KR20100009622A - 흡착 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴곡이 있는 표면에도 흡착할 수 있는 흡착 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 발명에서는, 내부에 중공부가 형성된 러버 콘; 및 상기 러버 콘에 접하고 방사형으로 배치된 복수 개의 변형 리브들을 구비하는 변형 리브체를 포함하는 흡착 유닛을 제공한다.

흡착 유닛, 진공 흡착, 표면 굴곡

Description

흡착 유닛{Absorber unit}

본 발명은 흡착 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유닛 내부 공간을 진공으로 유지하여 임의의 표면에 부착될 수 있는 흡착 유닛에 관한 것이다.

본 발명은 서울시정개발연구원 및 재단법인 서울대학교 산학협력재단의 신기술 연구 개발 지원 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 119-82-03684, 과제명: 고층 건물 청소용 자율 주행 로봇 플랫폼 개발]

진공을 이용하여 특정 표면에 부착하는 장치는 여러 가지 용도로 활용되고 있다. 예를 들어, 철판을 진공 흡착하여 인양하는 장치, 진공 흡착 유닛을 다수 구비한 무한 궤도륜을 이용하여 벽면을 등반하는 로봇 등에 활용된 예가 있다.

그러나, 이러한 여러 가지 진공 흡착 유닛들은 모두 공통적으로 표면에 굴곡이 없거나 거의 무시할 수 있는 수준인 표면에만 흡착하는 것들이었다. 이러한 굴곡이 거의 없는 표면에 흡착하는 유닛들은 그만큼 활용될 수 있는 분야가 제한될 수밖에 없다.

따라서, 다양한 굴곡을 가지는 표면에 흡착할 수 있는 흡착 유닛을 개발한다면, 지금까지 진공 흡착 유닛이 활용되어온 분야를 크게 확장시킬 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명은 굴곡이 있는 표면에도 흡착할 수 있는 흡착 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은,

내부에 중공부가 형성된 러버 콘; 및

상기 러버 콘에 접하고 방사형으로 배치된 복수 개의 변형 리브들을 구비하는 변형 리브체를 포함하는 흡착 유닛을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 러버 콘과 상기 변형 리브체를 지지하며, 내부에 중공부가 형성된 프레임; 및

일단부는 상기 프레임의 중공부를 따라 이동이 가능하도록 설치되고, 타단부는 상기 변형 리브체의 내측에서 이동이 가능하도록 배치된 리브 지지체를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 리브 지지체의 일단부에는 상기 리브 지지체가 흡착 표면 방향으로 하강하도록 힘을 가하는 탄성부재가 더 배치될 수 있다.

여기서, 상기 변형 리브체는 상기 러버 콘의 내측에 밀착되도록 배치되고, 상기 러버 콘의 내측 하단부에는 상기 변형 리브체를 고정하는 돌기가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 돌기는 상기 러버 콘의 내측에서 원주방향을 따라 연결되도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 러버 콘과 상기 변형 리브체의 재질은 양자 모두 고무 계열의 소재이고, 상기 러버 콘에 비해 상기 변형 리브체의 재질을 이루는 고무의 탄성 계수가 더 클 수 있다.

여기서, 상기 러버 콘의 하단에는 외측으로 향하여 돌출된 스커트가 형성된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 러버 콘의 주변을 따라 배치되고, 흡착 표면 측의 단부가 상기 러버 콘의 외측으로 변형이 가능한 복수 개의 빗살을 포함할 수 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은,

내부에 중공부가 형성되고, 표면의 저주파 굴곡에 따라 변형이 가능한 저주파 변형부; 및

흡착 표면과 상기 저주파 변형부 사이에 씰링되지 않는 부분으로 공기가 출입하는 것을 차단하도록 상기 저주파 변형부의 외측 둘레에 배치되는 복수의 빗살들을 포함하는 흡착 유닛을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 빗살은 상기 프레임의 상측에 착탈 가능하게 고정되는 빗살 지지용 프레임에 고정된 것일 수 있다.

여기서, 상기 빗살은 상기 러버 콘의 외측 둘레를 따라 여러 겹으로 배치된 것일 수 있다.

본 발명에 의하면, 굴곡이 있는 표면에도 흡착할 수 있는 흡착 유닛이 제공 된다. 특히, 표면의 굴곡에 대응하여 변형되면서 흡착 표면을 씰링하고, 표면의 고주파 요철에 의해 씰링이 안되는 부분은 다수의 빗살을 외주에 설치하여 씰링 효과를 높임으로써, 내부 공간의 진공도를 향상시켜 다양한 굴곡의 표면에 흡착이 가능한 흡착 유닛을 제공할 수 있다. 또한, 진공압이 가해지는 내부로 흡착 유닛의 단부가 빨려 들어가는 것이 방지되어 지속적인 흡착 및 탈착이 용이한 구조를 가진 흡착 유닛을 제공할 수 있다.

본 발명에서는 이전의 단순한 형태의 흡착 유닛만으로는 달성할 수 없는 굴곡이 큰 표면에 대한 흡착을 가능하게 하는 획기적인 흡착 유닛을 제공한다. 본 발명의 흡착 유닛은 기본적으로 진공 흡착이 가능하도록 하기 위해 흡착 유닛의 내부에는 중공부가 형성되고 이 중공부가 필요에 따라 진공으로 유지되거나 진공이 해제될 수 있다. 본 발명의 흡착 유닛은 흡착 표면의 굴곡에 대응하여 변형이 가능하고, 또한 내부의 진공압에 의해 흡착유닛의 단부가 내측으로 빨려드는 현상이 예방되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 흡착 유닛은 고주파 변형부와 저주파 변형부를 포함한다. 저주파 변형부는 표면의 저주파 굴곡에 대응하여 변형이 가능한 부재이고, 고주파 변형부는 저주파 변형부와 흡착 표면 사이에 고주파 굴곡에 의해 씰링이 확보되지 못하는 부분으로의 공기 유입을 차단하는 기능을 한다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 흡착 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 흡착 유닛에서 빗살을 제거한 모습을 보여주는 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 흡착 유닛의 조립도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1에 도시된 흡착 유닛의 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 1의 흡착 유닛이 변형된 상태의 단면도가 도시되어 있다.

도면 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 흡착 유닛(100)은 내부에 중공부(190)(도 4)가 형성된 러버 콘(110) 및 상기 러버 콘(110)에 내접하고 방사형으로 배치된 복수 개의 변형 리브(120a)들을 구비하는 변형 리브체(120)를 포함할 수 있다.

상기 러버 콘(110)은 비교적 얇은 두께를 가지며, 고무 재질로 만들어져서 변형이 용이하다. 상기 러버 콘(110)의 상측 중앙부에는 내부의 중공부와 연통되는 홀(110a)이 형성되어 진공압이 가해질 수 있다. 상기 변형 리브체(120)는 도 4의 단면도에서 잘 보이는 것과 같이 상기 러버 콘(110)의 내측에 밀착되도록 배치되고, 상기 러버 콘(110)의 내측 하단부에는 상기 변형 리브체(120)를 고정하는 돌기(110b)가 형성된다. 상기 돌기(110b)는 원주 방향으로 연결된 것일 수 있고, 원주 방향으로 연결된 형태일 경우에는 상기 러버 콘(110)의 하단부가 진공압에 의해 쉽게 중공부 측으로 변형되어 흡착 표면에 고르게 접하지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다. 물론 이러한 변형은 상기 변형 리브체(120)의 변형 리브(120a)들의 간격이 충분히 조밀한 경우에도 예방될 수 있다. 상기 러버 콘(110)의 하단부에는 외 측으로 돌출된 스커트(110c)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 변형 리브체(120)에서 방사상으로 배치되는 복수의 변형 리브(120a)들은 변형 리브체(120)의 중앙 상부에서 서로 연결될 수 있다. 상기 각각의 변형 리브(120a)들은 굽은 형상으로 만들어지고, 재질은 변형이 가능한 고무 재질이다. 상기 변형 리브(120a)들은 상기 러버 콘(110)의 두께에 비해 굵게 만들어지는 것이 바람직하고, 상기 러버 콘(110)에 비해 상기 변형 리브체(120)를 이루는 고무 재질 소재의 탄성 계수가 더 큰 것이 바람직하다.

*본 발명에 따른 흡착 유닛은, 상기 러버 콘(110)과 상기 변형 리브체(120)를 지지하며, 내부에 중공부(130a)가 형성된 프레임(130, 150)과, 상기 프레임(130, 150)에 대해 상대 운동이 가능하게 배치되는 리브 지지체(160)를 더 포함할 수 있다.

상기 프레임(130, 150)은 도면에서는 상부 프레임(130)과 하부 프레임(150)으로 나누어져 있으나 반드시 나누어질 필요는 없다. 상기 프레임(130, 150)을 통해 러버 콘(110) 내부의 중공부(190)에 진공압이 가해질 수 있도록 구성된다.

상기 리브 지지체(160)의 일단부(160b)는 상기 프레임(130, 150)의 중공부(130a)를 따라 이동이 가능하도록 설치되고, 타단부(160a)는 상기 변형 리브체(120)의 상기 변형 리브체(120)의 내측에서 상기 변형 리브(120a)들이 러버 콘(110)의 중공부(190) 내측으로 접히는 것을 방지하면서 상하로 이동 가능하도록 배치된다. 상기 리브 지지체(160)의 타단부(160a)의 외경은 상기 변형 리브 체(120)의 내경에 대응하도록 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 리브 지지체(160)의 일단부(160b)에는 상기 리브 지지체(160)가 흡착 표면 방향으로 하강하도록 힘을 가하는 탄성부재(도시하지 않음)가 더 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 흡착 유닛(100)은, 상기 러버 콘(110)의 하단 둘레를 따라 배치되는 씰링 필름(105)을 더 구비할 수 있다. 상기 러버 콘(110)의 하단에 외측으로 돌출된 스커트(110c)가 형성된 경우에는, 도면에 도시된 것과 같이 씰링 필름(105)은 스커트(110c)보다 더 외측으로 연장되도록 부착된다. 상기 씰링 필름(105)은 상기 러버 콘(110) 및 변형 리브체(120)가 흡착 표면의 저주파 굴곡에 대응하여 변형될 때, 흡착 표면과 흡착 유닛 사이에 씰링이 이루어지지 않는 부분이 있으면 이를 효과적으로 씰링하여 흡착 유닛 내부의 진공압을 유지하는데 기여하도록 하는 기능을 한다.

본 발명에 따른 흡착 유닛(100)은, 상기 러버 콘(110)의 주변을 따라 배치되고, 상기 러버 콘(110)의 외측으로 변형이 가능한 복수 개의 빗살(181)들을 더 포함할 수 있다. 상기 빗살의 일단은 흡착 유닛의 상측에 고정되고, 타단은 흡착 유닛과 흡착 표면이 마주하는 부분을 향해 길게 배치된다.

상기 빗살(181)은 변형이 가능한 재질로 만들어져서 흡착 유닛(100)의 외부 둘레를 따라 촘촘히 배치된다. 이러한 빗살(181)들은 흡착 표면의 굴곡의 형상에 따라 휘어질 수 있다. 러버 콘(110)과 변형 리브체(120)도 흡착 표면의 굴곡을 따라 변형될 수 있다. 러버 콘(110)과 변형 리브체(120)의 변형은 흡착 표면의 굴곡을 따라 이루어지기는 하지만, 비교적 크기가 작거나 급격하게 변화하는 흡착 표면 의 고주파 요철에 대해서는 완벽한 씰링을 제공하지 못할 수 있다. 이러한 경우에도 상기 빗살(181)들은 러버 콘(110)의 내부 중공부(190)에 진공압이 가해질 때, 러버 콘(110)의 중공부(190)의 진공압의 급격한 저하를 막도록 씰링되지 않은 부분에서의 공기 유입을 차단하는 기능을 한다. 이에 따라, 중공부의 진공압이 급격히 감소되는 것을 막을 수 있고, 흡착 유닛(100)이 일정 수준이상의 흡착력을 유지할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 관점에서만 본다면 상기 빗살(181)들은 상기 흡착 유닛의 주변에 매우 촘촘히 배치되는 것이 바람직하다.

상기 빗살(181)의 재질은 탄성 변형이 가능한 고분자 재료나 뻣뻣한 털과 같은 생체 재료도 사용될 수 있고, 이와 유사한 여러 재료들이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 빗살(181)은 상기 프레임(130, 150)의 상측에 착탈 가능하게 고정되는 빗살 지지용 프레임(180)에 고정될 수 있다. 도면에서 상기 빗살(181)은 상기 러버 콘(110)의 외측 둘레를 따라 일렬로 배치된 형태로 도시되어 있으나 필요에 따라 여러 겹으로 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 빗살(181)의 형태가 폭이 좁은 판상의 부재의 형상을 가지고 러버 콘(110)의 외주면에 수직한 방향으로 배열된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 형태적으로 단면의 형상이 원통형, 타원형, 부채꼴형, 원호형 등으로 다양하게 만들어질 수 있고, 배열되는 방향도 러버 콘(110)의 외주면에 접하는 방향(접선 방향)으로 소정 폭을 가지도록 배치될 수도 있다. 오히려, 도면에 도시된 것보다는 접선 방향에 나란하게 소정 폭을 가지도록 배치되는 것이 공기 유입 차단을 위해서는 더욱 효과적일 수 있다. 또한, 빗살들은 빗자루의 솔과 같은 소재로 빗자루의 경우와 유사하게 촘촘히 배치 된 형태일 수 있다.

한편, 상기 빗살과 상기 씰링 필름을 모두 구비하는 경우에는 둘 중 한 가지만을 구비하는 경우에 비해 현저한 씰링 효과를 얻을 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이 상기 씰링 필름을 상기 빗살이 어느 정도 예압을 주는 상태로 배치하면 흡착 유닛이 흡착 표면에 닿을 때 씰링 필름이 흡착 표면과 고르게 맞닿을 수 있도록 빗살들이 눌러주게 된다. 이에 따라, 흡착 표면의 고주파 굴곡에 대해서도 더욱 효과적인 씰링이 가능하다.

한편, 본 발명의 흡착 유닛에는 상기 러버 콘(110)의 중공부(190)에 진공 압력을 제공하는 진공 펌프(도시하지 않음)가 연결되어 사용되고, 진공 펌프 및 그 연결 구조는 여러 가지 상용화된 구성이 활용될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 흡착 유닛이 표면 굴곡이 형성된 흡착 표면에 흡착하는 모습을 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것과 같이 표면에 굴곡이 심한 경우라도 흡착 유닛이 진공 흡착할 수 있으며, 본 발명의 흡착 유닛을 여러 개 구비하는 기구를 구성할 경우 굴곡이 심한 경우라도 충분히 흡착력을 유지할 수 있다.

한편, 본 명세서의 발명의 상세한 설명 중, "발명의 실시를 위한 구체적인 내용"의 초입에서 언급한 저주파 변형부는 도 2에 도시된 빗살을 제외한 부분으로 볼 수 있으며, 고주파 변형부는 빗살들과 씰링 필름이 해당될 수 있다.

지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 흡착 유닛에서 빗살을 제거한 모습을 보여주는 사시도.

도 3은 도 1에 도시된 흡착 유닛의 조립도.

도 4는 도 1에 도시된 흡착 유닛의 단면도.

도 5는 도 1의 흡착 유닛이 변형된 상태의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 흡착 유닛 101: 고주파 변형부

102: 저주파 변형부 105: 씰링 필름

110: 러버 콘 110a: 관통 홀

110b: 돌기 110c: 스커트

120: 변형 리브체 130: 상부 프레임

140: 체결 부재 150: 하부 프레임

160: 리브 지지체 170: 체결 부재

180: 빗살 지지용 프레임 190: 러버 콘의 중공부

Claims (4)

1. 내부에 중공부가 형성되고, 표면의 굴곡에 따라 변형이 가능한 러버콘을 포함하는 저주파 변형부; 및

   흡착 표면과 상기 저주파 변형부 사이에 씰링되지 않는 부분으로 공기가 출입하는 것을 차단하도록 상기 저주파 변형부의 외측 둘레에 배치되는 복수의 빗살들을 포함하는 흡착 유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 빗살은 상기 프레임의 상측에 착탈 가능하게 고정되는 빗살 지지용 프레임에 고정된 것을 특징으로 하는 흡착 유닛.
3. 제1항에 있어서,

   상기 빗살은 상기 러버 콘의 외측 둘레를 따라 여러 겹으로 배치된 것을 특징으로 하는 흡착 유닛.
4. 제1항에 있어서,

   상기 저주파 변형부가 흡착 표면과 맞닿는 부분의 둘레를 따라 부착되고, 상기 저주파 변형부의 하단에서 외측으로 연장된 씰링 필름을 더 구비하며, 상기 빗살은 상기 씰링 필름의 외측 둘레에 접하여 배치되어서, 상기 중공부 내측에 외기 보다 낮은 압력이 인가될 때, 저주파 변형부와 흡착 표면 사이의 틈새에 상기 씰링 필름이 빨려들어 틈새를 막는 것을 특징으로 하는 흡착 유닛.

Images