이 역시 바람직하다.
이와 같은 본 발명을 제공하게 되면, 솔레노이드 밸브를 사용하여 각 흡착패드에 진공력을 일정하게 분산시키고 흡착패드와 솔레노이드 밸브사이의 진공라인을 독립적으로 형성하게 됨으로써, 일부의 표면 거칠기로 인한 진공파기에 의한 전체 시스템의 진공파기를 방지하여 기계장치의 안정하게 보수 대상물에 부착시켜 작업할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하게 된다.
즉 구조물에 관리 작업 시 접근성 및 안전성이 향상되게 된다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 사회 기반시설의 보수를 위한 기계장치의 표면 흡착시스템의 개략도를 예시한 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 표면흡착 시스템은 진공펌프(500), 솔레노이드 밸브(200), 진공센서(350), 진공필터(300) 및 흡착부(100)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서 진공펌프는 표면에 밀착되어 있는 흡착 패드(110)의 공기를 흡입하여 진공상태를 형성시키기 위한 펌프로서, 시스템 전체의 무게, 흡착패드(110)의 면적, 안전율 및 리프팅 포스(lifting force) 등을 고려하여 적정하게 진공시킬 수 있는 용량으로 사용할 수 있다.
그리고, 진공센서(350)는 흡착패드(110)의 진공도를 측정할 수 있는 센서로 흡착패드(110)와 진공펌프 사이의 펌핑 라인에 형성할 수 있으며, 진공필터(300)는 표면의 각종 먼지 또는 이물질이 흡입되어 진공라인이 막히는 것을 방지하기 위해 필터링하는 장치로서, 효율적인 진공 형성을 위해 각 흡착패드(110)의 진공라인에 형성할 수 있다.
솔레노이드 밸브(200)는 전기적으로 작동하는 장치로서, 유체나 기체의 흐름을 완전 닫힘 또는 완전 열림 방식으로 조절하는데 사용된다. 이 밸브는 보통 수동 밸브를 대신해서 또는 원격 제어가 요구될 수 있는 곳에서 사용되는 것으로 전기적 스위치 변화에 의해 작동되는 밸브이다.
즉, 전기를 가하면 솔레노이드 코일은 플렌저 관 내부의 스틸 플렌저를 들어 올리는 강한 자력을 제공함으로써, 평상시 닫혀 있는 밸브의 오리피스를 열고 액체나 기체의 흐름을 가능하게 해주는 구조로 되어 있다.(도시하지 않음)
흡착부(100)는 시설물의 보수를 위한 기계장치의 다리부분에 설치된 흡착시스템의 표면 접촉부로서, 각 다리에 다수의 흡착패드(110)로 구성되는데, 시스템의 질량에 따라서 패드의 크기 및 수량을 결정한다. 흡착패드(110)는 작업물의 모양, 표면 상태, 작업환경(온도, 습도 등)에 따른 재질과 플렌저의 연결 방법. 작업물의 높낮이 및 완충거리 등을 고려하여 제작되는 것이 바람직하다.
이처럼, 도 2에 나타낸 바와 같이 작업 대상물에 흡착패드(110)를 통하여 밀 착하고, 밀착 되어진 상태에서 흡착패드(110)와 진공 펌핑 라인으로 연결된 진공펌프로 공기를 흡입하게 되면, 흡착패드(110)에 진공이 형성되게 된다.
흡착패드(110)의 진공상태는 외부의 공기압보다 진공도에 비례하여 흡착패드(110)의 내부가 저기압을 형성하게 되어 흡착력을 갖게 되고, 이것이 기계장치 전체의 무게 이상의 압력이 되면, 기계장치을 안정적으로 보수 대상물 표면에 부착되게 된다.
여기서, 각 흡착패드(110)의 진공 펌핑 라인은 앞서 설명한 바대로 종래에 하나의 라인으로 하나의 진공펌프를 통해 제어 되었는데, 이것은 일부 흡착패드(110)에서 표면 거칠기 등으로 인한 틈이 발생하여 진공이 파기 되면 시스템 전체의 진공이 파기될 가능성이 많아지는 위험이 존재하기 때문에 본 발명에서는 적어도 2개 이상의 솔레노이드 밸브(210,220)를 이용하여 진공 펌핑 라인을 독립적으로 형성하고 제어함으로써, 일부 라인이 진공이 파기 되어도 다른 라인에서 적정한 진공을 유지할 수 있게 되어 안정적으로 시설물의 표면에 부착되어 보수작업을 할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 3포트 솔레노이드 밸브 2개(210,220)와 한 개의 2포트 솔레노이드 밸브(230)를 장착하여, 각 밸브의 전기적 신호에 의한 스위칭으로 솔레노이드 밸브(200)를 미세한 시간 간격으로 개폐를 하게 되면, 각 흡착패드(110)의 진공상태가 on/off를 반복적으로 형성되게 되고, 이러한 과정을 일정시간 동안 진행하게 되면 정상상태의 진공상태를 형성하게 된다. 이것이 시스템 전체의 무게를 지탱하는 리프팅 포스(lifting force)의 역할을 하게 되는 것이다.
이 과정에서 각 흡착패드(110)의 진공 라인에는 진공필터(300)를 구비하여, 대상물 표면에 형성된 각종 이물질, 먼지 등을 걸러내어 표면을 세정할 수 도 있고, 펌핑 라인에 형성할 수 있는 이물질을 미리 제거할 수 있게 되어 효율적으로 진공을 형성할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명에 따른 흡착 시스템 전체의 진공도를 측정할 수 있는 진공센서(350)를 구비함으로써, 진공도를 모니터 하면서 제어 하는 것도 가능하다.
또한, 위의 솔레노이드 밸브(200)의 스위칭 시간 간격을 흡착패드가 흡착되는 표면의 거칠기에 따라 조절되는 것도 가능하고, 이 표면 거칠기는 동일한 진공펌프를 통해 상기 흡착패드가 정상상태의 진공이 형성되는 시간으로 결정 하는 것도 가능하다. 즉 표면의 거칠기가 크면 흡착패드가 정상상태의 진공이 형성되는 시간이 길어지게 되므로, 이를 판단하여 솔레노이드 밸브의 스위칭 시간 간격을 조절하여 안정적으로 진공을 형성할 수 있게 된다.
그리고, 도 2에 예시된 2개의 3포트 솔레노이드 밸브(210,220) 및 2포트 솔레노이드 밸브(230)의 수와 종류의 선택은 흡착패드의 개수 시스템 구조 및 가장 효율적인 진공형성에 따른 설계에 따라 다양하게 적용할 수 있음은 물론이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 흡착시스템의 진공방향을 제어하는 솔레노이드의 동작방법을 예시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 패드 A를 흡착하기 위하여 솔레노이드 밸브 2개의 전원을 off 하고, 패드 B를 흡착하기 위하여 상측에 있는 솔레노이드 밸브(220)를 on, 하측에 있는 솔레노이드 밸브(210)를 off하며, 패드 C를 흡착하기 위하여 상, 하측 솔레노이드 밸브(210)를 on하게 되는 작동관계를 갖게 된다.
도 3c는 위에서 설명한 솔레노이드 밸브의 작동관계에 따른 각 흡착패드의 흡착여부를 밸브 스위칭 신호를 통하여 예시한 도면이다. 도 3c를 참조하며, 상, 하측 솔레노이드 밸브의 개,폐에 따라 각 흡착패드가 선택적으로 진공을 형성하게 되기 때문에, 어느 하나의 흡착패드의 표면의 거칠기에 의한 진공파기로 인한 전체 시스템의 진공이 파기되는 것을 막을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 100ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 파형(a) 및 이에 따른 각 패드에 대한 진공도(b)를 예시한 도면이다.
도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상, 하측의 밸브에 전기적 펄스를 인가하여 스위칭 하게 되면, 100ms 간격으로 흡착패드 A, B 및 C가 교대로 진공을 형성하게 된다. 이러한 작동방법으로 솔레노이드 밸브를 작동하게 되면, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 초기 진공상태에서 약 3초 후에 정상상태의 진공을 안정되게 형성하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 300ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 경우, 각 패드에 대한 진공도를 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 500ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 경우, 각 패드에 대한 진공도를 예시한 도면이다.
도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 100ms, 300ms, 500ms를 각각 실험한 결과 정상상태의 흡착까지 걸리는 시간은 일정하지만, 스위칭 속도간격이 늘어남에 따라 정상상태을 다음 흡착까지 유지하지 못하는 결과가 발생한다. 도 4의 (b)에 예시된 바와 같이, 100ms 그래프에서는 흡착 후 3초경과 후에 정상상태로 안정되어 흔들림이 발생하지 않지만, 시간 간격을 도 5 및 도 6에서처럼 늘어남에 따라 정상상태에서 리플현상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 현상으로 볼 때 솔레노이드 밸브의 스위칭 시간의 길이에 따라 진공도의 평균값이 낮아짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브 스위칭에 따른 리프팅 포스(Lifting force)를 예시한 도면이다. 도 7의 (a)는 그래프이고, 도 7의 (b)는 이에 대한 데이터를 나타내는 표이다.
도 7에 예시된 것처럼, 50~150ms 시간 간격으로 본 발명에 따른 흡착 시스템을 통하여 천정 표면에 흡착을 하는 경우, 약 35Kg의 리프팅 포스가 측정되며, 3개의 흡착 패드 중 1개 패드의 진공 파기 시에는 26Kg, 300ms 시간 간격으로 천정 표면에 흡착하는 경우, 약 30Kg의 리프팅 포스가 측정되며, 3개의 흡착 패드 중 1개의 흡착패드 진공 파기 시에는 21Kg의 리프팅 포스가 확인된다.
도 7을 참조하면, 스위칭 시간이 길어짐에 따라서 진공도가 낮아지므로 유지보수 시스템을 흡착하는데 솔레노이드 응답속도와 유지보수 시스템의 무게를 고려하여 스위칭 시간을 100ms로 설정한다. 보수 대상인 교량 하부에 100ms 간격으로 3개 패드를 이용하여 질량 35Kg을 리프트 한다. 각 모서리 부분에 패드를 3개씩 설치를 하면 총 12개의 패드가 사용되게 된다.
최대 흡착력은 140Kg(35Kg×4)이며, 다음과 같이 설정한다.
예를 들어, 20Km/hr 저속 주행으로 재하차량 10대가 동시에 주행을 하며 주 기가 일치할 때 최대 진동 가속도 Gmax 값은,
G max = 0.02235 × 10 = 0.235
Figure 112008014327964-PAT00001
유지보수 단말장치에서 유지 보수 엑츄에이터가 이동을 하면서 보수 작업을 실시하므로 무게 불균형이 나타나게 된다. 무게 불균형은 0.3으로 가
정하여 안전율을 계산 하는 경우,
140 × 1/1.235 ×1/1.3 = 8.2 Kg
흡착시 안전율 (교량의 흔들림, 유지보수시스템의 무게 불균형)을 고려하여 82Kg의 Lifting Force가 발생한다.
50ms 간격으로 솔레노이드 밸브를 스위칭하면서 교량하부의 흡착면이 고르지 못하여 각각의 3개의 Pad중 1개씩 진공파기 현상이 발생되면,
26 Kg × 4 = 104 Kg
안전율, 교량의 흔들림과 유지보수 시스템의 무게 불균형 시에도 ≒ 64Kg 의 Lifting Force가 발생된다. 유지보수 시스템의 총질량은 30Kg을 예상하면, 이 질량보다 2배 이상의 안전성이 보장된다.
즉, 본 발명에 따른 흡착시스 템을 이용하게 되면, 종래의 펌핑라인을 하나로 하여 다수의 흡착패드를 제어하던 방법과 다르게 일부의 흡차패드에 진공 파기가 되더라도, 다른 흡착패드에서 이를 보완할 수 있기 때문에 진공도를 유지하여 안정된 흡착이 가능하게 됨으로써, 여러 교량하부의 흡착면의 마찰 계수는 일정하지 않기 때문에 특정 교량하부에 흡착하여 유지보수를 하는 것이 아니라 어떠한 교량에도 유지보수를 할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 솔레노이드 밸브를 제어할 수 있는 제어부가 더 포함된 표면 흡착시스템의 개략도를 도시한 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 흡착시스템은 표면에 흡착하기 위한 다수의 흡착패드를 구비하는 흡착부(100), 각 흡착패드의 진공도를 독립적으로 형성하기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(200), 상기 흡착패드와 펌핑 라인으로 연결된 진공형성을 위한 진공펌프(500), 진공도를 측정하기 위한 진공센서(350) 및 상기 솔레노이드 밸브(200)와 진공센서(350)를 제어하기 위한 제어부(400) 및 이에 대한 데이터를 표시하기 위한 표시부(450)로 구성된다.
진공펌프(500)로 공기를 흡입하게 되면, 진공 펌핑 라인으로 연결된 다수의 흡착패드(110)와 표면의 밀착으로 진공을 형성하게 되는데, 그 사이에 솔레노이드 밸브(200)를 적어도 2이상 연결하게 되면 솔레노이드 밸브(200)의 스위칭 작동에 의하여 각 흡착패드(110)의 진공 형성을 독립적으로 제어 할 수 있게 된다.
여기서, 제어부(400)는 각 솔레노이드 밸브(200)의 스위칭 신호에 의한 개,폐를 제어하고 진공센서(350)에 의해 측정된 진공도를 통하여 흡착패드(110)의 진공 형성을 제어하게 된다. 즉 제어부에는 I/O 포트로 각 솔레노이드 밸브(200)와 전기적 신호 연결을 할 수 있고, 이 신호를 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 의하여 디지털 신호로 전환하여 범용 비동기화 송/수신기(UART) 등으로 디지털 신호를 송수신하게 된다.
이처럼 진공도 및 시스템의 안정유지 관리 등은 모두 제어부에 내장되어 있는 마이크로프로세서에 의해 처리하게 되고, 이를 LCD 등과 같은 표시부를 통하여 디스플레이 함으로써, 시스템 사용자가 편리하게 전체적인 제어를 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 구성요소 중 하나인 흡착부의 개략도를 예시한 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 흡착부(100)는 흡착패드(110) 및 스프링 플렌저(150)로 구성되고, 흡착패드(110)와 스프링 플렌저(150)는 볼 조인트(130)에 의해 연결되는 구조이다. 여기서 흡착패드(110)는 작업물의 모양, 표면 상태, 작업환경(온도, 습도 등)에 따른 재질과 스프링 플렌저(150)의 연결방법, 작업물의 높낮이 및 완충거리 등을 고려하여 에틸렌프로필렌고무 (ethylene propylene rubber: EPDM이라고도 함)를 재질로 하는 것이 바람직하다.
또한, 벽돌, 골판, 콘크리트, 석재 등을 불규칙한 표면에 부드러운 스폰지 흡착패드가 밀착하여 씰링 작업이 가능하며, 굴곡면에서의 밀착 또한 우수한다. 표면과 진공패드 내부의 압력보다 주위의 압력이 높을 때 부착되는데, 진공 펌프에 연결된 흡착패드 내부에 저압이 형성되고, 패드 내부에 고진공을 형성시켜 물체를 들을 수 있는 힘(Lifting Force)을 증가 시키게 된다.
이처럼, 본 발명은 기계장치을 표면 거칠기가 고르지 못한 곳에서도 진공 흡착 형성에 관한 것으로 다수의 흡착패드를 흡착력과 안전율에 의하여 구성하고, 각각의 흡착패드와 동일한 개수의 진공 필터를 설치하여 흡착면에 발생하는 먼지 및 이물질을 걸러 솔레노이드 밸브의 작동과 진공펌프의 오작동을 사전에 방지하여, 솔레노이드 밸브를 사용하여 각 흡착패드에 진공력을 일정하게 분산시키고 흡착패드와 솔레노이드 밸브사이의 진공라인을 독립적으로 형성하게 된다.
또한, 솔레노이드 밸브 제어는 마이크로프로세서 전자회로를 이용한 제어부에 의하여 일정한 시간간격으로 솔레노이드 밸브를 스위칭 하며 On/Off를 하고, 진공 센서는 흡착패드의 진공도를 알 수 있고, 스프링 플렌저는 유지 보수 기계장치의 진공 패드와 흡착면 사이의 흡착 높낮이를 완충해 주고, 프리 조인트를 이용하여 흡착면의 경사에 대비하며, 진공펌프는 유지 관리를 마칠 때 까지 계속 진공을 형성한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 구조물 표면에 흡착하여 보수작업을 하는 로봇의 표면흡착시스템의 개략도를 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 사회 기반시설의 보수를 위한 로봇의 표면 흡착시스템의 개략도를 예시한 도면,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 흡착시스템의 진공방향을 제어하는 솔레노이드의 동작방법을 예시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 100ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 파형(a) 및 이에 따른 각 패드에 대한 진공도(b)를 예시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 300ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 경우, 각 패드에 대한 진공도를 예시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브를 500ms 간격으로 on/off 스위칭 하는 경우, 각 패드에 대한 진공도를 예시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 흡착시스템의 솔레노이드 밸브 스위칭에 따른 리프팅 포스(Lifting force)를 예시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 솔레노이드 밸브를 제어할 수 있는 제어부가 더 포함된 표면 흡착시스템의 개략도를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 구성요소 중 하나인 흡착부의 개략도를 예시한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100: 흡착부, 110: 흡착패드, 130: 볼 조인트, 150: 스프링 플렌저
200: 솔레노이드 밸브, 300: 진공필터
350: 진공센서, 500: 진공펌프

Claims (12)

  1. 시설물의 보수를 위한 기계장치의 표면흡착 시스템에 있어서,
    보수대상의 표면에 탈부착 되도록 다수의 흡착패드를 구비하는 흡착부;
    상기 흡착부를 진공시키기 위한 진공 펌프;
    상기 진공 펌프와 상기 흡착부 사이에 연결되어, 각각 독립적으로 펌핑라인을 형성할 수 있는 적어도 2개 이상의 솔레노이드 밸브;
    상기 합착패드의 진공도를 측정하기 위한 진공센서; 및
    상기 솔레노이드 밸브의 on/off 스위칭 및 상기 진공센서를 제어할 수 있는 마이크로 프로세스가 구비된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 적어도 2개 이상의 3포트 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 적어도 2개의 3포트 솔레노이드 밸브 및 적어도 한 개의 2포트 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 흡착패드와 상기 솔레노이드 밸브 사이에 진공필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착부는 상기 각각의 흡착패드 및 스프링 플렌저로 구비된 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡착패드와 스프링 플랜저는 볼 조인트로 연결된 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡착패드는 에틸렌프로필렌고무 (ethylene propylene rubber)을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착시스템.
  8. 시설물의 보수를 위한 기계장치의 표면흡착 방법에 있어서,
    (a) 진공펌프로 펌핑하는 단계;
    (b) 상기 진공펌프 와 연결되고, 상기 기계장치의 각 다리에 설치된 다수의 흡착패드를 통해 공기를 흡입하여 표면에 흡착하는 단계; 및
    (c) 상기 진공펌프 및 상기 흡착패드 사이에 적어도 두 개의 솔레노이드 밸브를 연결하여 독립적으로 상기 각 흡착패드의 진공도를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 솔레노이드 밸브의 on/off 스위칭을 통하여 상기 각각의 흡착패드의 진공을 서로 교대로 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면 흡착방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브의 스위칭 시간을 상기 흡착패드가 흡착되는 표면의 거칠기에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 표면 흡착방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 흡착패드 각각 또는 전체의 진공도를 진공센서를 이용하여 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정된 진공도를 통하여 상기 솔레노이드 밸브의 상기 스위칭 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 측정된 진공도가 미리 계산된 흡착력에 대응되는 진공도에 이르지 못한 경우, 상기 흡착패드가 흡착되는 표면의 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는 표면 흡착방법.
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