KR20090075311A - 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 대응되는 휠디스크와, 상기 한 쌍의 휠디스크 사이에 설치되는 자기장발생수단을 포함하며, 상기 자기장발생수단은, 상기 한 쌍의 휠디스크 사이에 설치되는 철심과, 상기 철심의 일측에 설치되는 영구자석 및, 상기 철심의 타측에 권취되어 전류인가시 상기 철심을 전자석화시키는 코일을 포함하여 구성됨으로써, 로봇에 적용시 상기 마그네트 휠 어셈블리에 구비된 영구자석의 자기장 형성에 의해 간편하게 부착시켜 사용하고, 로봇의 사용이 완료되어 로봇을 부착 대상물로부터 탈착시키고자 하는 경우, 전자석의 자기장 형성으로 상기 영구자석의 자기장을 감쇄시킴으로써, 상기 로봇을 벽면으로부터 간편하게 탈착시킬 수 있게 되는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리를 제공한다.

보행로봇, 수직벽면, 마그네트, 휠디스크, 영구자석, 전자석,

Description

벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리{MAGNETIC WHEEL ASSEMBLY FOR ROBOT OF CLIMBING TYPE}

본 발명은 각종 로봇의 보행장치로 사용되는 마그네트 휠 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부착 대상물로부터 마그네트 휠 어셈블리의 탈착 작업을 간편하게 구현할 수 있도록 하는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리에 관한 것이다.

다양한 종래의 로봇이 특수한 목적을 위하여 개발되고 있다. 예를 들면 심해저의 탐험이나 복잡한 지형상에서 보행, 선박표면의 도장, 용접, 험지의 탐사용 로봇이 개발되어 있으며 각각의 로봇에는 그 사용처 및 목적에 적합하도록 보행기구나 보행보조장치가 구비된다.

특히, 선박의 도장이나 용접, 각종 산업용 탱크의 검사 등을 위하여 개발된 수직 벽면용 로봇은 그 이동방법으로서 무한궤도형과 보행형이 있지만, 무한궤도형은 빠른 속도의 장점은 있지만 거친 환경에 적응하기가 용이하지 않고, 보행형은 보행구동기구가 복잡함으로써 상대적으로 느리며 상당한 정도의 제어시스템이 요구된다.

한편, 수직 벽면상의 마그네트 반응 대상물에서는 로봇이 부착과 구동을 동시에 수행해야 하기 때문에 별도의 보행 보조기구를 필요로 하게 되고, 이를 위하여 종래에는 흡판패드형, 전자석형, 추진력형 등의 다양한 보행 보조기구가 안출되어 있지만, 대부분 수직 벽면에 대하여 착탈하는 구성이 평편상으로 이루어지기 때문에 착탈에 시간이 많이 소요되어 고속주행은 거의 불가능하고, 제어구성 또한 복잡하기 때문에 고가화되는 경향이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이 마그네트 휠 어셈블리이다.

즉, 마그네트는 부착 대상물인 철판 등의 자성체 벽면과 협동하여 폐루프의 자속을 구성하기 때문에 이 자속의 증대 및 차단으로서 벽면으로의 부착 및 이탈이 가능하게 되는 것인바, 휠의 형상으로 구성되어 수직 벽면 상으로의 착탈을 제공함으로써, 종래 구성의 주요한 문제점이던 저속주행을 극복하고, 저렴하게 구성할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 이와 같은 기술은 벽면으로의 부착은 간편하게 이루어지지만 상기 마그네트 휠 어셈블리 자기장의 세기가 크기 때문에 벽면으로부터 분리하기가 매우 어렵다는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본원 출원인은 '수직 벽면 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리'(공개특허 제2001-0078543호)를 이미 선 출원한 바 있다.

즉, 마그네트의 자기장 흐름을 유도핀을 이용하여 분리 및 감소시킴으로써, 로봇을 벽면으로부터 탈착시키고자 하는 경우, 최소의 이탈력만으로 탈착이 손쉽게 이루어지도록 구성되는 것이다.

도면을 참조하여 상기 종래의 수직 벽면 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 마그네트 휠 어셈블리에 대한 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 마그네트 휠 어셈블리의 작용효과를 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2의 도시와 같이 종래의 마그네트 휠 어셈블리(100)는 적어도 하나 이상의 유도핀공(111)(111')이 구비된 한 쌍의 자기휠(110)(110')과, 상기 한 쌍의 자기휠(110)(110') 사이에 설치되며 내부에는 적어도 하나 이상의 마그네트(121)가 수납 설치된 수납휠(120) 및, 자력 저하용 자성감응재질로 형성되어 상기 유도핀공(111)(111')을 통해 삽입 설치되는 유도핀(130)을 포함하여 구성됨으로써, 상기 유도핀(130)의 유도핀공(111)(111')으로의 삽탈에 의한 자력 조절로 부착 대상물(S)로의 부착 및 탈착을 수행할 수 있도록 구성되어 있다.

그러나, 상기 종래의 기술은 상기 유도핀(130)이 자성 감응재질로 구성되기 때문에 상기 유도핀공(111)에 끼우는 작업은 용이하게 구현할 수 있으나, 다시 분리하기가 어렵고, 또한 유도핀(130)의 무게 때문에 상기 유도핀(130)을 로봇에 장착하고 보행하는데 많은 어려움이 따르게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 부착 대상물로부터 마그네트 휠 어셈블리의 탈착 작업을 간편하게 구현할 수 있도록 하는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리를 제공함에 있다.

본 발명은 한 쌍의 대응되는 휠디스크와, 상기 한 쌍의 휠디스크 사이에 설치되는 자기장발생수단을 포함하며, 상기 자기장발생수단은, 상기 한 쌍의 휠디스크 사이에 설치되는 철심과, 상기 철심의 일측에 설치되는 영구자석 및, 상기 철심의 타측에 권취되어 전류인가시 상기 철심을 전자석화시키는 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블 리에 의하면, 로봇의 사용시 마그네트 휠 어셈블리에 구비된 영구자석의 자기장 형성에 의해 간편하게 부착시켜 사용하고, 로봇의 사용이 완료되어 로봇을 부착 대상물로부터 탈착시키고자 하는 경우, 전자석의 자기장 형성으로 상기 영구자석의 자기장을 감쇄시킴으로써, 상기 로봇을 벽면으로부터 간편하게 탈착시킬 수 있게 되는 등의 장점을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 마그네트 휠 어셈블리의 작동상태를 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명에 본 발명에 따른 마그네트 휠 어셈블리(A)는 한 쌍의 대응되는 휠디스크(10)(20)와, 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 사이에 설치되는 자기장발생수단(30)을 포함하여 구성된다.

휠디스크(10)(20)는 연철 등의 재질을 갖는 원판형으로 내측 면에는 상기 자기장발생수단(30)의 끝단 일부가 삽입되어 안착되기 위한 홈 형태의 안착부(11)(21)가 구비된다.

또한, 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 중 어느 하나에는 구동모터(미도시)의 구동축(미도시)이 결합되기 위한 관통홀(21)이 형성된다.

자기장발생수단(30)은 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20)가 수직 벽면 등 부착 대상물(S)에 부착 또는 탈착이 용이하게 하기 위하여 자기장을 발생시키는 역할을 한다.

이러한, 자기장발생수단(30)은 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 사이에 설치되는 철심(31)과, 상기 철심(31)의 일단에 설치되는 영구자석(32) 및, 상기 철심(31)의 타단에 권취되어 전자석의 역할을 수행하는 코일(33)을 포함하여 구성된다.

철심(31)은 상기 휠디스크(10)(20)보다 적은 크기로 상기 휠디스크(10)(20) 사이의 안착홈(11)(21)에 각각 안착 결합되며, 상기 휠디스크(20)의 관통홀(21)과 대응되는 부분에는 상기 관통홀(21)을 통한 구동축(미도시)의 결합이 가능하도록 결합홈(31a)이 형성된다.

한편, 상기 철심(31)의 일단에 설치된 영구자석(32)은 상기 휠디스크(10)(20)가 부착 대상물(S)에 부착이 가능하게 하기 위한 자기장 형성을 위하여 구비된다.

이때, 상기 영구자석(32)은 일반적인 자석에 비해 10배 이상의 보자력을 갖도록 희토류 원소로 만들어지는 희토류 자석으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 철심(31)의 중심축 방향으로 자기장이 형성되도록 상기 철심(31)의 중심축에 대한 수직 방향을 기준으로 양측이 서로 다른 극성이 노출되도록 구성함으로써 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20)와 부착 대상물(S)을 통한 자기장 형성이 가능하게 된다.

한편, 상기 철심(31)의 타단에는 상기 영구자석(32)의 자기장 세기를 감쇄시키기 위한 자기장 형성이 가능하도록 코일(33)이 권취되어 있으며, 이것이 본 발명의 핵심을 이루는 사항이다.

상기 휠 어셈블리(A)는 상기 철심(31)의 일단에 설치된 영구자석(22)의 자기장 발생에 의해 자성 감응재질로 구성되는 부착 대상물(S)상에 용이한 부착이 가능하지만, 부착 후 탈착하기가 매우 어렵기 때문에 이를 용이하게 구현하기 위한 것이다.

즉, 상기 철심(31)이 전자석의 역할을 수행하도록 연결단자에 전기를 공급하되, 전자석의 자기장 방향이 상기 영구자석(32)의 자기장 방향과 반대방향으로 형성되도록 전기를 연결하게 되는 것이다.

이와 같이 영구자석(32)에서 발생되는 자기장의 방향과 상기 코일(33)에서 발생되는 자기장 방향이 서로 반대방향으로 발생됨으로써, 자기장 회전방향이 혼재되기 때문에 서로 상쇄되면서 상기 영구자석(32)의 자기장 세기가 감쇄되는 것이다.

따라서, 휠 어셈블리(A)의 주행시에는 도 4a의 도시와 같이 상기 코일(33)에 전기를 공급시키지 아니하여 영구자석(32)의 자기장만이 형성되도록 하고, 작업 후 작업자가 휠 어셈블리(A)를 부착 대상물(S)로부터 탈착하고자 하는 경우 도 4b의 도시와 같이 코일(33)의 연결단자에 상기 영구자석(32)과 반대의 극성의 자기장이 형성되도록 전기를 연결하면 영구자석(32)과 전자석에서 발생된 자기장은 서로 상쇄되어 영구자석(32)의 자기장은 감쇄되기 때문에 작업자는 용이하게 휠 어셈블 리(A)를 부착 대상물(S)로부터 탈착시킬 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 같은 본 발명은 상기 휠디스크(10)(20) 및 자기장발생수단(30)이 합쳐져 용접 또는 접합, 나사간 결합 등의 다양한 기계적인 결합방법으로 고정되어 구성되는 것이며, 상기 휠디스크(10)(20) 및 자기장발생수단(30)을 관통하는 관통홀(21)에 도시하지 아니한 구동모터의 구동축이 연결됨으로써 단일의 자기휠 어셈블리(A)가 구성된다.

한편, 본 발명에서는 상기 자기장발생수단(30)이 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 사이의 중앙에 배치된 것에 대하여만 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 각각의 영구자석(32) 및 권취된 코일(33)의 자기장 분포가 상호 간섭받지 아니하는 최량의 형태로서 휠디스크(10)(20)의 원주 방향을 따라 등 간격으로 고르게 분포되어 자기장을 형성시킬 수도 있음은 물론, 상기 휠디스크(10)(20)의 크기에 따라 다양한 형태 및 배열 형태로 구성될 수도 있음은 물론, 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 종래 마그네트 휠 어셈블리에 대한 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 마그네트 휠 어셈블리의 작용효과를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 마그네트 휠 어셈블리의 작동상태를 설명하기 위한 개략도이다.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

S - 벽면 A - 휠 어셈블리

10,20 - 휠디스크 11,21 - 안착부

22 - 관통홀 30 - 자기장발생수단

31 - 철심 32 - 영구자석

33 - 코일

Claims (3)

1. 한 쌍의 대응되는 휠디스크(10)(20)와, 상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 사이에 설치되는 자기장발생수단(30)을 포함하며,

   상기 자기장발생수단(30)은,

   상기 한 쌍의 휠디스크(10)(20) 사이에 설치되는 철심(31)과, 상기 철심(31)의 일측에 설치되는 영구자석(32) 및, 상기 철심(31)의 타측에 권취되어 전류인가시 상기 철심(31)을 전자석화시키는 코일(33)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 휠디스크(10)(20)는 상기 영구자석(32)의 자력을 전달받아 자기감응 대상물에 부착되고,

   상기 코일(33)에 전류가 인가되었을 때 상기 영구자석(32)의 자기장 방향과 반대방향으로 상기 철심(31)에 자기장을 형성하여 상기 영구자석(32)의 자력을 약화시키는 것을 특징으로 하는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기장발생수단(30)은,

   적어도 2개 이상으로 구성되어 상기 휠디스크(10)(20)의 원주 방향을 따라 등 간격으로 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 벽면 이동 보행로봇의 마그네트 휠 어셈블리.

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